GLUKONEOGENEZE: FÁZE (REAKCE) A REGULACE - CHEMIE - 2025

Glukoneogeneze je metabolický proces, který se vyskytuje v téměř všech živých organismů, včetně rostlin, zvířat a různých typů mikroorganismů. Spočívá v syntéze nebo tvorbě glukózy ze sloučenin obsahujících uhlík, které nejsou uhlohydráty, jako jsou aminokyseliny, glukogeny, glycerol a laktát.

Je to jedna z cest metabolismu uhlohydrátů, která je anabolická. Syntetizuje nebo tvoří glukózové molekuly přítomné hlavně v játrech a v menší míře v kůře ledvin lidí a zvířat.

Metabolická cesta glukogeneze. Jména modře označují substráty cesty, šipky červeně jedinečné reakce této cesty, zlomené šipky označují reakce glykolýzy, které jdou proti této dráze, tučné šipky označují směr cesty. Podle BiobulletM, z Wikimedia Commons

K tomuto anabolickému procesu dochází po opačném směru katabolické dráhy glukózy, přičemž v ireverzibilních bodech glykolýzy mají různé specifické enzymy.

Glukoneogeneze je důležitá pro zvýšení hladiny glukózy v krvi a tkáních při hypoglykémii. Rovněž tlumí pokles koncentrace uhlohydrátů při dlouhodobém půstu nebo v jiných nepříznivých situacích.

vlastnosti

Je to anabolický proces

Glukoneogeneze je jedním z anabolických procesů metabolismu uhlohydrátů. Díky svému mechanismu je glukóza syntetizována z prekurzorů nebo substrátů tvořených malými molekulami.

Glukóza může být vytvořena z jednoduchých biomolekul proteinové povahy, jako jsou například glukogenní aminokyseliny a glycerol, z nichž druhá pochází z lipolýzy triglyceridů v tukové tkáni.

Laktát také funguje jako substrát a v menší míře mastné kyseliny s lichým řetězcem.

Zajistěte dodávky glukózy

Glukoneogeneze má velký význam pro živé bytosti a zejména pro lidské tělo. Je to proto, že ve zvláštních případech slouží k velké poptávce po glukóze, kterou mozek potřebuje (přibližně 120 gramů denně).

Které části těla vyžadují glukózu? Nervový systém, ledvinová dřeň, mimo jiné tkáně a buňky, jako jsou červené krvinky, které používají glukózu jako jediný nebo hlavní zdroj energie a uhlíku.

Zásoby glukózy, jako je glykogen uložený v játrech a svalech, jsou sotva na jeden den. To bez ohledu na stravu nebo intenzivní cvičení. Z tohoto důvodu je prostřednictvím glukoneogeneze tělo zásobováno glukózou vytvořenou z jiných nemacharidových prekurzorů nebo substrátů.

Tato cesta je také zapojena do homeostázy glukózy. Takto vytvořená glukóza, kromě toho, že je zdrojem energie, je substrátem pro další anabolické reakce.

Příkladem toho je případ biosyntézy biomolekul. Mezi ně patří glykokonjugáty, glykolipidy, glykoproteiny a aminocukry a další heteropolysacharidy.

Fáze (reakce) glukoneogeneze

AngelHerraez z Wikimedia Commons

Syntetická cesta

Glukoneogeneze probíhá v cytosolu nebo v cytoplazmě buněk, zejména v játrech a v menší míře v cytoplazmě buněk ledvinové kůry.

Jeho syntetická cesta tvoří velkou část reakcí glykolýzy (glukózová katabolická cesta), ale v opačném směru.

Je však důležité zdůraznit, že 3 reakce glykolýzy, které jsou termodynamicky nevratné, budou katalyzovány specifickými enzymy v glukoneogenezi, které se liší od enzymů zapojených do glykolýzy, což umožňuje, aby reakce probíhaly v opačném směru.

Jsou to konkrétně ty glykolytické reakce katalyzované enzymy hexokináza nebo glukokináza, fosfhofruktokináza a pyruvát kináza.

Při přezkoumání klíčových kroků glukoneogeneze katalyzovaných specifickými enzymy vyžaduje konverze pyruvátu na fosfoenolpyruvát řadu reakcí.

První se vyskytuje v mitochondriální matrici s přeměnou pyruvátu na oxaloacetát, katalyzovanou pyruvátkarboxylázou.

Aby se oxaloacetát mohl účastnit, musí být naopak přeměněn na malát mitochondriální malátdehydrogenázou. Tento enzym je transportován mitochondrií do cytosolu, kde je přeměňován zpět na oxaloacetát malátdehydrogenázou nalezenou v buněčné cytoplazmě.

Působení enzymu fosfoenolpyruvát karboxykinázy

Působením enzymu fosfoenolpyruvát karboxykinázy (PEPCK) se oxaloacetát přemění na fosfoenolpyruvát. Příslušné reakce jsou shrnuty níže:

Všechny tyto události umožňují transformaci pyruvátu na fosfoenolpyruvát bez zásahu pyruvát kinázy, která je specifická pro glykolytickou dráhu.

Fosfoenolpyruvát se však přeměňuje na fruktózu-1,6-bisfosfát působením glykolytických enzymů, které reverzibilně katalyzují tyto reakce.

Působení enzymu fruktóza-1,6-bisfosfatáza

Další reakce, která dodává působení fosfofruktokinázy v glykolytické cestě, je ta, která transformuje fruktózu-1,6-bisfosfát na fruktóza-6-fosfát. Enzym fruktóza-1,6-bisfosfatáza katalyzuje tuto reakci v glukoneogenní cestě, která je hydrolytická a je shrnuta níže:

Toto je jeden z bodů regulace glukoneogeneze, protože tento enzym vyžaduje pro svou aktivitu Mg2 ⁺. Fruktóza-6-fosfát podléhá isomerizační reakci katalyzované enzymem fosfoglykoisomeráza, která jej transformuje na glukózu-6-fosfát.

Působení enzymu glukóza-6-fosfatáza

Konečně třetí z těchto reakcí je přeměna glukózy-6-fosfátu na glukózu.

To probíhá působením glukózy-6-fosfatázy, která katalyzuje hydrolytickou reakci a která nahrazuje nevratný účinek hexokinázy nebo glukokinázy v glykolytické dráze.

Tento enzym glukóza-6-fosfatáza je vázán na endoplazmatické retikulum jaterních buněk. K provádění své katalytické funkce také potřebuje kofaktor Mg ²⁺.

Jeho umístění zaručuje funkci jater jako glukózového syntetizátoru pro zásobování potřeb jiných orgánů.

Glukoneogenní prekurzory

Pokud v těle není dostatek kyslíku, jak se může stát ve svalech a erytrocytech v případě dlouhodobého cvičení, dochází k fermentaci glukózy; to znamená, že glukóza není za anaerobních podmínek úplně oxidována, a proto je produkován laktát.

Stejný produkt může přecházet do krve a odtud do jater. Tam bude působit jako glukoneogenní substrát, protože po vstupu do Coriho cyklu se laktát přemění na pyruvát. Tato transformace je způsobena působením enzymu laktát dehydrogenázy.

Laktát

Laktát je důležitým glukoneogenním substrátem v lidském těle a jakmile dojde k vyčerpání zásob glykogenu, přeměna laktátu na glukózu pomáhá doplnit zásoby glykogenu ve svalech a játrech.

Pyruvát

Na druhé straně, prostřednictvím reakcí, které tvoří takzvaný glukózo-alaninový cyklus, dochází k transrukci pyruvátu.

To se nachází v extrahepatálních tkáních, které přeměňují pyruvát na alanin, což představuje další důležitý glukoneogenní substrát.

V extrémních podmínkách dlouhodobého půstu nebo jiných metabolických poruch bude proteinový katabolismus jako poslední možnost zdrojem glukogenních aminokyselin. Budou tvořit meziprodukty Krebsova cyklu a generovat oxaloacetát.

Glycerol a další

Glycerol je jediný významný glukoneogenní substrát pocházející z metabolismu lipidů.

Uvolňuje se během hydrolýzy triacylglyceridů, které jsou uloženy v tukové tkáni. Ty jsou transformovány po sobě jdoucími fosforylačními a dehydrogenačními reakcemi na dihydroxyacetonfosfát, které následují glukoneogenní cestu za vzniku glukózy.

Na druhé straně málo mastných kyselin s lichým řetězcem je glukoneogenních.

Regulace glukoneogeneze

Jedna z prvních kontrol glukoneogeneze se provádí příjmem potravin s nízkým obsahem uhlohydrátů, které podporují normální hladinu glukózy v krvi.

Na rozdíl od toho, pokud je příjem uhlohydrátů nízký, bude cesta glukoneogeneze důležitá pro splnění požadavků na glukózu v těle.

Mezi reciproční regulací mezi glykolýzou a glukoneogenezí jsou další faktory: hladiny ATP. Pokud jsou vysoké, je inhibována glykolýza, zatímco je aktivována glukoneogeneze.

Opak je u hladin AMP: pokud jsou vysoké, je aktivována glykolýza, ale je inhibována glukoneogeneze.

V glukoneogenezi existují určité kontrolní body ve specifických enzymem katalyzovaných reakcích. Který? Koncentrace enzymatických substrátů a kofaktorů, jako je Mg ²⁺, a existence aktivátorů, jako je fosfhofructokináza.

Fosfhofructokináza je aktivována AMP a vlivem pankreatických hormonů inzulínu, glukagonu a dokonce i některých glukokortikoidů.

Reference

1. Mathews, Holde a Ahern. (2002). Biochemistry (3. vydání). Madrid: PEARSON
2. Wikibooky. (2018). Základy biochemie / glukoneogeneze a glykogeneze. Převzato z: en.wikibooks.org
3. Shashikant Ray. (Prosinec 2017). Regulace, měření a poruchy glukoneogeneze. Převzato z: researchgate.net
4. Glukoneogeneze.. Převzato z: imed.stanford.edu
5. Přednáška 3-Glykolýza a glukoneogeneze.. Převzato z: chem.uwec.edu
6. Glukoneogeneze.. Převzato z: chemistry.creighton.edu