GLUKONEOGENEZA: STADIJUMI (REAKCIJE) I REGULACIJA - KEMIJA - 2026

Gluconeogeneze je metabolički proces koji se javlja u gotovo svim živim bićima, uključujući i biljaka, životinja i različitih vrsta mikroorganizama. Sastoji se od sinteze ili stvaranja glukoze iz spojeva koji sadrže ugljik koji nisu ugljikohidrati, poput aminokiselina, glukogena, glicerola i laktata.

To je jedan od putova metabolizma ugljikohidrata koji je anabolički. Sintetizira ili tvori molekule glukoze prisutne uglavnom u jetri i, u manjoj mjeri, u korteksu bubrega ljudi i životinja.

Metabolički put glukogeneze. Imena plavom bojom označavaju podloge puta, strelice crvenom bojom jedinstvene reakcije puta, rezane strelice označavaju reakcije glikolize, koje idu nasuprot tom putu, a podebljane strelice označavaju smjer putanje. Autor BiobulletM, iz Wikimedia Commons

Ovaj anabolički proces događa se obrnutim smjerom kataboličkog puta glukoze, koji ima različite specifične enzime u nepovratnim točkama glikolize.

Glukoneogeneza je važna za povećanje razine glukoze u krvi i tkivima u hipoglikemiji. Također smanjuje smanjenje koncentracije ugljikohidrata u produljenom postu ili drugim nepovoljnim situacijama.

karakteristike

To je anabolički proces

Glukoneogeneza je jedan od anaboličkih procesa metabolizma ugljikohidrata. Kroz svoj mehanizam glukoza se sintetizira iz prekursora ili supstrata sačinjenih od malih molekula.

Glukoza se može stvoriti iz jednostavnih biomolekula proteinske naravi, poput glukogenih aminokiselina i glicerola, koji dolaze iz lipolize triglicerida u masnom tkivu.

Laktat djeluje i kao supstrat i, u manjoj mjeri, nelančane masne kiseline.

Osigurajte zalihe glukoze

Glukoneogeneza je od velike važnosti za živa bića, a posebno za ljudski organizam. To je zato što služi u dodatnim slučajevima velika potražnja za glukozom koju mozak zahtijeva (otprilike 120 grama dnevno).

Koji dijelovi tijela zahtijevaju glukozu? Živčani sustav, bubrežna srž, između ostalih tkiva i stanica, poput crvenih krvnih stanica, koriste glukozu kao jedini ili glavni izvor energije i ugljika.

Zalihe glukoze poput glikogena pohranjenog u jetri i mišićima jedva su dovoljne za jedan dan. To bez obzira na dijetu ili intenzivne vježbe. Iz tog razloga, putem glukoneogeneze, tijelo se opskrbljuje glukozom koja nastaje iz drugih ne-ugljikohidratnih prekursora ili supstrata.

Također, ovaj put je uključen u homeostazu glukoze. Tako nastala glukoza osim što je izvor energije, supstrat je i za ostale anaboličke reakcije.

Primjer za to je slučaj biosinteze biomolekula. Tu spadaju glikokonjugati, glikolipidi, glikoproteini i aminokiseri i drugi heteropolisaharidi.

Stadiji (reakcije) glukoneogeneze

Autor AngelHerraez, iz Wikimedia Commons

Sintetička ruta

Glukoneogeneza se odvija u citosolu ili citoplazmi stanica, uglavnom jetre i u manjoj mjeri u citoplazmi stanica bubrežne kore.

Njegov sintezni put čini velik dio reakcija glikolize (katabolički put glukoze), ali u suprotnom smjeru.

Međutim, važno je naglasiti da će 3 reakcije glikolize koje su termodinamički nepovratne biti katalizirane specifičnim enzimima u glukoneogenezi različitima od onih koji su uključeni u glikolizu, što omogućava da se reakcije odvijaju u suprotnom smjeru.

To su posebno one glikolitičke reakcije koje kataliziraju enzimi hekokinaza ili glukokinaza, foshofruktokinaza i piruvat kinaza.

Pregledajući ključne korake glukoneogeneze katalizirane specifičnim enzimima, pretvaranje piruvata u fosfoenolpiruvat zahtijeva niz reakcija.

Prvo se događa u mitohondrijskom matriksu s konverzijom piruvata u oksaloacetat, kataliziranog piruvat karboksilazom.

Zauzvrat, da oksaloacetat sudjeluje, mora se pretvoriti u malat mitohondrijalnom malat dehidrogenazom. Ovaj enzim transportira se kroz mitohondrije do citosola, gdje se transformira natrag u oksaloacetat malat dehidrogenazom koja se nalazi u staničnoj citoplazmi.

Djelovanje enzima fosfoenolpiruvat karboksikinaza

Djelovanjem enzima fosfoenolpiruvat karboksikinaza (PEPCK), oksaloacetat se pretvara u fosfoenolpiruvat. Odgovarajuće reakcije sažeto su u nastavku:

Svi ti događaji omogućavaju transformaciju piruvata u fosfoenolpiruvat bez intervencije piruvat kinaze, što je specifično za glikolitički put.

Međutim, fosfoenolpiruvat se transformira u fruktozu-1,6-bisfosfat djelovanjem glikolitičkih enzima koji reverzibilno kataliziraju te reakcije.

Djelovanje enzima fruktoza-1,6-bisfosfataza

Sljedeća reakcija koja daje djelovanje foshofruktokinaze na glikolitičkom putu jest ona koja transformira fruktozu-1,6-bisfosfat u fruktozu-6-fosfat. Enzim fruktoza-1,6-bisfosfataza katalizira ovu reakciju u glukoneogenom putu, koji je hidrolitičan i sažeti je u nastavku:

Ovo je jedna od točaka regulacije glukoneogeneze, budući da ovom enzimu treba Mg ²⁺ za svoju aktivnost. Fruktoza-6-fosfat prolazi reakciju izomerizacije kataliziranu enzimom fosfoglikokoizomerazom koji ga pretvara u glukoza-6-fosfat.

Djelovanje enzima glukoza-6-fosfataza

Konačno, treća od tih reakcija je pretvorba glukoze-6-fosfata u glukozu.

To se odvija djelovanjem glukoza-6-fosfataze koja katalizira reakciju hidrolize i zamjenjuje nepovratno djelovanje hekokinaze ili glukokinaze u glikolitičkom putu.

Ovaj enzim glukoza-6-fosfataza veže se na endoplazmatski retikulum stanica jetre. Potreban mu je i kofaktor Mg ²⁺ za obavljanje katalitičke funkcije.

Njegov položaj jamči funkciju jetre kao sintetizatora glukoze za opskrbu potreba drugih organa.

Glukoneogeni prekursori

Kada u tijelu nema dovoljno kisika, što se može dogoditi u mišićima i eritrocitima u slučaju dužeg vježbanja, dolazi do fermentacije glukoze; to jest, glukoza se ne analizira u potpunosti u anaerobnim uvjetima i zato nastaje laktat.

Taj isti proizvod može proći u krv i odatle dospjeti u jetru. Tamo će djelovati kao glukoneogeni supstrat, jer će se ulaskom u Cori ciklus laktat pretvoriti u piruvat. Ova transformacija nastaje djelovanjem enzima laktat dehidrogenaze.

laktat

Laktat je važan glukoneogeni supstrat u ljudskom tijelu, a nakon što se zalihe glikogena potroše, pretvorba laktata u glukozu pomaže u nadoknadi zaliha glikogena u mišićima i jetri.

piruvat

S druge strane, putem reakcija koje čine takozvani glukozno-alaninski ciklus, dolazi do piruvatne transaminacije.

To se nalazi u ekstrahepatičkim tkivima, pretvarajući piruvat u alanin koji čini još jedan od važnih glukoneogenih supstrata.

U ekstremnim uvjetima dugotrajnog posta ili drugih poremećaja metabolizma, katabolizam proteina bit će posljedica glukogenih aminokiselina. Oni će tvoriti intermedijare Krebsovog ciklusa i stvarati oksaloacetat.

Glicerol i drugi

Glicerol je jedini značajan glukoneogeni supstrat koji dolazi iz metabolizma lipida.

Oslobađa se tijekom hidrolize triacilglicerida koji se pohranjuju u masno tkivo. One se transformiraju uzastopnim reakcijama fosforilacije i dehidrogeniranja na dihidroksiaceton fosfat, koji slijede glukoneogeni put do stvaranja glukoze.

S druge strane, malo masnih kiselina neobičnih lanaca je glukoneogeno.

Regulacija glukoneogeneze

Jedna od prvih kontrola glukoneogeneze provodi se unosom hrane s niskim udjelom ugljikohidrata, koji promiču normalnu razinu glukoze u krvi.

Suprotno tome, ako je unos ugljikohidrata nizak, put glukoneogeneze bitan je za ispunjavanje tjelesnih potreba za glukozom.

Postoje i drugi čimbenici koji su uključeni u recipročnu regulaciju između glikolize i glukoneogeneze: razine ATP-a. Kada su visoke, glikoliza se inhibira, dok se glukoneogeneza aktivira.

Suprotno se događa s razinama AMP-a: ako su visoke, glikoliza se aktivira, ali se glukoneogeneza inhibira.

Postoje određene kontrolne točke u specifičnim reakcijama kataliziranim enzimima u glukoneogenezi. Koji? Koncentracija enzimskih supstrata i kofaktora kao što je Mg ²⁺ i postojanje aktivatora kao što je foshofruktokinaza.

Foshofruktokinaza se aktivira AMP i utjecajem hormona gušterače inzulina, glukagona, pa čak i nekih glukokortikoida.

Reference

1. Mathews, Holde i Ahern. (2002). Biokemija (3. izd.). Madrid: PEARSON
2. Wikiknjige. (2018.). Načela biokemije / glukoneogeneza i glikogeneza. Preuzeto sa: en.wikibooks.org
3. Shashikant Ray. (Prosinac 2017.). Regulacija, mjerenja i poremećaji glukoneogeneze. Preuzeto iz: researchgate.net
4. Glukoneogenezu., Preuzeto sa: imed.stanford.edu
5. Predavanje 3-glikoliza i glukoneogeneza., Preuzeto iz: chem.uwec.edu
6. Glukoneogenezu., Preuzeto iz: chemistry.creighton.edu