Glycolyse

Lactat-Dehydrogenase (Mit Rossmannfalte für NADH)

Erythrozyten haben keine Mitochondrien und d.h. keine Atmungskette: diese machen zwingend eine Milchsäuregärung!

Problem: In schnell zuckenden Muskelzellen kann die Anreicherung von Lactat den pH-Wert von 7,0 im Ruhezustand auf unter 6,3 absenken. Lactat muss aktiv aus der Muskelzelle transportiert werden. Hierbei handelt es sich um einen Lactat/H+-Symporter!

• ATP-Bindung reduziert die Affinität für F-6-P durch eine Änderung der Konformation (negative feedback).
• AMP-Bindung hebt die Wirkung von ATP auf (Energiebedarf).
• Protonen (zuviel Lactat) verstärken die negative feedback Wirkung von ATP (Stopp auch bei Energiebedarf um ein Übersäuern zu verhindern).

ATP kann durch die Adenylatkinase aus ADP regeneriert werden:

ADP+ADP —> ATP+AMP
Weiterhin gibt es mehr ATP und ADP als AMP: [ATP] >> [ADP] > [AMP]
Kleine (absolute) Änderungen der ATP Konzentration lösen also große (relative) Änderungen der AMP Konzentration aus.
 

Die Hexokinase: allosterisch über ihr Produkt Glucose-6-Phosphat (negative feedback loop). Hintergrund ist das Glucose-6-Phosphat u.U. in der Zelle zum Glykogen-Aufbau benötigt wird.
Die Pyruvat Kinase wird allosterisch durch ATP-Bindung gehemmt, also inaktiviert wenn genügend Energie vorhanden ist. Weiterhin wird die Pyruvat Kinase durch F-1,6-BP allosterisch aktiviert.
 

Die Leber benötigt Glucose nicht nur zur Aufrechterhaltung der eigenen Energieversorgung, sondern ist verantwortlich für die Stabilisierung des Glucosespiegels im Blut. Weiterhin ist die Leber biosynthetisch aktiv, wofür Intermediate und Folgeprodukte der Glykolyse benötigt werden.
AMP Konzentrationen haben einen geringeren Einfluss auf die Leber-Isoform der PFK-1. Auch die Protonenkonzentration ist weniger entscheidend als bei der Muskel-Isoform.
Citrat wirkt synergetisch mit ATP als Inhibitor der PKF-1 und signalisiert das kein Bedarf an Biosynthesebausteinen vorhanden ist (Citrat-Zyklus ist ausgelastet).
Wichtigster Regulator, und starker Aktivator, der PFK-1 der Leber ist Fructose-2,6-bisphosphat.
 

= Hexokinase Isoform in der Leber

Diese wird nicht durch G-6P gehemmt. Sie besitzt jedoch eine 50fach geringere Affinität zu Glucose als andere Hexokinasen und wird daher nur aktiv wenn ein Überschuss an (Blut)Glucose herrscht.
So werden bei begrenztem Blutzucker zuerst Gehirn, Muskeln und Erythrozyten versorgt.
Erst bei Zuckerüberangebot wird Glucose als Glucose-6-Phosphat in der Leber eingefangen. Die Glucokinase kann zusätzlich noch von einem Leberspezifischen Enzym gehemmt werden.

Zentrales Zinkion

- Biotin als aktivierten CO2 Carrier

Enzym: mitochondriale Pyruvat-Carboxylase

X

Dies geschieht für Malat durch den Aspartat-Malat Shuttle, welcher auch für den NADH/NAD+ Austausch zwischen Cytosol und Mitochondrium verantwortlich ist. PEP und Pyruvat haben jeweils direkte Transporter. 

-> oxalacetat kann zu Malta umgewandelt werden 

Genau wie bei der Glykolyse ist die Umwandlung von Fructose-1,6-Bisphosphat zu Fructose-6-Phosphat der committed step des Stoffwechselwegs.

Die Reaktion wird durch die Fructose-1,6-bisphosphatase katalysiert. Genau wie ihr Gegenstück aus der Glykolyse wird sie vor allem durch Fructose-2,6-bisphosphat reguliert!
Jedoch wird die Fructose-1,6-bisphosphatase durch F-2,6-BP inhibiert, während die Phosphofructokinase-1 aus der Glykolyse durch F-2,6-BP stimuliert wird.
Auch Citrat (stimulierend) und AMP (inhibierend) haben inverse Wirkung verglichen mit der Phsophofructokinase-1
 

Glucagon als Signal für niedrigen Blutzucker stimuliert die PKA welche durch Phosphorylierung die FBPase2 aktiviert und F-2,6-BP Level senkt. So wird Gluconeogenese favorisiert

Insulin als Signal für hohen Blutzucker stimuliert die Phosphoprotein-Phosphatase welche durch Dephosphorylierung die PFK2 aktiviert und F-2,6-BP Level erhöht So wird Glykolyse favorisiert

Meist stoppt die Gluconeogenese auf der Stufe des Glucose-6-phosphat und der letzte irreversible Schritt wird nicht ausgeführt.
In der Leber, und z.T. in der Niere, verläuft die Gluconeogenese durch eine Glucose-6- phosphatase bis zur Glucose, welches dann zur Versorgung anderer Zellen dient.
Hierfür werden 3 Transportproteine benötigt: T1, T2 und T3

Anaerob arbeitende Muskelzellen, sowie Erythrocyten, produzieren Lactat welches sie an den Blutkreislauf abgeben.
Dieses wird von der Leber wieder aufgenommen, zu Pyruvat oxidiert, und kann dann in der Gluconeogenese verwendet werden. Die von der Leber ausgeschüttete Glucose dient dann wieder als Energielieferant für die anaerob arbeitenden Muskelzellen. Dies bezeichnet man als Cori-Zyklus.
Herzmuskelzellen sowie langsame (Typ I) Muskelzellen enthalten Carrier die Sie für Lactat und Pyruvat hoch permeabel machen. Diese können auch Lactat und Pyruvat aufnehmen und in Citrat-Zyklus und Atmungskette verwenden. So konkurrieren Sie nicht um Blutglucose.

Ein Mangel an Galactose-1-phosphat-Uridyl-Transferase ruft eine Galctosämie hervor, welche anders als Lactoseintoleranz, potentiell innerhalb weniger Tage letal ist. Grund ist das ein späteres Enzym der Verwertungskette fehlt, sich also Galactose-1-Phosphat in den Zellen anreichert.
Der Pathomechanismus ist nicht vollständig aufgeklärt, aber die Anreicherung von Galactose-1- Phosphat könnte die Glykolyse beeinflussen. Auch könnte es zu einem zellulären Phosphatmangel kommen.
In Kombination mit pränataler Diagnostik ist eine streng galactosefreie Diät eine wirksame Therapie. Da Lactose zu Galactose und Glucose gespalten wird ist eine Diagnose vor der ersten Milchgabe erforderlich.

Hier handelt es sich um eine autosomal rezessiv vererbte Erkrankung, welche zu einer Inaktivierung der Triose Phosphat Isomerase führt
Dadurch kann DHAP nicht mehr zu GAP umgewandelt werden und steht der 2. Stufe der Glykolyse nicht zur Verfügung. Insbesondere Blutzellen sind hiervon betroffen da sie exklusiv durch Glykolyse mit Energie versorgt werden.
Die niedrige Inzidenz (weltweit weniger als 50 Fälle beschrieben) lassen darauf schließen, das die Erkrankung fast immer pränatal letal ist.

Bei der Pyruvat Carboxylase Defizienz kann keine normale Gluconeogenese stattfinden, da der Weg von Pyruvat über Oxalacetat zu Phosphoenolpyruvate blockiert ist. Dieses hat auch Einfluss auf den Citrat-Zyklus.
Dieses führt zu einem tendenziell niedrigem Blutzuckerspiegel, da die Leber diesen nicht mehr durch die Gluconeogenese regulieren kann.
Weiterhin übersäuert das Blut, da die Leber nicht mehr überschüssiges Lactat aus anaerob arbeitenden Muskeln verwerten kann.
 

Schnell wachsende Tumorzellen metabolisieren Glucose auch unter aeroben Bedingungen zu Lactat (nach dem Entdecker: Warburg-Effekt). Hierfür nehmen sie große Mengen an Glucose auf, was eine diagnostische Identifizierung mittel markierter Glucose-Derivate ermöglicht
Vorteile für die Tumorzellen sind:
lBereitstellung von NADH und Vorstufen des Pentosephosphatwegs welcher für die Vorbereitung von Zellteilungen wichtig ist
lAnsäuerung der Umgebung hemmt die Bekämpfung durch das Immunsystem
Die „normale“ Glykolyse mit anschließendem Citrat-Zyklus und Atmungskette wird natürlich auch durchgeführt