Praktikumsreferat Biochemie - DocCheck Campus

3.Regulation von Glycolyse & Gluconeogenese
Zur Regulation der Glycolyse und der Gluconeogenese gibt es unterschiedliche
Möglichkeiten. Zum einen kann jede Zelle in einem gewissen Umfang ihre Stoffwechselwege
autark regulieren. Dabei werden die Schlüsselenzyme von bestimmten Stoffen kontrolliert,
die innerhalb der Zelle gebildet werden und verschiedene Zustände signalisieren. Dies
bezeichnet man als allosterische Regulation. Sie sorgt zum einen dafür, daß nur so viele
Produkte hergestellt werden, wie gerade benötigt. Eine Leberzelle z.B. kann nur dann Glucose
herstellen, wenn sie selbst genügend Energie zur Verfügung hat – ansonsten würde sie sich
kaputt arbeiten, und davon hätte sie wenig.
Der Körper verwendet zur Steuerung des Stoffwechsels außerdem Hormone. Diese
Botenstoffe erreichen über das Blut alle Organe, übermitteln ihre Informationen aber nur an
diese, die auch die passenden Rezeptoren für diese Hormone besitzen. Über die Rezeptoren
und einen zweiten, nun intrazellulären Botenstoff wird die Botschaft an die Zelle
weitergeleitet. Für die Hormone des Stoffwechsels übernimmt meist cAMP die Rolle des
second messengers. Das cAMP ist ein allosterischer Aktivator. Ein hoher cAMP-Spiegel in
der Zelle ist ein Hungersignal. Es zeigt einen niedrigen Blutglucosespiegel an.
Die allosterische Regulation der Glycolyse ist eine intrazelluläre Regulation, die
hormonunabhängig funktioniert. Grundprinzip dabei ist eine bei den Schlüsselreaktionen
ansetzende Aktivierung oder Hemmung von Enzymen. So wirken Stoffe, die eine gute
Energieversorgung der Zelle anzeigen (wie ATP) als Hemmstoffe der Glycolyse. Diesen
hemmenden Effekt hat auch Citrat, eine Substanz, an deren Entstehung Pyruvat beteiligt ist.
Steigt der intrazelluläre Citratgehalt, wird dieses vermehrt als Baustein für Biosynthesen
verwendet. Steigt der Spiegel noch weiter, liegt irgendwann mehr Citrat in der Zelle vor, als
für die Biosynthesen verwendet werden kann. Ab diesem Zeitpunkt hemmt Citrat die
Glycolyse und damit seine eigene Produktion, um eine Überschwemmung mit Citrat in der
Zelle zu vermeiden. ADP und AMP hingegen wirken aktivierend auf die Glycolyse, weil sie
ja einen Energiebedarf der Zelle anzeigen.
Bei der PFK-1 handelt es sich um eines der kompliziertesten regulatorischen Enzyme. Da sie
das erste Schlüsselenzym ist, daß ausschließlich in der Glycolyse arbeitet (Hexokinase kann
ja auch andere Stoffe umsetzen), ist sie die wichtigste Kontrollstelle des Stoffwechselweges.
Ein allosterischer Stimulator der PFK-1 ist Fructose-2,6-Bisphosphat (gibt es nur in Leber
und Muskulatur). Fructose-2,6-Bisphosphat beschleunigt also die Glycolyse. Für dessen
Produktion und Abbau verfügen Leber und Muskelzellen über ein bifunktionales Enzym,
also ein Enzym mit zwei unterschiedlichen enzymatischen Funktionen.
• Ein Teil des Enzyms ist die PFK-2 (nicht verwechseln mit PFK-1!!), die die Herstellung von
Fructose-2,6-Bisphosphat katalysiert.
• Der zweite Teil des Enzyms ist die Fructose-2,6-Bisphosphatase, die ein Phosphat-Molekül
aus Fructose-2,6-Bisphosphat abspaltet, wodurch wieder Fructose-6-Phosphat entsteht.
Das bifunktionale Enzym und damit die Glycolyse von Leber und Muskulatur werden genau
entgegengesetzt reguliert. Dazu einfach zwei Beispiele:
Nehmen wir an, unser Körper befindet sich in Alarmbereitschaft oder im Hungerzustand. Im
Blut befinden sich dann die Hormone Adrenalin und Glukagon. Beide bewirken über einen
intrazellulären Ansteig von cAMP eine Phosphorylierung interkonvertierbarer Enzyme (diese
Enzyme werden in der Glycolyse durch Anhängen eines Phosphates inaktiviert), zu denen
auch das bifunktionale Enzym gehört. Wird dieses phosphoryliert, dann
- ist in der Leber der PFK-2-Teil inaktiv und die Fructose-2,6-Bisphosphatase aktiv. Die
Glycolyse wird also gebremst. Da gleichzeitig über andere Enzyme die Gluconeogenese
Adrian Knispel - 7 - 21. März 2003