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Warum sollten Glukokortikoide die Glykogenese und nicht die Glykogenolyse fördern?

Warum sollten Glukokortikoide die Glykogenese und nicht die Glykogenolyse fördern?


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Ich habe in einem Lehrbuch gelesen, dass Glukokortikoide die Glykogensynthese anregen können. Ich verstehe das überhaupt nicht - sollten Glukokortikoide nicht versuchen, den Blutzuckerspiegel zu erhöhen? Warum sollten sie Glukose als Glykogen in der Leber und den Muskeln wie Insulin speichern?


Glukokortikoide haben eine Reihe physiologischer Wirkungen auf den Glukosestoffwechsel, die Entzündungs-/Stressreaktion, den Knochenstoffwechsel usw. Im Allgemeinen werden sie Glukokortikoide genannt, da ursprünglich festgestellt wurde, dass sie mit erhöhten Blutglukosekonzentrationen in Verbindung stehen. Einfach ausgedrückt antagonisieren Glukokortikoide die Wirkungen von Insulin und erzeugen einen Zustand der Insulinresistenz sowie die Expression von Enzymen, die am Glukosestoffwechsel beteiligt sind. Sie haben eine Reihe von Auswirkungen auf alle Arten von Geweben und biologischen Prozessen.

Was Ihre Frage konkret angeht, ist es sinnvoll, dass Glukokortikoide die Glykogensynthese stimulieren, da sie dem Körper ermöglichen, mehr Glukose als Glykogen zu speichern und die Kapazität des Körpers zur Leberglukoseproduktion (d.h. Glykogenolyse) zu erhöhen. Denken Sie daran, dass gleichzeitig mit der Erhöhung der Glykogensynthese die Glukokortikoide eine periphere Insulinresistenz induzieren, die die Insulinwirkung in Skelettmuskulatur und Fett antagonisiert, was auch zu einer Erhöhung der Glukosekonzentration im Blut führt. Darüber hinaus werden aus dem Fettgewebe freie Fettsäuren freigesetzt, die über den Kreislauf in die Leber transportiert werden, damit sie oxidiert werden können, um ATP für die Gluconeogenese zu produzieren.

Es gibt ein ausgezeichnetes Kapitel, das die Auswirkungen von Glukokortikoiden auf den Glukosestoffwechsel in den wichtigsten stoffwechselaktiven Geweben (z. B. Leber, weißes Fettgewebe, Skelettmuskulatur) von Kuo . beschreibt et al aus Bd. 872 von Advances in Experimental Medicine and Biology (Seiten 99-126). Das Buch ist nicht frei zugänglich, daher kann ich kein Bild von den Figuren einfügen, aber sie zeigen im Wesentlichen das, was ich oben beschrieben habe. Hier ist ein weiterer Link zu einem sehr schönen Übersichtsartikel im Journal of Endocrinology, der einige großartige Zahlen enthält, die auch die Kraftstoffumverteilung als Reaktion auf Glukokortikoide zeigen.


  1. Aufgrund von Glucocorticoid (erhöhter Blutzuckerspiegel oder Insulinresistenz) kommt es zu einem erhöhten Insulin/Glukagon-Verhältnis, was zu einer Stimulation der Glykogensynthase und einer Hemmung der Glykogenphosphorylase führt, die die Glykogenese verursacht. 2. Aufgrund der Gluconeogenese befindet sich in der Leber eine große Menge an Glukose. Da Vmax von Glucokinase viel höher ist als das von Hexokinase, werden sie in Glucose-6-Phosphat umgewandelt. Glucose-6-phosphat hat eine allosterische Stimulationswirkung auf die Glykogensynthase, so dass Glykogenese auftritt.

Die Glykogenolyse zerlegt Glykogen in Glukose. Insbesondere bildet der Prozess der Glykogenolyse ein Molekül Glukose-6-Phosphat, während die verbleibende Glykogenkette mit einem Glukosemolekül weniger zurückbleibt. Dieser Vorgang wird viele Male wiederholt, damit mehrere Glucosemoleküle aus der Kette entfernt werden können. Glukosemoleküle werden durch Phosphorolyse entfernt, d. h. das Aufbrechen einer molekularen Bindung durch Zugabe von Phosphorsäure.


Dieses Bild zeigt die Struktur von Glykogen. Die zentrale Struktur ist das Protein Glykogenin, während die Verzweigungen Glukoseketten sind. Ein einzelnes Glykogenmolekül kann bis zu 30.000 miteinander verbundene Glukoseeinheiten enthalten.

Eine Glykogenolyse tritt auf, wenn der Gehalt an Adenosintriphosphat (ATP), dem in den Zellen verwendeten Energiemolekül, niedrig ist (und der Blutzuckerspiegel niedrig ist). Da die Glykogenolyse ein Weg zur Freisetzung von Glukose ist und Glukose zur Bildung von ATP verwendet wird, tritt sie auf, wenn die Energie niedrig ist und mehr Energie benötigt wird. Ebenso tritt bei hohen ATP-Spiegeln stattdessen Glykogenese auf, da sie eine Möglichkeit ist, Energie zu speichern.

Glykogen wird in den Muskeln und in der Leber gespeichert. Es wird geschätzt, dass das in der Leber gespeicherte Glykogen etwa 5 Prozent des Lebergewichts ausmacht, während das in den Muskeln gespeicherte Glykogen 1-2 Prozent ihres Gewichts ausmacht. In Myozyten, die Muskelzellen sind, liefert Glukose die notwendige Energie für Muskelbewegungen. Die Glykogenolyse in Hepatozyten oder Leberzellen ist etwas anders. Wenn die Glykogenolyse in der Leber auftritt, wird die produzierte Glukose nicht direkt von der Leber verwendet. Stattdessen gelangt Glukose in den Blutkreislauf, damit sie von anderen Zellen verwendet werden kann. Glykogen in Tieren ist ähnlich wie Stärke in Pflanzen Stärke ist auch eine Glukosekette, die in Pflanzen zur Energiespeicherung verwendet wird und abgebaut werden kann, wenn eine Pflanze Energie benötigt.


Wie reduziert Glykogen (Glykogenese) die Blutzuckerregulation?

Wie senkt dann die Glykogenese, das Gegenteil der Glykogenolyse, bei der die Glukose in Glykogen umgewandelt wird, den Blutzucker, wenn er zu hoch ist? Oder nicht?

Nicht das, was Sie suchen? Versuchen Sie&hellip

(Originalpost von byaakun)
Wenn Glykogenolyse bedeutet, dass die Bauchspeicheldrüse Glucagon freisetzt, um Glykogen wieder in Glukose umzuwandeln und die Blutzuckerregulation zu erhöhen,

Wie senkt dann die Glykogenese, das Gegenteil der Glykogenolyse, bei der die Glukose in Glykogen umgewandelt wird, den Blutzucker, wenn er zu hoch ist? Oder nicht?

Es scheint, dass Sie Glykogen und Glucagon verwechseln. Ihr erster Satz ("Glykogenolyse ist, wenn die Bauchspeicheldrüse Glucagon freisetzt") ist falsch. Glykogenolyse (Glykogen + lysist [=Aufschlüsselung wie in lysOsom [eine Zellorganelle, deren Funktion lysis oder Abbau]]) ist ein chemischer Prozess, bei dem das Polysaccharid Glykogen in Hunderte seiner Monosaccharid-Bestandteile [= Glucose] zerlegt wird. Glucagon ist ein Hormon, das von den Alpha-Zellen der Langerhans-Inseln [dem endokrinen [=hormonproduzierenden] Teil der Bauchspeicheldrüse] sezerniert wird (die Beta-Zellen sezernieren das Hormon Insulin, das die entgegengesetzte Wirkung von Glucagon hat).

Ja, eine der Wirkungen von Glucagon besteht darin, die Glykogenolyse zu fördern, die den Blutzucker erhöht. FGlucagon hat auch andere Wirkungen, die den Blutzucker erhöhen (es verlangsamt die Glykogenese, verringert den Eintritt von Glukose in die Zellen und fördert die Glukoneogenese [Gluko für Glukose neo = neue Genese = Produktion und somit Produktion von neuer Glukose [in der Praxis aus Aminosäuren].


Warum erhöht Cortisol die Glykogensynthase?

Ich gehe durch die Erste-Hilfe-Biochemie und es heißt, Cortisol erhöht die Glykogensynthase. Ich habe immer noch Mühe, das zu verstehen. Cortisol soll den Blutzuckerspiegel erhöhen, oder? Sollte es also nicht die Glykogen-Phosphorylase aktivieren?

Es macht Sinn, wenn man bedenkt, dass Cortisol ein Stresshormon ist und keine akute Reaktion. Epinephrin lässt Sie vor einem Bären davonlaufen, wenn Sie ihn sehen. Cortisol ist für den Fall, dass Sie sich in einer skizzenhaften, stressigen Umgebung befinden. Sie sehen den Bären nicht, Sie wissen, dass er da ist. Sie bereiten Ihren Körper auf etwas vor, das bald beginnt – also Glykogen zu speichern und den Blutzuckerspiegel zu erhöhen, ist eine gute Sache.

Stellen Sie sich das so vor: Cortisol erhöht den Blutzucker, indem es die Insulinresistenz erhöht, wodurch die periphere Glukoseaufnahme verringert wird. Insulin wiederum fördert die Glykogensynthese aufgrund des Überschusses an Glukose. ABER: Cortisol hat auch eine freizügige Wirkung auf Glucagon. Daher ist Glukagon die Ursache der Glykogenolyse und NICHT direkt Cortisol. Ich hoffe das ergibt Sinn.


Hilfe bei Glykogenese, Glykogenolyse

Hat jemand gute Empfehlungen zum Erlernen dieser kleineren Pfade? Ich hatte noch keine Biochemie und habe sie von Kaplan selbst studiert. Ich hatte Probleme, diese beiden gut zu verstehen.

Auch wie hoch sind diese??

Ja, ich werde viel Zeit damit verbringen müssen, darüber nachzudenken alle dieser Stoffwechselwege und wie sie alle miteinander verbunden sind. Glykolyse, Gluconeogenese, Glykogenolyse, Fettsäureoxidation, Pentosephosphatweg, Harnstoffzyklus, ist Glykogenese eine Sache? Oh, es endet nie. Ich weiß auch nicht, wie ausführlich ich das Material behandeln soll, weil ich einerseits zufrieden bin zu wissen, dass Glykolyse zwei Pyruvate aus einer Glukose herstellt, 2 ATP verwendet, aber 4 produziert. Ich bin sogar damit einverstanden, das Irreversible zu lernen Schritte und so. Aber dann sehe ich Fragen zur Kinetik eines Mutase-Enzyms, das im Gleichgewicht zwischen Reaktant und Produkt sein soll und welches Enzym stereospezifisch ist, und ich bin einfach überwältigt.


Stress und Glukosestoffwechsel: Ein Rückblick

Stress ist eine unausweichliche Tatsache des Lebens. Der wahrgenommene Stress induziert endokrine Veränderungen, die durch die Aktivierung der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse und der sympathischen Nebennieren-Medullar-Achse gekennzeichnet sind. Die Glukokortikoide und Katecholamine, die als Reaktion auf Stress ausgeschüttet werden, führen zu Veränderungen in der Physiologie und im Verhalten, die dem Individuum helfen, sich an sich ändernde Anforderungen des Körpers anzupassen. Glukokortikoide spielen bekanntlich eine zentrale Rolle bei der Induktion der stressbedingten Pathophysiologie. Diese Hormone induzieren einen Hypermetabolismus, um den steigenden Energiebedarf des Körpers zu decken. Wenn der Stress jedoch anhält, passt sich der Körper den ständigen Anforderungen an und beginnt, den Stoffwechsel auf einem höheren Niveau als normal zu regulieren, was als Allostase bezeichnet wird. Diese überwältigende Belastung des Körpers wird das Individuum für die Entwicklung von Krankheiten prädisponieren. Dieser Mini-Review konzentriert sich auf langfristige, durch chronischen Stress induzierte Veränderungen im Glukosestoffwechsel und die Entwicklung von Insulinresistenz und Glukoseintoleranz als Ergebnis einer langfristigen allostatischen Regulation.

Hauptartikeltext

Einführung

Es ist schwer zu bestreiten, dass die meisten von uns in halsbrecherischer Geschwindigkeit leben, wo zahlreiche familiäre, soziale und berufliche Verpflichtungen wertvolle Zeit und Ressourcen leicht überfordern können. Dies verursacht sowohl körperlichen als auch emotionalen Stress, der die Gesundheit stark belasten kann [1]. Daher wurde das Gebiet der Stressbiologie von vielen Forschern auf der ganzen Welt eingehend untersucht. Viele Aspekte von Stress bleiben jedoch im Dunkeln. Stress ist eine unspezifische Reaktion des Körpers auf Reize [2]. Diese Übersicht konzentriert sich auf verschiedene Wege des Glukosestoffwechsels unter chronischem Langzeitstress und seine Auswirkungen.

Stress ist ein Zustand bedrohter Homöostase, der die Stoffwechselwege abgrenzt, um den erhöhten Anforderungen des Wirts gerecht zu werden. Die Fähigkeit, mit diesen Veränderungen umzugehen, ist entscheidend für ein gesundes Leben. Die Ereignisse, die eine Stressreaktion hervorrufen, werden als Stressoren bezeichnet, die extern oder intern sein können [3]. Die externen Faktoren können körperliche Verletzungen, extreme klimatische Bedingungen usw. sein, und die internen Faktoren können Infektionen, Hypoglykämie usw. oder psychologische Faktoren (persönliche Probleme wie Job, Gesundheit oder Finanzen usw.) sein [4]. Stress kann akut, d. h. kurzzeitige Exposition, oder chronisch, d. h. lang anhaltender Stress, sein. Akuter Stress ist von Natur aus adaptiv und ermöglicht dem Organismus, Notfallsituationen präzise zu bewältigen, zu fliehen oder zu kämpfen, während chronischer Stress nachweislich negative Auswirkungen auf die Gesundheit hat.

Stress, neuroendokrine Achse und Glukokortikoide

Es ist bekannt, dass Stress die Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse aktiviert. Die Gehirnschaltkreise, die die Stressreaktion initiieren und aufrechterhalten, befinden sich im Hypothalamus, zu dem die paraventrikulären Kerne, der Locus ceruleus und das zentrale sympathische Nervensystem gehören [5,6]. Stress aktiviert den paraventrikulären Nucleus (Hypothalamus) im Gehirn und stimuliert endokrine und neuronale Mechanismen, was zu einer Erhöhung der Konzentrationen von Stresshormonen führt. Glukokortikoide und Katecholamine. Genau genommen sekretieren die aktivierten paraventrikulären Nucleusneuronen das Corticotropin-Releasing-Hormon (CRH), das die Ausschüttung des adreno-corticotropen Hormons (ACTH) aus dem Hypophysenvorderlappen reguliert. ACTH wirkt auf die Nebennierenrinde, um Glukokortikoide freizusetzen [7,8]. Diesen neuroendokrinen Veränderungen scheint eine Gewöhnung zu fehlen, und möglicherweise gab es eine abnormale Aktivierung der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse (HPA-Achse) als Reaktion auf wiederholten Stress [9]. Darüber hinaus wird das sympathische Nervensystem aktiviert, das Noradrenalin direkt in den Kreislauf und Adrenalin aus dem Nebennierenmark freisetzt. Es wird gezeigt, dass Glukokortikoide und Katecholamine bei Stress synergistisch wirken [10] (Abbildung 1).

Katecholamine wirken vorübergehend während der anfänglichen Stressbelastung und würden in späteren Stadien von der Sekretion von Glukokortikoiden begleitet. Glukokortikoide werden allgemein als Stresshormone bezeichnet [11], da ihre Sekretion unter Stressbedingungen hoch ist. Glukokortikoide lösen ihre Wirkung aus, indem sie an Glukokortikoidrezeptoren (GRs) binden, die verschiedene physiologische Funktionen regulieren, nämlich Entzündung, Gluconeogenese und Adipozytendifferenzierung usw. [12]. Nach der Bindung mit dem Liganden wird es dimerisiert und in den Zellkern transloziert, wo es an Glucocorticoide (GCs) Response Elements (GREs) bindet und die Genexpression der Zielgene hervorruft.

Die Mechanismen der stressinduzierten Veränderungen des Glukosestoffwechsels, die zu einer Hyperglykämie führen, werden ebenfalls aufgeklärt, die die Veränderungen in verschiedenen Signalwegen beinhalten. Es wird berichtet, dass der chronische Stress einen Hypermetabolismus verursacht, der durch eine verstärkte Glykolyse, Gluconeogenese, veränderte Glukoseaufnahme und reduzierte Glykogenese gekennzeichnet ist. Anhaltender Stress prädisponiert für die Entwicklung einer chronischen Erkrankung, die von einer Stoffwechselstörung begleitet wird.

Glukoseaufnahme und aerobe Oxidation von Glukose unter Stress

Ein wichtiges Ergebnis von chronischem Stress ist Hyperglykämie. Dies kann entweder auf eine verminderte Aufnahme von Glukose durch die Zellen oder eine erhöhte Glukosesynthese zurückzuführen sein. Hyperglykämie ist die unmittelbare Wirkung von Stress, da sie Energie liefert, um den Energiebedarf des Körpers bei chronischem Stress zu decken. Bei einem Versuch, die Glukosehomöostase als Reaktion auf eine erhöhte Nebennierenrindenaktivität während Stress aufrechtzuerhalten, würden alle Glukosewege beeinflusst. Die Glukoseaufnahme im Körper wird auf zwei Arten erleichtert, nämlich durch erleichterte Diffusion und sekundären aktiven Transport. Die erleichterte Diffusion erfolgt gegen den Konzentrationsgradienten, der eine insulinvermittelte oder nicht insulinvermittelte Glukoseaufnahme sein kann. Der sekundäre aktive Transport wird hauptsächlich in der Niere beobachtet und beinhaltet die Verwendung von ATP [13].

GLUT-Rezeptoren spielen eine wichtige Rolle bei der Aufnahme von Glukose aus dem Blutkreislauf. Es gibt 14 verschiedene Arten von Glukosetransportern, jedoch sind die GLUT 1 -4 signifikant untersucht [14]. GLUT-1 und GLUT-3 haben eine hohe Affinität für Glukose und GLUT-1 ist der Hauptrezeptor, der im Gehirn wirkt und GLUT-2 ist für die Aufnahme von Glukose in die Bauchspeicheldrüse verantwortlich. GLUT-4 ist insulinsensitiv und hauptsächlich an der rezeptorvermittelten Glukoseaufnahme im Muskel beteiligt [15]. Gegenregulatorische Hormone wie Stresshormone (Glucocorticoide und Katecholamine) und Glucagon sollen die insulininduzierte Glukoseaufnahme hemmen [16].

Von den Zellen aufgenommene Glukose tritt in den glykolytischen Weg ein. Das Endprodukt des glykolytischen Weges, das Pyruvat, wird entweder aerob vollständig zu Kohlendioxid und Wasser oder anaerob zu Laktat metabolisiert [13]. Unter anaeroben Bedingungen wird Pyruvat durch die Wirkung des Enzyms Lactatdehydrogenase in Lactat umgewandelt. Unter physiologischen Bedingungen herrscht ein Gleichgewicht zwischen der Konzentration von Laktat und Pyruvat. Unter chronischen Stressbedingungen kommt es jedoch zu erhöhten Konzentrationen von Pyruvat und Laktat [17-19] zusammen mit einer erhöhten Aktivität der Laktatdehydrogenase (LDH) [20-22]. Unter Stressbedingungen kann das durch die Glykolyse produzierte Pyruvat zur Glukoseproduktion kanalisiert werden oder aufgrund der reduzierten Aktivität der Pyruvatdehydrogenase (PDH) zu einer hohen Laktatproduktion führen. Unter chronischem Stress wurde eine reduzierte Pyruvat-Dehydrogenase-Aktivität beobachtet [23,24]. Es ist bekannt, dass Stress die PDH-Aktivität verändert [25], indem er die Konzentration der Pyruvat-Dehydrogenase-Kinase erhöht, die PDH durch Phosphorylierung inaktiviert [26]. Trotzdem wird die Aktivität des Tricarboxolsäure (TCA)-Zyklus bei Stress aufgrund der Verfügbarkeit von Substraten für den TCA-Zyklus durch die Oxidation von Lipiden hoch sein (Nelson und Cox, 2004). Weiterhin liefert die erhöhte Aktivität des TCA-Zyklus Substrate für die Gluconeogenese. Es wird berichtet, dass Stress Lipolyse [27,28] und Proteolyse induziert, die die Konzentration der Substrate für die Gluconeogenese weiter erhöhen [29-31]. Darüber hinaus verursachte chronischer Stress eine Hyperlaktatämie, ein Hinweis auf einen Hypermetabolismus.

Glykogenese und Glykogenolyse bei chronischem Stress

Chronische Hyperglykämie bei Stress beeinflusst nicht nur die Glukoseaufnahme und -verwertung, sondern fördert auch die endogene Glukosesynthese. Unter normalen Bedingungen führen die von der Leber synthetisierte Nahrungsglukose und endogene Glukose zur Bildung von Glykogen in der Leber. Es ist bekannt, dass Stress die Glykogenese in Leber- und Skelettmuskeln hemmt, indem er die Aktivität der Glykogensynthase hemmt. Die Aktivität der Glykogen-Synthase wird durch ihre Phosphorylierung durch die Glykogen-Synthase-Kinase 3 (GSK-3) gehemmt [32].

Glykogenolyse ist der Prozess der Freisetzung von Glukose aus dem Glykogen. Dies geschieht normalerweise während des Hungers. Unter Stress erfolgt die Glykogenolyse, um den erhöhten Energiebedarf des Körpers zu decken, um dem wahrgenommenen Stress standzuhalten. Eine Reihe von Studien haben den verringerten Glykogengehalt der Leber als Reaktion auf chronischen Stress gezeigt. Beispielsweise wurde in unserer Studie [24], in der Ratten 2, 4 oder 24 Wochen lang täglich zur Fixierung und Zwangsschwimmen ausgesetzt wurden, eine Verringerung des Glykogengehalts in der Leber beobachtet. Darüber hinaus setzten Kuznetsov und seine Mitarbeiter [33] Ratten für 5, 15, 30, 45 und 60 Tage hypokinetischem Stress aus, was zu einem verringerten Glykogengehalt der Leber führte.

Gluconeogenese bei chronischem Stress

Gluconeogenese ist die Synthese von Glucose aus Nicht-Kohlenhydrat-Vorstufen [13]. Unter normalen Bedingungen erfolgt die Gluconeogenese während des Hungers, um die Zellen, insbesondere das von der Glucose abhängige Gehirn, mit Glukose zu versorgen. Stress erhöht die hepatische Glukoseproduktion, indem er die Aktivitäten der wichtigsten glukoneogenen Enzyme erhöht, nämlich. Phosphoenolpyruvatcarboxykinase (PEPCK), Pyruvatcarboxylase, Fructose-1,6-Bisphosphatase (FBPase) und Glucose-6-Phosphatase (G6Pase). Alle diese regulatorischen Schlüsselenzyme werden durch Glukokortikoide transkriptionell reguliert. Stress erhöht die Transkription von PEPCK-Genen [12,34]. CREB, C/EBP und FOXO1 sind die Transkriptionsfaktoren, die unter Stressbedingungen PEPCK-Gene induzieren [35]. Es wird berichtet, dass eine 7-fache Expression von PEPCK eine Hyperglykämie und eine 2-fache Expression eine Insulinresistenz verursacht [35]. Glukokortikoide stimulieren auch die Expression von Pyruvat-Carboxylase [29] und Glucose-6-Phosphatase [36]. Darüber hinaus erhöht Stress die Aktivitäten von Aminotransferasen, Glutamin-Pyruv-Transminase (GPT) und Glutamin-Oxalacetat-Transaminase (GOT) [22,37], die die Konzentration von Substraten wie Pyruvat und Oxalacetat für die Gluconeogenese weiter erhöhen. Darüber hinaus ist bekannt, dass Glukokortikoide unter Stressbedingungen den Blutzuckerspiegel erhöhen, indem sie nicht nur die Glukoneogenese erhöhen, sondern auch die Insulinsensitivität verringern. Die Glukokortikoide üben diese Wirkung aus, indem sie der insulinstimulierten Translokation von Glukosetransportern aus intrazellulären Kompartimenten zur Plasmamembran entgegenwirken [12,38-40]. Ein ähnlicher Mechanismus ist für die Glukokortikoid-induzierte Insulinresistenz in der Skelettmuskulatur verantwortlich [41].

Glukosestoffwechsel, Allostase und allostatische Belastung

Das Konzept der Allostase wurde 1988 von Sterling und Eyer eingeführt [42]. Allostase ist die Aufrechterhaltung physiologischer Variablen auf einem veränderten Niveau, das sich vom homöostatischen Sollwert als Reaktion auf wahrgenommene oder erwartete Herausforderungen oder Stressoren unterscheidet. Es reguliert den Stoffwechsel, indem es die biochemischen Wege verändert, um Stabilität zu erreichen. Tatsächlich wurde der Zustand der Allostase von uns bei Ratten nachgewiesen, die chronischem Stress ausgesetzt waren [24]. In dieser Studie wurde bei Ratten 24 Wochen lang eine konsistente Hyperglykämie beobachtet, nachdem sie 1 h lang gehalten und dann 15 Minuten lang nach einer Pause von 4 Stunden täglich über 2, 4 oder 24 Wochen erzwungenes Schwimmen durchgeführt worden war. Die Hyperglykämie wurde von veränderten Stoffwechselwegen des Glukosestoffwechsels begleitet, hauptsächlich von einer erhöhten Aktivität glukoneogener Enzyme. Eine übertriebene Reaktion des Körpers auf anhaltenden Stress kann zu allostatischer Belastung führen, d. h. zu veränderten physiologischen Prozessen, die das System schädigen können [43]. Zum Beispiel wurde in unserer Studie [24] ein verlängerter hyperglykämischer Zustand aufgrund von Stress von Insulinresistenz und mangelnder Glukosetoleranz begleitet, wie durch OGTT bei Ratten gezeigt wurde. Wenn Stress also anhält und über längere Zeit anhält, werden die Anpassungsprozesse im Körper maladaptiv, was zu einer Pathophysiologie führt. Brunner und Mitarbeiter stellten die Hypothese auf [44], dass die als Reaktion auf Stressreize aktivierte neuroendokrine Achse eine wichtige Rolle bei der Entwicklung des metabolischen Syndroms spielt. Tatsächlich haben viele Forscher die Entwicklung von Insulinresistenz und metabolischem Syndrom als Reaktion auf chronischen Stress gezeigt [12,45-49]. Daraus wird geschlossen, dass, wenn das System den kontinuierlichen Anforderungen nicht gewachsen ist, die allostatische Belastung überwältigend werden kann, die den Körper für die Entwicklung der Krankheiten prädisponiert.

Abschluss

Aus der obigen Diskussion ist ersichtlich, dass chronischer Stress negative Auswirkungen auf den Glukosestoffwechsel hat. Die bei chronischem Stress beobachteten Veränderungen scheinen auf eine allostatische Regulation als Reaktion auf die Anforderungen des Körpers zurückzuführen zu sein. Eine langfristige allostatische Regulierung führt jedoch zu einer allostatischen Belastung, die zu pathophysiologischen Zuständen wie dem metabolischen Syndrom führt. Da Stress eine unausweichliche Tatsache des Lebens ist, sollte man darauf abzielen, den Stress zu bewältigen. Nicht-pharmakologische Interventionen und Stressmanagement würden sich bei der Kontrolle der schädlichen Auswirkungen von Stress als vorteilhaft erweisen. Zukünftige Studien sollten darauf abzielen, eine neue Strategie zu entwickeln, um die Aktivierung der HPA-Achse und des sympathischen Nervensystems aufgrund von Stress zu unterdrücken, um schädliche Wirkungen von Glukokortikoiden auf den Kohlenhydratstoffwechsel zu verhindern.


Klinische Relevanz: Glykogenspeicherkrankheiten

Glykogenosen sind eine Gruppe von Erbkrankheiten, die den Glykogenstoffwechsel beeinflussen und zu einer ausgedehnten Ansammlung von Glykogenablagerungen in Organen und im Muskelgewebe führen. Für Glykogenosen sind mangelhafte Enzyme verantwortlich, die am Glykogenstoffwechsel beteiligt sind. Die häufigste Erkrankung ist der autosomal-rezessiv vererbte Glucose-6-Phosphorylase-Defekt, bei dem Glykogen synthetisiert wird, aber die Zelle nicht verlassen kann.

Die Leber speichert immer mehr Glykogen, was zu einer vergrößerten Leber ( Hepatomegalie) (bis zu 10 kg (22 lb)). Außerdem kann der Glukosespiegel im Blut nicht mehr aufrechterhalten werden. Dies führt zu schweren Hypoglykämie zwischen Mahlzeiten.

Bisher wurden 11 verschiedene Glykogenspeicherkrankheiten und Unterformen identifiziert. Zu den typischen Symptomen und Komplikationen neben der Hepatomegalie zählen: Hypoglykämie, Nephromegalie, Leberzirrhose und Myasthenie.

Dies sind die die häufigsten Arten von Glykogenosen :

  • Gierke-Krankheit (Glykogenspeicherkrankheit Typ 1)
  • Morbus Pompe (Glykogenspeicherkrankheit Typ 2)
  • Morbus Cori (Glykogenspeicherkrankheit Typ 3)

Die Behandlung zielt darauf ab, einen konstanten Blutzuckerspiegel aufrechtzuerhalten, um schwere Hypoglykämien (insbesondere nachts) zu vermeiden.


Regulierung der Glukoseproduktion durch die Leber

Glukose ist ein essentieller Nährstoff für den menschlichen Körper. Es ist die wichtigste Energiequelle für viele Zellen, die für eine stetige Versorgung auf den Blutkreislauf angewiesen sind. Der Blutzuckerspiegel wird daher sorgfältig aufrechterhalten. Die Leber spielt dabei eine zentrale Rolle, indem sie die Aufnahme und Speicherung von Glukose über die Glykogenese und die Freisetzung von Glukose über Glykogenolyse und Gluconeogenese ausgleicht. Die verschiedenen Substratzyklen in den wichtigsten Stoffwechselwegen der Leber spielen eine Schlüsselrolle bei der Regulation der Glukoseproduktion. In diesem Review konzentrieren wir uns auf die kurz- und langfristige Regulation der Glucose-6-Phosphatase und ihr Substratzyklus-Gegenstück Glucokinase. Das Enzym Glukose-6-Phosphatase des Substratzyklus katalysiert den Endschritt sowohl im glukoneogenen als auch im glykogenolytischen Weg und wird durch das glykolytische Enzym Glukokinase entgegengesetzt. Darüber hinaus beziehen wir die Regulation von GLUT 2 mit ein, die den letzten Schritt beim Transport von Glukose aus der Leber in den Blutkreislauf erleichtert.


Was ist Glykolyse?

Glukose ist die wichtigste Energiequelle für die meisten biochemischen Reaktionen. Der Glukosespiegel in unserem Körper sollte jedoch auf einem angemessenen Niveau gehalten werden. Glykolyse und Gluconeogenese sind zwei solcher Prozesse. Die Glukoneogenese synthetisiert neue Glukosemoleküle, während die Glykolyse Glukose in Pyruvat, ATP und NADH aufspaltet. Daher ist die Glykolyse einer der drei Hauptprozesse der Zellatmung. Darüber hinaus sind die anderen beiden Prozesse der Krebs-Zyklus und die Elektronentransportkette.

Abbildung 01: Glykolyse

Die Glykolyse findet im Zytoplasma der Zellen statt. Somit kann es entweder in Gegenwart oder Abwesenheit von Sauerstoff auftreten. Es gibt zwei Hauptphasen der energieerfordernden Phase der Glykolyse und der energiefreisetzenden Phase. Darüber hinaus hat die Glykolyse zehn Schritte, die durch verschiedene Enzyme katalysiert werden. Ein Glucosemolekül wandelt sich über Glucose-6-Phosphat, Fructose-6-Phosphat, Fructose-1,6-Bisphosphat, Glyceraldehyd-3-Phosphat, 1,3-Bisphosphoglycerat, 3-Phosphoglycerat, 2-Phosphoglycerat und Phosphoenolpyruvat in zwei Pyruvatmoleküle um.


Warum sollten Glukokortikoide die Glykogenese und nicht die Glykogenolyse fördern? - Biologie

Rezeptoren für Schilddrüsenhormone sind intrazelluläre DNA-bindende Proteine, die als hormonresponsive Transkriptionsfaktoren fungieren, konzeptionell sehr ähnlich den Rezeptoren für Steroidhormone.

Schilddrüsenhormone dringen durch Membrantransporterproteine ​​in die Zellen ein. Es wurden eine Reihe von Plasmamembrantransportern identifiziert, von denen einige eine ATP-Hydrolyse erfordern. Die relative Bedeutung verschiedener Trägersysteme ist noch nicht klar und kann sich je nach Gewebe unterscheiden. Im Kern bindet das Hormon seinen Rezeptor, und der Hormon-Rezeptor-Komplex interagiert mit spezifischen DNA-Sequenzen in den Promotoren responsiver Gene. Die Wirkung der Bindung des Hormon-Rezeptor-Komplexes an DNA besteht darin, die Genexpression zu modulieren, entweder durch Stimulieren oder Hemmen der Transkription spezifischer Gene.

Betrachten Sie zur Veranschaulichung einen Mechanismus, durch den Schilddrüsenhormone die Kontraktionsstärke des Herzens erhöhen. Die Kontraktilität des Herzens hängt teilweise vom relativen Verhältnis der verschiedenen Arten von Myosinproteinen im Herzmuskel ab. Die Transkription einiger Myosin-Gene wird durch Schilddrüsenhormone stimuliert, während die Transkription anderer gehemmt wird. Der Nettoeffekt besteht darin, das Verhältnis in Richtung einer erhöhten Kontraktilität zu ändern.

Weitere Einzelheiten zum Wirkmechanismus und zur Interaktion dieser Rezeptoren mit anderen Transkriptionsfaktoren finden Sie im Abschnitt Schilddrüsenhormonrezeptoren.

Physiologische Wirkungen von Schilddrüsenhormonen

Es ist wahrscheinlich, dass alle Zellen im Körper Ziele für Schilddrüsenhormone sind. Obwohl Schilddrüsenhormone nicht unbedingt lebensnotwendig sind, haben sie tiefgreifende Auswirkungen auf viele physiologische Prozesse der "großen Zeit", wie Entwicklung, Wachstum und Stoffwechsel, und ein Mangel an Schilddrüsenhormonen ist mit einer normalen Gesundheit nicht vereinbar. Darüber hinaus wurden viele der Wirkungen des Schilddrüsenhormons durch das Studium von Mangel- und Überschusszuständen beschrieben, wie unten kurz diskutiert.

Stoffwechsel: Schilddrüsenhormone stimulieren in den meisten Geweben verschiedene Stoffwechselaktivitäten, was zu einer Erhöhung des Grundumsatzes führt. Eine Folge dieser Aktivität ist die Erhöhung der Körperwärmeproduktion, die zumindest teilweise aus einem erhöhten Sauerstoffverbrauch und den Geschwindigkeiten der ATP-Hydrolyse resultiert. Analog dazu ist die Wirkung der Schilddrüsenhormone vergleichbar mit dem Anblasen eines Schwelfeuers. Einige Beispiele für spezifische metabolische Wirkungen von Schilddrüsenhormonen sind:

  • Fettstoffwechsel: Erhöhte Schilddrüsenhormonspiegel stimulieren die Fettmobilisierung, was zu erhöhten Konzentrationen von Fettsäuren im Plasma führt. Sie verstärken auch die Oxidation von Fettsäuren in vielen Geweben. Schließlich korrelieren die Plasmakonzentrationen von Cholesterin und Triglyceriden umgekehrt mit den Schilddrüsenhormonspiegeln – ein diagnostischer Hinweis auf eine Hypothyreose ist eine erhöhte Cholesterinkonzentration im Blut.
  • Kohlenhydratstoffwechsel: Schilddrüsenhormone stimulieren fast alle Aspekte des Kohlenhydratstoffwechsels, einschließlich der Verbesserung des insulinabhängigen Eintritts von Glukose in die Zellen und einer erhöhten Glukoneogenese und Glykogenolyse, um freie Glukose zu erzeugen.

Wachstum: Schilddrüsenhormone sind eindeutig für ein normales Wachstum bei Kindern und Jungtieren notwendig, wie die bei Schilddrüsenmangel beobachtete Wachstumsverzögerung zeigt. Es überrascht nicht, dass die wachstumsfördernde Wirkung von Schilddrüsenhormonen eng mit der von Wachstumshormonen verknüpft ist, ein klarer Hinweis darauf, dass komplexe physiologische Prozesse wie das Wachstum von mehreren endokrinen Kontrollen abhängen.

Entwicklung: Ein klassisches Experiment in der Endokrinologie war der Nachweis, dass Kaulquappen, denen Schilddrüsenhormone entzogen wurden, nicht in Frösche umgewandelt wurden. Von entscheidender Bedeutung bei Säugetieren ist die Tatsache, dass normale Schilddrüsenhormonspiegel für die Entwicklung des fötalen und neonatalen Gehirns unerlässlich sind.

Andere Wirkungen: Wie oben erwähnt, scheint es keine Organe und Gewebe zu geben, die nicht von Schilddrüsenhormonen beeinflusst werden. Einige zusätzliche, gut dokumentierte Wirkungen von Schilddrüsenhormonen sind:

  • Herz-Kreislauf-System: Schilddrüsenhormone erhöhen die Herzfrequenz, die Herzkontraktilität und das Herzzeitvolumen. Sie fördern auch die Vasodilatation, die zu einer verbesserten Durchblutung vieler Organe führt.
  • Zentralnervensystem: Sowohl erniedrigte als auch erhöhte Konzentrationen von Schilddrüsenhormonen führen zu Veränderungen des Geisteszustands. Zu wenig Schilddrüsenhormone neigen dazu, sich geistig träge zu fühlen, während zu viel Angst und Nervosität hervorruft.
  • Fortpflanzungssystem : Ein normales Fortpflanzungsverhalten und eine normale Physiologie hängen von einem im Wesentlichen normalen Schilddrüsenhormonspiegel ab. Insbesondere Hypothyreose wird häufig mit Unfruchtbarkeit in Verbindung gebracht.

Schilddrüsenerkrankungszustände

Die Krankheit ist sowohl mit einer unzureichenden Produktion als auch mit einer Überproduktion von Schilddrüsenhormonen verbunden. Beide Arten von Krankheiten treten bei Mensch und Tier relativ häufig auf.

Hypothyreose ist das Ergebnis von jeder Erkrankung, die zu einem Schilddrüsenhormonmangel führt. Zwei bekannte Beispiele sind:

  • Jodmangel: Jodid ist für die Produktion von Schilddrüsenhormonen ohne ausreichende Jodzufuhr unbedingt erforderlich, Schilddrüsenhormone können nicht synthetisiert werden. Historisch wurde dieses Problem insbesondere in Gebieten mit jodarmen Böden beobachtet, und ein offener Jodmangel wurde praktisch durch Jodzusatz zu Salz beseitigt.
  • Primäre Schilddrüsenerkrankung: Entzündliche Erkrankungen der Schilddrüse, die Teile der Drüse zerstören, sind eindeutig eine wichtige Ursache für eine Hypothyreose.

Häufige Symptome einer Hypothyreose, die nach der frühen Kindheit auftreten, sind Lethargie, Müdigkeit, Kälteintoleranz, Schwäche, Haarausfall und Fortpflanzungsversagen. If these signs are severe, the clinical condition is called myxedema . In the case of iodide deficiency, the thyroid becomes inordinantly large and is called a goiter .

The most severe and devestating form of hypothyroidism is seen in young children with congenital thyroid deficiency. If that condition is not corrected by supplemental therapy soon after birth, the child will suffer from cretinism, a form of irreversible growth and mental retardation.

Most cases of hypothyroidism are readily treated by oral administration of synthetic thyroid hormone. In times past, consumption of dessicated animal thyroid gland was used for the same purpose.

Hyperthyroidism results from secretion of thyroid hormones. In most species, this condition is less common than hypothyroidism. In humans the most common form of hyperthyroidism is Graves disease , an immune disease in which autoantibodies bind to and activate the thyroid-stimulating hormone receptor, leading to continual stimulation of thyroid hormone synthesis. Another interesting, but rare cause of hyperthyroidism is so-called hamburger thyrotoxicosis.

Common signs of hyperthyroidism are basically the opposite of those seen in hypothyroidism, and include nervousness, insomnia, high heart rate, eye disease and anxiety. Graves disease is commonly treated with anti-thyroid drugs (e.g. propylthiourea, methimazole), which suppress synthesis of thyroid hormones primarily by interfering with iodination of thyroglobulin by thyroid peroxidase.

Advanced and Supplemental Topics

Synthesis and Secretion of Thyroid Hormones

Control of Thyroid Hormone Synthesis and Secretion

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