ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ: СТАДІЇ (РЕАКЦІЇ) ТА РЕГУЛЯЦІЯ - ХІМІЯ - 2025

Глюконеогенезу є метаболічний процес , який відбувається в багатьох живих істот, в тому числі рослин, тварин і різних видів мікроорганізмів. Він складається з синтезу або утворення глюкози із сполук, які містять вуглець, який не є вуглеводами, наприклад, амінокислотами, глюкогенами, гліцерином та лактатом.

Це один із шляхів обміну вуглеводів, який є анабольним. Він синтезує або утворює молекули глюкози, присутні переважно в печінці та, меншою мірою, в корі нирок людей і тварин.

Метаболічний шлях глюкогенезу. Імена синім кольором позначають підкладки шляху, стрілки червоним кольором унікальні реакції цього шляху, розбиті стрілки вказують на реакції гліколізу, які йдуть проти цього шляху, жирними стрілками вказують напрямок шляху. За BiobulletM, від Wikimedia Commons

Цей анаболічний процес відбувається за зворотним напрямком катаболічного шляху глюкози, маючи різні специфічні ферменти в незворотних точках гліколізу.

Глюконеогенез важливий для підвищення рівня глюкози в крові та тканинах при гіпоглікемії. Це також гасить зниження концентрації вуглеводів при тривалих голодуваннях або в інших несприятливих ситуаціях.

характеристики

Це анаболічний процес

Глюконеогенез - один із анаболічних процесів вуглеводного обміну. Через свій механізм глюкоза синтезується з попередників або субстратів, що складаються з невеликих молекул.

Глюкозу можна генерувати з простих біомолекул білкової природи, таких як глюкогенні амінокислоти та гліцерин, останні виходять з ліполізу тригліцеридів жирової тканини.

Лактат також функціонує як субстрат і, меншою мірою, непарні ланцюги жирних кислот.

Забезпечте запаси глюкози

Глюконеогенез має велике значення для живих істот і особливо для людського організму. Це тому, що воно служить для постачання в особливих випадках великого попиту на глюкозу, яку потребує мозок (приблизно 120 грамів на день).

Які частини тіла потребують глюкози? Нервова система, нирковий мозок, серед інших тканин і клітин, таких як еритроцити, які використовують глюкозу як єдине або основне джерело енергії та вуглецю.

Запаси глюкози, такі як глікоген, що зберігається в печінці та м’язах, ледве вистачає на один день. Це без урахування дієт або інтенсивних вправ. З цієї причини через глюконеогенез організм постачається глюкозою, що утворюється з інших невуглеводних попередників або субстратів.

Також цей маршрут бере участь у гомеостазі глюкози. Глюкоза, що утворюється таким чином, крім того, що є джерелом енергії, є субстратом для інших анаболічних реакцій.

Прикладом цього є випадки біосинтезу біомолекул. До них відносяться глікокон'югати, гліколіпіди, глікопротеїни та аміно-цукри та інші гетерополісахариди.

Стадії (реакції) глюконеогенезу

Автор AngelHerraez, із Вікісховища

Синтетичний маршрут

Глюконеогенез відбувається в цитозолі або цитоплазмі клітин, головним чином печінки та меншою мірою в цитоплазмі клітин ниркової кори.

Його синтетичний шлях становить значну частину реакцій гліколізу (катаболічний шлях глюкози), але у зворотному напрямку.

Однак важливо підкреслити, що 3 реакції гліколізу, які є термодинамічно незворотними, будуть каталізуватись специфічними ферментами в глюконеогенезі, відмінними від тих, що беруть участь у гліколізі, що дає можливість реакціям протікати у зворотному напрямку.

Це конкретно ті гліколітичні реакції, що каталізуються ферментами гексокінази або глюкокінази, фосфофруктокінази та піруваткінази.

Переглядаючи вирішальні етапи глюконеогенезу, каталізованого специфічними ферментами, для перетворення пірувату в фосфоенолпіруват необхідний ряд реакцій.

Перше відбувається в мітохондріальній матриці з перетворенням пірувату в оксалоацетат, каталізується піруват карбоксилазою.

У свою чергу, для участі оксалоацетату він повинен бути перетворений в малат за допомогою мітохондріальної малатдегідрогенази. Цей фермент транспортується через мітохондрії до цитозолу, де він перетворюється назад в оксалоацетат за допомогою малатдегідрогенази, виявленої в цитоплазмі клітин.

Дія ферменту фосфоенолпіруват карбоксикінази

Під дією ферменту фосфоенолпіруват карбоксикінази (PEPCK) оксалоацетат перетворюється у фосфоенолпіруват. Відповідні реакції підсумовані нижче:

Усі ці події дозволяють перетворити піруват у фосфоенолпіруват без втручання піруваткінази, що є специфічним для гліколітичного шляху.

Однак фосфоенолпіруват трансформується у фруктозу-1,6-бісфосфат під дією гліколітичних ферментів, які оборотно каталізують ці реакції.

Дія ферменту фруктоза-1,6-бісфосфатаза

Наступна реакція, яка забезпечує дію фосфофруктокінази на гліколітичний шлях, - це та, яка перетворює фруктозу-1,6-бісфосфат у фруктозу-6-фосфат. Фермент фруктоза-1,6-бісфосфатаза каталізує цю реакцію в глюконеогенному шляху, який є гідролітичним і підсумований нижче:

Це один із пунктів регуляції глюконеогенезу, оскільки для його активності цей фермент потребує Mg ²⁺ . Фруктоза-6-фосфат зазнає реакції ізомеризації, каталізується ферментом фосфоглікоізомераза, який перетворює його в глюкозо-6-фосфат.

Дія ферменту глюкозо-6-фосфатази

Нарешті, третя з цих реакцій - це перетворення глюкозо-6-фосфату в глюкозу.

Це відбувається завдяки дії глюкозо-6-фосфатази, яка каталізує реакцію гідролізу і замінює незворотну дію гексокінази або глюкокінази на гліколітичний шлях.

Цей фермент глюкозо-6-фосфатази пов'язаний з ендоплазматичним ретикулумом клітин печінки. Також він потребує кофактора Mg ²⁺ для здійснення своєї каталітичної функції.

Його розташування гарантує функцію печінки як синтезатора глюкози для забезпечення потреб інших органів.

Глюконеогенні попередники

Коли в організмі недостатньо кисню, як це може статися з м’язами та еритроцитами у разі тривалих фізичних вправ, відбувається бродіння глюкози; тобто глюкоза не повністю окислюється в анаеробних умовах, тому утворюється лактат.

Цей же продукт може потрапляти в кров і звідти потрапляти до печінки. Там він буде діяти як глюконеогенний субстрат, оскільки при вступі в цикл Корі лактат перетвориться в піруват. Ця трансформація обумовлена ​​дією ферменту лактатдегідрогенази.

Лактат

Лактат - важливий глюконеогенний субстрат в людському організмі, і коли запаси глікогену виснажуються, перетворення лактату в глюкозу допомагає поповнити запаси глікогену в м’язах і печінці.

Піруват

З іншого боку, через реакції, що складають так званий глюкозо-аланіновий цикл, відбувається трансамінація піруватом.

Це виявляється в позапечінкових тканинах, перетворюючи піруват в аланін, який є ще одним із важливих глюконеогенних субстратів.

В екстремальних умовах тривалого голодування або інших порушень обміну речовин катаболізм білків стане джерелом глюкогенних амінокислот в крайньому випадку. Вони утворюють проміжні продукти циклу Кребса і утворюють оксалоацетат.

Гліцерин та інші

Гліцерин є єдиним значущим глюконеогенним субстратом, що походить від ліпідного обміну.

Він виділяється під час гідролізу триацилгліцеридів, які зберігаються в жировій тканині. Вони трансформуються шляхом послідовних реакцій фосфорилювання та дегідрування на дигідроксіацетонфосфат, які йдуть по глюконеогенному шляху до утворення глюкози.

З іншого боку, мало жирних кислот непарної ланцюга є глюконеогенними.

Регуляція глюконеогенезу

Один з перших контролів глюконеогенезу здійснюється прийомом їжі з низьким вмістом вуглеводів, які сприяють нормальному рівню глюкози в крові.

На відміну від цього, якщо споживання вуглеводів низьке, шлях глюконеогенезу буде важливим для задоволення потреб організму в глюкозі.

Є й інші фактори, що беруть участь у зворотному регулюванні між гліколізом та глюконеогенезом: рівні АТФ. Коли вони високі, гліколіз гальмується, тоді як глюконеогенез активується.

З рівнем АМФ відбувається навпаки: якщо вони високі, активізується гліколіз, але глюконеогенез гальмується.

У глюконеогенезі є певні контрольні точки щодо специфічних реакцій, що каталізуються ферментами. Котрий? Концентрація ферментативних субстратів та кофакторів, таких як Mg ²⁺ , та існування збудників, таких як фосфофруктокіназа.

Фосфофруктокіназа активується АМФ і впливом гормонів підшлункової залози інсуліном, глюкагоном і навіть деякими глюкокортикоїдами.

Список літератури

1. Метьюз, Холд і Ахерн. (2002). Біохімія (3-е видання). Мадрид: ПІРСОН
2. Вікікниги. (2018). Принципи біохімії / глюконеогенез та глікогенез. Взяте з: en.wikibooks.org
3. Шашикант Рей. (Грудень 2017 р.). Регулювання, вимірювання та розлади глюконеогенезу. Взято з: researchgate.net
4. Глюконеогенез. . Взято з: imed.stanford.edu
5. Лекція 3-гліколіз та глюконеогенез. . Взято з: chem.uwec.edu
6. Глюконеогенез. . Взято з: chemistry.creighton.edu