GLUKONEOGENES: STADIER (REAKTIONER) OCH REGLERING - KEMI - 2026

Den glukoneogenes är en metabolisk process som sker i nästan alla levande varelser, inklusive växter, djur och olika typer av mikroorganismer. Det består av syntes eller bildning av glukos från föreningar som innehåller kol som inte är kolhydrater, såsom aminosyror, glukogener, glycerol och laktat.

Det är en av vägarna för kolhydratmetabolism som är anabola. Den syntetiserar eller bildar glukosmolekyler som huvudsakligen finns i levern och, i mindre utsträckning, i barken i njurarna hos människor och djur.

Metabolisk väg för glukogenes. Namn i blått anger vägarnas underlag, pilar i rött de unika reaktionerna på denna väg, klippta pilar indikerar glykolysreaktioner, som går mot denna väg, djärva pilar indikerar riktningen på banan. Av BiobulletM, från Wikimedia Commons

Denna anabola process sker i motsatt riktning av den kataboliska vägen för glukos, med olika specifika enzymer vid de irreversibla punkterna av glykolys.

Glukoneogenes är viktigt för att öka glukosnivån i blodet och vävnaderna vid hypoglykemi. Det dämpar också minskningen av kolhydratkoncentrationen vid långvariga fester eller i andra ogynnsamma situationer.

egenskaper

Det är en anabol process

Glukoneogenes är en av de anabola processerna för kolhydratmetabolism. Genom sin mekanism syntetiseras glukos från prekursorer eller substrat som består av små molekyler.

Glukos kan alstras från enkla biomolekyler av proteinkarakter, såsom glukogena aminosyror och glycerol, varvid de senare kommer från lipolysen av triglycerider i fettvävnad.

Laktat fungerar också som ett underlag och i mindre utsträckning fettsyror med udda kedjor.

Ge glukostillförsel

Glukoneogenes är av stor betydelse för levande varelser och särskilt för människokroppen. Detta beror på att det i speciella fall levererar den stora efterfrågan på glukos som hjärnan kräver (cirka 120 gram per dag).

Vilka delar av kroppen kräver glukos? Nervsystemet, njurmedulla, bland andra vävnader och celler, såsom röda blodkroppar, som använder glukos som den enda eller huvudkällan till energi och kol.

Lagringarna av glukos som glykogen lagras i levern och musklerna är knappt tillräckligt för en dag. Detta utan att beakta dieter eller intensiva övningar. Av detta skäl tillförs kroppen genom glukoneogenes glukos bildad av andra icke-kolhydratprekursorer eller -underlag.

Dessutom är denna väg involverad i glukoshomeostas. Glukosen som bildas på detta sätt, förutom att den är en energikälla, är underlaget för andra anabola reaktioner.

Ett exempel på detta är fallet med biomolekylbiosyntes. Dessa inkluderar glykokonjugat, glykolipider, glykoproteiner och aminosocker och andra heteropolysackarider.

Stadier (reaktioner) av glukoneogenes

Av AngelHerraez, från Wikimedia Commons

Syntetisk väg

Glukoneogenes sker i cytosol eller cytoplasma hos celler, främst i levern och i mindre grad i cytoplasma av celler i njurbarken.

Dess syntetiska väg utgör en stor del av reaktionerna med glykolys (katabolisk glukosväg), men i motsatt riktning.

Det är emellertid viktigt att lyfta fram att de 3 reaktionerna av glykolys som är termodynamiskt irreversibla kommer att katalyseras av specifika enzymer i glukoneogenes som skiljer sig från de som är involverade i glykolys, vilket gör det möjligt för reaktionerna att ske i motsatt riktning.

Det är specifikt de glykolytiska reaktionerna som katalyseras av enzymerna hexokinas eller glukokinas, fosfofruktokinas och pyruvatkinas.

Genom att granska de avgörande stegen i glukoneogenes katalyserad av specifika enzymer kräver omvandlingen av pyruvat till fosfoenolpyruvat en serie reaktioner.

Den första inträffar i mitokondrial matris med omvandlingen av pyruvat till oxaloacetat, katalyserat av pyruvat-karboxylas.

I sin tur måste oxaloacetat delta i omvandlingen till malat av mitokondrialt malatdehydrogenas. Detta enzym transporteras genom mitokondrierna till cytosolen, där det omvandlas tillbaka till oxaloacetat av malatdehydrogenas som finns i cellcytoplasma.

Åtgärd av enzymet fosfoenolpyruvat karboxykinas

Genom verkan av enzymet fosfoenolpyruvat karboxykinas (PEPCK) omvandlas oxaloacetat till fosfoenolpyruvat. De respektive reaktionerna sammanfattas nedan:

Alla dessa händelser gör omvandlingen av pyruvat till fosfoenolpyruvat möjlig utan ingripande av pyruvat-kinas, som är specifikt för den glykolytiska vägen.

Fosfoenolpyruvat förvandlas emellertid till fruktos-1,6-bisfosfat genom verkan av glykolytiska enzymer som reversibelt katalyserar dessa reaktioner.

Åtgärd av enzymet fruktos-1,6-bisfosfatas

Nästa reaktion som ger verkan av fosfofruktokinas i den glykolytiska vägen är den som omvandlar fruktos-1,6-bisfosfat till fruktos-6-fosfat. Enzymet fruktos-1,6-bisfosfatas katalyserar denna reaktion i den glukoneogena vägen, som är hydrolytisk och sammanfattas nedan:

Detta är en av punkterna för reglering av glukoneogenes, eftersom detta enzym kräver Mg ²⁺ för sin aktivitet. Fruktos-6-fosfat genomgår en isomeriseringsreaktion katalyserad av fosfoglykosomeras-enzymet som omvandlar det till glukos-6-fosfat.

Åtgärd av enzymet glukos-6-fosfatas

Slutligen är den tredje av dessa reaktioner omvandlingen av glukos-6-fosfat till glukos.

Detta fortsätter genom verkan av glukos-6-fosfatas som katalyserar en hydrolysreaktion och som ersätter den irreversibla effekten av hexokinas eller glukokinas i den glykolytiska vägen.

Detta glukos-6-fosfatasenzym är bundet till endoplasmatisk retikulum hos leverceller. Den behöver också kofaktorn Mg ^{2+ för} att utöva sin katalytiska funktion.

Dess placering garanterar leverens funktion som en glukossyntetisator för att tillgodose behoven hos andra organ.

Glukoneogena föregångare

När det inte finns tillräckligt med syre i kroppen, som kan hända i muskler och erytrocyter vid långvarig träning, sker glukosfermentering; dvs glukos oxideras inte helt under anaeroba förhållanden och därför produceras laktat.

Samma produkt kan passera i blodet och därifrån nå levern. Där kommer det att fungera som ett glukoneogent substrat, eftersom laktatet vid inträde i Cori-cykeln omvandlas till pyruvat. Denna transformation beror på verkan av enzymlaktatdehydrogenas.

laktat

Laktat är ett viktigt glukoneogent substrat i människokroppen, och när glykogenlagrarna är utarmade hjälper omvandlingen av laktat till glukos att fylla på glykogenlagren i muskler och lever.

pyruvat

Å andra sidan, genom reaktioner som utgör den så kallade glukos-alanincykeln, inträffar pyruvattransaminering.

Detta finns i extrahepatiska vävnader och förvandlar pyruvat till alanin, vilket utgör ett annat av de viktiga glukoneogena substraten.

Under extrema förhållanden med långvarig fasta eller andra metaboliska störningar, kommer proteinkatabolism att vara en källa till glukogena aminosyror som en sista utväg. Dessa kommer att bilda mellanprodukter i Krebs-cykeln och generera oxaloacetat.

Glycerol och andra

Glycerol är det enda signifikanta glukoneogena substratet som härrör från lipidmetabolismen.

Det släpps under hydrolysen av triacylglycerider, som lagras i fettvävnad. Dessa transformeras genom påföljande fosforylering och dehydrogeneringsreaktioner till dihydroxiacetonfosfat, som följer den glukoneogena vägen för att bilda glukos.

Å andra sidan är få fettsyror med udda kedjor glukoneogena.

Reglering av glukoneogenes

En av de första kontrollerna av glukoneogenesen utförs genom ett intag av livsmedel med lågt kolhydratinnehåll, vilket främjar normala nivåer av glukos i blodet.

Däremot, om kolhydratintaget är lågt, kommer glukoneogenesvägen att vara viktig för att uppfylla kroppens glukosbehov.

Det finns andra faktorer involverade i den ömsesidiga regleringen mellan glykolys och glukoneogenes: ATP-nivåer. När de är höga hämmas glykolys medan glukoneogenes aktiveras.

Det motsatta händer med AMP-nivåer: om de är höga aktiveras glykolys, men glukoneogenes hämmas.

Det finns vissa kontrollpunkter i specifika enzymkatalyserade reaktioner vid glukoneogenes. Som? Koncentrationen av enzymatiska substrat och kofaktorer såsom Mg ²⁺ och förekomsten av aktivatorer såsom fosfofruktokinas.

Fosfofruktokinas aktiveras av AMP och påverkan av pankreashormonerna insulin, glukagon och till och med vissa glukokortikoider.

referenser

1. Mathews, Holde och Ahern. (2002). Biokemi (3: e upplagan). Madrid: PEARSON
2. Books. (2018). Principer för biokemi / glukoneogenes och glykogenes. Hämtad från: en.wikibooks.org
3. Shashikant Ray. (December 2017). Glukoneogenesreglering, mätningar och störningar. Hämtad från: researchgate.net
4. Glukoneogenes. . Hämtad från: imed.stanford.edu
5. Föreläsning 3-glykolys och glukoneogenes. . Hämtad från: chem.uwec.edu
6. Glukoneogenes. . Hämtad från: chemistry.creighton.edu