Glukoneogeneza — na czym polega? Schemat, rola, przebieg

Glukoneogeneza to ważny metabolicznie proces, który pozwala na zachowanie odpowiedniego poziomu cukru we krwi np. podczas okresów postu, głodu czy intensywnego treningu. Dowiedz się, co może hamować glikolizę i jakie składniki są potrzebne do jej przebiegu?

Czym jest glukoneogeneza?

Glukoneogenaza zachodzi głównie wątroba, ale przebiega również w innych narządach (na poziomie komórkowym glukoneogeneza przebiega w trzech różnych miejscach: mitochondrium, cytoplazmie oraz retikulum endoplazmatycznym)

„Dla życia człowieka kluczowe jest utrzymanie we krwi prawidłowego poziomu glukozy. Organ, który cechuje się szczególną podatnością na przerwy w dostawach cukru, to przede wszystkim nasz mózg. Narząd ten wymaga łącznie około 160 – 180 g glukozy dziennie. Na nieprzerwane zaopatrzenie w cukier zdane są także nasze erytrocyty, ponieważ nie posiadają one żadnych mitochondriów. Podczas okresów, w których przez dłuższy czas nie spożywamy żadnego pożywienia (oprócz szybkiego rozkładu glikogenu), gwarancję zapewnienia prawidłowego stężenia glukozy we krwi stanowi glukoneogeneza.” – B. Kuklinski

Jaką funkcję pełni glukoneogeneza?

Rolą glukoneogenezy jest synteza glukozy przy jednoczesny zużyciu energii ATP, szczególnie istotna w warunkach zwiększonego zapotrzebowania na glukozę (intensywny wysiłek fizyczny) lub nadmiernego spadku poziomu cukru we krwi (głód, post) – zapewnia odpowiedni poziom glukozy we krwi oraz dostarcza glukozy erytrocytom, komórkom mózgowym i mięśniom szkieletowym.

Jak przebiega glukoneogeneza?

Glukoneogeneza polega na przekształcaniu ciecukrowych substratów w pirogronian, które następnie w mitochondriach podlegają dalszemu metabolizmowi kosztem ATP. Tymi substratami są:

• Mleczan – synteza glukozy z mleczanu to tzw. cykl Corich, który przebiega w erytrocytach  i mięśniach szkieletowych.
• Aminokwasy glukogenne (głównie: glutamina, glicyna, cysteina, seryna lub alanina), aminokwasy czysto ketogenne łatwo zapamiętać, ponieważ oba zaczynają się na literę L (leucyna i lizyna). Ani one, ani powstający z nich acetylo-CoA, ani ciała ketonowe nie mogą zostać włączone do procesu glukoneogenezy
• Gliceryna (z rozkładu tkanki tłuszczowej),
• niebezpośrednio: kwasy tłuszczowe o nieparzystej ilości atomów węgla w łańcuchu – na drodze kolejnych przemian ulegają przekształceniu do szczawiooctanu, który następnie zostaje enzymatycznie włączony do glukoneogenezy.

Uwaga: pozostałe kwasy tłuszczowe, takie jak kwas palmitynowy i inne nie są substratami glukoneogenezy

Kofaktory: przebieg glukoneogenezy aktywuje poziom acetyloCoA i cytrynianu, karboksylacja pirogronianu do szczawiooctanu wymaga jako kofaktora – biotyny oraz CO₂, dalsze kofaktory to: mangan, magnez, witamina B₁₂, cynk oraz żelazo.

Glukoneogeneza to proces przemian metabolicznych, który ściśle zależy także od naszej gospodarki hormonalnej. W warunkach zwiększonego zapotrzebowania na glukozę lub nadmiernego spadku poziomu cukru we krwi organizm ma do dyspozycji kilka hormonów pobudzających przebieg glukoneogenezy (antagonistów insuliny):

• hormon trzustkowy: glukagon,
• pochodząca z rdzenia nadnerczy adrenalina (przy czym adrenalina w sercu: hamuje glukoneogenezę na korzyść glikolizy, w wątrobie – pobudza glukoneogenezę),
• glikokortykoidy (głownie jest to kortyzol, pochodzący z kory nadnerczy). Kortyzolnasila przebieg glukoneogenezy, stymulując rozkład białek mięśniowych i zwiększając stężenie aminokwasów glukogennych we krwi. Kortyzol podnosi zatem poziom cukru we krwi (osobom, które stosują sterydy lub cierpią z powodu zespołu Cushinga grozi tak zwana cukrzyca steroidowa).

Reklama

Witamina B12 MSE MAX Sprawdź

Magnez MSE Sprawdź

Mangan MSE Sprawdź

Co hamuje przebieg glukoneogenezy?

• nadmiar fruktozy,
• niedobór karnityny (ewentualnie niedostateczne działanie karnityny spowodowane np. działaniem kwasu walproinowego / lek przeciwpadaczkowy), możliwy jest również wtórny niedobór karnityny spowodowany nasilonym wydalaniem acylokarnityny przez nerki albo zaburzenia tzw. carnitin shuttle),
• niski poziom acetyloCoA (ponieważ sygnalizuje on niski poziom ATP w komórce, przez co sensowniejsze dla organizmu staje się wytworzenie z pirogronianu energii niż glukozy w procesie glukoneogenezy,

Co pobudza, a co hamuje glukoneogenezę?

pirogronian-kompleks dehydrogenazy pirogronianowej (Phx) → AcetyloCoA-cykl kwasu cytrynowego → ostateczny produkt: ATP

lub:

pirogronian-karboksylaza pirogronianowa → szczawiooctan → glukoneogeneza → produkt: glukoza

Jak widzisz, o aktywacji glukoneogenezy decyduje ilość acetyloCoA wytworzonego w procesie beta – oksydacji kwasów tłuszczowych. Nasilenie beta – oksydacji kwasów tłuszczowych (np. w okresie głodu lub postu) osłabia glukoneogenezę na korzyść cyklu kwasu cytrynowego.

Reguła: Dużo acetyloCoA → glukoneogeneza (komórki mają wystarczająco dużo energii, organizm może pozwolić sobie na odzyskiwanie glukozy)

Przełączanie między glikolizą a glukoneogenezą steruje obecny w wątrobie enzym F-1,6-BP czyli fruktozo 1,6 bifosfataza (aktywacja). Jeżeli enzym ten ulegnie fosforylacji, nabiera właściwości kinazy

Znaczenie glukoneogenezy

Resynteza glukozy na drodze glukoneogenezy jest wprawdzie energochłonna, ale opłacalna, ponieważ pozwala na utrzymywanie stałego poziomu cukru we krwi w przypadku braku dostępu do glukozy oraz zwiększonego zapotrzebowania na cukier. Glukoneogeneza podlega skomplikowanemu systemowi regulacji (w tym hormonalnej) i nie jest prostym odwróceniem glikolizy.

Autor: Sylwia Grodzicka