Στάδια γλυκόζης (αντιδράσεις) και ρύθμιση

Το γλυκονενογένεση Πρόκειται για μια μεταβολική διαδικασία που συμβαίνει σχεδόν σε όλα τα έμβια όντα, συμπεριλαμβανομένων φυτών, ζώων και διαφόρων τύπων μικροοργανισμών. Συνίσταται από τη σύνθεση ή τον σχηματισμό γλυκόζης από ενώσεις που περιέχουν άνθρακα που δεν είναι υδατάνθρακες, όπως αμινοξέα, γλυκογόνα, γλυκερόλη και γαλακτικό.

Είναι ένας από τους τρόπους του μεταβολισμού των υδατανθράκων του αναβολικού τύπου. Συνθέτει ή σχηματίζει μόρια γλυκόζης που υπάρχουν κυρίως στο ήπαρ και, σε μικρότερο βαθμό, στον φλοιό των νεφρών ανθρώπων και ζώων.

Αυτή η αναβολική διαδικασία συμβαίνει ακολουθώντας την αντίστροφη αίσθηση της καταβολικής οδού γλυκόζης, έχοντας διαφορετικά ειδικά ένζυμα στα μη αναστρέψιμα σημεία της γλυκόλυσης.

Η γλυκονεογένεση είναι σημαντική για την αύξηση των επιπέδων γλυκόζης στο αίμα και στους ιστούς σε περιπτώσεις υπογλυκαιμίας. Αντιμετωπίζει επίσης τη μείωση της συγκέντρωσης των υδατανθράκων σε παρατεταμένες νηστείες ή σε άλλες περιστάσεις.

Ευρετήριο

• 1 Χαρακτηριστικά
  • 1.1 Πρόκειται για μια αναβολική διαδικασία
  • 1.2 Παροχή προμηθειών γλυκόζης
• 2 Στάδια (αντιδράσεις) γλυκονεογένεσης
  • 2.1 Συνθετική οδός
  • 2.2 Δράση του ενζύμου φωσφοενελοπυρουβική καρβοξυκινάση
  • 2.3 Δράση του ενζύμου φρουκτόζη-1,6-διφωσφατάση
  • 2.4 Δράση του ενζύμου γλυκόζης-6-φωσφατάσης
• 3 γλυκονεογενείς πρόδρομοι
  • 3.1 Λακτόζη
  • 3.2 Πυρουβικό
  • 3.3 Γλυκερόλη και άλλα
• 4 Ρύθμιση της γλυκονεογένεσης
• 5 Αναφορές

Χαρακτηριστικά

Είναι μια αναβολική διαδικασία

Η γλυκονεογένεση είναι μία από τις αναβολικές διεργασίες του μεταβολισμού των υδατανθράκων. Μέσω του μηχανισμού της, η γλυκόζη συντίθεται από πρόδρομες ουσίες ή υποστρώματα που σχηματίζονται από μικρά μόρια.

Μπορεί να δημιουργήσει τη γλυκόζη από απλή βιομόρια πρωτεϊνούχο ως γλυκογονικά αμινοξέα και γλυκερόλη, το δεύτερο ερχομό λιπόλυση των τριγλυκεριδίων στο λιπώδη ιστό.

Το γαλακτικό επίσης λειτουργεί ως υπόστρωμα και, σε μικρότερο βαθμό, από λιπαρά οξέα με περίεργη αλυσίδα.

Παροχή προμηθειών γλυκόζης

Η γλυκονεογένεση έχει μεγάλη σημασία για τα ζωντανά όντα και ειδικά για το ανθρώπινο σώμα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι χρησιμεύει στην παροχή σε ειδικές περιπτώσεις της υψηλής ζήτησης γλυκόζης που χρειάζεται ο εγκέφαλος (περίπου 120 γραμμάρια ανά ημέρα).

Ποια μέρη του σώματος απαιτούν γλυκόζη; Το νευρικό σύστημα, το νεφρικό μυελό, μεταξύ άλλων ιστών και κυττάρων, όπως τα ερυθρά αιμοσφαίρια, τα οποία χρησιμοποιούν τη γλυκόζη ως μοναδική ή κύρια πηγή ενέργειας και άνθρακα.

Οι αποθήκες γλυκόζης όπως το γλυκογόνο που είναι αποθηκευμένο στο ήπαρ και τους μύες είναι ελάχιστα αρκετές για μία ημέρα. Αυτό χωρίς να λαμβάνονται υπόψη οι δίαιτες ή οι έντονες ασκήσεις. Για το λόγο αυτό, μέσω της γλυκονεογένεσης, το σώμα παρέχεται με γλυκόζη που σχηματίζεται από άλλους προδρόμους ή υποστρώματα μη υδατανθράκων.

Παρομοίως, αυτή η οδός παρεμβαίνει στην ομοιόσταση της γλυκόζης. Η γλυκόζη που σχηματίζεται από αυτή τη διαδρομή, εκτός από την πηγή ενέργειας, είναι το υπόστρωμα άλλων αναβολικών αντιδράσεων.

Ένα παράδειγμα αυτού είναι η περίπτωση της βιοσύνθεσης βιομορίων. Μεταξύ αυτών περιλαμβάνονται γλυκοσυζεύγματα, γλυκολιπίδια, γλυκοπρωτεΐνες και αμινοαζουκάρες και άλλοι ετεροπολυσακχαρίτες.

Στάδια (αντιδράσεις) της γλυκονεογένεσης

Συνθετική οδός

Γλυκονεογένεση λαμβάνει χώρα στο κυτοσόλιο ή κυτταρόπλασμα των κυττάρων, ιδιαίτερα στο ήπαρ και σε μικρότερο βαθμό στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων του νεφρικού φλοιού.

Η συνθετική της οδός αποτελεί ένα μεγάλο μέρος των αντιδράσεων της γλυκόλυσης (καταβολική οδός γλυκόζης), αλλά προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Ωστόσο, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι οι τρεις αντιδράσεις είναι θερμοδυναμικά γλυκόλυση μη αναστρέψιμη γλυκονεογένεση να καταλύεται διάφορα ειδικά ένζυμα που εμπλέκονται στη γλυκόλυση, η οποία καθιστά δυνατή αντιδράσεις από την ανάποδη.

Αυτά είναι συγκεκριμένα εκείνες οι γλυκολυτικές αντιδράσεις που καταλύονται από τα ένζυμα εξοκινάση ή γλυκοκινάση, φωσφοφρουκτοκινάση και πυροσταφυλική κινάση.

Ανασκοπώντας τα κρίσιμα στάδια της γλυκονεογένεσης που καταλύεται από ειδικά ένζυμα, η μετατροπή του πυρουβικού οξέος σε φωσφοενελοπυροσταφυλικό απαιτεί μια σειρά αντιδράσεων.

Το πρώτο συμβαίνει στη μιτοχονδριακή μήτρα με τη μετατροπή του πυροσταφυλικού οξέος σε οξαλοξεικό, που καταλύεται από πυροσταφυλική καρβοξυλάση.

Με τη σειρά του, για να συμμετέχει ο οξαλοξικός εστέρας, πρέπει να μετατραπεί σε μηλικό με μιτοχονδριακή αφυδρογονάση μηλικής. Αυτό το ένζυμο μεταφέρεται από τα μιτοχόνδρια στο κυτταρόπλασμα, όπου και πάλι μετασχηματίζεται σε οξαλοξικό με τη μηλεϊνική αφυδρογονάση που βρίσκεται στο κυτταρόπλασμα.

Δράση του ενζύμου φωσφοενενοπυρουβική καρβοξυκινάση

Μέσω της δράσης του ενζύμου φωσφοενελοπυρουβική καρβοξυκινάση (PEPCK) ο οξαλοξικός εστέρας μετατρέπεται σε φωσφοενελοπυροσταφυλικό. Οι αντίστοιχες αντιδράσεις συνοψίζονται παρακάτω:

Pyruvate + CO₂ + H₂Ο + ΑΤΡ => Οξαλουοξικό + ADP + P_i + 2Η⁺

Οξαλειοξεικό + GTP <=> Φωσφονολοπιρουβάτο + CO₂ + ΑΕΠ

Όλα αυτά τα γεγονότα καθιστούν εφικτή τη μετατροπή του πυρουβικού οξέος σε φωσφοενελοπυροσταφυλικό χωρίς την παρέμβαση πυροσταφυλικής κινάσης, η οποία είναι ειδική για τη γλυκολυτική οδό.

Ωστόσο, το φωσφοενελοπυρουβικό οξύ μετατρέπεται σε 1,6-διφωσφορικό φρουκτόζη με τη δράση γλυκολυτικών ενζύμων που καταλύουν αυτές τις αντιδράσεις κατά αναστρέψιμο τρόπο.

Δράση του ενζύμου φρουκτόζη-1,6-διφωσφατάση

Η ακόλουθη αντίδραση συμπληρώνει τη δράση της φωσφοφρουκτοκινάσης στη γλυκολυτική οδό, είναι ότι μετατρέπει 1,6-διφωσφορικής φρουκτόζης σε 6-φωσφορική φρουκτόζη. Το ένζυμο φρουκτόζη-1,6-διφωσφατάση καταλύει αυτή την αντίδραση στη γλυκενογονική οδό, η οποία είναι υδρολυτική και συνοψίζεται παρακάτω:

Φρουκτόζη-1,6-διφωσφορικό + Η₂Ο => 6-φωσφορική φρουκτόζη + Ρ_i

Αυτό είναι ένα από τα σημεία ρύθμισης της γλυκονεογένεσης, αφού αυτό το ένζυμο απαιτεί Mg²⁺ για τη δραστηριότητά σας. Η 6-φωσφορική φρουκτόζη υφίσταται μία αντίδραση ισομερισμού καταλυόμενη από το ένζυμο φωσφογλυκοϊσομεράση που την μετασχηματίζει σε 6-φωσφορική γλυκόζη.

Δράση του ενζύμου γλυκόζης-6-φωσφατάσης

Τέλος, η τρίτη από αυτές τις αντιδράσεις είναι η μετατροπή της γλυκόζης-6-φωσφορικής σε γλυκόζη.

Αυτό προχωρά από τη δράση της γλυκόζης 6-φωσφατάσης το οποίο καταλύει μία αντίδραση υδρόλυσης και αντικαθιστώντας το μη αναστρέψιμη εξοκινάσης δράση ή γλυκοκινάσης στη γλυκολυτική οδό.

6-φωσφορική γλυκόζη + Η₂Ο => Γλυκόζη + Ρ_i

Αυτό το ένζυμο γλυκόζη-6-φωσφατάση συνδέεται με το ενδοπλασματικό δίκτυο των ηπατικών κυττάρων. Χρειάζεται επίσης τον συμπαράγοντα Mg²⁺ να ασκήσει την καταλυτική του λειτουργία.

Η θέση του εγγυάται τη λειτουργία του ήπατος ως συσκευή σύνθεσης γλυκόζης για να καλύψει τις ανάγκες άλλων οργάνων.

Προδρόμους γλυκονεογόνου

Όταν δεν υπάρχει αρκετό οξυγόνο στο σώμα, όπως συμβαίνει στους μύες και τα ερυθροκύτταρα σε περίπτωση παρατεταμένης άσκησης, λαμβάνει χώρα η ζύμωση της γλυκόζης. δηλαδή, η γλυκόζη δεν είναι πλήρως οξειδωμένη υπό αναερόβιες συνθήκες και συνεπώς παράγεται γαλακτικό.

Το ίδιο προϊόν μπορεί να περάσει στο αίμα και από εκεί στο ήπαρ. Εκεί, θα λειτουργήσει ως γλυκενογονικό υπόστρωμα, αφού όταν εισέλθει στον κύκλο Cori το γαλακτικό θα μετατραπεί σε πυροσταφυλικό. Αυτός ο μετασχηματισμός οφείλεται στη δράση του γαλακτικού αφυδρογονάσης ενζύμου.

Λακτόζη

Γαλακτικό είναι ένα σημαντικό γλυκονεογενετικών υπόστρωμα του ανθρώπινου σώματος και μία φορά οι αποθήκες γλυκογόνου εξαντλούνται, η μετατροπή του γαλακτικού γλυκόζης βοηθά ανασύσταση του γλυκογόνου στους μύες και στο ήπαρ.

Πυρουβικό

Από την άλλη πλευρά, μέσω των αντιδράσεων που συνθέτουν τον λεγόμενο κύκλο γλυκόζης-αλανίνης, λαμβάνει χώρα διαμεταβίβαση του πυροσταφυλικού.

Αυτό βρίσκεται σε επιπλέον ηπατικούς ιστούς, καθιστώντας τον μετασχηματισμό του πυροσταφυλικού σε αλανίνη, το οποίο είναι ένα άλλο από τα σημαντικά γλυκενογονικά υποστρώματα.

Σε ακραίες συνθήκες παρατεταμένης νηστείας ή άλλων μεταβολικών μεταβολών, ο καταβολισμός των πρωτεϊνών θα αποτελέσει πηγή γλυκογόνων αμινοξέων ως τελευταία επιλογή. Αυτά θα αποτελέσουν ενδιάμεσους του κύκλου του Krebs και θα παράγουν οξαλοξικό άλας.

Γλυκερόλη και άλλα

Η γλυκερόλη είναι το μόνο γλυκενογονικό υπόστρωμα που έχει σημασία από το μεταβολισμό των λιπιδίων.

Απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια της υδρόλυσης τριακυλγλυκεριδίων, τα οποία αποθηκεύονται σε λιπώδη ιστό. Αυτά μετασχηματίζονται με διαδοχικές αντιδράσεις φωσφορυλίωσης και αφυδρογόνωσης προς φωσφορική διυδροξυακετόνη, οι οποίες ακολουθούν τη γλυκενογονική οδό για να σχηματίσουν γλυκόζη.

Από την άλλη πλευρά, λιγοστά λίγα λιπαρά οξέα είναι γλυκονογονικά.

Ρύθμιση της γλυκονεογένεσης

Ένας από τους πρώτους ελέγχους της γλυκονεογένεσης διεξάγεται με την πρόσληψη τροφίμων με χαμηλή περιεκτικότητα σε υδατάνθρακες, τα οποία οδηγούν σε φυσιολογικά επίπεδα γλυκόζης στο αίμα.

Αντίθετα, εάν η πρόσληψη υδατανθράκων είναι χαμηλή, η οδός της γλυκονεογένεσης θα είναι σημαντική για την κάλυψη των απαιτήσεων γλυκόζης του οργανισμού..

Υπάρχουν άλλοι παράγοντες που εμπλέκονται στην αμοιβαία ρύθμιση μεταξύ της γλυκόλυσης και της γλυκονεογένεσης: επίπεδα ΑΤΡ. Όταν είναι υψηλά, αναστέλλεται η γλυκόλυση, ενώ ενεργοποιείται η γλυκονογένεση.

Το αντίθετο συμβαίνει με τα επίπεδα ΑΜΡ: αν είναι υψηλά, η γλυκόλυση ενεργοποιείται, αλλά η γλυκονεογένεση αναστέλλεται.

Στις αντιδράσεις που καταλύονται από ειδικά ένζυμα στη γλυκονεογένεση υπάρχουν ορισμένα σημεία ελέγχου. Ποια; Η συγκέντρωση ενζυματικών υποστρωμάτων και συμπαραγόντων όπως το Mg²⁺, και την ύπαρξη ενεργοποιητών όπως η φωσφοφρουκτοκινάση.

Η φωσφοφρουκτοκινάση ενεργοποιείται από την ΑΜΡ και την επίδραση των παγκρεατικών ορμονών ινσουλίνη, γλυκαγόνη και ακόμη μερικά γλυκοκορτικοειδή.

Αναφορές

1. Mathews, Holde και Ahern. (2002). Biochemistry (3η έκδοση). Μαδρίτη: PEARSON
2. Βικιβιβλία. (2018). Αρχές της βιοχημείας / γλυκονεογένεσης και γλυκογένεσης. Λήψη από: en.wikibooks.org
3. Shashikant Ray. (Δεκέμβριος 2017). Ρύθμιση της γλυκονογένεσης, μετρήσεις και διαταραχές. Από: researchgate.net
4. Γλυκονογένεση [PDF] Λαμβάνεται από: imed.stanford.edu
5. Διάλεξη 3-Γλυκόλυση και γλυκονεογένεση. [PDF] Λαμβάνεται από: chem.uwec.edu
6. Γλυκονογένεση [PDF] Από: chemistry.creighton.edu