Stoffwechsel- und Syntheseleistungen der Leber
Wie die Leber den Blutzucker stabil hält, Ammoniak zu Harnstoff entgiftet und die meisten Plasmaproteine bildet, und welche Proteine aus anderen Organen stammen.
Das Wichtigste in Kürze
- Die Leber ist das zentrale Stoffwechselorgan: Sie hält den Blutzucker konstant, entgiftet Ammoniak zu Harnstoff und bildet die meisten Plasmaproteine.
- Leberglykogen ist eine schnell verfügbare Glucosereserve. Adrenalin fördert in der Leber die Glykogenolyse.
- Nur die Leber kann mit der Glucose-6-Phosphatase freie Glucose ins Blut abgeben. Dem Muskel fehlt das Enzym.
- Die Leber betreibt Gluconeogenese aus Lactat, Aminosäuren und Glycerin. Lactat aus dem Muskel kehrt im Cori-Zyklus als Glucose zurück.
- Hepatozyten setzen Ammoniak im Harnstoffzyklus zu Harnstoff um. L-Ornithin dient dabei als regenerierter Träger.
- Die Leber bildet Albumin, Fibrinogen, Angiotensinogen und die Faktoren II, VII, IX und X. Renin stammt aus der Niere, Immunglobuline aus Plasmazellen.
Zentrales Stoffwechselorgan
Die Leber steht zwischen Darm und Körperkreislauf und gleicht aus, was die Nahrung unregelmäßig liefert. Sie hält den Blutzucker konstant, entgiftet Stickstoff und liefert Proteine wie Albumin, das viele Arzneistoffe im Blut bindet. Die Grundlage bilden die Hepatozyten.
Glucosehaushalt
Nach einer Mahlzeit nimmt die Leber Glucose auf und speichert sie als Leberglykogen. Dieses verzweigte Polymer lässt sich rasch wieder abbauen. Leberglykogen ist deshalb eine schnell verfügbare Kohlenhydratreserve für den ganzen Körper. Den Aufbau des Moleküls behandelt die Einheit zu Reservepolysacchariden.
Sinkt der Blutzucker oder droht Stress, setzt der Abbau ein, die Glykogenolyse. Adrenalin fördert sie in der Leber, ebenso Glucagon. Dabei entsteht zunächst Glucose-1-phosphat, das zu Glucose-6-phosphat umgelagert wird. Phosphorylierte Glucose kann die Zellmembran jedoch nicht passieren.
Enzym im endoplasmatischen Retikulum der Hepatozyten, das Glucose-6-phosphat zu freier Glucose und Phosphat hydrolysiert. Erst dadurch kann die Leber Glucose ins Blut abgeben.
\[\ce{Glucose-6-phosphat + H2O -> Glucose + P_i}\]
Die freie Glucose verlässt den Hepatozyten über den Transporter GLUT2. Der Skelettmuskel besitzt das Enzym nicht. Sein Glucose-6-phosphat bleibt in der Zelle gefangen und fließt in die Glykolyse. Man kann sich den Muskel wie einen Selbstversorger vorstellen, die Leber dagegen wie ein Zentrallager.
Reicht das Glykogen nicht mehr, baut die Leber Glucose neu auf. Diese Gluconeogenese nutzt drei Substratgruppen: Lactat, Aminosäuren wie Alanin und Glycerin aus dem Fettabbau. Lactat stammt vor allem aus arbeitender Muskulatur und Erythrozyten. Es gelangt mit dem Blut zur Leber und wird dort unter ATP-Verbrauch wieder zu Glucose. Diesen Kreislauf nennt man Cori-Zyklus.
Die Gluconeogenese aus Lactat läuft beim Menschen vorwiegend in Leberzellen ab. Skelettmuskelzellen betreiben sie nicht in nennenswertem Umfang, denn ihnen fehlt ja auch die Glucose-6-Phosphatase. Die Einzelschritte zeigt die Einheit zur Gluconeogenese.
Ammoniakentgiftung
Beim Abbau von Aminosäuren entsteht Ammoniak. Schon geringe Konzentrationen schädigen das Gehirn. Die Hepatozyten setzen es deshalb zu Harnstoff um, einem ungiftigen, gut wasserlöslichen Molekül. Die Niere scheidet ihn aus. Die Leber ist der Hauptbildungsort von Harnstoff.
Vereinfacht lautet die Bilanz der Harnstoffbildung:
\[\ce{2 NH3 + CO2 -> CO(NH2)2 + H2O}\]
Tatsächlich stammt ein Stickstoffatom aus Ammoniak, das andere aus Aspartat. Pro Harnstoffmolekül verbraucht die Zelle 3 ATP. Der Weg dorthin heißt Harnstoffzyklus und beginnt im Mitochondrium:
- Start: Carbamoylphosphat reagiert mit L-Ornithin zu Citrullin.
- Zweiter Stickstoff: Im Cytosol baut Citrullin Aspartat ein, es entsteht Argininosuccinat.
- Spaltung: Argininosuccinat zerfällt in Arginin und Fumarat.
- Freisetzung: Die Arginase spaltet Harnstoff ab und regeneriert Ornithin.
Ornithin ist eine nicht proteinogene Aminosäure. Es wirkt als Träger, der in jeder Runde zurückgewonnen wird. Versagt die Leber, steigt das Ammoniak im Blut an. Die Folge kann eine hepatische Enzephalopathie sein. Details zum Zyklus stehen in der Einheit zum Harnstoffzyklus.
Plasmaproteine
Die Leber bildet den größten Teil der Plasmaproteine. Vier Gruppen solltest du ihr sicher zuordnen:
| Protein | Funktion im Blut |
|---|---|
| Albumin | häufigstes Plasmaprotein, hält den kolloidosmotischen Druck, transportiert Fettsäuren, Bilirubin und Arzneistoffe |
| Fibrinogen (Faktor I) | wird bei der Gerinnung zu Fibrin |
| Angiotensinogen | Vorstufe von Angiotensin I |
| Faktoren II, VII, IX, X | Vitamin-K-abhängige Gerinnungsfaktoren |
Die Faktoren II, VII, IX und X werden hauptsächlich in der Leber gebildet. Sie brauchen Vitamin K für ihre γ-Carboxylierung, ohne die sie kein Calcium binden. Hier greifen Cumarine wie Phenprocoumon an. Mehr dazu in der Einheit zur Hämostase. Bei Leberschäden sinken diese Faktoren, und die Blutungsneigung steigt.
Andere Proteine im Blut stammen nicht aus Hepatozyten. Immunglobuline bilden die Plasmazellen, also ausdifferenzierte B-Lymphozyten. Das zeigt die Serumelektrophorese bei Leberzirrhose. Der Albumingipfel schrumpft, weil die Leber weniger bildet. Die γ-Globulin-Fraktion nimmt dagegen zu, denn die Plasmazellen arbeiten unabhängig von der Leber weiter.
Auch Renin hat seinen Hauptbildungsort nicht in der Leber. Es stammt aus den juxtaglomerulären Zellen der Niere. Dort wird es freigesetzt und spaltet im Blut das Angiotensinogen aus der Leber zu Angiotensin I. Die weitere Kaskade beschreibt die Einheit zum Renin-Angiotensin-System.
Die Leber liefert das Substrat Angiotensinogen, die Niere das Enzym Renin. Immunglobuline kommen aus den Plasmazellen.
Quiz
Aussage 1
Bei Leberzirrhose kann die γ-Globulin-Fraktion im Serum ansteigen, obwohl die Albuminbildung sinkt.
Immunglobuline stammen aus Plasmazellen, nicht aus Hepatozyten. Ihre Bildung hängt daher nicht von der Leberfunktion ab, während Albumin abnimmt.
Aussage 2
Der Skelettmuskel kann Glucose aus seinem Glykogen ins Blut abgeben, weil er Glucose-6-Phosphatase besitzt.
Dem Skelettmuskel fehlt die Glucose-6-Phosphatase. Sein Glucose-6-phosphat bleibt in der Zelle und geht in die Glykolyse. Nur die Leber gibt freie Glucose ins Blut ab.
Aussage 3
Renin wird wie Angiotensinogen überwiegend in den Hepatozyten gebildet.
Nur Angiotensinogen stammt aus der Leber. Renin wird hauptsächlich in den juxtaglomerulären Zellen der Niere gebildet.
Aussage 4
Die Vitamin-K-abhängigen Gerinnungsfaktoren II, VII, IX und X werden hauptsächlich in der Leber synthetisiert.
Die Leber bildet diese Faktoren. Vitamin K wird für ihre γ-Carboxylierung benötigt, an der Cumarine wie Phenprocoumon ansetzen.
Aussage 5
L-Ornithin wird im Harnstoffzyklus verbraucht und muss deshalb ständig mit der Nahrung zugeführt werden.
Ornithin ist ein Träger: Die Arginase spaltet Harnstoff von Arginin ab und regeneriert dabei Ornithin in jeder Runde.
Aussage 6
Lactat aus arbeitender Muskulatur wird vorwiegend in der Leber durch Gluconeogenese wieder zu Glucose aufgebaut.
Das ist der Cori-Zyklus. Die Gluconeogenese aus Lactat läuft beim Menschen vorwiegend in Leberzellen ab, im Muskel nicht in nennenswertem Umfang.
Fehler entdeckt oder eine Idee? Wir verbessern die Inhalte laufend. Melde es uns gerne über dieses Formular ❤️
Teile der Inhalte wurden mithilfe von KI-Systemen erstellt und werden fortlaufend redaktionell geprüft. Trotz Sorgfalt können Fehler enthalten sein. Wichtige Informationen bitte anhand offizieller Quellen prüfen. Relaxed ins Stex ist ein unabhängiges Angebot und steht in keiner Kooperation mit dem IMPP. Das Angebot ist weder vom IMPP autorisiert noch mit diesem verbunden.