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3.1.4 Regulation der Glykolyse
2. Glucosefreisetzung aus zellulären Speichern durch die Glykogenolyse.
Wie bereits erwähnt (s. 3.1.4, S. 41), ist die
Glykolyse auf die Anwesenheit von Fructose-2,6-Bisphosphat angewiesen, das die PFK1
aktiviert. Um die Glykolyse hemmen zu können, muss Glukagon es also irgendwie schaffen, Fructose-2,6-Bisphosphat zu eliminieren.
Wie Glukagon das gelingt, solltest du dir unbedingt merken, zum einen, weil das immer
wieder gefragt wird – sowohl im schriftlichen
als auch im mündlichen Examen – und zum
anderen, weil du dir dadurch den Wirkmechanismus des Insulins ableiten kannst.
Merke!
–– Durch die Bindung von Glukagon an seinen
Rezeptor wird die Adenylatcyclase aktiviert,
die ATP zu cAMP (1) umwandelt.
–– Die Erhöhung des cAMP-Spiegels in der Zelle aktiviert die Proteinkinase A (2).
Diese beiden Aussagen solltest du unbedingt
zur Glukagonwirkung lernen. Alles weitere
lässt sich davon ableiten:
Glukagon soll die Glykolyse hemmen, damit Glucose eingespart wird. Das heißt, dass
der allosterische Aktivator der Glykolyse –
das Fructose-2,6-Bisphosphat – zu Fructose6-Phosphat abgebaut werden muss (4). Diese
abbauende Reaktion wird durch die Fructose-2,6-Bisphosphatase (F-2,6-BPase) katalysiert (Phosphatase bedeutet, dass dieses Enzym einen Phosphatrest abspaltet). Und genau
dieses Enzym wird durch Glukagon aktiviert.
Für das schriftliche Physikum solltest du außerdem noch wissen, dass die F-2,6-BPase im
phosphorylierten Zustand aktiv ist. Das passt
auch wunderbar zur Wirkung von Glukagon: Es
aktiviert über die Erhöhung des cAMP-Spiegels
die Proteinkinase-A (2) (Kinasen heißen so,
weil sie reversibel an Enzyme Phosphatgruppen anfügen). Diese Kinase macht, was ihrer
Natur entspricht und phosphoryliert die F-2,6BP-Phosphatase (3), die dadurch aktiv wird.
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Übrigens …
Glukagon wird bei Hunger ausgeschüttet. Wenn du dir merkst, dass
Phosphat ein Hungerbote ist, kannst
du dir ableiten, welche Enzyme phosphoryliert aktiv und welche inaktiv
sind: Alle Enzyme, die den Blutglucosespiegel erhöhen, sind demnach
phosphoryliert aktiv. Dies sind die
1. Fructose-2,6-Bisphosphatase
2. Glykogenphosphorylase-Kinase
3. Glykogenphosphorylase
Die Enzyme, die den Blutglucosespiegel senken, sind demnach dephosphoryliert aktiv. Dies sind die
1. Fructose-6-Phosphat2-Kinase (PFK2)
2. Glykogensynthase
Das Gleiche gilt auch für
die Enzyme, die die anderen Energiespeicher
(Fett und Proteine) auffüllen oder leeren. Phosphoryliert aktiv ist hier die
–– Triacylglycerin-Lipase
Dephosphoryliert aktiv ist die
–– Acetyl-CoA-Carboxylase
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Wirkung von Insulin auf die
­Glykolyse der ­Leber
Das Besondere an der durch Glukagon aktivierten Fructose-2,6-Bisphosphatase ist, dass
sie im dephosphorylierten Zustand eine völlig andere Reaktion katalysiert, als im phosphorylierten (s. Abb. 51, S. 42). Man spricht
daher auch von einem bifunktionalen Enzym:
Wird die F-2,6-BPase durch eine Proteinphosphatase dephosphoryliert (5), erhält sie die
Funktion einer Fructose-6-Phosphat-2-Kinase
= F-6-P-2-Kinase = PFK2. Die PFK2 phosphoryliert Fructose-6-Phosphat an Position zwei, wodurch der allosterische Aktivator der Glykolyse entsteht, das Fructose-2,6-Bisphosphat (6).
Die Proteinphosphatase wird durch eine Erniedrigung des cAMP-Spiegels in der Zelle aktiviert (7). Das Hormon, das den cAMP-Spiegel
senkt (über Aktivierung der Phosphodiestera-
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