Glukoneogeneza – przebieg, schemat, rola

Glukoneogeneza z definicji to enzymatyczny proces przekształcania niecukrowcowych prekursorów w glukozę. Proces ten zachodzi w komórkach wątroby oraz komórkach nerek. Substratem tego procesu są związki niebędące cukrowcami. Mogą to być aminokwasy, mleczan lub glicerol.

Większość aminokwasów które odgrywają ważną rolę budulcową oraz metaboliczną to aminokwasy glukogenne. Organizm potrafi produkować z nich glukozę, zamieniając je w substraty glukoneogenezy: pirogronian, szczawiooctan lub inne składniki cyklu Krebsa.

Z kolei mleczan, inaczej kwas mlekowy, powstaje z glukozy w mięśniach szkieletowych. Ponieważ możliwe jest to wyłącznie podczas intensywnej pracy, a nie w fazie odpoczynku, jest on transportowany do wątroby i nerek, po czym przekształcany w pirogronian, to jest substrat glukoneogenezy. Wyprodukowana glukoza wraca z krwią do mięśni.

Glicerol to jeden z produktów rozpadu substancji magazynowanych w tkance tłuszczowej. To składnik tłuszczu potrafiący włączyć się w produkcję glukozy.

Dzięki glukoneogenezie organizm jest w stanie wyprodukować glukozę również w sytuacji, gdy jej podaż zarówno pochodząca z pokarmu, jak i z rozpadu rezerw glikogenowych nie jest wystarczająca. Należy pamiętać, że glukoza jest niezbędna dla prawidłowego funkcjonowania mózgu i krwinek czerwonych, jest ważna w metabolizmie innych komórek.

Glukoneogeneza ma szczególnie ważne znaczenie w okresie głodu czy intensywnego wysiłku, ponieważ mózg i erytrocyty jako źródło energii wykorzystują prawie wyłącznie glukozę.

Jak przebiega glukoneogeneza? Pierwszym etapem jest proces przekształcenia tych związków w pirogronian, następnie w glukozę. Schemat glukoneogenezy przedstawia się następująco:

pirogronian → szczawiooctan → fosfoenolopirogronian ←→ 2-fosfoglicerynian ←→ 3-fosfoglicerynian ←→ 1,3-bisfosfoglicerynian ←→ gliceraldehydo-3-fosforan + dihydroksyacetonofosforan (powstały z gliceraldehydo-3-fosforanu) ←→ fruktozo-1,6-bisfosforan → fruktozo-6-fosforan ←→ glukozo-6-fosforan → glikoza.

Glukoneogeneza zachodzi głównie w wątrobie oraz nerkach, ponieważ tam znajdują się niezbędne do tego procesu enzymy. Bardzo mała aktywność glukoneogenezy pojawia się w mózgu oraz w mięśniach.

Do wytwarzania glukozy w procesie glukoneogenezy podczas głodowania zostają wykorzystane głównie aminokwasy, które pochodzą z rozłożonych białek oraz glicerol otrzymany po rozłożeniu tłuszczów. W czasie wysiłku poziom glukozy we krwi, niezbędny do funkcjonowania mózgu i mięśni szkieletowych jest podtrzymywany dzięki procesowi glukoneogenezy przebiegającej w wątrobie.

Proces glukoneogenezy nasila działanie hormonów, które są wydzielane w sytuacjach zwiększonego zapotrzebowania na glukozę lub w odpowiedzi na zbyt niskie jej stężenie we krwi. To:

• glukagon (trzustkowy),
• adrenalina (z rdzenia nadnerczy),
• glikokortykosteroidy (z kory nadnerczy).

W glukoneogenezie pirogronian jest przekształcany do glukozy. Natomiast podczas glikolizy glukoza ulega metabolizmowi do pirogronianu. Tym samym glukoneogeneza wydaje się być odwróceniem glikolizy.

Okazuje się, że tak nie jest. Glukoneogeneza nie jest odwróceniem glikolizy, ponieważ trzy reakcje glikolizy są zasadniczo nieodwracalne (przebiegające tylko w jednym kierunku). Katalizują je takie enzymy jak kinaza pirogronianowa, heksokinaza i fosfofruktokinaza. W procesie glukoneogenezy te trzy reakcje muszą być odwrócone. Glukoneogeneza nie jest zatem prostym odwróceniem glikolizy.

Jakie są różnice między glikolizą a glukoneogenezą? Glikogenoliza i glukoneogeneza to dwa rodzaje procesów, które wpływają na poziom glukozy we krwi. Glukoneogeneza nie może być jednak traktowana jako proces odwrotny do glikolizy, gdyż wspomniane reakcje nieodwracalne są zastąpione przez inne. Dzięki temu synteza i rozkład glukozy muszą podlegać oddzielnym systemom regulacji. Nie mogą też zachodzić jednocześnie w jednej komórce.

Warto wiedzieć, że duże stężenie cukrów w organizmie aktywuje enzymy katalizujące glikolizę, hamuje enzymy katalizujące glukoneogenezę. Małe stężenie cukrów w organizmie działa odwrotnie.