ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗА: ЕТАПИ (РЕАКЦИИ) И РЕГУЛИРАНЕ - ХИМИЯ - 2025

В глюконеогенезата е метаболитен процес, който се случва в почти всички живи същества, включително и растения, животни и различни видове микроорганизми. Състои се от синтеза или образуването на глюкоза от съединения, които съдържат въглерод, който не е въглехидрати, като аминокиселини, глюкогени, глицерол и лактат.

Той е един от пътищата на въглехидратния метаболизъм, който е анаболен. Той синтезира или образува глюкозни молекули, присъстващи главно в черния дроб и в по-малка степен в кората на бъбреците на хора и животни.

Метаболитен път на глюкогенезата. Имената в синьо означават субстратите на пътя, стрелките в червено уникалните реакции на този път, отрязаните стрелки означават реакции на гликолиза, които вървят срещу този път, удебелените стрелки посочват посоката на пътя. От BiobulletM, от Wikimedia Commons

Този анаболен процес протича след обратната посока на катаболния път на глюкозата, като има различни специфични ензими в необратимите точки на гликолизата.

Глюконеогенезата е важна за повишаване нивата на глюкозата в кръвта и тъканите при хипогликемия. Освен това намалява намаляването на концентрацията на въглехидрати при продължителни пости или в други неблагоприятни ситуации.

характеристики

Това е анаболен процес

Глюконеогенезата е един от анаболните процеси на въглехидратния метаболизъм. Чрез своя механизъм глюкозата се синтезира от прекурсори или субстрати, изградени от малки молекули.

Глюкозата може да се генерира от прости биомолекули с протеинов характер, като глюкогенни аминокиселини и глицерол, като последният идва от липолизата на триглицеридите в мастната тъкан.

Лактатът също функционира като субстрат и в по-малка степен мазни киселини с неверижни вериги.

Осигурете запаси от глюкоза

Глюконеогенезата е от голямо значение за живите същества и особено за човешкото тяло. Това е така, защото служи за снабдяване в специални случаи на голямото търсене на глюкоза, която мозъкът изисква (приблизително 120 грама на ден).

Какви части от тялото изискват глюкоза? Нервната система, бъбречният мозък, сред другите тъкани и клетки, като червени кръвни клетки, които използват глюкозата като единствен или основен източник на енергия и въглерод.

Запасите от глюкоза като гликоген, съхраняван в черния дроб и мускулите, са едва достатъчни за един ден. Това без да се вземат предвид диети или интензивни упражнения. Поради тази причина чрез глюконеогенезата тялото се снабдява с глюкоза, образувана от други невъглехидратни предшественици или субстрати.

Също така този път участва в хомеостазата на глюкозата. Глюкозата, образувана по този начин, освен че е източник на енергия, е субстратът за други анаболни реакции.

Пример за това е случаят с биосинтеза на биомолекули. Те включват гликоконюгати, гликолипиди, гликопротеини и амино захари и други хетерополизахариди.

Етапи (реакции) на глюконеогенезата

От AngelHerraez, от Wikimedia Commons

Синтетичен маршрут

Глюконеогенезата се осъществява в цитозола или цитоплазмата на клетките, главно на черния дроб и в по-малка степен в цитоплазмата на клетките на бъбречната кора.

Неговият синтетичен път представлява голяма част от реакциите на гликолиза (глюкозен катаболен път), но в обратна посока.

Важно е обаче да се отбележи, че 3-те реакции на гликолиза, които са термодинамично необратими, ще бъдат катализирани от специфични ензими в глюконеогенезата, различни от тези, участващи в гликолизата, което прави възможно реакциите да протичат в обратна посока.

Те са конкретно онези гликолитични реакции, катализирани от ензимите хексокиназа или глюкокиназа, фосфофруктокиназа и пируват киназа.

Преглед на решаващите етапи на глюконеогенезата, катализирана от специфични ензими, превръщането на пируват във фосфоенолпируват изисква серия от реакции.

Първото се случва в митохондриалната матрица с превръщането на пируват в оксалоацетат, катализиран от пируват карбоксилаза.

От своя страна, за да участва оксалоацетат, той трябва да бъде превърнат в малат чрез митохондриална малат дехидрогеназа. Този ензим се транспортира през митохондриите до цитозола, където се трансформира обратно в оксалоацетат чрез малат дехидрогеназа, открита в клетъчната цитоплазма.

Действие на ензима фосфоенолпируват карбоксикиназа

Чрез действието на ензима фосфоенолпируват карбоксикиназа (PEPCK), оксалоацетат се превръща в фосфоенолпируват. Съответните реакции са обобщени по-долу:

Всички тези събития правят възможно превръщането на пируват във фосфоенолпируват без намесата на пируват киназа, което е специфично за гликолитичния път.

Фосфоенолпируватът обаче се трансформира във фруктоза-1,6-бисфосфат под действието на гликолитични ензими, които обратимо катализират тези реакции.

Действие на ензима фруктоза-1,6-бисфосфатаза

Следващата реакция, която доставя действието на фосфофруктокиназата в гликолитичния път, е тази, която трансформира фруктоза-1,6-бисфосфат във фруктоза-6-фосфат. Ензимът фруктоза-1,6-бисфосфатаза катализира тази реакция в глюконеогенния път, който е хидролитичен и е обобщен по-долу:

Това е една от точките на регулиране на глюконеогенезата, тъй като този ензим изисква Mg ²⁺ за своята активност. Фруктоза-6-фосфатът претърпява реакция на изомеризация, катализирана от ензима фосфогликоизомераза, който го превръща в глюкозо-6-фосфат.

Действие на ензима глюкоза-6-фосфатаза

И накрая, третата от тези реакции е превръщането на глюкоза-6-фосфат в глюкоза.

Това протича чрез действието на глюкозо-6-фосфатаза, която катализира реакцията на хидролиза и която замества необратимото действие на хексокиназа или глюкокиназа в гликолитичния път.

Този ензим глюкозо-6-фосфатаза се свързва с ендоплазмения ретикулум на чернодробните клетки. Той също се нуждае от кофактор Mg ^{2+, за} да упражнява своята каталитична функция.

Местоположението му гарантира функцията на черния дроб като синтезатор на глюкоза, който да осигурява нуждите на други органи.

Глюконеогенни прекурсори

Когато в организма няма достатъчно кислород, както може да се случи в мускулите и еритроцитите в случай на продължително физическо натоварване, настъпва глюкозна ферментация; т. е. глюкозата не се окислява напълно при анаеробни условия и затова се произвежда лактат.

Същият този продукт може да премине в кръвта и оттам да достигне до черния дроб. Там той ще действа като глюконеогенен субстрат, тъй като при влизане в цикъла на Кори лактатът ще се превърне в пируват. Тази трансформация се дължи на действието на ензима лактат дехидрогеназа.

лактат

Лактатът е важен глюконеогенен субстрат в човешкото тяло и след като запасите от гликоген се изчерпат, превръщането на лактат в глюкоза помага за попълване на гликогенните запаси в мускулите и черния дроб.

пируват

От друга страна, чрез реакции, съставляващи така наречения глюкозо-аланинов цикъл, се получава пируват трансаминация.

Това се намира в извънпеченочни тъкани, превръщащи пируват в аланин, който представлява друг от важните глюконеогенни субстрати.

В екстремни условия на продължително гладуване или други метаболитни смущения протеиновият катаболизъм ще бъде източник на глюкогенни аминокиселини като краен случай. Те ще образуват междинни продукти от цикъла на Кребс и ще генерират оксалоацетат.

Глицерол и други

Глицеролът е единственият значим глюконеогенен субстрат, произхождащ от липидния метаболизъм.

Той се отделя по време на хидролизата на триацилглицериди, които се съхраняват в мастната тъкан. Те се трансформират чрез последователни реакции на фосфорилиране и дехидрогениране към дихидроксиацетон фосфат, които следват глюконеогенния път, за да образуват глюкоза.

От друга страна, малко нечетливи мастни киселини са глюконеогенни.

Регулация на глюконеогенезата

Един от първите контроли на глюконеогенезата се осъществява чрез прием на храни с ниско съдържание на въглехидрати, които насърчават нормалните нива на глюкоза в кръвта.

За разлика от това, ако приемът на въглехидрати е нисък, пътят на глюконеогенезата ще бъде важен за постигане на нуждите на тялото за глюкоза.

Има и други фактори, които участват в реципрочната регулация между гликолизата и глюконеогенезата: нивата на АТФ. Когато те са високи, гликолизата се инхибира, докато глюконеогенезата се активира.

Обратното се случва с нивата на AMP: ако те са високи, гликолизата се активира, но глюконеогенезата се инхибира.

В глюконеогенезата има определени контролни точки за специфични ензимно-катализирани реакции. Който? Концентрацията на ензимни субстрати и кофактори като Mg ²⁺ и наличието на активатори като фосфофруктокиназа.

Фосфофруктокиназата се активира от AMP и влиянието на панкреатичните хормони инсулин, глюкагон и дори някои глюкокортикоиди.

Препратки

1. Матюс, Холд и Ахърн. (2002 г.). Биохимия (3-то издание). Мадрид: PEARSON
2. Уикикниги. (2018). Принципи на биохимията / глюконеогенезата и гликогенезата. Взета от: en.wikibooks.org
3. Шашикант Рей. (Декември 2017 г.). Регулация, измервания и нарушения на глюконеогенезата. Взета от: researchgate.net
4. Глюконеогенезата., Взета от: imed.stanford.edu
5. Лекция 3-гликолиза и глюконеогенеза., Взето от: chem.uwec.edu
6. Глюконеогенезата., Взета от: chemistry.creighton.edu