Kurz gesagt: Die Gluconeogenese bildet Glucose aus Nichtkohlenhydrat-Vorstufen, vor allem aus Laktat, Alanin und anderen glucogenen Aminosäuren sowie Glycerol. Sie läuft hauptsächlich in der Leber, im längeren Fasten auch in der Niere. Vier Umgehungsenzyme ersetzen die drei irreversiblen Schritte der Glykolyse: Pyruvatcarboxylase, PEP-Carboxykinase, Fructose-1,6-bisphosphatase und Glucose-6-Phosphatase. Geradzahlige Fettsäuren liefern netto keine Glucose, weil der PDH-Schritt nicht umkehrbar ist.
Die Gluconeogenese ist keine einfache Rückwärtsglykolyse. Sieben Schritte teilt sie mit der Glykolyse, drei muss sie umgehen, weil diese thermodynamisch praktisch nur in eine Richtung laufen. Dafür braucht sie Energie: Pro Glucose werden aus zwei Pyruvat 4 ATP und 2 GTP verbraucht. Diese Seite ordnet die Vorstufen, die Umgehungsenzyme und die Regulation und erklärt, warum eine der häufigsten Physikumsfragen die nach den Fettsäuren ist.
| Vorstufe | Herkunft | Eintrittspunkt |
|---|---|---|
| Laktat | Erythrozyten, arbeitender Muskel | Über LDH zu Pyruvat (Cori-Zyklus) |
| Alanin | Muskelprotein im Fasten | Transaminierung zu Pyruvat (Alanin-Zyklus) |
| Andere glucogene Aminosäuren | Proteinabbau | Über Citratzyklus-Zwischenprodukte zu Oxalacetat |
| Glycerol | Lipolyse im Fettgewebe | Glycerin-3-phosphat zu Dihydroxyacetonphosphat |
| Propionyl-CoA | Ungeradzahlige Fettsäuren, einige Aminosäuren | Über Succinyl-CoA in den Citratzyklus |
Im Lernheft lautet die Verwechslung dieses Moduls: Glycerol aus Fett ist eine wichtige andere Möglichkeit. Fett liefert also durchaus Glucose, aber nur über den Glycerolanteil, nicht über die Fettsäuren.
Schritt 1
Pyruvatcarboxylase: Pyruvat zu Oxalacetat, Biotin und ATP nötig, aktiviert durch Acetyl-CoA.
Schritt 2
PEP-Carboxykinase: Oxalacetat zu Phosphoenolpyruvat, verbraucht GTP. Ersetzt zusammen mit Schritt 1 die Pyruvatkinase.
Schritt 3
Fructose-1,6-bisphosphatase: ersetzt die PFK-1, gehemmt durch Fructose-2,6-bisphosphat und AMP.
Schritt 4
Glucose-6-Phosphatase: ersetzt die Hexokinase, nur in Leber und Niere, setzt freie Glucose frei.
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Lernheft ansehenGlucagon und Cortisol fördern die Gluconeogenese, Insulin hemmt sie. Kurzfristig wirkt Glucagon über den Abfall von Fructose-2,6-bisphosphat und die Hemmung der hepatischen Pyruvatkinase. Längerfristig erhöhen Glucagon und Cortisol die Expression der PEP-Carboxykinase. Acetyl-CoA aus der Betaoxidation aktiviert die Pyruvatcarboxylase und hemmt gleichzeitig die PDH. So lenkt die gesteigerte Fettverbrennung im Fasten Pyruvat automatisch in Richtung Glucose.
Kreuzfalle Alkohol
Ethanolabbau erhöht das NADH/NAD+-Verhältnis in der Leber. Dadurch wird Pyruvat zu Laktat und Oxalacetat zu Malat verschoben, die Gluconeogenese kommt ins Stocken. Bei leeren Glykogenspeichern ist das ein Hypoglykämierisiko.
Vor allem in der Leber, im längeren Fasten zunehmend auch in der Nierenrinde. Der erste Schritt läuft im Mitochondrium, die weiteren im Zytosol und der letzte im endoplasmatischen Retikulum.
Geradzahlige Fettsäuren werden zu Acetyl-CoA abgebaut. Die PDH-Reaktion ist irreversibel, und im Citratzyklus entsteht netto kein zusätzliches Oxalacetat.
Pyruvatcarboxylase, PEP-Carboxykinase, Fructose-1,6-bisphosphatase und Glucose-6-Phosphatase.
Aus zwei Pyruvat werden pro Glucose 4 ATP und 2 GTP verbraucht.
Ja. Glycerol wird in der Leber zu Glycerin-3-phosphat und dann zu Dihydroxyacetonphosphat umgesetzt, das in die Gluconeogenese eintritt.
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