Regulierung
Glc-Konzentrationen in Geweben und Körperflüssigkeiten werden durch viele verschiedene Mechanismen stabilisiert, von denen viele die Wirkung spezifischer Hormone beinhalten. Die allgemeine Homöostase wird aufrechterhalten, indem der Fluss von Glc zu oder von Glykogenspeichern geleitet, die Glykolyse im Vergleich zur Glukoneogenese ausgeglichen und der Proteinkatabolismus in Zeiten des Bedarfs gefördert wird.,
Hormonregulation: Unter den vielen Hormonen mit einer gewissen Wirkung auf bestimmte Gewebe oder Stoffwechselsequenzen zeichnen sich einige durch ihre dominanten und übergeordneten Wirkungen auf die Glc-Disposition aus. Insulin fördert die Aufnahme und Oxidation von Glc durch Gewebe und begünstigt die Lagerung, insbesondere in der postprandialen Phase. Glucagon als Reaktion auf eine niedrige Blut-Glc-Konzentration erhöht die Glc-Freisetzung aus der Lagerung und Synthese aus Vorläufern. Adrenalin (Adrenalin) mobilisiert Speicher und beschleunigt die Nutzung.,
Insulin wird in den Betazellen von Pankreasinselzellen produziert und in einem zinkabhängigen Prozess zusammen mit seinem Begleiter Amylin freigesetzt. Die Geschwindigkeit der Produktion und Freisetzung in den Kreislauf hängt mit Glc-Sensormechanismen in der Betazelle zusammen. Es wird angenommen, dass die ATP-Erzeugung aus Glc und die zytosolische Calciumkonzentration für die Glc-Sensorik von entscheidender Bedeutung sind. Ein zinkhaltiges Enzym, Insulysin (EC3.4.24.56), inaktiviert Insulin irreversibel in vielen Geweben (Ding et al., 1992). Die Insulysin-Aktivität wird durch hohe Konzentrationen von Amylin und Insulin gehemmt (Mukherjee et al., 2000)., Insulin bindet an spezifische Insulinrezeptoren in Muskeln, Adipozyten und einigen anderen insulinempfindlichen Geweben und löst mit der Rezeptorkinase-Aktivität eine Signalkaskade aus. Das chromhaltige Peptid Chromodulin bindet an den insulinaktivierten Insulinrezeptor und optimiert seine Rezeptorkinaseaktivität (Vincent, 2000). Als Reaktion auf die Insulin-initiierte Signalkaskade bewegt sich GLUT4 (SLC2A4) zur Plasmamembran und erhöht die Glc-Aufnahme in Insulin-stimulierte Zellen um ein Vielfaches., Ein weiterer wichtiger Insulineffekt ist die erhöhte Transkription der hepatischen Hexokinase 4 (Glukokinase), die die Verfügbarkeit von Glucose 6-phosphat, dem Vorläufer für Glykolyse und Glykogensynthese, erhöht. Die Glykolyse wird weiter durch erhöhte Konzentrationen des regulatorischen Metaboliten Fructose 2,6-Bisphosphat gefördert (aufgrund der Induktion von 6-Phosphofructo-2-Kinase, EC2.7.1.105 und einer geringeren Expression von Fructose-2,6-Bisphosphat-2-Phosphatase, EC3.1.3.46). Gleichzeitig wird die Glukoneogenese durch die hemmende Wirkung von Insulin auf die Phosphoenolpyruvatcarboxykinase (EC4.1.1.,32) und von Fructose 2,6-Bisphosphat auf Fructose 1,6-Bisphosphatase (EC3.1.3.11). Insulin fördert die Glykogenese durch Erhöhung der Verfügbarkeit des Glucose-6-Phosphat-Vorläufers und Verringerung der Phosphorylierung von Enzymen des Glykogenstoffwechsels.
Die metabolischen Funktionen des Insulinbegleiters Amylin, die tendenziell der Insulinwirkung entgegenstehen, beginnen erst zu verstehen. Sie umfassen die Förderung des Glykogenabbaus und die Hemmung der Glykogensynthese., Jahrelange übermäßige Amylinsekretion kann für den Rückgang der Betazellen bei Fettleibigkeit und Insulinresistenz verantwortlich sein. Amylin kann die Ablagerung von Amyloid-Plaques fördern (Hayden und Tyagi, 2001) und Beta-Zell-Apoptose induzieren (Saafi et al., 2001).
Glucagon wird von den Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse als Reaktion auf eine niedrige Glc-Konzentration produziert und sezerniert. Glucagon fördert die Freisetzung von Glucose 1-Phosphat aus Glykogen. Adrenalin und das weniger stark wirkende Noradrenalin stimulieren den Abbau von Glykogen., Diese Katecholamine wirken auch den hemmenden Wirkungen von Nicht-Glucose-Brennstoffen auf die Glykolyse entgegen.
Appetit und Sättigung: Niedrige Blut-Glc-Konzentration induziert das Hungergefühl. Nach der lang gehegten glukostatischen Theorie integrieren das Gehirn, spezifische Bereiche wie paraventrikuläre und supraoptische Teile des Hypothalamus, Eingaben von peripheren und zentralen Glc-responsiven Sensoren und erzeugen Appetitempfindung (Briski, 2000).,
Amylin hingegen wird als Reaktion auf Fütterung und erhöhte Blut-Glc-Konzentration ausgeschieden und wirkt auf Histamin-H1-Rezeptoren mit einer signifikanten sättigungsinduzierenden und anorektischen Wirkung (Mollet et al., 2001). Eine sättigungsinduzierende Wirkung von Insulin wurde ebenfalls berichtet, kann jedoch schwach sein oder durch andere Effektoren (wie Amylin) vermittelt werden.
Postprandialer Stoffwechsel: Der Zustrom von neu absorbiertem Glc und anderen Nährstoffen verändert das Gleichgewicht der hormonellen und metabolischen Aktivitäten., Wie oben beschrieben, erhöht sich die Insulinsekretionsrate (und die Amylinsekretion) und die Glucagonrate nimmt als Reaktion auf die höhere Glc-Konzentration im Blut ab. Die Glukoneogenese wird effektiv ausgeschaltet und die Glykolyse eingeschaltet. Die Glc-Verwertung erfolgt bevorzugt gegenüber Fettoxidation. Wenn eine hohe Kohlenhydrataufnahme mit einer übermäßigen Gesamtenergieaufnahme einhergeht, wird Fett (sowohl aus der Ernährung als auch aus dem Fettgewebeumsatz) bevorzugt abgelagert, und das Kohlenhydrat wird als nahezu ausschließlicher Energietreibstoff verwendet., Tatsächlich wird die Freisetzung von Fett aus Fettgewebe durch die erhöhte Wirkung von Insulin verlangsamt. Dies ist eine Erinnerung daran, dass sowohl Timing als auch Menge der Kohlenhydrataufnahme wichtig sind.
Die Ablagerung von Glykogen in Leber und Muskeln nimmt zu, allerdings mit erheblicher Zeitverzögerung. Die Rekonstitution abgereicherter Glykogenspeicher dauert wahrscheinlich 1-2 Tage (Shearer et al., 2000). Kohlenhydratbelastung für einen oder mehrere Tage kann Glykogenspeicher um ein Drittel oder mehr erhöhen (Tarnopolsky et al., 2001)., Das Auffüllen der Glykogenspeicher durch Kohlenhydratfütterung am Abend vor der elektiven Operation anstelle des Fastens scheint das Ergebnis zu verbessern und den Krankenhausaufenthalt zu reduzieren (Nygren et al., 2001).
Übung: Ein Ausbruch von Anstrengung, wie in einem kurzen Sprint, erhöht die Fähigkeit des Muskels, ATP für die Kontraktion zu erzeugen. Der glykolytische Abbau von Glc zu Laktat ist eine ineffiziente Art der Kraftstoffverwertung, da nur zwei ATP pro Glukosemolekül erzeugt werden. Die Vorteile sind, dass die Glykolyse schnell ist, weil nur 11 Reaktionen benötigt werden und dass sie anaerob arbeitet (d. H. Keinen Sauerstoff benötigt)., Das resultierende Laktat gelangt über den Monocarboxylattransporter 1 (MCT1, SLC16A1) aus der Muskelzelle in den Kreislauf. Aufgrund des Cotransports von Protonen fördert die zunehmende Versauerung der Muskelzellen den Laktatexport. Laktat wird in der Leber für die Glukoneogenese verwendet und der resultierende Glc kehrte für eine weitere potenzielle Runde durch diesen Laktat–Glucose-Zyklus (Cori) in den Muskel zurück.
Eine weitere der vielen Anpassungen an Muskelanstrengungen ist die erhöhte Aktivität von GLUT4, die den Glc-Zustrom aus dem Kreislauf fördert.,
Fasten und Verhungern: Wenn der Glc-Spiegel im Gewebe abnimmt und keine neuen Vorräte aus der Nahrung verfügbar sind, beginnen Leber und Nieren, Glc in den Kreislauf freizusetzen. Dieses Glc stammt zunächst aus Glykogenspeichern und aus der Verwendung von Glc-Metaboliten (Laktat, Pyruvat und andere) für die Glukoneogenese, später aus Gewebeprotein.