Übersicht Teil 2 - Kohlehydrate und abhängige Hormone


Insulinabhängig vs. Insulinunabhängig

Wie schon erwähnt, gibt es einen wesentlich unterschied zwischen den einzelnen Organen, wie sie die Glucose aufnehmen:
Abhängig von der Hilfe des Hormons Insulin oder nicht.


1 Darmtrakt Insulinunabhängig
2 Leber Insulinunabhängig
3 ZNS Insulinunabhängig
4 Erys Insulinunabhängig
5 Pankreas Insulinunabhängig
6 lymphatisches Gewebe Insulinunabhängig
7 Muskel ABGHÄNGIG
8 Fettgewebe ABGHÄNGIG

Der Grund weshalb die Glucoseaufnahme in Muskel und Fettgewebe abhängig ist von Insulin, ist der Glucosetransporter. Diese Carrierproteine werden als Gluts (Glukose-Transporter)bezeichnet.

Von diesen Gluts gibt es nun welche die von dem Hormon Insulin abhängig sind und welche die es nicht sind.

Glut 1 + 3 insulinunabhängig
(1+3 Grundversorgung der Gewebe sowie die ausschließlich auf Glucose angewiesenen Zellen der Erys und des ZNS)

Glut 2 insulinunabhängig
(Hepatozyten+B-Zellen)

Glut 4 insulinabhängig
(Fett+Muskelzellen)



Glukoseresorption aus dem Darm

Die Glukoseresorption aus dem Darm erfolgt unabhängig von Insulin im Symport mit Natrium. Somit gelangt die Glucose aus dem Lumen des Darms in den Enterozyten um dann über einen unabhängigen Uniportcarrier diesen, auf die "andere Seite" die Blutseite zu verlassen. Da die Glucose gut Wasserlöslich ist, lässt sie sich nun wunderbar über den Blutweg im Körper verteilen.

Alle Zellen die nicht auf Insulin zur Aufnahme der Glucose angewiesen sind, werden direkt mit Glucose versorgt. Insulinabhängige Zellen müssen warten bis das Insulin ausgeschüttet wird.

In welchen Zellen wird die Aufnahme von Glucose durch Insulin stimuliert?

a) Erythrozyten
b) Hepatozyten
c) Adipozyten
d) Darmmukosa-Zellen


Gesuchte Antwort: (mit der Maus über den schwarzen Balken fahren)

C) !!                       

Was ist falsch?

Insulin

a) stimuliert die Glucoseaufnahme von Muskelzellen
b) hemmt die Lipolyse von Fettzellen
c) stimuliert die Glykogensynthese von Leberzellen
d) stimuliert die Adenylatcyklase von Herzmuskelzellen
e) induziert die Lipoproteinlipase im Fettgewebe


Gesuchte Falschaussagen: (mit der Maus über den schwarzen Balken fahren)

d) die Adenylatcyklase wird durch das heterotrimäre G-Protein aktiviert
e) die Lipoproteinlipase wird u. a. durch Adrenalin, Noradrenalin und Glucagon aktiviert

Wirkung des Insulin


Und um eine gesteigerte Biosynthese der Proteine zu erreichen, muss die Resorption der Aminosäuren aus dem Magen-Darm-Trakt gesteigert werden!!

Alles in allem kann man sagen, dass das Insulin in dem gesamten Stoffwechsel, eine sehr wichtige Rolle bezüglich der Speicherung und des Wachstums hat.

INSULIN:

Förderung des ANABOLEN STOFFWECHSELS!!
Hemmung des KATABOLEN STOFFWECHSELS!!

Welche Aussage ist falsch?

Insulin

a) stimuliert die Expression der Lipoprotein-Lipase im Fettgewebe
b) stimuliert die Aufnahme von Glukose in die Muskelzellen
c) stimuliert die Proteinbiosynthese in den Muskelzellen
d) steigert die Transkriptionsraten
e) hemmt die Glucoseaufnahme in den Hepatozyten.


Gesuchte Falschaussage: (mit der Maus über den schwarzen Balken fahren)

e)                       

Wie kommt es zur Insulinausschüttung?

Werden Kohlenhydrate über den Darm aufgenommen, so gelangt die Glucose kurze Zeit später, über den Blutweg, insulinunabhängig (Glut 2) in die B-Zellen des Pankreas. Durch die gesteigerte Metabolisierung kommt es zu einer gesteigerten ATP-Produktion. Diese ATPs hemmen nun spezifische K-Kanäle, was zur Depolarisation der Membran führt (so wirken auch Antidiabetika vom SH-Typ, d.h. Schluss des K-Kanals hier allerdings ohne ATP!).

Durch diese Depolarisation kommt es zur Öffnung spannungsabhängiger Ca-Kanäle was zum Einstrom von Calcium führt. Es kommt es zur glucoseinduzierten Insulinausschüttung (durch den Parasympatikus stimuliert und IP3 vermittelt).

Kurzfassung Isulinsekretion:

Gesteigerte extrazelluläre Glukosekonzentration --> Aufnahme in B-Zellen Metabolisierung Glucose --> ATP-Bildung K-Kanal schließt --> Depolarisation --> Calciumeinstrom -->Insulin raus!

Die Glucoseaufnahme ins Pankreas erfolgt über Glut 2, die eine besonders
hohe Michaeliskonstant für Glucose hat.

Exkurs: Michaelis Menten-Konstante

Die Michaelis Menten-Konstante beschreibt die Abhängigkeit der Umsatzgeschwindigkeit von der Substratkonzentration:
Ist Km hoch
So bedeutet das, dass zur Halbsättigung des Enzyms eine hohe Substratkonzentration notwendig ist, da die Affinität des Enzyms zum Substrat gering ist.


Diese Tatsache ist wichtig um zu verstehen, das die aufgenommenen Menge an Glucose in die ( insulinunabhängigen) Zellen, nie limitierend für den Glucoseumsatz sind.

Welche Aussage zur Glykolyse in den Hepatozyten ist Falsch?

a) Die Glukokinase hat einen 1000 mal höheren Km-Wert als die Hexokinase.
b) Bei beiden Enzymen handelt es sich um Enzyme der Glykolyse in den Leberzellen die die selbe Funktion haben und den selben Schritt katalysieren.
c) Die Tatsache das die Glukokinase den höheren Km-Wert bedeutet eine höhere Affinität zur Glukose.
d) Anhand des Km-Wertes kann darauf geschlossen werden, dass die Hexokinase als erstes Enzym aktiv wird.
e) Durch eine hohe intrazelluläre Glucosekonzentration kommt es nicht zur Hemmung der Glykolyse.


Gesuchte Falschaussage: (mit der Maus über den schwarzen Balken fahren)

d)
Ist Km hoch
So bedeutet das, dass zur Halbsättigung des Enzyms eine hohe Substratkonzentration notwendig ist,da die Affinität des Enzyms zum Substrat gering ist.

DIABETES MELLITUS


INSULINMANGEL


DESENSIBILISIERUNG DER ZELLEN GEGENÜBER INSULIN


Typ-I-A: Genetischer Defekt

Typ-I-B: Idiopathisch

Typ-II (Altersdiabetes): Die Zellen exprimieren zu wenig oder gar keine Insulinrezeptoren = Insulinresistenz
(Heute findet sich diese Form des Diabetes zunehmend auch bei übergewichtigen Kindern und Jugendlichen.)

Probleme des Diabetes mellitus

a) Glucosurie
da zu wenig bzw. gar kein Insulin mehr da ist um die Glukose in die Insulinabhängigen Zellen zu schaffen, wird sie über die Niere mit dem Urin ausgeschieden

1.a) Polyurie
die Glucose zieht das Wasser mit sich raus

2.a) Elektrolytverlust
entsprechen folgen die Elektrolyte

b) Gluconeogense
da die Insulinabhängigen Zellen nun permanent Glucosemangel signalisieren, wird das Hormon Glucagon ausgeschüttet dessen Wirkung die Aktivierung der Schlüsselenzyme der Gluconeogenese ist

c) gesteigerte Lipolyse
aufgrund des Insulinmangels ist das vorherrschende Signal in den Insulinabhängigen Zellen "ENERGIEMANGEL" der mit erhöhtem Fettsäureabbau versucht wird zu decken

1.c) Ketogenese
aus dem erhöhten FS-Abbau resultiert eine erhöhte Ketonkörpersynthese

d) Proteolyse
aufgrund des Insulinmangels ist das vorherrschende Signal in den Insulinabhängigen Zellen "ENERGIEMANGEL" der mit erhöhtem Proteinabbau versucht wird zu decken und was letztenendes einen

1.d) erhöhter Harnstoffspiegel zur Folge hat

Diese spezifischen Probleme des Diabetes Mellitus können sich weiterentwickeln zu dem

Metabolischen Syndrom (pathologische Glukosetoleranz):

1) Vorstufe des Typ-2-Diabetes
2) der Körper kann Kohlenhydrate nicht richtig verwerten

Symptome:

Was trifft nicht zu?

Die veränderte Stoffwechsellage beim Diabetes Mellitus äußert sich, indem es zur
a) gesteigerten Proteolyse kommt
b) gesteigerten Gluconeogenese kommt
c) gesteigerten Lipolyse kommt
d) gesteigerten Ketogenese kommt
e) im Rahmen der gesteigerten ketogenese es zur Alkalose kommt
f) Polydipsie kommt


Gesuchte Falschaussage: (mit der Maus über den schwarzen Balken fahren)

e) Gesteigerte Ketonkörperkonzentration im Serum führt zur AZIDOSE!!

(Hier soll noch eine Form Diabetes "Diabetes Inssipidus" erwähnt werden, der gänzlich unabhängig vom Insulin ist und deshalb erst später besprochen werden soll.)

GLUCAGON

Um sich die Wirkung des Glucagons selber herleiten zu können, sollte man sich folgende Fragen stellen:


INSULIN
(Ausschüttung bei Nahrungsaufnahme)		 GLUCAGON
(Ausschüttung bei Hungergefühl/ Stress/ körperliche Aktivitäten)
  • Glucoseaufnahme
  • Glykogensynthese
  • Lipogenese
  • Proteinsynthese
  • erhöhte Transkriptionsrate
  • Aktivierung Citratcyklus + Atmungskette
  • Gluconeogenese (Überwiegend Leber, ein wenig in Darm u. Niere zur Konstanthaltung des BGS)
  • Glykogenabbau (in Leber u. Muskel)
  • Lipolyse (im Fettgewebe)
  • ß-Oxidation (in der Leber)
  • Ketogenese (in der Leber)
  • Proteolyse
  • Hemmung der Transkriptionsrate
  • Hemmung Citrat

(Cave: Glucagonausschüttung unter physiologischen Bedingungen vermittelt durch erniedrigtem Blutglucosespiegel.)

Als Hilfestellung, um sicher sein zu können, dass man die Wirkung des Glucagons verstanden hat, sollte man versuchen folgende Frage zur Pathophysiologie zu beantworten.

Wie hängen die Auswirkungen des Diabetes auf die Stoffwechsellage des Körpers mit dem Glucagon zusammen?

Antwort: (mit der Maus über den schwarzen Balken fahren)

Beim Diabetes (insulinabhängig/ -unabhängig) finden wir in der Zelle folgende Verhältnisse vor:

Glucose-Mangel der Insulinabhägigen Zellen, z. B. Muskelzellen (Dieser Glukosemangel bedeutet dass es kein Pyruvat gibt, kein Pyruvat --> kein Acetyl-CoA --> kein Citratcyklus --> keine Energie bzw. kein ATP)

Da die Muskel-Zellen nicht in der Lage sind selber Gluconeogenese zu betreiben, kommt es, durch den richtigen Stimulus bedingt, zu einer Ausschüttung von Glykogen.

Was trifft nicht zu?

Glykogen

a) wird in den A-Zellen des Pankreas gebildet.
b) es stimuliert die Glykoneogense.
c) es stimuliert die Glykogenolyse.
d) es wird durch erniedrigten Blutglucosespiegels vermehrt sezerniert.
e) wird durch erhöhten Blutglucosespiegel vermehrt sezerniert.


Gesuchte Falschantwort: (mit der Maus über den schwarzen Balken fahren)

e)                       

Kommt es also zu einem erniedrigtem Blutglucosespiegel innerhalb der Muskel-Zellen, werden die A-Zellen des Pankreas stimuliert, die mit der Sekretion von Glucagon beginnen.

Der Knackpunkt hier ist allerdings, dass der Blutglucosespiegel im Serum (und natürlich in den isulinunabhängigen Zellen) normal ist!!

Nun kommt es (überwiegend in der Leber) zu allen in der Tabelle unter Glucagon gelisteten Konsequenzen.

Das bedeutet also, dass der Stoffwechsel in Richtung Zuckermangel verschoben wird, obwohl (extrazellulär und in insulinunabhängigen Zellen) die Glucose-Konzentration groß genug, ja vielleicht sogar zu groß ist!!

Diese Verschiebung wird hervorgerufen durch insulinabhängige Zellen, die sich ja im "Diabetes-Zustand" Befinden und eine intrazellulär verminderte Glucose-Konzentration aufweisen.

Deswegen kommt es in den Mitochondrien der Leber zur vermehrten Bildung von Ketonkörpern (mit der Gefahr der Ausbildung einer Ketoazidose).

Exkurs Ketonkörper

Ausgangssubstrat zur Synthese des Ketonkörpers ist das Acetyl-CoA welches bei der ß-Oxidation (= Abbau von Fettsäuren) gewonnen wird!!! (Nicht das Acetyl-CoA welches durch die Verwertung der Glukose gewonnen wird!!)

Glukose --> Pyruvat --> Acetyl-CoA --> FS-Biosynthese bei Glucosemangel (hier ist der Mangel in der Muskelzelle gemeint) kommt es zum FS-Abbau (im Fettgewebe) --> ß-Oxidation (Leber) --> Acetyl-CoA

Diese Acetyl-CoA (immer noch in der Leber) gehen nun die Ketonkörper-Synthese ein.

In welchemStoffwechselweg wird das aus der ß-Oxidation stammende Acetyl-CoA weiterverwertet?

a) Nukleinsäurebiosynthese
b) FS-Synthese
c) Ketogenese
d) Citratcyklus (=Zitronensäurezyklus)
e) Cholesterolstoffwechsel


Gesuchte richtige Antwort: (mit der Maus über den schwarzen Balken fahren)

a)                

Aufgrund der guten Wasserlöslichkeit der Ketonkörper, stellen sie eine sehr gute Transportform des Acetyl-CoA von der Leber in die Peripherie, hier zum Muskel dar!!

Nachteil:
Ketonkörper im Serum führen zu einer Azidose = Ketoazidose, was bei dem nicht oder schlecht eingestellten Diabetiker der permanente Fall sein kann (akute/ chronische Ketoazidose). Diese Ketoazidose kann sich zu einer schweren metabolischen Azidose weiterentwickeln, die u. U. sogar lebensbedrohlich sein kann.

Was trifft zu?!

a) Physiologischerweise kommt es bei Hunger zur Erhöhung der Ketonkörper-Konzentration im Serum.
b) Diese Erhöhung findet sich auch bei Einhalten einer Null-Diät bzw. der Atkins-Diät.
c) Eine Erhöung der Ketonkörper führt zur sogenannten Ketoazidose.
d) Nach der Ketogenese in der Leber werden die Ketonkörper über den Blutweg an die Peripherie abgegeben, wo sie in den Zellen zu Acetyl-CoA umgewandelt werden um sie dann z. B. in den Citrat-Cyklus einzuspeisen.
e) Das Gehirn ist nicht in der Lage diese Ketonkörper zu verstoffwechseln.


Gesuchte Antwort: (mit der Maus über den schwarzen Balken fahren)

Alle bis auf e) sind richtig! Denn auch das Gehirn ist in der Lage Ketonkörper zu verwerten!

Symptome einer Azidose:

TETANIE


Diese, den Muskeln betreffende Symptomatik wird durchden erhöhten Spiegel an freiem Calcium verursacht, dennliegt eine Azidose vor, so kann nur wenig Ca gebunden werden.


Nachdem die Frage, wer denn die Glykolyse einleitet mehrfach geklärt wurde, sollten wir uns nun auch tatsächlich mit Ihr auseinandersetzen, in...

Übersicht Teil 3