Etapy (reakcje) glukoneogenezy i regulacja

The glukoneogeneza Jest to proces metaboliczny, który występuje u prawie wszystkich żywych istot, w tym roślin, zwierząt i różnego rodzaju mikroorganizmów. Składa się z syntezy lub tworzenia glukozy ze związków zawierających węgiel, które nie są węglowodanami, takich jak aminokwasy, glikogeny, glicerol i mleczan.

Jest to jeden ze sposobów metabolizmu węglowodanów typu anabolicznego. Syntetyzuje lub tworzy cząsteczki glukozy obecne głównie w wątrobie i, w mniejszym stopniu, w korze nerek ludzi i zwierząt.

Ten proces anaboliczny zachodzi w odwrotnym kierunku szlaku katabolicznego glukozy, mającego różne specyficzne enzymy w nieodwracalnych punktach glikolizy.

Glukoneogeneza jest ważna dla zwiększenia poziomu glukozy we krwi i tkankach w przypadkach hipoglikemii. Amortyzuje również spadek stężenia węglowodanów w długich postach lub w innych sytuacjach.

Indeks

• 1 Charakterystyka
  • 1.1 Jest to proces anaboliczny
  • 1.2 Zapewnić dostawy glukozy
• 2 Etapy (reakcje) glukoneogenezy
  • 2.1 Droga syntetyczna
  • 2.2 Działanie enzymu karboksykinazy fosfoenolopirogronianowej
  • 2.3 Działanie enzymu fruktozo-1,6-bisfosfatazy
  • 2.4 Działanie enzymu glukozo-6-fosfatazy
• 3 Prekursory glukoneogenne
  • 3.1 Mleczan
  • 3.2 Pirogronian
  • 3.3 Glicerol i inne
• 4 Regulacja glukoneogenezy
• 5 referencji

Funkcje

To proces anaboliczny

Glukoneogeneza jest jednym z anabolicznych procesów metabolizmu węglowodanów. Poprzez swój mechanizm, glukoza jest syntetyzowana z prekursorów lub substratów tworzonych przez małe cząsteczki.

Glukozę można wytworzyć z prostych biomolekuł o charakterze białkowym, takich jak aminokwasy glukogeniczne i glicerol, drugi pochodzący z lipolizy triglicerydów w tkance tłuszczowej.

Mleczan działa również jako substrat i, w mniejszym stopniu, kwasy tłuszczowe o łańcuchach nieparzystych.

Zapewnij dostawy glukozy

Glukoneogeneza ma ogromne znaczenie dla istot żywych, a zwłaszcza dla ludzkiego ciała. Dzieje się tak dlatego, że w szczególnych przypadkach zapewnia wysoki popyt na glukozę wymaganą przez mózg (około 120 gramów dziennie).

Jakie części ciała wymagają glukozy? Układ nerwowy, rdzeń nerkowy, wśród innych tkanek i komórek, takich jak czerwone krwinki, które wykorzystują glukozę jako jedyne lub główne źródło energii i węgla.

Zapasy glukozy, takie jak glikogen przechowywane w wątrobie i mięśniach, ledwo wystarczają na jeden dzień. To bez rozważania diet i intensywnych ćwiczeń. Z tego powodu poprzez glukoneogenezę organizm otrzymuje glukozę utworzoną z innych nie-węglowodanowych prekursorów lub substratów.

Podobnie ta droga wpływa na homeostazę glukozy. Glukoza wytworzona tą drogą, oprócz tego, że jest źródłem energii, jest substratem innych reakcji anabolicznych.

Przykładem tego jest przypadek biosyntezy biocząsteczek. Wśród nich glukokonjugaty, glikolipidy, glikoproteiny i aminoazukry i inne heteropolisacharydy.

Etapy (reakcje) glukoneogenezy

Droga syntetyczna

Glukoneogeneza jest przeprowadzana w cytozolu lub cytoplazmie komórek, głównie wątroby i w mniejszym stopniu w cytoplazmie komórek kory nerkowej..

Jego droga syntezy stanowi dużą część reakcji glikolizy (szlak kataboliczny glukozy), ale w przeciwnym kierunku.

Jednakże ważne jest, aby zauważyć, że 3 reakcje glikolizy, które są nieodwracalne termodynamicznie, będą w glukoneogenezie katalizowanej przez specyficzne enzymy inne niż te zaangażowane w glikolizę, co umożliwia reakcje w kierunku przeciwnym.

Są to w szczególności te reakcje glikolityczne katalizowane przez enzymy heksokinazę lub glukokinazę, fosfofruktokinazę i kinazę pirogronianową.

Przeglądając kluczowe etapy glukoneogenezy katalizowanej przez specyficzne enzymy, konwersja pirogronianu do fosfoenolopirogronianu wymaga szeregu reakcji.

Pierwszy występuje w macierzy mitochondrialnej z konwersją pirogronianu do szczawiooctanu, katalizowaną przez karboksylazę pirogronianową.

Z kolei dla udziału szczawiooctanu musi on zostać przekształcony w jabłczan przez mitochondrialną dehydrogenazę jabłczanową. Enzym ten jest transportowany przez mitochondria do cytozolu, gdzie jest ponownie przekształcany w szczawiooctan przez dehydrogenazę jabłczanową znajdującą się w cytoplazmie komórkowej.

Działanie enzymu karboksykinazy fosfoenolopirogronianowej

Dzięki działaniu enzymu karboksykinazy fosfoenolopirogronianowej (PEPCK) szczawiooctan przekształca się w fosfoenolopirogronian. Odpowiednie reakcje podsumowano poniżej:

Pirogronian + CO₂ + H₂O + ATP => Szczawiooctan + ADP + P_i + 2H⁺

Oksalooctan + GTP <=> Fosfoenolpiruvato + CO₂ + PKB

Wszystkie te zdarzenia umożliwiają transformację pirogronianu do fosfoenolopirogronianu bez interwencji kinazy pirogronianowej, która jest specyficzna dla szlaku glikolitycznego.

Jednakże fosfoenolopirogronian przekształca się w fruktozo-1,6-bisfosforan przez działanie enzymów glikolitycznych, które katalizują te reakcje w sposób odwracalny.

Działanie enzymu fruktozo-1,6-bisfosfatazy

Następną reakcją, która zastępuje działanie fosfofruktokinazy w szlaku glikolitycznym, jest ta, która przekształca fruktozo-1,6-bisfosforan w fruktozo-6-fosforan. Enzym fruktozo-1,6-bisfosfataza katalizuje tę reakcję w szlaku glukoneogennym, który jest hydrolityczny i podsumowano poniżej:

Fruktozo-1,6-bisfosforan + H₂O => Fruktozo-6-fosforan + P_i

Jest to jeden z punktów regulacyjnych glukoneogenezy, ponieważ enzym ten wymaga Mg²⁺ dla twojej aktywności. Fruktozo-6-fosforan ulega reakcji izomeryzacji katalizowanej przez enzym fosfoglukoizomerazę, która przekształca go w glukozo-6-fosforan.

Działanie enzymu glukozo-6-fosfatazy

Wreszcie trzecia z tych reakcji to przekształcenie glukozo-6-fosforanu w glukozę.

Przebiega to poprzez działanie glukozo-6-fosfatazy, która katalizuje reakcję hydrolizy i która zastępuje nieodwracalne działanie heksokinazy lub glukokinazy na szlaku glikolitycznym.

Glukozo-6-fosforan + H₂O => Glukoza + P_i

Enzym glukozo-6-fosfataza jest przyłączony do siateczki endoplazmatycznej komórek wątroby. Potrzebuje także kofaktora Mg²⁺ wykonywać swoją funkcję katalityczną.

Jego lokalizacja gwarantuje funkcjonowanie wątroby jako syntezatora glukozy w celu zaspokojenia potrzeb innych narządów.

Prekursory glukoneogenne

Gdy w organizmie nie ma wystarczającej ilości tlenu, jak to może się zdarzyć w mięśniach i erytrocytach w przypadku długotrwałego wysiłku, zachodzi fermentacja glukozy; to znaczy, glukoza nie jest całkowicie utleniona w warunkach beztlenowych i dlatego wytwarzany jest mleczan.

Ten sam produkt może przenikać do krwi, a stamtąd do wątroby. Tam będzie działać jak substrat glukoneogenny, ponieważ po wejściu w cykl Cori mleczan zamieni się w pirogronian. Ta transformacja wynika z działania enzymu dehydrogenazy mleczanowej.

Mleczan

Mleczan jest ważnym substratem glukoneogennym w organizmie człowieka i po wyczerpaniu rezerw glikogenu przemiana mleczanu w glukozę pomaga uzupełnić zapasy glikogenu w mięśniach i wątrobie..

Pirogronian

Z drugiej strony, poprzez reakcje, które składają się na tak zwany cykl glukozowo-alaninowy, zachodzi transaminacja pirogronianu.

Znajduje się w dodatkowych tkankach wątroby, dzięki czemu przekształcenie pirogronianu w alaninę, która jest kolejnym ważnym substratem glukoneogennym.

W ekstremalnych warunkach przedłużającego się postu lub innych zmian metabolicznych, katabolizm białek będzie źródłem glukogennych aminokwasów jako ostatniej opcji. Będą one pośrednikami cyklu Krebsa i generują szczawiooctan.

Glicerol i inne

Glicerol jest jedynym substratem glukoneogennym o istotnym znaczeniu dla metabolizmu lipidów.

Jest uwalniany podczas hydrolizy triacyloglicerydów, które są przechowywane w tkance tłuszczowej. Są one przekształcane przez kolejne reakcje fosforylacji i odwodornienia na fosforan dihydroksyacetonu, które podążają drogą glukoneogenną, tworząc glukozę.

Z drugiej strony, niewiele kwasów tłuszczowych o dziwnym łańcuchu jest glukoneogennych.

Regulacja glukoneogenezy

Jedną z pierwszych kontroli glukoneogenezy jest przyjmowanie pokarmów o niskiej zawartości węglowodanów, które prowadzą do normalnego poziomu glukozy we krwi.

I odwrotnie, jeśli spożycie węglowodanów jest niskie, droga glukoneogenezy będzie ważna dla spełnienia wymagań glukozy organizmu..

Istnieją inne czynniki związane z wzajemną regulacją glikolizy i glukoneogenezy: poziomy ATP. Gdy są wysokie, glikoliza jest hamowana, podczas gdy glukoneogeneza jest aktywowana.

Odwrotnie dzieje się z poziomami AMP: jeśli są wysokie, glikoliza jest aktywowana, ale glukoneogeneza jest zahamowana.

W reakcjach katalizowanych przez specyficzne enzymy w glukoneogenezie istnieją pewne punkty kontrolne. Co? Stężenie substratów enzymatycznych i kofaktorów takich jak Mg²⁺, oraz istnienie aktywatorów, takich jak fosfofruktokinaza.

Fosfofruktokinaza jest aktywowana przez AMP i wpływ hormonów trzustkowych insuliny, glukagonu, a nawet niektórych glikokortykosteroidów.

Referencje

1. Mathews, Holde i Ahern. (2002). Biochemia (trzecie wydanie). Madryt: PEARSON
2. Wikibooks. (2018). Zasady biochemii / glukoneogenezy i glikogenezy. Zrobione z: en.wikibooks.org
3. Shashikant Ray. (Grudzień 2017). Regulacja glukoneogenezy, pomiary i zaburzenia. Zaczerpnięte z: researchgate.net
4. Glukoneogeneza [PDF] Zaczerpnięte z: imed.stanford.edu
5. Wykład 3-Glikoliza i glukoneogeneza. [PDF] Zrobiono z: chem.uwec.edu
6. Glukoneogeneza [PDF] Zaczerpnięte z: chemistry.creighton.edu