Gluconeogenese: Wie der Körper Glukose aus Protein und anderen Nicht-Kohlenhydrat-Quellen herstellt

Gluconeogenese (GNG) ist der metabolische Weg, der Glukose aus nicht-kohlenhydratischen Vorläufern synthetisiert – hauptsächlich Aminosäuren (aus Proteinabbau), Laktat und Glycerin. Sie findet hauptsächlich in der Leber (ca. 90 %) und den Nieren (ca. 10 %) statt.

Schritt-für-Schritt-Weg

1. Proteolyse: Muskelprotein wird abgebaut, wodurch Aminosäuren in den Blutkreislauf gelangen (stimuliert durch Cortisol, Glucagon und niedriges Insulin).
2. Deaminierung: Aminogruppen werden entfernt (über Transaminierung/Deaminierung), wodurch Ammoniak (in Harnstoff umgewandelt) und α-Ketosäuren entstehen.
3. Eintritt des Kohlenstoffgerüsts: Ketosäuren wandeln sich in Pyruvat, Oxalacetat oder TCA-Zyklus-Intermediäre um.
   • Alanin → Pyruvat (eine wichtige gluconeogene Aminosäure)
   • Glutamin → α-Ketoglutarat → Oxalacetat
4. Eigentliche Gluconeogenese (11 Reaktionen):
   • Pyruvat → Oxalacetat (über Pyruvatcarboxylase, biotinabhängig)
   • Oxalacetat → PEP (über PEPCK, GTP-abhängig)
   • PEP → ... → Fruktose-1,6-bisphosphat → Fruktose-6-phosphat → Glukose-6-phosphat → Glukose
   • Wichtige Umgehungsenzyme: Pyruvatcarboxylase/PEPCK, Fruktose-1,6-bisphosphatase, Glukose-6-phosphatase (nur Leber/Niere).
5. Glukosefreisetzung: Hepatische Glukose-6-phosphatase gibt Glukose in den Blutkreislauf frei; die Niere gibt sie direkt in die Nierenvene ab.

Regulation

• Hormonal: Glucagon und Cortisol regulieren GNG hoch; Insulin unterdrückt es.
• Substratverfügbarkeit: Aminosäuren, Laktat (aus anaerober Glykolyse) und Glycerin (aus Fettabbau).
• Energiestatus: Hohes ATP und Acetyl-CoA begünstigen die Gluconeogenese.

Physiologische Rolle und klinische Implikationen

• Hält den Blutzucker während Fasten, Hunger, kohlenhydratarmer Diäten und intensiver Bewegung aufrecht.
• Verhindert Hypoglykämie; schont Glukose für das Gehirn (ein obligater Glukosenutzer).
• Übermäßige GNG trägt zum Muskelabbau bei Kachexie und unkontrolliertem Diabetes bei.

Gluconeogenese ist ein vitaler Überlebensmechanismus, aber chronische Aktivierung hat metabolische Kosten, einschließlich Muskelverlust.