глюконеогенез

В случае, если потребление питательных веществ недостаточно или отсутствует, свежая глюкоза создается из неуглеводных предшественников. Он также необходим для управления кислотно-щелочным балансом и синтеза структурных компонентов, полученных из углеводов. Процесс гликолиза, при котором глюкоза образуется из пирувата, лактата и глюкогенных аминокислот, осуществляется в обратном порядке при глюконеогенезе. Другое его название — неоглюкогенез . Это общий маршрут, которым пользуются все живые существа, включая людей, животных, растения, грибы и другие виды.

глюконеогенез

Gluconeogenesis is the process in which the non-carbohydrate molecule substances convert into glucose.

• Хотя он в основном поражает печень, он также может присутствовать в следовых количествах в тонком кишечнике и почках.
• Маленькие молекулы-предшественники объединяются, образуя высокоэнергетический продукт, такой как глюкоза, поэтому глюконеогенез также известен как « путь эндогенной глюкозы ».
• Глюконеогенез является важным циклом, который генерирует глюкозу, необходимую для всех катаболических процессов и для поддержания жизни.
• Любые неуглеводные вещества, способные превращаться в пируват или промежуточные продукты гликолиза, могут служить источником субстратов для глюконеогенеза у человека.
• Путь от жирных кислот к глюкозе может быть обеспечен ацетоном, который вырабатывается из кетоновых тел при длительном голодании.
• Несмотря на то, что в печени происходит большая часть глюконеогенеза, диабет и длительное голодание увеличивают пропорциональный вклад почек в глюконеогенез.
• Вплоть до тех пор, пока он не связан с распадом АТФ или ГТФ, когда путь глюконеогенеза является по существу экзэргоническим.

Путь глюконеогенеза

Путь, называемый «глюконеогенез», состоит из одиннадцати последовательно катализируемых ферментами событий. В зависимости от используемого субстрата путь начинается либо в митохондриях, либо в цитоплазме печени, либо в клетках коры почек. Многие реакции представляют собой обращение процессов гликолиза.

• В цитоплазматических митохондриях печени или почек начинается синтез глюкозы. Две молекулы пирувата должны сначала карбоксилироваться, чтобы образовался оксалоацетат. Для этого необходима одна молекула АТФ (энергии).
• Оксалоацетат превращается в малат с помощью NADH, чтобы он мог покинуть митохондрии.
• Покинув митохондрии, малат путем окисления снова превращается в оксалоацетат.
• Оксалоацетат превращается в фосфоенолпируват под действием фермента фосфоенолпируваткарбоксикиназы (PEPCK).
• Фосфоенолпируват превращается в фруктозо-1,6-бисфосфат путем реверсирования гликолитической активности.
• Фруктозо-1,6-бисфосфатаза катализирует превращение фруктозо-1,6-бисфосфата в фруктозо-6-фосфат в процессе высвобождения неорганического фосфата.
• Фруктозо-6-фосфат превращается в глюкозо-6-фосфат ферментом фосфогексозоизомеразой.
• Глюкозо-6-фосфат вызывает синтез неорганического фосфата, который высвобождает свободную глюкозу в кровоток. Здесь работает фермент, называемый глюкозо-6-фосфатазой .

В митохондриях

Пируват + АТФ → оксалоацетат + АДФ + Pi

Оксалоацетат + НАДН → малат + НАД+

Молекула может покинуть митохондрии в основном путем превращения в малат. В цитоплазме снова превращается в оксалоацетат.

В цитоплазме

малат + НАД+ → оксалоацетат + НАДН

Оксалоацетат + GTP → PEP + GDP

После этого он проходит через тех же посредников, что и гликолиз. Последняя реакция происходит в эндоплазматическом ретикулуме.

В эндоплазматическом ретикулуме

G6P → глюкоза (катализатор: глюкозо-6-фосфатаза)

Транспортер глюкозы перемещает глюкозу из клетки во внеклеточное пространство.

Важность глюконеогенеза

1. Чтобы контролировать уровень сахара в крови, человеческие системы производят глюкозу.
2. Процесс глюконеогенеза в печени приводит к выработке глюкозы, которая затем высвобождается в кровоток для использования в качестве энергии клетками по всему телу.
3. Глюконеогенез иногда называют эндогенным синтезом глюкозы, поскольку он требует затрат энергии (EGP).
4. Глюконеогенез, однако, требует энергосберегающих мер, поскольку он происходит, когда в организме уже мало энергии.
5. Гликогенолиз и образование глюкозы выполняют одну и ту же функцию. Однако используются они по-разному.
6. В то время как глюконеогенез чаще используется во время более длительных периодов голодания, гликогенолиз часто используется во время более коротких периодов голодания, например, когда уровень сахара в крови человека падает между приемами пищи или после хорошего ночного сна. Но поскольку организм нуждается в глюкозе для выработки энергии, в нем в некоторой степени происходят оба процесса.

Ферменты глюконеогенеза

Ферменты гликолиза гексокиназа

Превращение пирувата в фосфоенолпировиноградную кислоту является начальным этапом глюконеогенеза (ФЕП). Существует несколько стадий и ферментов, необходимых для превращения пирувата в ФЕП. Это превращение осуществляется тремя ферментами: пируваткарбоксилазой, ФЕП-карбоксикиназой и малатдегидрогеназой. Пируваткарбоксилаза — митохондриальный фермент, превращающий пируват в оксалоацетат. Поскольку оксалоацетат не может проходить через митохондриальные мембраны, малатдегидрогеназа должна сначала преобразовать его в малат. Затем малат может пройти через митохондриальную мембрану в цитоплазму и снова превратиться в оксалоацетат другой малатдегидрогеназой. Наконец, ФЕП-карбоксикиназа превращает оксалоацетат в ФЕП. Следующие шаги идентичны гликолизу, за исключением того, что процесс обратный.

Фосфофруктокиназа

Превращение фруктозы-1,6-bP в фруктозу-6-P с помощью фермента фруктозо-1,6-фосфатазы является второй стадией, которая отличается от гликолиза. Фермент фосфоглюкоизомераза используется для превращения фруктозы-6-Ф в глюкозу-6-Ф.

Пируваткиназа

Превращение глюкозы-6-Ф в глюкозу с помощью фермента глюкозо-6-фосфатазы является последней стадией, отличной от гликолиза. Эндоплазматический ретикулум содержит этот фермент.

Глюконеогенез аминокислот

Аминокислоты, которые могут превращаться в глюкозу, известны как глюконеогенные аминокислоты. Большинство из них либо дезаминированы, либо переаминированы в интермедиаты цикла лимонной кислоты. В результате около 20 аминокислот входят в цикл ТСА; некоторые производят только одно промежуточное соединение (например, аланин), в то время как другие производят два промежуточных соединения (например, фенилаланин). В результате аминокислоты проходят метаболический путь через фосфоенолпировиноградную кислоту, щавелевоуксусную кислоту и глюкозу.

Значение глюконеогенеза

• Цикл глюконеогенеза имеет решающее значение для контроля уровня сахара в крови во время депривации.
• Эритроциты, нейроны, скелетные мышцы, мозговое вещество почек, яички и эмбриональная ткань — это лишь некоторые из клеток и тканей, которым для функционирования необходима глюкоза.
• Цикл неоглюкогенеза очищает кровь от таких соединений, как глицерин и лактат, которые вырабатываются мышцами и эритроцитами соответственно (производятся из жировой ткани).
• Гликогенолиз — это расщепление гликогена, основного углевода, хранящегося в клетках печени и мышц животных, на глюкозу для немедленного получения энергии во время голодания и поддержания стабильного уровня сахара в крови.

Регуляция глюконеогенеза

Хотя большинство стадий глюконеогенеза противоположны стадиям гликолиза, три строго контролируемых и мощных эндергонических процесса заменены более кинетически выгодными.

• Ферменты гликолиза глюкозо-6-фосфатаза, фруктоза-1,6-бисфосфатаза и ФЕП-карбоксикиназа/пируваткарбоксилаза используются вместо гексокиназы/глюкокиназы, фосфофруктокиназы и пируваткиназы.
• Обычно сопоставимые химические вещества, которые контролируют эти ферменты, имеют противоположные эффекты.
• Например, ацетил-КоА и цитрат блокируют гликолитический фермент пируваткиназу, одновременно активируя ферменты глюконеогенеза пируваткарбоксилазу и фруктозо-1,6-бисфосфатазу соответственно. Этот механизм реципрокной регуляции позволяет гликолизу и глюконеогенезу противодействовать друг другу, предотвращая бесцельную петлю, в которой глюкоза синтезируется только для того, чтобы расщепляться.
• Единственными глюконеогенными ферментами, отсутствующими в цитозоле, являются митохондриальная пируваткарбоксилаза и, у млекопитающих, фосфоенолпируваткарбоксикиназа.
• Скорость глюконеогенеза в конечном итоге контролируется первичным ферментом фруктозо-1,6-бисфосфатазой, который также контролируется цАМФ и его фосфорилированием посредством передачи сигнала.
• В глобальном масштабе глюконеогенез регулируется гормоном глюкагоном, который вырабатывается при низком уровне сахара в крови. Инсулин ингибирует глюконеогенез, чтобы уравновесить глюкагон. Избыток глюкагона и резистентность к инсулину характерны для диабета 2 типа.
• Метформин, противодиабетическое лекарство, преодолевает неспособность инсулина подавлять глюконеогенез из-за резистентности к инсулину за счет преимущественного ингибирования глюконеогенеза.
• Согласно исследованиям, отсутствие синтеза глюкозы в печени существенно не влияет на регуляцию уровня глюкозы в плазме натощак.

Разница между глюконеогенезом и гликогенолизом:

Гликогенолиз

1. Гликогенолиз — это процесс образования глюкозо-6-фосфатов путем добавления неорганических фосфатов и расщепления мономера гликогена.
2. Распад печени при гликогенолизе.
3. Используется катаболический процесс.
4. Используются только следовые количества АТФ.
5. Это происходит в желчном пузыре.

глюконеогенез

1. Глюконеогенез – метаболический процесс, при котором глюкоза синтезируется в печени из неуглеводных субстратов.
2. Молочная кислота и аминокислоты используются для производства глюкозы.
3. Используется анаболический процесс.
4. Шесть АТФ используются для образования одной молекулы глюкозы.
5. Это происходит в печени и тканях, где потребность в глюкозе высока.

Резистентность к инсулину

Инсулинорезистентность возникает, когда клетки наших мышц, жира и печени не реагируют на инсулин и не могут использовать глюкозу из нашей крови для получения энергии. Чтобы компенсировать это, ваша поджелудочная железа вырабатывает дополнительный инсулин. Уровень сахара в нашей крови со временем повышается. Ожирение, высокое кровяное давление, высокий уровень холестерина и диабет 2 типа — все это симптомы синдрома резистентности к инсулину. Это может повлиять на каждого третьего американца. Вы также можете услышать, что это называется метаболическим синдромом.

Изменение резистентности к инсулину

• Если у вас резистентность к инсулину, вы хотите стать чувствительным к инсулину (клетки более эффективно поглощают сахар крови, поэтому требуется меньше инсулина).
• Физические упражнения делают вас более восприимчивыми к инсулину, поэтому они являются такой важной частью контроля диабета (и общего состояния здоровья!). Не откладывайте больше упражнений, пока у вас не диагностируют диабет. Чем раньше вы начнете действовать (буквально), тем лучше для вас будет.
• Потеря веса, предотвращение высокого уровня сахара в крови, снижение стресса и достаточный сон имеют решающее значение (физические упражнения могут помочь вам получить больше ззз).

Клиническая значимость

1. Пациенты с болезнью фон Гирке , широко известной как расстройство накопления гликогена типа 1А, не могут превращать гликоген в глюкозу. Недостаточное количество фермента глюкозо-6-фосфатазы является первопричиной этого заболевания.
2. Гепатомегалия и гипогликемия являются частыми клиническими симптомами у новорожденных, обычно в возрасте от трех до шести месяцев (хотя возраст проявления может варьировать). Для подтверждения диагноза используются ферментный тест и биопсия печени. Чтобы избежать долгосрочных проблем, его можно лечить с помощью правильной диетотерапии.
3. Генетическое заболевание Мутация в гене AGL, который на хромосоме 1p21 кодирует фермент, разветвляющий гликоген (амило-1,6-глюкозидаза), вызывает болезнь Кори , также известную как расстройство накопления гликогена типа III или предельный декстриноз. Общие клинические признаки включают гипогликемию, гиперлипидемию, замедление роста и гепатомегалию.
4. На активность гликогенфосфорилазы влияет болезнь Мак-Ардла, также известная как расстройство накопления гликогена типа V или дефицит миофосфорилазы, который является аутосомно-рецессивным врожденным нарушением метаболизма скелетных мышц, препятствующим расщеплению гликогена.

Часто задаваемые вопросы о глюконеогенезе

Вопрос 1: Какова функция глюконеогенеза?

Отвечать:

When nutritional intake is insufficient or nonexistent, the process of gluconeogenesis, which is the creation of new glucose from noncarbohydrate precursors, produces glucose. Additionally, it is crucial for the control of acid-base equilibrium, amino acid metabolism, and the production of structural elements derived from carbohydrates.

Вопрос 2: Где происходит глюконеогенез?

Отвечать:

Both the kidneys and the liver engage in glucose synthesis. Between meals, gluconeogenesis meets the demand for plasma glucose. The hormones that cause diabetes encourage the production of glucose (glucagon, growth hormone, epinephrine, and cortisol). Glycerol, lactate, propionate, and a few amino acids are examples of gluconeogenic substrates.

Вопрос 3. Какую роль играет АТФ в образовании глюкозы?

Отвечать:

ATP molecules serve as the reaction’s energy supply for all of its several stages. It encourages the synthesis of glucose from non-sugar substrates in a number of stages.

Вопрос 4: Опишите глюкагон.

Отвечать:

When the body’s blood glucose level starts to fall, the -cells of the pancreatic islets emit the hormone glucagon. Glucagon controls the conversion of fructose 1, 6-bisphosphate to fructose 6-phosphate or stimulates the production of gluconeogenesis through two different methods.

Вопрос 5. В каких ферментах происходит глюконеогенез?

Отвечать:

The enzymes phosphoenolpyruvate carboxykinase, pyruvate carboxylase, glucose 6-phosphatase, and fructose 1,6-bisphosphatase, which are often located in the liver, kidney, gut, or muscle, catalyze the four irreversible stages of the gluconeogenesis pathway.