2 Glykogen Flashcards
Für welche Organe stellt Glukose ein lebenswichtiges Substrat da?
- Gehirn
- Erythrozyten
- Kornea
Nennen Sie mögliche Reaktionswege des Glucose-6-Phosphats
- Glykolyse/Gluconeogenese
- PPW
- Glykogensynthese
Wie wird der Blutglucosespiegel reguliert?
- Insulin, Glukagon, Cortisol
Wie hoch ist der Normalwert des Blutglucose-Spiegels (in mM und mg/dl)
3,5 - 5,0 mM oder 60-90 mg/dl
Wie groß ist das Molekulargewicht von Glukose?
180
Wie hoch ist der BZ von Neugeborenen im Vergleich zu den Erwachsenen?
ca. 50% des BZ von Erwachsenen
Was geschieht aus der Glukose unmittelbar vor der Glykogensynthese?
Aktivierung zu Glucose-6-P unter ATP-Verbrauch
- erfolgt durch Hexokinase bzw. Glukokinase (Isoenzyme)
Vergleichen Sie die beiden Isoenzyme Hexokinase und Glukokinase bzgl.: Gewebeverteilung, Spezifität, Km
Gewebeverteilung:
- Hexokinase = nahezu alle Gewebe, Glukokinase = Leber, B-Zellen
Spezifität:
- Hexokinase = Hexosen, Glukokinase = Glucose
Km:
- Hexokinase = 0,1 mM, Glucokinase = 10 mM
Welche Bedeutung hat der verschiedene Km-Wert von Glukokinase und Hexokinase?
- Hexokinase dient der Grundversorgung der Gewebe, hohe Affinität
- Glukokinase ist an BZ-Regulation für den gesamten Organismus beteiligt, speichert Glukose erst bei höheren Konzentrationen und geringeren aktuellen Bedarf (niedrigere Affinität)
- Hexokinase schnell gesättigt, Glukokinase kann über größeren Bereich aktiv sein und wird langsamer gesättigt
Was versteht man unter der Glukosefalle?
- durch das Zusammenwirken von Glukosetransporter und Glukokinase bzw. Hexokinase wird Glukose im Zytosol festgehalten
- Glucose-6-P ist kein Substrat für GLUT
Wie macht man sich die Glukosefalle diagnostisch zunutze?
- Fluordesoxyglucose wird über GLUT in Zellen aufgenommen
- FDG reichert sich intrazellulär an, ist kein Substrat der Glyklolyse
- wird zu FDG-6-P phosphoryliert
- dient der Nuklearmedizin zur Darstellung des Stoffwechsels, z.B. bei Tumoren
- ist eine Positronenquelle, wird mit PET detektiert
Wie hoch ist die normale Glykogenkonzentration?
70 - 110 mg/dl oder 4-6 mM
Wie wird Glukose in Leber und Muskel gespeichert?
Speicherung in granulärer Form (Glykogen)
- Leber: 150g (12h), Muskel: 250g (wird nicht als Glukose ins Blut freigesetzt -> Eigenbedarf)
Wie hoch ist der Glukosebedarf am Tag?
ca. 200 g, davon ca. 75% Gehirn
Was sind Bedingungen für den Glucose-Zwischenspeicher?
- schneller Auf- und Abbau -> verzweigtes Molekül
- dicht gepackte, Platz sparende Struktur -> kugelförmig
Beschreiben Sie die Struktur von Glykogen
verzweigtes Molekül: - Hauptkette: alpha(1-4) - Verzweigungskette: alpha(1-6), jede 10. Stelle Glykogenin als "Startermolekül" Orientierung: - C1-Ende: reduzierend - viele C4-Enden: nicht reduzierend
Welche Funktion hat das Glykogenin?
- wirkt als Cofaktor der Glykogensynthese
- steigert die katalytische Effizienz der Glykogensynthase
- wird durch wachsende Glykogenketten abgeschirmt -> Effizienz der Glykogensynthase sinkt -> Glykogensynthese stoppt
An welche funktionelle Gruppe des Glykogenin erfolgt die Anlagerung der Glucose aus UDP-Glucose?
OH-Gruppe des Tyrosinrestes
Was sind die ersten Schritte der Glykogensynthese?
- Phosphoglucomutase: Glc-6-P -> Glc-1-P
2. Glucose-1-P-UMP-Transferase: Glc-1-P + UTP -> UDP-Glucose + PPa
Wie erfolgt die Anlagerung der aktivierten UDP-Glucose an das Glykogenmolekül?
UDP-Glucose-Glykogen-Glucosyltransferase (Glykogensynthase):
UDP-Glc + Glykogen(n) -> Glykogen(n+1) + UDP
Was ist der geschwindigkeitsbestimmende Schritt der Glykogensynthese? Wie wird er reguliert?
Reaktion der Glykogensynthase:
- Adrenalin + Glukagon aktivieren PKA -> P Glykogensynthase -> inaktiv
In welcher Form liegt die Glykogensynthase inaktiv vor?
In phosphorylierter Form
Wie wird die inaktive Glykogensynthase wieder aktiviert?
Abspaltung der Phosphatgruppe durch Proteinphosphatase 1
Über welche Möglichkeiten kann die Glykogensynthase durch Phosphorylierung inaktiviert werden?
- Adrenalin und Glukagon -> PKA -> Phosphorylierung
- Glykogensynthase-Kinase 3 -> Phosphorylierung
Welche Möglichkeiten zur Reaktivierung der Glykogensynthase gibt es?
- Proteinphosphatase 1: Dephosphorylierung
2. durch Glc-6-P wird es in aktiver Form überführt
Welche Funktion hat das Branching-Enzyme?
=> Amylo-alpha-1,4 -> alpha-1,6-Transglucosylase
-> Verknüpfung der alpha-1,6 Verbindung
Wie funktioniert das Branching-Enzyme?
- transferiert Segmente mit >6 Glucoseresten von der linearen Kette auf eine 1->6-Verzweigungsstelle, die 4 Reste von einer anderen 1->6-Verzweigungsstelle entfernt ist
Notieren Sie die Nettogleichung der Glykogensynthese
Glc-6-P + ATP + Glykogen(n) + H2O -> Glykogen(n+1) + ADP + 2Pa
Woher kommt der ATP-Verbrauch bei der Glykogensynthese?
Regeneration von UTP:
UDP + ATP -> UTP + ADP (Nukleosid-Diphosphatkinase)
Wie erfolgt der Glykogenabbau der linearen Kette?
- durch Phosphorolyse: glykosidische Bindungen werden durch Einführen einer Phosphatgruppe gespalten (statt Hydrolyse)
- dabei entsteht Glucose-1-P: die in glykosidischer Bindung gespeicherte Energie bleibt erhalten
Welche Enzyme sind am Glykogenabbau beteiligt?
- Glykogen-Phosphorylase
- Debranching-enzyme
- Phosphoglucomutase
- Glc-6-Phosphatase (nur in Leber und Niere)
Beschreiben Sie den Reaktionsmechanismus der Glykogenphosphorylase
- Spaltung der alpha-1,4-glykosidische Bindung durch Phosphatgruppe am nicht reduzierenden Ende
- Coenzym: Pyridoxalphosphat
- die in glykosidischer Bindung gespeicherte Energie bleibt erhalten
- bis 4 Glucosereste vor einer alpha-1,6-Verzweigung
Die Glykogenphosphorylase ist ein Dimer und besteht aus zwei Isoformen. Welche der Isoformen bezeichnet den aktiven bzw. inaktiven Zustand?
- Glykogenphosphorylase A: aktive Form, phosphoryliert
- Glykogenphosphorylase B: inaktive Form, dephosphoryliert
Wie wird die Glykogenphosphorylase reguliert?
Aktivierung:
- Aktivierung der Phosphorylase-Kinase durch cAMP -> P Glykogenphosphorylase (B->A) -> Glykogenabbau (ATP-Verbrauch!)
Inaktivierung:
- Proteinphosphatase 1 -> P + Glykogenphosphorylase (A->B)
In gutem Ernährungszustand sind viele Enzyme dephosphoryliert und damit katalytisch aktiv. Nennen Sie Ausnahmen:
- Glykogen-Phosphorylase
- Fructosebisphosphat-phosphatase 2
- Hormon sensitive Lipase
Was versteht man unter einer allosterischen Regulation?
-
Nennen Sie Beispiele, mit denen die Enzymaktivität durch kovalente Modifizierung geändert werden kann
- Phosphorylierung (Proteinkinasen)
- Dephosphorylierung (Proteinphosphatasen)
- Ubiquitinierung
- SUMOylierung
Welche weiteren Modifikationen von Enzymen kennen Sie?
- Carboxylierung
- Acetylierung
- Hydroxylierung
- Methylierung
- Palmitoylierung
- Myristoylierung
- Glykosylierung
Wie erfolgt die Regulation der Glykogen-Phosphorylase im Muskel
AMP: aktiviert und überführt in R-Form
ATP + Glucose6-P: inaktiviert und überführt in T-Form
Wie erfolgt die Regulation der Glykogenphosphorylierung in der Leber?
s. Folie
Am Glukoseabbau ist u.a. auch das Debranching Enzyme beteiligt. Beschreiben Sie seine Funktionsweise
- baut Verzweigungsstellen ab
- bifunktionales Enzym:
- > alpha1,4 -> alpha1,4 Glucosetransferaseaktivität (Transfer von 3 Glc-Resten vom Zweig auf Hauptkette)
- > alpha-1,6-Glucosidaseaktivität (Freisetzung aus der 1,6-glykosidischen Bindungen durch HYDROLYSE)
Welche Funktion spielt die Phosphoglucomutase beim Glykogenabbau?
Glc-1-P -> Glc-6-P -> Glykolyse
Beschreiben Sie die Funktion der Glucose-6-Phosphatase. Wo ist es lokalisiertP
- im ER
- Glucose-6-P – G6P-Translokase/Phosphatase-Komplex –> ER: Glucose + Pa –> Zytosol –> GLUT2 –> EZR
Überprüfen Sie folgende Aussage: Sowohl die Glucokinase als auch die Hexokinase unterliegen einer Feedback Inhibition
Falsch: Glukokinase wird nicht durch Feedback reguliert
Der Stoffwechsel wird auf verschiedenen Ebenen gesteuert. Wie werden die Enzyme reguliert?
- Substrate und Produkte wirken auf Enzyme und bestimmen deren Aktivität
- Hormone lenken die Aktivität von Enzymen
- Hormone induzieren Enzyme
Beschreiben Sie , welche Hormone den Glykogenstoffwechsel in Muskel und Leber regulieren
Muskel:
a) Adrenalin: stimuliert Glykogenolyse durch Steigerung von cAMP
b) Insulin: stimuliert Glykogenese und hemmt Glykogenolyse durch Steigerung der Glucoseaufnahme (Glc nicht zu Glc-6-P)
Leber:
a) Glukagon: stimuliert Glykogenolyse und hemmt Glykogenese durch Steigerung von cAMP
b) Insulin: stimuliert Glykogenese und hemmt Glykogenolyse durch Aktivierung der Glykogensynthase
Glykogenolyse Typ I (von Gierke): Enzymdefekt, Glykogenmenge, Organ
- Glucose-6-Phosphatase
- hoch, normal
- Leber, Niere
Glykogenolyse Typ II (Pompe): Enzymdefekt, Glykogenmenge, Organ
- alpha-1,4-Glucosidase
- hoch, normal
- alle Organe
Glykogenolyse Typ III (Cori): Enzymdefekt, Glykogenmenge, Organ
- Debranching Enzyme
- kurze Verzweigung
- Leber, Herz, Muskel
Glykogenolyse Typ IV (Andersen): Enzymdefekt, Glykogenmenge, Organ
- Branchig Enzyme
- lange Verzweigung
- Leber, Herz, Muskel
Glykogenolyse Typ V (McArdle): Enzymdefekt, Glykogenmenge, Organ
- Phosphorylase
- hoch, normal
- Muskel
Glykogenolyse Typ VI (Hers): Enzymdefekt, Glykogenmenge, Organ
- Phosphorylase
- hoch, normal
- Leber
Glykogenolyse Typ VII (Tarui): Enzymdefekt, Glykogenmenge, Organ
- Phosphofructokinase
- hoch, normal
- Muskel
Glykogenolyse Typ VIII: Enzymdefekt, Glykogenmenge, Organ
- Phosphorylase-Kinase
- hoch, normal
- Leber
Was sind Glykogenosen?
Enzymdefekte des Glykogen-Abbaus führen zu Speicherkrankheiten, die mit dem Glucose-Stoffwechsel interferieren und schwere Organschädigungen nach sich ziehen
Was sind die Symptome bei der Typ I-Glykogenose?
- Hypoglykämie
- Minderwuchs
- Hepatomegalie
- Nierenvergrößerung
Was sind die Symptome bei der Typ II-Glykogenose?
- Schwere infantile Form
- generalisiert
Was sind die Symptome bei der Typ IV-Glykogenose?
- Minderwuchs
- Leberzirrhose
- sehr schlechte Prognose
Was sind die Symptome bei der Typ V - Glykogenose?
- Muskelschwäche
- Krämpfe
Was sind die Symptome bei der Typ VII-Glykogenose?
- Muskelschwäche
- Krämpfe
Beschreiben Sie die Pathobiochemie bei der Typ I Glykogenose
- Glucose-6-Phosphatase-Mangel in Leber, Dünndarm und Niere = Typ 1a
- Glucose-6-Phosphatase-Transporter-Mangel = Typ 1b
- Glykogenabbau gestört
- Glykogenspeicherung in Hepatozyten und Hauptstückepithelien der Niere
Beschreiben Sie die Genetik der Typ I-Glykogenose
- 1:20000, beide Geschlechter gleich
- rezessive Vererbung
- Mutationen: Chromosom 17q21 (Typ 1a), 11 (Typ 1b)
- Mutationen im aktiven Zentrum und Deletionen bzw. Frame-Shift-Mutationen
Was ist die Therapie der Typ I-Glykogenose?
- regelmäßige Gabe von Glucose/KH, die sehr langsam verdaut werden
- strenge Diät
- Langzeitschäden oft vermeidbar
Was ist das Problem bei der Typ-I-Glykogenose?
- Glucose-6-P kann nicht in Glukose umgewandelt werden
- Glucose-6-P aktiviert Glykogensynthase -> Glykogenproduktion und Einlagerung von Glykogen
Folgender Befund: Leberzirrhose, filamentöses Glykogen in Leber und Blutzellen, Branching Enzyme im Blut und Leber gering. Welche Erkrankung liegt wahrscheinlich vor?
Typ IV-Glykogenose
Äußern Sie sich zur Typ IV-Glykogenose: Defekt, Vererbung, Klinik, Diagnose, Therapie
- Defekt: Branching-Enzyme -> abnorme filamentöse Glykogenstruktur
- Vererbung: autosomal-rezessiv
- Klinik: Ablagerung von Amylopektin in Leber, Hepatosplenomegalie, Leberzirrhose
- Diagnose: Nachweis der Enzymdefizienz in Leber und Blutzellen
- Therapie: Lebertransplantation, symptomatische Therapie
