Das Gehirn braucht Zucker: Neuronen arbeiten fast ausschließlich mit Glukose, daher ist eine kontinuierliche Versorgung mit diesem Zucker notwendig. Das Gehirn verbraucht etwa 120 g Glukose pro Tag, während der Tagesbedarf des gesamten Organismus etwa 200 g beträgt.
In unserem Körper werden etwa 100 g Glukose in Form von Glykogen in der Leber gespeichert, weitere 5-10 g befinden sich in biologischen Flüssigkeiten, während etwa 200-300 g im Muskel gespeichert werden, immer in Form von Glykogen. Um die Kontinuität der Glukoseversorgung der Gewebe, die sie benötigen, sicherzustellen, wird eine Strategie verwendet, die die weniger beweglichen Moleküle in Glukose umwandelt: die Glukoneogenese.
Gluconeogenese ist der Prozess der Glucosesynthese ausgehend von Nicht-Kohlenhydrat-Vorstufen:
- Milchsäure: entsteht durch anaerobe Glykolyse
- Aminosäuren *: stammen aus der Nahrung oder aus dem Abbau von Strukturproteinen
- Glycerin: wird aus der Hydrolyse von Triglyceriden gewonnen
Die Glukoneogenese ist wichtig, um eine ausreichende Versorgung des insulinunabhängigen Gewebes (Gehirn, rote Blutkörperchen und Muskeln bei intensiver körperlicher Betätigung) mit Glukose sicherzustellen.
Die Glukoneogenese, die in vielen Geweben und insbesondere in der Leber stattfindet, wird während des Fastens unerlässlich, wenn die Kohlenhydratreserven des Körpers erschöpft sind.
* Von den verschiedenen glukoneogenetischen Aminosäuren (u.a. Glutamin- und Asparaginsäure, Alanin, Cystein, Glycin, Prolin, Serin, Threonin) spielt das aus der Skelettmuskulatur freigesetzte Alanin eine vorherrschende Rolle (siehe Glukose-Alanin-Zyklus).
Die Glukoneogenese beginnt mit Pyruvat und ist weitgehend die Umkehrung der Glykolyse.
Das Gehirn:
- unter normalen Bedingungen wird nur Glukose verwendet;
- bei längerem Fasten (2-3 Tage) werden zunehmend die energetischen Eigenschaften der Ketonkörper ausgenutzt;
- beim sofortigen Fasten (zwischen den Mahlzeiten), nachdem die Kohlenhydratreserven aufgebraucht sind, verwendet es die Glukose, die aus den Aminosäuren stammt, die bei der Hydrolyse von Strukturproteinen gewonnen werden: Die Proteaseenzyme bauen die Proteine zu Aminosäuren ab, die dann durch die Wirkung der Enzyme Transaminasen, werden in Alpha-Ketosäuren umgewandelt, die wiederum als Ersatz für Glukose verwendet werden (siehe Aminosäureabbau).
Für die Gluconeogenese ist allein die Leber zuständig (sie kommt in geringerem Maße auch in den Nieren + und im Darm vor); hier wird durch die Gluconeogenese Glucose gewonnen, die in die verschiedenen Gewebe bis zum Gehirn transportiert wird.
Sieben von zehn Reaktionen der Glykolyse laufen in die entgegengesetzte Richtung zur Gluconeogenese ab; Wäre die Glukoneogenese die genaue Umkehrung der Glykolyse, müsste in jedem Stadium Energie zugeführt werden, daher können drei Reaktionen der Glykolyse (aus energetischen Gründen) in der Gluconeogenese nicht genutzt werden, statt dieser drei Reaktionen werden andere Reaktionen mit unterschiedlichen Substrate, Produkte und Enzyme.
Die Reaktion, die von Glucose-6-phosphat zu Glucose führt, wird katalysiert durch a Phosphatase anstelle einer Kinase; der Übergang von Fructose-1,6-bisphosphat zu Fructose-6-phosphat wird auch eher durch eine Phosphatase als durch eine Kinase katalysiert.
Die dritte Reaktion, die sich von der Glykolyse unterscheidet, ist diejenige, die zur Bildung von Phosphoenolpyrivat aus Pyruvat führt; das passiert durch die Pyruvat-Carboxylase, das ein Kohlendioxidmolekül verwendet, um die Kohlenstoffkette zu verlängern, und durch die Phosphoenolpyruvatcarboxykinase (Die Energie für diesen Vorgang wird vom GTP bereitgestellt).
Angenommen, Sie treiben Sport und haben keine Mahlzeiten, müssen Sie den Glukosestoffwechsel aktivieren, um Energie zu produzieren. Wenn die Blutglukose weniger als 5 mM beträgt, wird das Glukosebedarfssignal realisiert: Die α-Zellen der Bauchspeicheldrüse setzen ein Hormon (es ist ein kleines Dipeptid) das Glukagon frei, das über das Blut die Hepatozyten (Leber) erreicht; hier wird der glukoneogenetische Weg aktiviert und die Glykolyse blockiert. Die neu gebildete Glukose wird in den Kreislauf abgegeben und vor allem zu roten Blutkörperchen, Nervensystem und Muskelgewebe transportiert. Siehe auch: Kohlenhydrate und Hypoglykämie.
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