Biochemie und Pathobiochemie: Fructose-, Mannose- und Fucose-Stoffwechsel

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Saccharose wird im Darm in Glucose und Fructose gespalten[Bearbeiten]

Subst. ( ⇑ ) Co. Enzym EC EG Erkr.
Saccharose2.svg Saccharose
H2O


R-Pfeil runter 1-1.svg α-Glucosidase (saure Maltase) 3.2.1.20 Hyd GSD II (Pompe)
Sucrose-α-Glucosidase (Sucrase-Isomaltase) 3.2.1.48 Hyd CSID
Alpha-D-Glucopyranose.svg + Beta-D-Fructofuranose.svg
α-D-Glucose β-D-Fructose

Saccharose (Sucrose) ist als Haushalts- bzw. Kristallzucker reichlich in unserer Nahrung vorhanden. Im Darm erfolgt die Spaltung der α-1,2-glykosidischen Bindung des nicht-reduzierenden Disaccharids in Invertzucker, d.h. in äquimolare Mengen an Glucose (Traubenzucker) und Fructose (Fruchtzucker).

Biosynthese von Fructose aus Glucose (Polyolsyntheseweg)[Bearbeiten]

Subst. ( ⇑ ) Co. Enzym EC EG Erkr.
Alpha-D-Glucopyranose.svg α-D-Glucose
NADPH/H+

NADP+

GG-Pfeil senkrecht 1-3.svg NADPH/H+

NADP+

Aldehyd-Reduktase 1.1.1.21 Ox
D-Sorbitol.svg D-Sorbitol
NAD(P)+

NAD(P)H/H+

GG-Pfeil senkrecht 1-3.svg NAD(P)+

NAD(P)H/H+

Sorbitol-Dehydrogenase 1.1.1.14 Ox
Beta-D-Fructofuranose.svg D-Fructose

Fructose kann in extrahepatischen Geweben im Polyolsyntheseweg aus Glucose gebildet werden. Ein Zwischenprodukt ist der Polyalkohol (Zuckeralkohol) Sorbitol. Eine hohe Fructoseproduktion findet unter dem Einfluss von Testosteron in den Samenblasen statt.

In der Leber wird Fructose zu DHAP und D-Glycerinaldehyd abgebaut[Bearbeiten]

Subst. ( ⇑ ) Co. Enzym EC EG Erkr.
Beta-D-Fructofuranose.svg D-Fructose
ATP

ADP

R-Pfeil runter 1-3.svg Ketohexokinase 2.7.1.3 Tr KHK-Def. (Fructosurie)
Beta-D-Fructose-1-phosphat.svg D-Fructose-1-phosphat
Dihydroxyacetonphosphat2.svg Dihydroxy- aceton- phosphat (DHAP)
GG-Pfeil senkrecht 1-2.svg
Dihydroxy- aceton- phosphat (DHAP) Dihydroxyacetonphosphat2.svg
Zn Fructose-1,6-bisphosphat-Aldolase 4.1.2.13 Ly Fructoseintoleranz (Aldolase B-Def.), Aldolase A-Def. (Hämolyt. Anämie, Myopathie, Dysmorphie)
D-Glycerinaldehyd.svg D-Glycerinaldehyd
NAD(P)H/H+

NAD(P)+

GG-Pfeil senkrecht 1-3.svg NAD(P)H/H+

NAD(P)+

Zn / Fe Alkohol-Dehydrogenase (NAD+) 1.1.1.1 Ox
Zn Alkohol-Dehydrogenase (NADP+) 1.1.1.2 Ox
Aldehyd-Reduktase (NAD(P)+) 1.1.1.21 Ox
Glycerin Fischer.svg Glycerin

Die Fructose aus der Nahrung wird überwiegend in der Leber abgebaut.

Dihydroxyacetonphosphat kann in die Glycolyse bzw. Gluconeogenese eingehen, sowie in die Triacylglycerin-Biosynthese und revers in den Hexosemonophosphatweg. D-Glycerinaldehyd steht nach Oxidation zum Glycerin für die Triacylglycerin-Biosythese zur Verfügung oder kann ebenfalls in Dihydroxyacetonphosphat (DHAP) umgewandelt werden.

Der extrahepatische Abbau erfolgt nach Phosphorylierung von Fructose zu Fructose-6-phosphat[Bearbeiten]

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Beta-D-Fructofuranose.svg D-Fructose
ATP

ADP

R-Pfeil runter 1-3.svg Hexokinase 2.7.1.1 Tr Hämolyt. Anämie bei HK1-Def.
Beta-D-Fructose-6-phosphat2.svg β-D-Fructose-6-phosphat

Fructose-6-phosphat ist ebenfalls wieder ein Intermediat der Glycolyse. Dieser Abbauweg findet z.B. im Muskel statt. In der Leber ist er nicht möglich, da dort die Hexokinase IV (Glucokinase) dominiert, die nur eine geringe Affinität zur Fructose hat.

Pathobiochemie des Fructose-Stoffwechsels[Bearbeiten]

Die häufigste Ursache einer Fruktosunverträglichkeit ist die Fruktosemalabsorption, die wahrscheinlich auf eine Insuffizienz eines intestinalen Zuckertransporters zurückgeht (GLUT-5 ?). Die Fruktose wird im Darm bakteriell vergoren und führt zu Bauchschmerzen, Blähungen und Diarrhoe. Die Unverträglichkeit kann mit einem Atemtest diagnostiziert werden. Die Behandlung besteht in einer entsprechenden Diät.

Die Fructosurie ist eine gutartige, i.d.R. asymptomatische „Erkrankung“. Ihr liegt ein Defekt der Fructokinase resp. Ketohexokinase zugrunde.

Die seltene autosomal-rezessive hereditäre Fruktoseintoleranz ist zurückzuführen auf einen Defekt der Aldolase B, die v.a. in Leber, Niere und Dünndarmmucosa exprimiert wird. Infolge der fehlenden enzymatischen Aktivität kommt es bei Fruktose- oder Sorbitol-Exposition zur Akkumulation von Fructose-1-phosphat und Depletion an anorganischem Phosphat. Letzteres stimuliert die AMP-Deaminase, die AMP zu IMP deaminiert. IMP wird vermehrt abgebaut, was zwar Phosphat freisetzt, aber natürlich auch die Harnsäure-Bildung (Hyperurikämie) stimuliert und die AMP-Spiegel sinken lässt. Letzteres beeinträchtigt die oxidative Phosphorylierung (Regeneration von ATP). Ein weiteres Symptom sind Hypoglykämien, einerseits weil die Aldolase B in der Leber auch einen Schritt der Gluconeogenese katalysiert, andererseits weil die Glycogen-Phosphorylase und damit die Glycogenolyse wegen des AMP- und Phosphat-Defizits nur unzureichend stimuliert wird. Weitere Symptome sind Wachstumsretardierung und bes. nach fortgesetzter Fructoseexposition Azidose, Erbrechen, Leberschäden und Gelbsucht, Krämpfe und proximale tubuläre Azidose. Durch eine Fructose-freie Diät kann Symptomfreiheit erreicht werden.

Symptome der Aldolase A-Defizienz sind z.B. hämolytische Anämie, Myopathie und Dysmorphie, die u.a. durch eine Beeinträchtigung von Glycolyse und Gluconeogenese erklärt werden können.

Fructose, Mannose und Fucose[Bearbeiten]

Subst. ( ⇑ ) Co. Enzym EC EG Erkr.
Beta-D-Fructose-6-phosphat2.svg β-D-Fructose-6-phosphat
GG-Pfeil senkrecht 1.svg Zn Mannose-6-phosphat- Isomerase 5.3.1.8 Iso CDG1b
Beta-D-Mannose-6-phosphat.svg D-Mannose-6-phosphat
GG-Pfeil senkrecht 1.svg Phospho- mannomutase 5.4.2.8 Iso CDG1a
Alpha-D-Mannose-1-phosphat.svg α-D-Mannose-1-phosphat
GDP

Pi

R-Pfeil runter 1-3.svg Mannose-1-phosphat- Guanylyltransferase 2.7.7.22 Tr
GDP-D-Mannose.svg GDP-D-Mannose


H2O

R-Pfeil runter 1-2.svg NAD GDP-Mannose-4,6- Dehydratase 4.2.1.47 Ly
GDP-4-Keto-6-deoxy-D-mannose.svg GDP-4-Keto-6-deoxy-D-mannose
NADPH/H+

NADP+

R-Pfeil runter 1-3.svg GDP-L-Fucose-Synthase 1.1.1.271 Ox
GDP-L-Fucose.svg GDP-β-L-Fucose
PPi

GTP

GG-Pfeil senkrecht 1-3.svg PPi

GTP

Fucose-1-phosphat- Guanylyltransferase 2.7.7.30 Tr
Beta-L-Fucose-1-phosphat.svg β-L-Fucose-1-phosphat
R-Pfeil hoch 2-3.svg ADP

ATP

dival. Kation Fucokinase 2.7.1.52 Tr
Alpha-L-Fucopyranose.svg L-Fucose (6-Deoxy-L-Galactose)

Die aktivierte Form der Mannose, die GDP-D-Mannose wird aus β-D-Fructose-6-phosphat gebildet, einem Intermediat der Glycolyse. Freie D-Mannose kann wie Fructose und Glucose auch von der Hexokinase (2.7.1.1) zu D-Mannose-6-phosphat phosphoryliert werden.

Aus GDP-D-Mannose wird die aktivierte Fucose, die GDP-L-Fucose, gebildet. Freie Fucose kann durch die Fucokinase und Fucose-1-phosphat-Guanylyltransferase reaktiviert werden.

Fucose und Mannose findet man als Strukturbestandteile häufig im Glycan-Anteil von Glycoproteinen.

Mannose-6-phosphat wird als „Adressierungs-Etikett“ im Golgi-Apparat an lysosomale Enzyme (Glykoproteine) angehängt (Proteintargeting).

Weblinks[Bearbeiten]



Allgemeine Hintergrundfarbe für Substrate Hintergrundfarbe Reaktionspfeile „Schlüsselenzyme“
Energiereiche Phosphate Reduktionsäquivalente CO2 / HCO3 C1-Reste Stickstoff

Abk.: Tr.: Transkriptionelle Regulation, Tl.: Regulation der Translation, Lok.: Regulation über die Enzymlokalisation, Kov.: Regulation durch kovalente Modifikation, All.: Allosterische Regulation, Koop.: Kooperativer Effekt, Co.: Cofaktoren, EC: Enzymklassifikation, EG: Enzymgruppe (Oxidoreductase, Transferase, Hydrolase, Lyase, Isomerase, Ligase), Erkr.: Assoziierte Erkrankungen.



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