GLUKONEOGENEESI: VAIHEET (REAKTIOT) JA SÄÄTELY - KEMIA - 2026

Glukoneogeneesia on metabolinen prosessi, joka tapahtuu lähes kaikkien elävien olentojen, mukaan lukien kasvit, eläimet ja erilaisia mikro-organismeja. Se koostuu glukoosin synteesistä tai muodostumisesta yhdisteistä, jotka sisältävät hiiltä, ​​joka ei ole hiilihydraatteja, kuten aminohapoista, glukogeeneistä, glyserolista ja laktaatista.

Se on yksi anabolinen hiilihydraattien metabolian reittejä. Se syntetisoi tai muodostaa glukoosimolekyylejä, joita esiintyy pääasiassa maksassa ja vähemmässä määrin ihmisten ja eläinten munuaisten aivokuoressa.

Glukogeneesin metabolinen polku. Sinisellä nimet osoittavat reitin substraatit, punaisella nuolet tämän reitin ainutlaatuiset reaktiot, rikki nuolet osoittavat glykolyysireaktioita, jotka menevät tätä reittiä vasten, lihavoidut nuolet osoittavat reitin suuntaa. Tekijä BiobulletM, kirjoittanut Wikimedia Commons

Tämä anabolinen prosessi tapahtuu glukoosin katabolisen reitin päinvastaisessa suunnassa, jolla on erilaisia ​​spesifisiä entsyymejä glykolyysin palautumattomissa kohdissa.

Glukoneogeneesi on tärkeä veren ja kudosten glukoositasojen nostamiseksi hypoglykemian yhteydessä. Se hillitsee myös hiilihydraattipitoisuuden laskua pitkittyneellä paastolla tai muissa haitallisissa tilanteissa.

ominaisuudet

Se on anabolinen prosessi

Glukoneogeneesi on yksi hiilihydraattien metabolian anabolisista prosesseista. Mekanisminsa kautta glukoosi syntetisoidaan esiasteista tai substraateista, jotka koostuvat pienistä molekyyleistä.

Glukoosia voidaan tuottaa proteiini-tyyppisistä yksinkertaisista biomolekyyleistä, kuten glukogeenisista aminohapoista ja glyserolista, jälkimmäiset tulevat triglyseridien lipolyysistä rasvakudoksessa.

Laktaatti toimii myös substraattina ja vähemmässä määrin parittomien ketjujen rasvahapoina.

Tarjoa glukoositarvikkeet

Glukoneogeneesillä on suuri merkitys eläville olennoille ja erityisesti ihmiskeholle. Tämä johtuu siitä, että se palvelee erityistapauksissa aivojen tarvitsemaa suurta glukoosin kysyntää (noin 120 grammaa päivässä).

Mitkä kehon osat tarvitsevat glukoosia? Hermosto, munuaisydin, muiden kudosten ja solujen, kuten punasolujen, joukossa, jotka käyttävät glukoosia ainoana tai pääasiallisena energian ja hiilen lähteenä.

Maksassa ja lihaksissa varastoidut glukoosivarastot, kuten glykogeeni, ovat tuskin riittäviä yhdeksi päiväksi. Tämä huomioon ottamatta ruokavalioita tai intensiivisiä harjoituksia. Tästä syystä keho varmistetaan glukoneogeneesin kautta glukoosilla, joka on muodostettu muista hiilihydraattien prekursoreista tai substraateista.

Tämä reitti liittyy myös glukoosin homeostaasiin. Tällä tavalla muodostettu glukoosi on energialähteen lisäksi substraatti muille anabolisille reaktioille.

Esimerkki tästä on biomolekyylien biosynteesi. Näitä ovat glykokonjugaatit, glykolipidit, glykoproteiinit ja aminosokerit ja muut heteropolysakkaridit.

Glukoneogeneesin vaiheet (reaktiot)

Kirjoittaja: AngelHerraez, Wikimedia Commonsista

Synteettinen reitti

Glukoneogeneesi tapahtuu solujen, pääasiassa maksan, sytosolissa tai sytoplasmassa ja vähemmässä määrin munuaiskuoren solujen sytoplasmassa.

Sen synteettinen reitti muodostaa suuren osan glykolyysireaktioista (glukoosikatabolinen reitti), mutta vastakkaiseen suuntaan.

On kuitenkin tärkeää korostaa, että kolme glykolyysireaktiota, jotka ovat termodynaamisesti irreversiibeleitä, katalysoidaan spesifisillä gluconeogeneesi-entsyymeillä, jotka osallistuvat glykolyysiin, mikä tekee mahdolliseksi reaktioiden tapahtuvan vastakkaiseen suuntaan.

Ne ovat erityisesti niitä glykolyyttisiä reaktioita, joita katalysoivat entsyymit heksokinaasi tai glukokinaasi, fosfofruktokinaasi ja pyruvaattikinaasi.

Tarkasteltaessa tiettyjen entsyymien katalysoimia tärkeitä glukoneogeneesivaiheita, pyruvaatin muuttaminen fosfoenolipyruvaatiksi vaatii sarjan reaktioita.

Ensimmäinen tapahtuu mitokondriaalimatriisissa muuttamalla pyruvaatti oksaloasetaatiksi, jota katalysoi pyruvaattikarboksylaasi.

Oksaloasetaatin osallistumisesta puolestaan ​​se on muunnettava malaattiksi mitokondriaalisen malaattidehydrogenaasin avulla. Tämä entsyymi kuljetetaan mitokondrioiden läpi sytosoliin, missä se muuttuu takaisin solujen sytoplasmassa olevan malaattidehydrogenaasin avulla takaisin oksaloasetaatiksi.

Fosfoenolipruvaatti-karboksikinaasi-entsyymin vaikutus

Fosfoenolipyruvaatti-karboksikinaasi-entsyymin (PEPCK) vaikutuksesta oksaaloasetaatti muuttuu fosfoenolipyruvaatiksi. Vastaavista reaktioista esitetään yhteenveto alla:

Kaikki nämä tapahtumat tekevät pyruvaatin muuttumisesta fosfoenolipyruvaatiksi mahdottomaksi ilman pyruvaattikinaasin puuttumista, mikä on spesifinen glykolyyttiselle reitille.

Fosfoenolipyruvaatti kuitenkin muuttuu fruktoosi-1,6-bisfosfaatiksi glykolyyttisten entsyymien vaikutuksesta, jotka katalysoivat palautuvasti näitä reaktioita.

Fruktoosi-1,6-bisfosfataasi-entsyymin vaikutus

Seuraava reaktio, joka toimittaa fosfofruktokinaasin vaikutuksen glykolyyttisessä reitissä, on se, joka muuttaa fruktoosi-1,6-bisfosfaatin fruktoosi-6-fosfaatiksi. Fruktoosi-1,6-bisfosfataasi-entsyymi katalysoi tätä reaktiota glukoneogeenisellä reitillä, joka on hydrolyyttinen ja yhteenveto jäljempänä:

Tämä on yksi glukoneogeneesin säätelypisteistä, koska tämä entsyymi vaatii Mg2 ⁺: ta aktiivisuudekseen. Fruktoosi-6-fosfaatti läpikäy isomerisaatioreaktion, jota katalysoi entsyymi fosfoglykoisomeraasi, joka muuttaa sen glukoosi-6-fosfaatiksi.

Glukoosi-6-fosfataasi-entsyymin vaikutus

Lopuksi, kolmas näistä reaktioista on glukoosi-6-fosfaatin muuttaminen glukoosiksi.

Tämä etenee glukoosi-6-fosfataasin vaikutuksesta, joka katalysoi hydrolyysireaktiota ja joka korvaa heksokinaasin tai glukokinaasin palautumattoman vaikutuksen glykolyyttisessä reitissä.

Tämä glukoosi-6-fosfataasi-entsyymi on sitoutunut maksasolujen endoplasmiseen retikulumiin. Se tarvitsee myös kofaktorin Mg ²⁺ katalyyttisen toiminnon suorittamiseksi.

Sen sijainti takaa maksan toiminnan glukoosisyntetisaattorina muiden elinten tarpeiden tyydyttämiseksi.

Glukoneogeeniset esiasteet

Kun kehossa ei ole tarpeeksi happea, kuten lihaksissa ja punasoluissa voi tapahtua pitkäaikaisen liikunnan yhteydessä, tapahtuu glukoosin käyminen; ts. glukoosi ei hapettu täysin anaerobisissa olosuhteissa ja siksi muodostuu laktaattia.

Sama tuote voi kulkeutua vereen ja sieltä päästä maksaan. Siellä se toimii glukoneogeenisena substraattina, koska saapuessaan Cori-kiertoon laktaatti muuttuu pyruvaatiksi. Tämä muutos johtuu laktaattidehydrogenaasi-entsyymin vaikutuksesta.

Lactate

Laktaatti on tärkeä glukoneogeeninen substraatti ihmiskehossa, ja kun glykogeenivarastot ovat ehtyneet, laktaatin muutos glukoosiksi auttaa lisäämään lihaksen ja maksan glykogeenivarastot.

pyruvaatti

Toisaalta, reaktioiden kautta, jotka muodostavat ns. Glukoosi-alaniinisyklin, tapahtuu pyruvaatin transaminointia.

Tätä löytyy maksan ulkopuolisista kudoksista pyruvaatin muuttuessa alaniiniksi, joka muodostaa toisen tärkeän glukoneogeenisen substraatin.

Äärimmäisissä olosuhteissa, joissa pitkittynyt paasto tai muut aineenvaihduntahäiriöt ovat, proteiinien katabolismi on viimeinen vaihtoehto glukogeenisten aminohappojen lähde. Ne muodostavat välituotteita Krebs-syklissä ja tuottavat oksaaloasetaattia.

Glyseroli ja muut

Glyseroli on ainoa merkittävä glukoneogeeninen substraatti, joka on peräisin lipidien metaboliasta.

Se vapautuu triasyyliglyseridien hydrolyysin aikana, joita varastoidaan rasvakudoksessa. Nämä muuttuvat peräkkäisillä fosforylointi- ja dehydrogenointireaktioilla dihydroksiasetonifosfaatiksi, joka seuraa glukoneogeenireittiä muodostaen glukoosia.

Toisaalta muutama pariton ketjuinen rasvahappo on glukoneogeeninen.

Glukoneogeneesin säätely

Yksi ensimmäisistä glukoneogeneesin kontrolleista suoritetaan ottamalla ruokia, joiden hiilihydraattipitoisuus on alhainen ja jotka edistävät normaalia verensokeritasoa.

Sitä vastoin, jos hiilihydraattien saanti on vähäistä, glukoneogeneesireitti on tärkeä kehon glukoositarpeiden täyttämiseksi.

Glykolyysin ja glukoneogeneesin välisessä vastavuoroisessa säätelyssä on myös muita tekijöitä: ATP-tasot. Kun ne ovat korkeita, glykolyysi estyy, kun taas glukoneogeneesi aktivoituu.

AMP-tasoilla tapahtuu päinvastoin: jos ne ovat korkeat, glykolyysi aktivoituu, mutta glukoneogeneesi estyy.

Glukoneogeneesissä on tiettyjä tarkastuspisteitä spesifisissä entsyymikatalysoiduissa reaktioissa. Mikä? Entsymaattisten substraattien ja kofaktorien, kuten Mg2 ⁺, konsentraatio ja aktivaattoreiden, kuten fosfofruktokinaasin, olemassaolo.

Fosfofruktokinaasi aktivoituu AMP: n ja haiman hormonien insuliinin, glukagonin ja jopa joidenkin glukokortikoidien vaikutuksesta.

Viitteet

1. Mathews, Holde ja Ahern. (2002). Biokemia (3. painos). Madrid: PEARSON
2. Wikikirjasto. (2018). Biokemian / glukoneogeneesin ja glykogeneesin periaatteet. Kuvannut: en.wikibooks.org
3. Shashikant Ray. (Joulukuu 2017). Glukoneogeneesin säätely, mittaukset ja häiriöt. Kuvannut: researchgate.net
4. Glukoneogeneesiä.. Ostettu: imed.stanford.edu
5. Luento 3-glykolyysi ja glukoneogeneesi.. Otettu: chem.uwec.edu
6. Glukoneogeneesiä.. Kuvannut: chemistry.creighton.edu