EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

Leber O Muskelzelle Erythrozyt Fettzelle Muskelzelle O H O H O H O H C OO O H C OO C H CH 3 C OO N H 3 + C 3 -Aminosäuren + C 4 -Aminosäuren O C OO O CH 2 C OO C OO H 2 C C O O H P Alanin Lactat Lactat Glycerol Pyruvat OxAc Glyceron-3- phosphat 300 300 Gluconeogenese – Abnehmen – Fasten Die Gluconeogenese Die Gluconeogenese ist grob gesprochen die Umkehrung der Glycolyse (Seite 289). Sie läuft großteils im Cytosol ab. Drei Schritte lassen sich aber auf Grund der Gleichgewichtslage nicht einfach umkehren. Sie sollen hier besprochen werden. Der erste Schritt entspricht Schritt 9 der Glycolyse. Er wird in mehreren Stufen umgekehrt. Zuerst muss das Pyruvat ins Mitochondrium, was kein Problem darstellt. Dann wird es mit Hilfe von Biotin unter ATP-Verbrauch zu Oxal- acetat carboxyliert. Diese Reaktion dient auch zum Starten des Citratcyclus bei Oxalacetat-Mangel. Das Oxalacetat muss nun wieder ins Cytosol zurück. Dies geschieht mit Hilfe des auch schon aus der Atmungskette bekannten Malatshuttles, nur in umgekehrter Richtung. Oxalacetat wird mit NADH . H + zu Malat reduziert (Umkehrung des Schrittes 8 des Citratcyclus), dieses kommt ins Cytosol, dort wird es durch NAD + wieder zu Oxalacetat oxidiert. Dabei haben wir also auch NADH . H + wieder ins Cytosol transportiert. Dieses wird bei der Umkehrung von Schritt 5 der Glycolyse benötigt. Das Oxalacetat wird nun unter CO 2 -Abspaltung und Energieverbrauch (diesmal nicht ATP sondern GTP) zu Phosphoenolpyruvat umgesetzt. Der „Trick“ dieser Reaktionsfolge ist folgender: Zuerst wird unter Energieaufwand carboxyliert, dann wird die Energie aus der Decarboxylierung zur Ermöglichung einer sonst endergonen Reaktion genutzt. Die nächsten Reaktionen (8 – 4 der Glycolyse) bis zum Fructose-1,6-Bisphos- phat sind umkehrbar, da das Gleichgewicht der Reaktionen in der Mitte liegt (∆ G ca. 0), die Reaktionsrichtung daher von den Konzentrationen der Reak- tionspartner abhängt. Die Umkehrung der Reaktion 3 der Glycolyse ist einfach. Es wird durch ein Enzym Phosphat an der Stelle 1 abgespalten. Diesmal allerdings ohne ATP Gewinn, da die Reaktion der Glycolyse ja erzwungen wird, die Umkehrung aber freiwillig abläuft. Dasselbe gilt für die Umkehrung der Reaktion 1 der Glycolyse. Auch hier wird einfach Phosphat abgespalten. Das Besondere daran ist, dass das dafür benö- tigte Enzym nur in den Leberzellen vorkommt (und in denen der Nierenrinde und im Dünndarm, was aber im Rahmen dieses Buches nicht besprochen wird), also nur in Organen, die Glucose ans Blut abgeben können. Bilanz Die Energiebilanz der Reaktion ist sehr schlecht. Pro Glucose werden 6 ATP und 2 NADH . H + benötigt. Da bei der Glycolyse der gebildeten Glucose (zB zur Ener- giegewinnung in den Gehirnzellen) wieder 2 ATP und 2 NADH . H + frei werden, ist insgesamt ein Verlust von 4 ATP zu bilanzieren. Freiwilliger Nahrungsmangel - Abnehmen Die energieaufwendige Gluconeogenese ist beim freiwilligen Nahrungsman- gel zum Abnehmen sehr erwünscht. Allerdings ist eine Nulldiät hier kontrapro- duktiv. Das Pyruvat kommt dabei zum größten Teil aus Eiweiß, da Fett ja nur das Glycerol (und natürlich das ATP über den Fettstoffwechsel) zur Gluconeo- genese liefert. Man nimmt also bei Nulldiät nur wenig Fett aber viel Eiweiß ab, daher ist bei längerfristigem Fasten eine Eiweißzufuhr absolut notwendig. Kurzfristig, also für zB einen Tag, ist ein kompletter Nahrungsverzicht natürlich problemlos, da ja am nächsten Tag die Eiweißzufuhr den Verbrauch wieder abdeckt. Beim Fasten bemerkt man, dass man ohne Nahrungszufuhr in ein bis zwei Tagen über 2 kg Körpermasse verliert. Dies bedeutet aber kein Abnehmen, schon gar nicht von Fett, sondern der Verlust kommt aus dem Glycogenabbau von ca. ½ kg. Da das Glycogen als hydrophiles Molekül in der Zelle mit etwa der vierfachen Masse Wasser gespeichert ist, wird das Wasser dabei frei und über den Harn ausgeschieden. Bei Füllen der Glycogenspeicher wird dieselbe Wassermenge wieder von den Zellen aufgenommen. Abb. 300–1: Die „Rohstoffe“ für die Gluconeogenese Abb. 300–2: Die Gluconeogenese Cytosol Lactat O O H O H O H H O H O CH 2 O O H O H O H H O H 2 C P Alanin Lactat Alanin Pyruvat Pyruvat Oxalacetat Oxalacetat Phosphoenolpyruvat 1,3-Biphosphoglycerat Glyceral-3-phosphat Glucose-6- phosphat NADH . H + NAD + Malat NAD + NADH . H + Malat NAD + NADH . H + O O H O H O H H O H 2 C P NADH . H + NAD + O O H O H O H H O H O CH 2 O O H O H O H H O H O CH 2 O O H O H O H H O H O CH 2 Mitochondrium ER Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv