ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ: СТАДИИ (РЕАКЦИИ) И РЕГУЛЯЦИЯ - ХИМИЯ - 2025

Глюконеогенеза является метаболический процесс , который происходит в почти всех живых существ, в том числе растений, животных и различных видов микроорганизмов. Он состоит из синтеза или образования глюкозы из соединений, содержащих углерод, не являющихся углеводами, таких как аминокислоты, глюкогены, глицерин и лактат.

Это один из путей метаболизма углеводов, который является анаболическим. Он синтезирует или образует молекулы глюкозы, присутствующие в основном в печени и, в меньшей степени, в коре почек человека и животных.

Метаболический путь глюкогенеза. Имена синего цвета указывают на субстраты пути, красные стрелки - на уникальные реакции этого пути, срезанные стрелки указывают на реакции гликолиза, которые идут против этого пути, жирные стрелки указывают направление пути. Автор BiobulletM, из Wikimedia Commons

Этот анаболический процесс происходит в обратном направлении катаболического пути глюкозы, имея разные специфические ферменты в необратимых точках гликолиза.

Глюконеогенез важен для повышения уровня глюкозы в крови и тканях при гипогликемии. Он также смягчает снижение концентрации углеводов при длительном голодании или в других неблагоприятных ситуациях.

характеристики

Это анаболический процесс

Глюконеогенез - один из анаболических процессов углеводного обмена. По своему механизму глюкоза синтезируется из предшественников или субстратов, состоящих из небольших молекул.

Глюкоза может быть произведена из простых биомолекул белковой природы, таких как глюкогенные аминокислоты и глицерин, последний является результатом липолиза триглицеридов в жировой ткани.

Лактат также действует как субстрат и, в меньшей степени, жирные кислоты с нечетной цепью.

Обеспечьте запасы глюкозы

Глюконеогенез имеет большое значение для живых существ и особенно для человеческого организма. Это связано с тем, что в особых случаях он служит для удовлетворения большого спроса на глюкозу, в которой нуждается мозг (примерно 120 граммов в день).

Какие части тела требуют глюкозы? Нервная система, костный мозг почек, среди других тканей и клеток, таких как красные кровяные тельца, которые используют глюкозу в качестве единственного или основного источника энергии и углерода.

Запасов глюкозы, таких как гликоген, в печени и мышцах едва хватает на один день. И это без учета диет и интенсивных упражнений. По этой причине посредством глюконеогенеза в организм поступает глюкоза, образованная из других неуглеводных предшественников или субстратов.

Кроме того, этот путь участвует в гомеостазе глюкозы. Образовавшаяся таким образом глюкоза является не только источником энергии, но и субстратом для других анаболических реакций.

Примером этого является биосинтез биомолекул. К ним относятся гликоконъюгаты, гликолипиды, гликопротеины, аминосахара и другие гетерополисахариды.

Этапы (реакции) глюконеогенеза

Автор AngelHerraez, из Wikimedia Commons

Синтетический маршрут

Глюконеогенез происходит в цитозоле или цитоплазме клеток, в основном печени и в меньшей степени в цитоплазме клеток коркового вещества почек.

Его синтетический путь составляет большую часть реакций гликолиза (катаболический путь глюкозы), но в противоположном направлении.

Однако важно отметить, что 3 реакции гликолиза, которые являются термодинамически необратимыми, будут катализироваться специфическими ферментами в глюконеогенезе, отличными от тех, которые участвуют в гликолизе, что делает возможным протекание реакций в противоположном направлении.

Это, в частности, гликолитические реакции, катализируемые ферментами гексокиназой или глюкокиназой, фосфофруктокиназой и пируваткиназой.

Рассматривая важнейшие этапы глюконеогенеза, катализируемые конкретными ферментами, превращение пирувата в фосфоенолпируват требует ряда реакций.

Первый происходит в матриксе митохондрий с превращением пирувата в оксалоацетат, катализируемым пируваткарбоксилазой.

В свою очередь, для участия оксалоацетата он должен быть преобразован в малат митохондриальной малатдегидрогеназой. Этот фермент транспортируется через митохондрии в цитозоль, где он снова превращается в оксалоацетат под действием малатдегидрогеназы, обнаруженной в цитоплазме клетки.

Действие фермента фосфоенолпируваткарбоксикиназы

Под действием фермента фосфоенолпируваткарбоксикиназы (PEPCK) оксалоацетат превращается в фосфоенолпируват. Соответствующие реакции кратко описаны ниже:

Все эти события делают возможным превращение пирувата в фосфоенолпируват без вмешательства пируваткиназы, которая специфична для гликолитического пути.

Однако фосфоенолпируват превращается во фруктозо-1,6-бисфосфат под действием гликолитических ферментов, которые обратимо катализируют эти реакции.

Действие фермента фруктозо-1,6-бисфосфатазы

Следующая реакция, которая обеспечивает действие фосфофруктокиназы в гликолитическом пути, - это реакция, которая превращает фруктозо-1,6-бисфосфат во фруктозо-6-фосфат. Фермент фруктозо-1,6-бисфосфатаза катализирует эту реакцию в глюконеогенном пути, который является гидролитическим и кратко описан ниже:

Это одна из точек регуляции глюконеогенеза, так как этот фермент требует для своей активности Mg ²⁺ . Фруктозо-6-фосфат подвергается реакции изомеризации, катализируемой ферментом фосфогликоизомеразой, которая превращает его в глюкозо-6-фосфат.

Действие фермента глюкозо-6-фосфатазы

Наконец, третья из этих реакций - превращение глюкозо-6-фосфата в глюкозу.

Это происходит за счет действия глюкозо-6-фосфатазы, которая катализирует реакцию гидролиза и заменяет необратимое действие гексокиназы или глюкокиназы в гликолитическом пути.

Этот фермент глюкозо-6-фосфатаза связывается с эндоплазматическим ретикулумом клеток печени. Ему также необходим кофактор Mg ²⁺ для выполнения своей каталитической функции.

Его расположение гарантирует функцию печени как синтезатора глюкозы для обеспечения потребностей других органов.

Глюконеогенные предшественники

Когда в организме не хватает кислорода, как это может случиться в мышцах и эритроцитах при длительных упражнениях, происходит ферментация глюкозы; то есть глюкоза не полностью окисляется в анаэробных условиях, и поэтому вырабатывается лактат.

Этот же продукт может попасть в кровь и оттуда попасть в печень. Там он будет действовать как глюконеогенный субстрат, так как при входе в цикл Кори лактат будет превращаться в пируват. Это преобразование происходит из-за действия фермента лактатдегидрогеназы.

лактат

Лактат является важным глюконеогенным субстратом в организме человека, и когда запасы гликогена истощаются, превращение лактата в глюкозу помогает пополнить запасы гликогена в мышцах и печени.

пируват

С другой стороны, в результате реакций, составляющих так называемый глюкозо-аланиновый цикл, происходит трансаминирование пирувата.

Он обнаружен во внепеченочных тканях, превращая пируват в аланин, который представляет собой еще один важный глюконеогенный субстрат.

В экстремальных условиях длительного голодания или других метаболических нарушений катаболизм белков будет источником глюкогенных аминокислот в крайнем случае. Они будут образовывать промежуточные продукты цикла Кребса и генерировать оксалоацетат.

Глицерин и др.

Глицерин - единственный значительный глюконеогенный субстрат, образующийся в результате метаболизма липидов.

Он высвобождается при гидролизе триацилглицеридов, которые хранятся в жировой ткани. Они превращаются последовательными реакциями фосфорилирования и дегидрирования в дигидроксиацетонфосфат, которые следуют глюконеогенному пути с образованием глюкозы.

С другой стороны, несколько жирных кислот с нечетной цепью являются глюконеогенами.

Регуляция глюконеогенеза

Один из первых способов контроля глюконеогенеза осуществляется путем приема продуктов с низким содержанием углеводов, которые способствуют нормальному уровню глюкозы в крови.

Напротив, если потребление углеводов низкое, путь глюконеогенеза будет важен для удовлетворения потребностей организма в глюкозе.

Есть и другие факторы, участвующие во взаимной регуляции гликолиза и глюконеогенеза: уровни АТФ. Когда они высоки, гликолиз ингибируется, а глюконеогенез активируется.

С уровнями АМФ происходит обратное: если они высоки, гликолиз активируется, но глюконеогенез подавляется.

Есть определенные контрольные точки в определенных ферментативно-катализируемых реакциях в глюконеогенезе. Который? Концентрация ферментных субстратов и кофакторов, таких как Mg ²⁺ , и наличие активаторов, таких как фосфофруктокиназа.

Фосфофруктокиназа активируется AMP и влиянием гормонов поджелудочной железы инсулина, глюкагона и даже некоторых глюкокортикоидов.

Ссылки

1. Мэтьюз, Холд и Ахерн. (2002). Биохимия (3-е изд.). Мадрид: ПИРСОН
2. Wikibooks. (2018). Принципы биохимии / глюконеогенез и гликогенез. Взято с: en.wikibooks.org
3. Шашикант Рэй. (Декабрь 2017 г.). Регуляция глюконеогенеза, измерения и нарушения. Взято с сайта researchgate.net
4. Глюконеогенез. , Взято с: imed.stanford.edu
5. Лекция 3-Гликолиз и глюконеогенез. , Взято с: chem.uwec.edu
6. Глюконеогенез. , Взято с: chemistry.creighton.edu