Gluconeogenese – Bedeutung und Funktion
Die Gluconeogenese ist ein Stoffwechselweg, bei dem der Körper Glucose aus Nicht-Kohlenhydrat-Vorstufen wie Aminosäuren oder Laktat neu synthetisiert.
Wissenswertes über "Gluconeogenese"
Die Gluconeogenese ist ein Stoffwechselweg, bei dem der Körper Glucose aus Nicht-Kohlenhydrat-Vorstufen wie Aminosäuren oder Laktat neu synthetisiert.
Was ist Gluconeogenese?
Die Gluconeogenese (auch: Glukoneogenese) ist ein zentraler Stoffwechselweg des menschlichen Körpers, bei dem Glucose – der wichtigste Energieträger für das Gehirn und die roten Blutkörperchen – aus Nicht-Kohlenhydrat-Vorstufen neu gebildet wird. Der Begriff setzt sich zusammen aus dem griechischen glykys (süß), neos (neu) und genesis (Entstehung). Dieser Prozess findet hauptsächlich in der Leber statt, in geringerem Ausmaß auch in der Nierenrinde und im Dünndarm.
Funktion und Bedeutung
Die Gluconeogenese sichert die Blutglucoseversorgung in Situationen, in denen die Nahrungszufuhr von Kohlenhydraten ausbleibt – zum Beispiel beim Fasten, bei körperlicher Belastung oder zwischen den Mahlzeiten. Sie ist damit ein unverzichtbares Instrument der Blutzuckerregulation und wirkt eng mit dem Hormon Glucagon zusammen, das bei sinkenden Blutzuckerspiegeln ausgeschüttet wird.
Ausgangsstoffe (Substrate)
Für die Neusynthese von Glucose werden verschiedene Vorstufen genutzt:
- Laktat: entsteht bei anaerober Muskelarbeit und wird über den sogenannten Cori-Zyklus zur Leber transportiert
- Glucogene Aminosäuren: z. B. Alanin, Glutamin – entstehen beim Proteinabbau
- Glycerin: wird beim Abbau von Fetten (Triglyceriden) freigesetzt
- Pyruvat: ein zentrales Zwischenprodukt des Energiestoffwechsels
Ablauf des Stoffwechselwegs
Die Gluconeogenese ist im Wesentlichen die Umkehrung der Glykolyse (des Glucoseabbaus), jedoch sind drei Schlüsselschritte der Glykolyse thermodynamisch irreversibel und werden durch spezifische Enzyme der Gluconeogenese umgangen:
- Pyruvat-Carboxylase: wandelt Pyruvat in Oxalacetat um (im Mitochondrium)
- Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase (PEPCK): wandelt Oxalacetat in Phosphoenolpyruvat (PEP) um
- Fructose-1,6-Bisphosphatase: katalysiert die Umwandlung von Fructose-1,6-Bisphosphat in Fructose-6-Phosphat
- Glucose-6-Phosphatase: setzt freie Glucose ins Blut frei (nur in Leber und Niere vorhanden)
Die benötigte Energie für diesen aufwendigen Aufbauprozess stammt vor allem aus der Fettverbrennung (beta-Oxidation), die in der Leber gleichzeitig aktiv ist.
Regulation
Die Gluconeogenese wird durch verschiedene Hormone und Signalmoleküle gesteuert:
- Glucagon (bei Hypoglykämie) und Cortisol (bei Stress) stimulieren die Gluconeogenese
- Insulin hemmt den Stoffwechselweg und fördert stattdessen die Glucoseverwertung
- AMP-aktivierte Proteinkinase (AMPK) und weitere Signalwege modulieren die Enzymaktivitäten
Klinische Relevanz
Störungen der Gluconeogenese können erhebliche gesundheitliche Folgen haben:
- Bei Diabetes mellitus Typ 2 ist die Gluconeogenese oft übermäßig aktiv, was zu erhöhten Nüchternblutzuckerwerten führt. Das Medikament Metformin wirkt unter anderem durch Hemmung der hepatischen Gluconeogenese.
- Ein Enzymdefekt in der Gluconeogenese (z. B. Fructose-1,6-Bisphosphatase-Mangel) kann bei Säuglingen und Kindern zu lebensbedrohlicher Hypoglykämie führen.
- Bei längerem Fasten oder ketogener Ernährung wird die Gluconeogenese intensiviert, um den Glucosebedarf des Gehirns zu decken.
- Alkohol hemmt die Gluconeogenese in der Leber, da er die für den Prozess benötigten Cofaktoren (NAD⁺) verbraucht – dies kann zu Hypoglykämien führen.
Quellen
- Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. Biochemie. 8. Auflage. Springer Spektrum, 2018.
- Roden M. Gluconeogenesis in humans – the role of the kidney. Nephrology Dialysis Transplantation, 2016. PubMed PMID: 26908769.
- World Health Organization (WHO). Global Report on Diabetes. Geneva: WHO Press, 2016.
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