BIOCHEMISCHE GRUNDLAGENDER ERNÄHRUNG

Dr. rer. nat. Marcel JennySektion für Medizinische BiochemieBiozentrumMedizinische Universität InnsbruckEmail: Marcel.Jenny@i med.ac.at

I. Die Nährstoffe

II. Konzepte und Grundmuster des Stoffwechsels

III. Die Energiegewinnung aus Nährstoffen

Glykolyse

Citratzyklus

Oxidative Phosphorylierung

Gluconeogenese

IV. Vernetzung der Stoffwechselwege

Die Nährstoffe

Nährstoffe sind chemisch definierte organische und anorganischeBestandteile der Nahrung, die zur Lebenserhaltung im Stoffwechsel (STW)

verarbeitet werden und als Energieliferanten, Baustoffe undSteuerungssubstanzen dienen.

• essentielle Nährstoffe: auf die der Betrieb des STW angewiesen ist,der Organismus aber nicht selbst synthetisierenkann und über die Nahrung aufgenommenwerden müssen.

• nicht essentiellen Nährstoffe: können im Org. synthetisiert werden,vorausgesetzt, dass die Nahrungausreichend geeignete Vorstufen enthält.

Kohlenhydrate (KH)• Hauptnahrungsquelle aller heterotropher Organismen

• KH werden nicht nur zur Energiegewinnung, sondern auch als Ausgangssubstanzen von

Speicher und Gerüststoffen genutzt.

• Die Grundeinheit aller KH sind einfache Zucker (Monosaccharide), welche eine starke

Neigung zur Polymerisierung zeigen.

• Stärke und Glykogen sind die wichtigsten Polysaccharide für die Ernährung und den STW

des Menschen Cellulose ist der wichtigste Ballaststoff

• KH sind keine essentiellen Nährstoffe, da alle für den Menschen notwendigen KH

prinzipell auch vom Menschen synthetisiert werden können.

• KH freie Ernährung ist nur schwer realisierbar und gilt als ungesund

• Empfehlung zur Deckung des Energiebedarfs: 50 % KH, 35% Fette und 15% Protein

• Ernährung in der westlichen Welt: 50% KH und 50 % Fette + Energieaufnahme mit

Ethanol (Alkohol konsumierende Teil der Bevölkerung deckt ~8 % der gesamten

Energiezufuhr durch Alkohol)

Fettsäuren:

gerade Anzahl von C Atomenunverzweigtunterschiedlich lang (C4 – C24)können eine oder mehrere Doppelbindungenin ihren C Ketten enthalten einfache bzw.mehrfach ungesättigte FS

Lipide• Lipide sind eine wichtige Energiereserve, haben aber auch die Funktion als Baustoffe

(Bestandteil von biologischen Membranen), als thermische undmechanischeIsolatoren, sowie als Lösungsmittel für lipidlösliche Substanzen (z.B. fettlöslicheVitamine)

• Als Nahrungskomponente sind nur die Triglyceride (Triacylglycerine) von quantitativerBedeutung (98%) – 2% der Nahrungslipide: Cholesterin und Phospholipide

• Triglyceride sind Ester, aus Glycerin und drei Fettsäuren (FS)

• Die beiden C18 FS Linolsäure (2 Doppelbindungen) und Linolensäure (3 Doppelbindungen), sowie die C20 FS Arachidonsäure (4 Doppelbindungen) sind essentielleFS, während alle anderen aus Acetyl CoA synthetisiert werden können.

Proteine• Die zentrale Stellung der Proteine beruht darauf, dass die genetische Information in

Form von Proteinen ausgedrückt wird.

• Sie sind Baustoffe (u.a. von biologischen Membranen), fungieren in Form von Enzymen

als Biokatalysatoren, dienen als Hormone und Rezeptoren der Informations

übermittlung und steuern auch sonst in vielfältiger Art die Lebensprozesse jeder Zelle.

• Im Gegensatzt zu Fett und KH werden Proteine beim Menschen nicht gezielt als

Energiereserve gespeichert. Bei entsprechender Anforderung kann aber auch Protein

energetisch verwertet werden.

• Proteine sind Polymere von Aminosäuren (AS), werden im Stoffwechsel ständig

abgebaut undmüssen durch Biosynthesen ersetzt werden.

• Der Proteinbedarf ist im Grunde genommen ein Bedarf an AS.

• Der Mensch benötigt 20 AS zur Proteinbiosynthese:

– Unbedingt essentiell: Valin, Leucin, Isoleucin, Threonin, Methionin, Lysin, Histidin,Phenylalanin,Tryptophan

– Bedingt essentiell: Cystein, Tyrosin

– Nicht essentiell: Glycin, Alanin, Serin, Aspartat, Asparagin, Glutamat, Glutamin, Prolin, Arginin

Vitamine• sind essentielle Nährstoffe

• sind sowohl hinsichtlich ihrer chemischen Konstitution als auch hinsichtlich ihrer

biologischen Funktion inhomogen

• Fettlösliche Vitamine: Vitamin A, D, E und K

• Wasserlösliche Vitamine: Thiamin, Riboflavin, Niacin, Pyridoxin,

Folsäure, Cobalamin, Biotin, Panthothensäure und

Ascorbinsäure

• Fettlösliche Vitamine akkumulieren im Fettgewebe, während wasserlösliche Vitamine

nur im geringen Umfang gespeichert werden. Den aktuellen Bedarf überschreitende

Mengen, werden renal ausgeschieden.

• DieMengen, zur Ausübung der biochemischen Wirkung von Vitaminen, liegen im

Bereich von Spuren (Gesamtbestand von z.b. ~0.1 mg Vitamin K oder ~ 3.5 g Vitamin C

im Organismus)

• Alle wasserlöslichen Vitamine haben Coenzymfunktion bei zahlreichen enzymatischen

Reaktionen des STW

Mineralstoffe• Mineralstoffe sind anorganische Nährstoffe und werden im Gegensatz zu organischen

Nährstoffe (KH, Lipide undProteine) nicht verstoffwechselt.

• Mineralstoffe werden in größeren Mengen deponiert, aus den Depots freigesetzt undzwischen Kompartimenten verschoben (Mineralstoffumsatz).

• Mineralstoffe werden ausschließlich nach quantitativen Aspekt in die Kategorie derMengenelemente (Tagesbedarf >100 mg) und der Spurenelemente (Tagesbedarf <100mg) eingeteilt.

• Mengenelemente (essentiell):Alkalimetalle Natrium und KaliumErdalkalimetalle Calcium undMagnesiumNichtmetalle Phosphor, Schwefel, Chlor.

• Spurenelemte:

ausnahmlos essentiell: Eisen, Zink, Kupfer, Mangan,Molybdän, Selen, Chrom, Cobalt,Jod und Fluor

wahrscheinlich essentiell: Vanadium, Nickel, Aluminium,Silicium, Zinn und Arsen

• Mineralstoffe erfüllen strukturbildende, katalytische und regulatorische Funktionen.

Wasser• Das Wasser ist ebenfalls ein essentieller Nährstoff

• Dank der Polarität des Wassersmoleküls lösen sich Kristallgitter leicht auf, und die

entstandenen Jonen umgeben sich mit einer Hydrathülle, wodurch sich Jonen in

wässrigen Lösungen beinahe unabhängig voneinander bewegen können, wodurch

die Reaktionsfähigkeit stark erhöht wird.

• Wasser modifiziert auch die Eigenschaften von Makromolekülen, wie

Nucleinsäuren, Proteinen und KH, indem es mit polaren funktionellen Gruppen

dieser Moleküle leicht spaltbareWasserstoffbrücken bildet, und so die

Voraussetzung für biochemische Reaktionen schafft.

• Auch die hydrophobe Wechselwirkung unpolarer Moleküle, wie der Lipide, mit

Wasser ist eine Grundvorausetzung für viele biologische Funktionen.

• Wasser tritt als Reaktionspartner in zahlreichen biochemischen Reaktionen auf.

• Die Befriedigung des Wasserbedarfs hat Vorrang gegnüber der Befriedigung des

Bedarfs an sonstigen essentiellen Nährstoffen.

• Im weitesten Sinn gehöhrt auch der Sauerstoff zu den Nährstoffen.

Die Gewinnung biologischer Energie aus Nährstoffen

Auf welche Weise gewinnen Zellen aus ihrer Umgebung Energie?

Wie synthetisieren Zellen die Bausteine ihrer Makromoleküle

und dann die Makromoleküle selbst?

• Mechanische Arbeit z.B. Muskelkontraktion

• Transport Arbeit z.B. Aufnahme von Molekülen in die Zelle

• Chemische Arbeit z.B. Aufbau von Makromolekülen

Stoffwechsel (Metabolismus): Netzwerk voneinander abhängiger Reaktionen

Gesamtheit aller chemischen Prozesse

eines Organismus bzw. der Zelle

Lebende Systeme sind auf laufende Energiezufuhr angewiesen:

Nährstoffe aus Verdaungs und Resorptionsvorgängen über das BlutKreislaufsystem zu den Zellen transportiert werden.

daraus gewonnene Energie dient hauptsächlich 3 Zwecken :

Der Stoffwechsel organisiert die Energie undMaterialressourcen der Zelle

Stoffwechselwege.(Kyoto Encyclopedia of Genes andGenomes; ww.genome.ad.jp/kegg.)

Der Zellstoffwechsel ist ein kompliziertes Netzwerk ausmehreren tausend chem. Reaktionen, welche in

verzweigten STW Wegen angeordnet sind, in denenMoleküle schrittweise umgesetzt werden.

Enzymeschleusen Materie durch die STW Wege, indem sie

jeden Schritt selektiv beschleunigen.

Regulationsmechanismen balancieren Angebot undNachfrage innerhalb des STW aus und reagieren so auf

einenMangel oder Überschuß an Nährstoffen.

Makromolekulare Bausteine(Proteine, Lipide,

Polysaccharide, Nucleinsäure)

VorstufenAminosäuren, Fettsäuren,Saccharide, Stickstoffbasen

Energieliefernde Stoffe(Kohlenhydrate, Fette)

energiearme produkteCO2, H2O,NH3

Katabolismus Anabolismus

Stoffwechselwege lassen sich in zweigroße Klassen unterteilen

ATPNADHNADPH

ADP+HPO42

NAD+

NADP+

Energiegewinnung

Adenosintriphosphat (ATP): der universelleEnergieüberträger in biologischen Systemen

ATP ist ein energiereiches Molekül, weil seine Triphosphateinheit zwei Phosphorsäureanhydridbindungen enthält

ATP + H2O ADP + Pi - 30.5 kJ/mol

• Bewegung• aktiver Transport• Biosynthesen

KohlenhydrateFette

ATP-ADP-Zyklus ist der fundamentale Mechanismus des Energieaustausches in biologischen Systemen

Regeneration: Mitochondrien ( ATP-Synthase)Gewinnung: Substratkettenphosphorylierung (Glycolyse)

Arbeit (Muskelkontraktion)

Die Hydrolyse von ATP ändert das Glgw.-Verhältnis einer Reaktionsfolge um den Faktor von etwa 108, wodurch eine thermodynamisch ungünstigen Reaktion eine sehr günstige

umgewandelt werden kann.

ADP + Pi ATP + H2O +30.5 kJ/mol

Das Phosphorylgruppenübertragungspotential isteine wichtige Form der Energieumwandlung

Kreatinphosphat + ADP + H+ ATP + Kreatin

Muskel (ruhend): ATP [4mM]ADP [0.013 mM]Kreatinphophat [25mM]

ATP-Quellen während körperlicher Anstrengung. In den ersten Sekunden stammt die Energie aus Verbindungen mit hohem Phosphorylgruppenübertragungspotenzial (ATP und Kreatinphosphat). Danach muss ATP durch Stoffwechselreaktionen regeneriert werden.

Kreatinkinase

Verbindungen mit hohem Phosphorylgruppenübertragungs-potenzial.

Brenstoffmoleküle Pyridinnucleotide, Flavine O2

Stoffwechselwege enthalten viele wiederkehrendeMuster

1. Aktivierte Elektronen Carrier für die Brennstoffoxidation:

ATP ist ein aktivierter Carrier von Phosphorylgruppen

2. Aktivierte Elektronen Carrier für reduktive Biosynthese

e e

Flavinadenindinucleotid (FAD)Nicotinamidadenindinucleotid (NAD+)

Niacin Riboflavin

NADPH wird fast ausschließlich für reduktiveBiosynthesen verwendet, NADH dagegen in erster

Linie zur Erzeugung von ATP.

z.B. bei Fettsäurebiosynthese

Nicotinamidadenindinucleotidphosphat (NADP+)

3. Aktivierte Elektronen Carrier von Acyl gruppen:

Katabolismus, z.B. bei der Oxidation von Fettsäuren

Anabolismus, z.B. bei der Synthese von MembranlipidenCoenzym A

Acetyl CoA + H2O Acetat + CoA + H+ 31.4 kJ/mol

Panthothensäure

2 Schlüsselprinzipien des Stoffwechsels:

1. NADH, NADPH und FADH2 reagieren ohne Katalysatoren nur langsam mit O2,ebenso wie ATP und Acetyl CoA nur langsam hydrolysiern (viele Stunden bzw.Tage). Enzyme sind dadurch in der Lage den Fluß der Energie zu kontrollieren.

2. Die meißten Austauschreaktionen aktivierter Gruppen werden von einem relativkleinen Satz von Carrier Molekülen durchgeführt.

Schlüsselreaktionen wiederholen sich imStoffwechsel

Oxidations-Reduktions-Reaktionen

Ligationsreaktionen

Isomerisierungsreaktionen

Gruppentransferreaktionen

Hydrolysereaktionen

Addition oder Abspaltung vonfunktionellen Gruppen

Stoffwechselprozesse werden auf dreigrundlegende Arten reguliert

1. Kontrolle der Enzymmenge:

2. Kontrolle Kontrolle der Enzymaktivität:

3. Kontrolle der Verfügbarkeit von Substraten:

Synthese Abbau

v.a. durch Änderungen der Transkriptionsrate der Gene die sie codieren

• reversible allosterische Kontrolle (z.B. Rückkopplungs „Feedback“ Hemmung)

• reversible kovalente Modifikation (z.B. Phoshorylierung)

• Hormone (indem sie reversible Modifikationen von Schlüsselenzymen katalysieren)

• Energieladung (ATP/AMP Verhältnis)

• Kompartimentierung (z.B. findet die Oxidation von FS in den Mitochondrienstatt, während die FS Synthese im Cytoplasma erfolgt)

• Kontrolle des Substratflußes (z.B. kann der Abbau von Glucose nur inAnwesenheit von Insulin erfolgen, das den Eintritt indie Zelle ermöglicht)

Die Energiegewinnung aus NährstoffenDie ATP-Synthese ist an die Oxidation von Kohlenstoffbrennstoffen gekoppelt

Erythrocyten: Glykolyse ist die einzige Energiequelle

Zellen: Glykolyse ist nur ein Nebenweg der ATP Gewinnung

Glykolyse

Glucose 2 Pyruvat + 2 ATP + 2 NADHCytoplasma

anaerob

Citratzyklus

Mitochondrien

Gluconeogenese

Die Glykolyse

Die Geschwindigkeit der Glykolyse hängt ab vomATP Bedarf, der durch das ATP/AMP Verhältnissignalisiert wird, und vom Bedarf an Bausteinen,

den der Citratspiegel anzeigt.

• Hexokinase

• Phosphofructokinase

• Pyruvat Kinase

3 Kontrollpunkte:

2 Hauptfunktionen:

• ATP Erzeugung

• Bereitstellung von Bausteinen

für Biosynthesen (z.B. FS)

Glykolyse und Citratzyklus sind durch die oxidativeDecarboxylierung von Pyruvat unter Bildung von Acetyl CoA

miteinander verbunden

Die Bildung von Acetyl CoA, der Citratzyklus sowie die oxidative Phosphorylierung laufeninnerhalb derMitochondrien ab.

Pyruvat + CoA + NAD+ Acetyl CoA + CO2 + NADH

Pyruvat Dehydrogenase Komplex:

Pyruvat Dehydrogenase KomponeneteDihydrolipoyl TransacetylaseDihydrolipoyl Dehydrogenase

Die Aktivität des Pyruvat Dehydrogenase Komplexwird streng kontrolliert.

eine spezifische Kinase phosphoryliert undinaktiviert die Pyruvat Dehydrogenase (PDH)

eine Phosphatase entfernt das Phosphat undaktiviert dadurch die Dehydrogenase.

Die Kinase und die Phosphatase werdenebenfalls reguliert.

Der Pyruvat Dehydrogenase Komplex istso reguliert, dass er auf die Energieladungder Zelle reagiert.

A) Der Komplex wird durch seine unmittelbarenProdukte, NADH und Acetyl CoA, wie auch durchdas Endprodukt der Zellatmung, ATP, inhibiert.

B) Der Komplex wird durch Pyruvat und ADPaktiviert, welche die PDH phosphorylierendeKinase inhibieren.(CZ Citratzyklus.)

Acetyl CoA im Zentrum kataboler undanaboler Prozesse

Acetyl CoA

Saccharose

Pyruvat

Fettsäuren

Stärke

Glykogen Glucose

PhospholipideTriglyceride

Acetoacetyl CoA

AlaninSerin

LeucinIsoleucin

Mevalonat

Cholesterin Gallensäuren

Steroidhormone

Fettsäuren

Cholesterinester

Triglyceride

CDP Diglyceride

Phospholipide

Isopentylpyrophosphat

CitratzyklusProteine

Citratzyklus und oxidative Phosphorylierung – dieabschließenden STW Wege bei der Oxidation von

Brennstoffmolekülen

Acetyl CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H2O

2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + GTP + 2 H+ + CoA

Citrat

• Der Citratzyklus umfasst eine Reihe von OxidationsReduktions Reaktionen, die mit der Oxidation einerActeyl Gruppe zu CO2 enden.

• entfernt Elektronen aus dem Acetyl CoA undverwendet diese zur Bildung von NADH und FADH2.

• Hauptfunktion: energiereiche Elektronen derBrennstofmoleküle zu sammeln, welche in der derdarauf folgenden oxidativen Phosphorylierung, dieSynthese von ATP antreiben.

Acetyl-CoA

-Ketoglutarat

Succinyl CoA

Die oxidative PhosphorylierungBei der oxidativen Phosphorylierung entsteht ATP, wenn Elektronen über eine Reihe

von Elektronen Carriern von NADH oder FADH2 auf O2 übertragen werden.

Elektronentransport (Atmungs)kette:

Komplex I: NADH Ubichinon–OxidoreduktaseKomplex II: Succinat Ubichinon ReduktaseKomplex III: Ubichinon Cytochrom C–OxidoreduktaseKomplex IV: Cytochrom C Oxidase.Komplex V: ATP Synthase synthetisiert schließlich ATP

V

Die Regulation der oxidativenPhosphorylierung wird hauptsächlich

durch den ATP Bedarf bestimmt

Die vollständige Oxidation der Glucose zuCO2 ergibt 30 ATP Moleküle

Kontrolle des Citratzyklus

Der Citratzyklus wird hauptsächlich durch die ATP undNADH Konzentration reguliert.

Die Aktivität der Pyruvat Dehydrogenase, beeinflußtden Citratzyklus bereits zu Beginn des Kreisprozesses,indem diese die Menge an gebildetem Acetyl CoAkontrolliert.

Die wichtigsten Kontrollpunkte des Citratzyklus sinddie Enzyme Isocitrat Dehydrogenase undKetoglutarat Dehydrogenase.

Die Umsatzrate des Zyklus wird vermindert, wenn dieZelle über einen hohen ATP Spiegel verfügt.

Der Citratzyklus liefert zahlreicheBiosynthesevorstufen

Phosphofructokinase

Glykolyse Die biosynthetischen Aufgabendes Citratzyklus.

Zwischenprodukte werden fürBiosynthesen abgezweigt (durchrote Pfeile markiert), wenn derEnergiebedarf der Zelle gedeckt ist.

Die Zwischenprodukte werden durch die Bildungvon Oxalacetat aus Pyruvat wieder aufgefüllt:

Pyruvat + CO2 +ATP + H2O Oxalacetat + ADP + Pi + 2 H+Pyruvat-Carboxylase

• Die Gluconeogenese ist die Synthese von Glucose aus Substanzen, die keine KH sind,wie Lactat, AS und Glycerin.

• das Gehirn ist in hohem Maße Glucoseabhängig, und Erythrocyten verwenden nurGlucose als Brennstoff.

• tägliche Glucosebedarf des Gehirns: ~120g (~160g Gesamt Glucosebedarf)• Körperflüssigkeiten: ~20g Glucose• aus Glykogen: ~190g

• Die Gluconeogenese ist während einer längerer Zeitspanne, in der der Körper nurwenig Nahrung bekommt oder sogar hungert, besonders wichtig.

• Die Gluconeogenese findet hauptsächlich in der Leber statt – in geringerem Umfangauch in der Niere. Im Gehirn sowie in der Skelettmuskulatur findet nur sehr wenigGluconeogenese statt.

Die Gluconeogenese in Leber und Niere dient dazu, den Blutglucosespiegel so hoch zuhalten, dass Gehirn und Muskeln genügend Glucose entnehmen können um ihren STW

zu decken.

Gluconeogenese

In der Gluconeogenese entstehtGlucose aus Pyruvat.

Lactat: wird vom aktiven Skelettmuskel gebildet,wenn Geschw. der Glykolyse die desoxidat. STW übersteigt.

durch die Lactat Dehydrogenase in Pyruvatumgewandelt.

Aminosäuren: entstehen aus Proteinen der Nahrungund in Hungerperioden aus demAbbau von Skelettmuskelproteinen.

Glycerin: durch die Hydrolyse der Triacylglycerine inFettzellen. Das Glycerin kann über DHAP in denSTW der Gluconeogenese oder der Glykolyseeintreten.

Einige der Reaktionen, die Pyruvat in Glucose umwandeln,sind die gleichen wie die der Glykolyse (blau).

Jedoch erfordert die Gluconeogenese 4 neue Reaktionen(rot), um die drei praktisch irreversiblen

Glykolysereaktionen zu umgehen.

Die wichtigsten Rohstoffe für die Gluconeogenese in derLeber sind Lactat und Alanin

Die Bildung freier Glucose ist ein wichtigerKontrollpunkt

Die Erzeugung von Glucose ausGlucose 6 phosphat.Mehrere Proteine des endoplasmatischenReticulums (ER) spielen eine Rolle bei derErzeugung von Glucose aus Glucose 6phosphat. T1 transportiert Glucose 6phosphat in das Lumen des ER, während T2und T3 das Pi bzw.die Glucose zurück in dasCytoplasma bringen. Die Glucose 6phosphatase wird durch ein Ca2+

bindendes Protein (SP) stabilisiert.

Wenn nicht sofort Energie benötigt wird, endet die Gluconeogenese beim Glucose 6 Phosphatund wird hauptsächlich zur Synthese von Glycogen verwertet.

Glucose 6 phosphat kann nicht wie freie Glucose aus der Zelle diffundieren.

die Erzeugung freier Glucose auf zwei Wegen kontrolliert:

1. Regulation der Glucose 6 phosphatase2. Glucose 6 phosphatase findet man nur in Geweben, die Glucose an das Blut abgeben

(Leber und Niere).

Der Glucosetransporter des ER gleicht jenem, der in der Plasmamembran lokalisiert ist, um die freieGlucose ins Blut zu transportieren.

Gluconeogenese und Glykolyse werdenreziprok reguliert

• Die Geschwindigkeit der Glykolyse wird auch durchdie Glucosekonzentration bestimmt, dieGeschwindigkeit der Gluconeogenese von derKonzentration des Lactats und andererGlucosevorstufen.

Kontrollstellen:

Phosphofructokinase

Fructose 1,6 bihosphatase

Pyruvat Kinase

Pyruvat Carboxylase

Die Gluconeogenese wird bevorzugt, wenn in derZelle viele Biosynthesevorstufen und ATP

enthalten sind.

Glucose 6 Phosphat ist ein wichtiger Knotenpunktdes Stoffwechsels

Glykogen entsteht, wenn Glucose 6 phosphatund ATP im Überschuß vorhanden sind.

Werden dagegen ATP oder Kohlenstoffgerüstefür Biosynthesen benötigt, geht Glucose 6phosphat in die Glykolyse ein.

Der Abbau von Glucose 6 phosphat zu Pyruvatsowohl anabol als auch katabol sein.

Der Eintritt von Glucose 6 phosphat, in denPentosephosphatweg, liefert NADPH fürreduktive Biosynthesen und Ribose 5phosphat für die Nukleotidbiosynthese.

Glucose 6 phosphat kann auch durchGlykogenabbau entstehen oder überGluconeogenese aus Pyruvat und glucogenenAminosäuren synthetisiert weden.

Corizyklus: Kontrahierende Skelettmuskelzellen liefern Lactat an die Leber, welches benutztwird, um Glucose zu synthetisieren und abzugeben. Damit versorgt die Leber denkontrahierenden Skelettmuskel mit Glucose, der durch die glykolyischeUmwandlung der Glucose in Lactat, ATP gewinnt.

Vernetzung der Stoffwechselwege:Der Cori Zyklus und der Glucose Alanin zyklus

Glucose Alanin Zyklus: Bei längerer körperlicher Anstrengung und in Fastenperioden nutzendie Muskeln Aminosäuren als Brennstoff. Der abgespaltene Stickstoffwird auf Alanin übertragen, das dann ins Blut abgegeben wird. DieLeber nimmt Alanin auf und wandelt es für die nachfolgendeSynthese von Glucose in Pyruvat um.

Vernetzung der Stoffwechselwege:Wechselwirkung von Glykolyse und Gluconeogenese

während eines Sprints.

Im Skelettmuskel des Beins wird Glucose aerob zuCO2 und H2O abgebaut oder, während eines schnellesLaufs, anaerob zu Lactat umgesetzt.

Im Herzmuskel kann Lactat in Pyruvat umgewandeltund zusammenmit Glucose als Brennstoff genutztwerden. So wird Energie für die Herzschlägegewonnen, die den Blutfluss des Sprinters aufrechterhalten.

Die Gluconeogenese, eine primäre Funktion derLeber, läuft schnell ab, um sicherzustellen, dassgenug Glucose im Blut vorhanden ist, um Skelettund Herzmuskel sowie andere Gewebe zu versorgen.

Glykogen, Glycerin und Aminosäuren sindzusätzliche Energiequellen welche in Glucoseumgewandelt werden können.

Glykolyse und Gluconeogenese sind gewebespezifisch aufeinander abgestimmt, umsicherzustellen, dass der Energiebedarf aller Zellen gedeckt wird.

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

Stryer BiochemieBerg, Jeremy M., Tymoczko, John L., Stryer, Lubert6. Aufl. 2007. 1224 S.ISBN: 978 38274 1800 5

Biochemie der ErnährungGertrud Rehner, Hannelore Daniel2. Aufl. 2002. 601 S.ISBN: 978-38274-11570

Klinische ErnährungsmedizinMaximilian Ledochowski2009. ca. 1000 S.ISBN 978-3-211-88899-5