Rolle von Fruktose 2,6-Bisphosphat bei der Kontrolle der Glykolyse. Stimulation der Glykogensynthese durch Laktat im isolierten Rattenherz

Fruktose-2,6-Bisphosphat (Fru-2,6-P2) ist der stärkste Stimulator der 6-Phosphofrukto-1-Kinase (PFK-1), einem Schlüsselenzym der Glykolyse. Wir untersuchten, ob dieser Regulator an den Veränderungen der Glykolyse beteiligt ist, die experimentell im isolierten Arbeitsherz der Ratte ausgelöst werden können. Der glykolytische Fluss wurde anhand der Abbaugeschwindigkeit von – und Glukose, des Laktatausstoßes und der Veränderungen des Glykogengehalts bewertet. Ein Anstieg des Fru-2,6-P2-Gehalts um 20-40 % wurde beobachtet, wenn die Glykolyse entweder durch Erhöhung der Arbeitsbelastung (durch Erhöhung der Vor- und Nachlast) oder der Glukosekonzentration (von 2 auf 11 mM) oder durch Zugabe von 7 mikroM Insulin stimuliert wurde. Anoxie verringerte die vom Herzen geleistete externe Arbeit, stimulierte die Glykolyse durch Aktivierung der Glykogenolyse, erhöhte aber nicht Fru-2,6-P2. Der Anstieg des Fru-2,6-P2-Gehalts, der nach Insulin, hoher Arbeitsbelastung oder Glukosebelastung beobachtet wurde, könnte mit einer Stimulierung des Glukosetransports und/oder einer Aktivierung der 6-Phosphofructo-2-Kinase (PFK-2), des für die Synthese von Fru-2,6-P2 verantwortlichen Enzyms, zusammenhängen. Die Zugabe von 0,5 bis 10 mM Laktat, einem bevorzugten Substrat für das Herz, zusammen mit Pyruvat im Verhältnis 10:1 zum Perfusat führte zu einer dosisabhängigen Hemmung des glykolytischen Flusses durch PFK-1, mit einer maximalen Hemmung von 75 % bei 5 mM Laktat. Die Anhäufung von Hexose-6-Phosphaten ohne Veränderung der Konzentrationen von Fructose-1,6-Bisphosphat und Triosephosphaten bestätigte, dass die Hemmung der Glykolyse hauptsächlich auf PFK-1 ausgeübt wurde. Diese Hemmung resultierte aus einer Verdoppelung der Citratkonzentration, einem Inhibitor, und aus einer 75%igen Abnahme von Fru-2,6-P2. Trotz der Hemmung der Glykolyse wurde die Glukosephosphorylierung durch Laktat kaum beeinflusst, was auf eine Veränderung des Glukosestoffwechsels schließen lässt. Laktat induzierte in der Tat einen dosisabhängigen Anstieg des Glykogengehalts, der sich bei 5 mM Laktat verdoppelte und das Niveau erreichte, das nach Zugabe von 7 mikroM Insulin erreicht wurde. Die erhöhte Glykogensynthese wurde durch die Akkumulation von UDP-Glukose, dem Substrat, und Glukose-6-Phosphat, einem Stimulator der Glykogensynthase, erklärt. Wir kommen zu dem Schluss, dass Fru-2,6-P2 während der Aerobiose als ein glykolytisches Signal betrachtet werden kann, das durch die Verfügbarkeit von Glukose, die Arbeitsbelastung und Insulin eingeschaltet und durch die Verfügbarkeit alternativer oxidativer Substrate wie Laktat ausgeschaltet wird. Letzteres kontrolliert auch den Glukosestoffwechsel, indem es Glukose von der Glykolyse zur Glykogensynthese umleitet.