GLUKONEOGENÉZA: STUPNE (REAKCIE) A REGULÁCIA - CHÉMIA - 2026

Glukoneogenézy je metabolický proces, ktorý sa vyskytuje v takmer všetkých živých organizmov, vrátane rastlín, zvierat a rôznych typov mikroorganizmov. Pozostáva zo syntézy alebo tvorby glukózy zo zlúčenín, ktoré obsahujú uhlík, ktoré nie sú uhľohydráty, ako sú aminokyseliny, glukogény, glycerol a laktát.

Je to jedna z ciest metabolizmu uhľohydrátov, ktorá je anabolická. Syntetizuje alebo tvorí glukózové molekuly prítomné hlavne v pečeni av menšej miere v kôre obličiek ľudí a zvierat.

Metabolická dráha glukogenézy. Názvy v modrej farbe označujú substráty cesty, šípky červenou farbou jedinečné reakcie tejto dráhy, zlomené šípky označujú reakcie glykolýzy, ktoré idú proti tejto ceste, hrubé šípky označujú smer cesty. Autor: BiobulletM, z Wikimedia Commons

Tento anabolický proces nastáva po opačnom smere katabolickej dráhy glukózy a má rôzne špecifické enzýmy na ireverzibilných miestach glykolýzy.

Glukoneogenéza je dôležitá pre zvýšenie hladiny glukózy v krvi a tkanivách pri hypoglykémii. Tlmí tiež zníženie koncentrácie uhľohydrátov pri dlhodobých pôstoch alebo v iných nepriaznivých situáciách.

vlastnosti

Je to anabolický proces

Glukoneogenéza je jedným z anabolických procesov metabolizmu uhľohydrátov. Cez svoj mechanizmus sa glukóza syntetizuje z prekurzorov alebo substrátov tvorených malými molekulami.

Glukóza sa môže vytvárať z jednoduchých biomolekúl proteínovej povahy, ako sú napríklad glykogénne aminokyseliny a glycerol, pričom posledné uvedené pochádzajú z lipolýzy triglyceridov v tukovom tkanive.

Laktát tiež pôsobí ako substrát av menšej miere ako mastné kyseliny s nepárnym reťazcom.

Poskytnite zásoby glukózy

Glukoneogenéza má veľký význam pre živé bytosti a najmä pre ľudské telo. Je to preto, že v osobitných prípadoch slúži na veľkú potrebu glukózy, ktorú mozog potrebuje (približne 120 gramov za deň).

Ktoré časti tela vyžadujú glukózu? Nervový systém, obličková dreň, okrem iných tkanív a buniek, napríklad červené krvinky, ktoré používajú glukózu ako jediný alebo hlavný zdroj energie a uhlíka.

Zásoby glukózy, ako je glykogén uložený v pečeni a svaloch, sú sotva na jeden deň. To bez ohľadu na diétu alebo intenzívne cvičenia. Z tohto dôvodu je telu prostredníctvom glukoneogenézy dodávaná glukóza vytvorená z iných prekurzorov alebo substrátov bez uhľohydrátov.

Táto cesta sa tiež podieľa na homeostáze glukózy. Glukóza vytvorená týmto spôsobom je okrem toho, že je zdrojom energie, substrátom pre ďalšie anabolické reakcie.

Príkladom toho je prípad biosyntézy biomolekúl. Tieto zahŕňajú glykokonjugáty, glykolipidy, glykoproteíny a aminocukry a ďalšie heteropolysacharidy.

Fázy (reakcie) glukoneogenézy

Autor: AngelHerraez, z Wikimedia Commons

Syntetická cesta

Glukoneogenéza sa uskutočňuje v cytosóle alebo v cytoplazme buniek, hlavne v pečeni, av menšej miere v cytoplazme buniek obličkovej kôry.

Jeho syntetická dráha predstavuje veľkú časť reakcií glykolýzy (glukózová katabolická dráha), ale v opačnom smere.

Je však dôležité si uvedomiť, že 3 reakcie glykolýzy, ktoré sú termodynamicky ireverzibilné, budú katalyzované špecifickými enzýmami v glukoneogenéze odlišnými od tých, ktoré sa zúčastňujú glykolýzy, čo umožňuje, aby sa reakcie uskutočňovali opačným smerom.

Jedná sa konkrétne o glykolytické reakcie katalyzované enzýmami hexokináza alebo glukokináza, fosfhofruktokináza a pyruvátkináza.

Pri skúmaní rozhodujúcich krokov glukoneogenézy katalyzovaných špecifickými enzýmami si konverzia pyruvátu na fosfoenolpyruvát vyžaduje rad reakcií.

Prvý sa vyskytuje v mitochondriálnej matrici s konverziou pyruvátu na oxaloacetát katalyzovanú pyruvátkarboxylázou.

Na to, aby sa oxaloacetát zúčastnil, musí byť naopak konvertovaný na malát mitochondriálnou malátdehydrogenázou. Tento enzým sa transportuje cez mitochondrie do cytosolu, kde sa pomocou malátdehydrogenázy nachádzajúcej sa v cytoplazme buniek transformuje späť na oxaloacetát.

Pôsobenie enzýmu fosfoenolpyruvát karboxykinázy

Pôsobením enzýmu fosfoenolpyruvát karboxykinázy (PEPCK) sa oxaloacetát premieňa na fosfoenolpyruvát. Príslušné reakcie sú zhrnuté nižšie:

Všetky tieto udalosti umožňujú transformáciu pyruvátu na fosfoenolpyruvát bez zásahu pyruvátkinázy, ktorá je špecifická pre glykolytickú dráhu.

Fosfoenolpyruvát sa však premieňa na fruktózu-1,6-bisfosfát pôsobením glykolytických enzýmov, ktoré reverzibilne katalyzujú tieto reakcie.

Pôsobenie enzýmu fruktóza-1,6-bisfosfatáza

Ďalšou reakciou, ktorá dodáva účinok fosfofruktokinázy v glykolytickej ceste, je reakcia, ktorá transformuje fruktózu-1,6-bisfosfát na fruktózu-6-fosfát. Enzým fruktóza-1,6-bisfosfatáza katalyzuje túto reakciu v glukoneogénnej ceste, ktorá je hydrolytická a je zhrnutá nižšie:

Toto je jeden z bodov regulácie glukoneogenézy, pretože tento enzým vyžaduje pre svoju aktivitu Mg2 ⁺ . Fruktóza-6-fosfát podlieha izomerizačnej reakcii katalyzovanej enzýmom fosfoglykoizomeráza, ktorý ho transformuje na glukózu-6-fosfát.

Pôsobenie enzýmu glukóza-6-fosfatáza

Nakoniec, treťou z týchto reakcií je premena glukózy-6-fosfátu na glukózu.

Toto sa uskutočňuje pôsobením glukózy-6-fosfatázy, ktorá katalyzuje hydrolytickú reakciu a ktorá nahrádza ireverzibilný účinok hexokinázy alebo glukokinázy v glykolytickej ceste.

Tento enzým glukóza-6-fosfatáza je viazaný na endoplazmatické retikulum pečeňových buniek. Tiež potrebuje kofaktor Mg ^2+, aby mohol vykonávať svoju katalytickú funkciu.

Jeho umiestnenie zaručuje funkciu pečene ako glukózového syntetizátora, ktorý zásobuje potreby iných orgánov.

Glukonogénne prekurzory

Ak v tele nie je dostatok kyslíka, ako sa to môže stať vo svaloch a erytrocytoch v prípade dlhodobého cvičenia, dochádza k fermentácii glukózy; to znamená, že glukóza nie je úplne oxidovaná za anaeróbnych podmienok, a preto sa vytvára laktát.

Ten istý produkt môže prejsť do krvi a odtiaľ sa dostať do pečene. Tam bude pôsobiť ako glukonogénny substrát, pretože po vstupe do Coriho cyklu sa laktát premení na pyruvát. Táto transformácia je spôsobená pôsobením enzýmu laktátdehydrogenázy.

laktát

Laktát je dôležitým glukoneogénnym substrátom v ľudskom tele a keď sa vyčerpajú zásoby glykogénu, premena laktátu na glukózu pomáha obnoviť zásoby glykogénu vo svaloch a pečeni.

pyruvát

Na druhej strane, prostredníctvom reakcií, ktoré tvoria takzvaný glukózo-alanínový cyklus, dochádza k transrukcii pyruvátu.

Toto sa nachádza v extrahepatálnych tkanivách, ktoré transformujú pyruvát na alanín, čo predstavuje ďalší z dôležitých glukoneogénnych substrátov.

V extrémnych podmienkach dlhodobého hladovania alebo iných porúch metabolizmu bude proteínový katabolizmus ako posledná možnosť zdrojom glukogénnych aminokyselín. Tieto budú tvoriť medziprodukty Krebsovho cyklu a budú generovať oxaloacetát.

Glycerol a ďalšie

Glycerol je jediný významný glukoneogénny substrát pochádzajúci z metabolizmu lipidov.

Uvoľňuje sa počas hydrolýzy triacylglyceridov, ktoré sú uložené v tukovom tkanive. Tieto sa transformujú postupnými fosforylačnými a dehydrogenačnými reakciami na dihydroxyacetónfosfát, ktoré nasledujú glukoneogénnou cestou za vzniku glukózy.

Na druhej strane málo mastných kyselín s nepárnym reťazcom je glukoneogénnych.

Regulácia glukoneogenézy

Jedna z prvých kontrol glukoneogenézy sa uskutočňuje príjemom potravín s nízkym obsahom uhľohydrátov, ktoré podporujú normálnu hladinu glukózy v krvi.

Na rozdiel od toho, ak je príjem uhľohydrátov nízky, glukoneogenéza bude dôležitá pre splnenie glukózových požiadaviek tela.

Medzi recipročnou reguláciou medzi glykolýzou a glukoneogenézou sú ďalšie faktory: hladiny ATP. Ak sú vysoké, je inhibovaná glykolýza, zatiaľ čo glukoneogenéza je aktivovaná.

Opak je pri hladinách AMP: ak sú vysoké, je aktivovaná glykolýza, ale je inhibovaná glukoneogenéza.

Pri glukoneogenéze existujú určité kontrolné body pri špecifických enzýmom katalyzovaných reakciách. Aké? Koncentrácia enzymatických substrátov a kofaktorov, ako je Mg2 ⁺ , a existencia aktivátorov, ako je napríklad fosfofruktokináza.

Fosfofruktokináza je aktivovaná AMP a vplyvom inzulínu, glukagónu a dokonca aj niektorých glukokortikoidov pankreatických hormónov.

Referencie

1. Mathews, Holde a Ahern. (2002). Biochemistry (3. vydanie). Madrid: PEARSON
2. Wikibooks. (2018). Základy biochémie / glukoneogenéza a glykogenéza. Prevzaté z: en.wikibooks.org
3. Shashikant Ray. (December 2017). Regulácia, merania a poruchy glukoneogenézy. Prevzaté z: researchgate.net
4. Glukoneogenézy. , Prevzaté z: imed.stanford.edu
5. Prednáška 3-Glykolýza a glukoneogenéza. , Prevzaté z: chem.uwec.edu
6. Glukoneogenézy. , Prevzaté z: chemistry.creighton.edu