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Nf01_2017 - Deitmer, Joachim W.Die Glykolyse bildet das Rückgrat des Kohlenhydratstoffwechsels sämtlicher eukaryotischer Lebewesen. Zusammen mit ihrem anabolen Zweig, dem Pentosephosphatweg, erfüllt sie drei essenzielle Funktionen: (1) Die Versorgung der Mitochondrien mit Treibstoff in Form von Pyruvat, (2) die Produktion von Bausteinen für die Biosynthese und (3) die Herstellung von Reduktionsmitteln für Biosynthese und Antioxidanzien. Den ersten Schritt der Glykolyse bildet die Phosphorylierung der Glukose zu Glukose-6-phosphat durch das Enzym Hexokinase (HEX). Durch diese irreversible Reaktion wird zum einen Glukose in der Zelle “gefangen” und angereichert; zum anderen dient Glukose-6-phosphat als Ausgangspunkt für verschiedene metabolische Pfade: (1) Im Rahmen der Glykogensynthese kann Glukose-6-phosphat zu Glykogen (“tierischer Stärke”) umgewandelt und gespeichert werden. Diese, durch das Enzym Glykogensynthase (GS) katalysierte, Reaktion findet im Gehirn nahezu ausschließlich in Astrozyten statt. Bei Bedarf kann das Glykogen mittels des Enzyms Glykogenphosphorylase (GP) wieder mobilisiert und verstoffwechselt werden. (2) Über den Pentosephosphatweg dient Glukose-6-phosphat zur Produktion von Bausteinen für die Biosynthese und zur Regeneration des Reduktionsmittels Nicotinamidadenindinukleotidphosphat (NADPH). Die Einspeisung von Glukose-6-phosphat in den Pentosephosphatweg wird durch das Enzym Glukose-6-phsosphat-Dehydrogenase (G6PD) kontrolliert. (3) In der Glykolyse wird Glukose-6-phosphat unter Gewinnung von Adenosintriphosphat (ATP) und der Umwandlung der oxidierten Form von Nicotinamidadenindinukleotid (NAD+) in dessen reduzierte Form (NADH) zu Pyruvat verstoffwechselt. Kontrolliert wird die Glykolyse von drei irreversiblen Reaktionen, welche durch die Enzyme Hexokinase (HEX), Phosphofructokinase (PFK) und Pyruvatkinase (PK) katalysiert werden. Innerhalb der Zelle wird die katalytische Aktivität der PFK durch eine Erhöhung der Protonenkonzentration (Ansäuerung) inhibiert, wodurch sich eine direkte Kontrolle der Glykolyse durch den intrazellulären pH-Wert ergibt. Das aus der Glykolyse entstandene Pyruvat kann nun in die Mitochondrien transportiert und dort in Citratzyklus (TCA) und anschließender oxidativer Phosphorylierung in der Atmungskette weiter metabolisiert werden. Alternativ kann Pyruvat, katalysiert durch das Enzym Laktatdehydrogenase (LDH), reversibel in Laktat umgewandelt werden, wobei das in der Glykolyse verbrauchte NADH regeneriert wird. Die Regulation der einzelnen Schüsselenzyme und damit der verschiedenen Stoffwechselwege hängt vom Zelltyp ab. So scheint in Astrozyten die Produktion von Glykogen und Laktat vorzuherrschen, während in Neuronen die aufgenommene Glukose vor allem im Pentosephosphatweg verstoffwechselt wird, und die Energiegewinnung über die “Verbrennung” von Laktat erfolgt. |