16.1.1. Gluconeogeneza este biosinteza glucozei din diferiți compuși non-carbohidrați. Rolul biologic al gluconeogeneză este de a menține un nivel constant de glucoză în sânge, care este necesar pentru alimentarea cu energie normală a țesuturilor, care sunt caracterizate printr-o nevoie continuă de carbohidrați. În special se referă la sistemul nervos central.
Rolul gluconeogenezei crește odată cu aportul inadecvat de carbohidrați cu alimente. Deci, în corpul unei persoane înfometați, pot fi sintetizate până la 200 g de glucoză pe zi. Gluconeogeneză mai rapid decât alte procese metabolice sensibile la schimbarile de dieta: introducerea unui număr mare de proteine și grăsimi alimentare activează procesele de gluconeogeneză; excesul de carbohidrați, dimpotrivă, inhibă creșterea glucozei.
Activitatea fizică intensă este însoțită de epuizarea rapidă a depozitelor de glucoză din organism. În acest caz, gluconeogeneza este principala modalitate de reintroducere a resurselor de carbohidrați, prevenind dezvoltarea hipoglicemiei. Gluconeogeneza în organism este de asemenea strâns legată de procesele de neutralizare a amoniacului și de menținerea echilibrului acido-bazic.
16.1.2. Locul principal pentru biosinteza glucozei de novo este ficatul. Gluconeogeneza apare și în stratul cortic al rinichilor. Se crede că contribuția rinichilor la gluconeogeneză în condiții fiziologice este de aproximativ 10% din glucoza sintetizată în organism; în condiții patologice această pondere poate crește considerabil. Activitatea slabă a enzimelor de gluconeogeneză se găsește în mucoasa intestinului subțire.
16.1.3. Secvența reacțiilor de gluconeogeneză este inversarea reacțiilor de glicoliză corespunzătoare. Doar trei reacții de glicoliză sunt ireversibile din cauza schimbărilor semnificative de energie care apar în timpul lor:
a) fosforilarea glucozei;
b) fosforilarea 6-fosfatului de fructoză;
c) conversia fosfoenolpiruvatului în piruvat.
Bypassing aceste bariere energetice oferă enzime-cheie pentru gluconeogeneză.
Trecerea inversă a piruvatului la fosfoenolpiruvat necesită participarea a două enzime. Prima dintre acestea, piruvat carboxilaza, catalizează formarea de oxaloacetat (Figura 16.1, reacția 1). Coenzima piruvat carboxilază este biotina (vitamina H). Reacția are loc în mitocondrii. Rolul său este și în reaprovizionarea stocului de oxaloacetat pentru ciclul Krebs.
Toate reacțiile ulterioare de gluconeogeneză au loc în citoplasmă. Membrana mitocondrială este impermeabilă la oxaloacetat și este transferată în citoplasmă ca alți metaboliți: malat sau aspartat. În citoplasmă, acești compuși revin la oxaloacetat. Prin participarea fosfoenolpiruvat carboxilazei din oxaloacetat se formează fosfoenolpiruvat (Figura 16.1, reacția 2).
Fosfoenolpiruvatul ca rezultat al inversării unui număr de reacții de glicoliză trece în fructoză-1,6-difosfat. Conversia de 1,6-difosfat de fructoză la 6-fosfat de fructoză este catalizată de fructosodifosfatază (Figura 16.1, reacția 3).
Fructoza-6-fosfat este izomerizată în glucoz-6-fosfat. Gluconeogenezei reacție final este hidroliza glucozo-6-fosfat de enzima glucoză-6-fosfatazei (Figura 16.1, reacția 4).
Figura 16.1. Eliminarea reacțiilor de gluconeogeneză.
16.1.4. Principalele surse de glucoză în gluconeogeneză sunt lactatul, aminoacizii, glicerolul și metaboliții ciclului Krebs.
Lactatul este produsul final al oxidării anaerobe a glucozei. Poate fi inclusă în gluconeogeneză după oxidare la piruvat în reacția lactat dehidrogenazei (vezi secțiunea "Glicoliza", Figura 14.4, reacția 11). Cu o muncă fizică prelungită, principala sursă de lactat este mușchiul scheletic, în celule ale căror procese anaerobe predomină. Acumularea acidului lactic în mușchi limitează performanța acestora. Acest lucru se datorează faptului că, atunci când concentrația acidului lactic în țesut crește, nivelul pH-ului scade (acidoza lactică). Schimbarea pH-ului duce la inhibarea enzimelor celor mai importante căi metabolice. În utilizarea acidului lactic rezultat, un loc important aparține ciclului Cory de glucoză-lactat (Figura 16.2).
Figura 16.2. Ciclul lui Cory și ciclul de glucoză-alanină (explicații în text).
Aminoacizi glicogenici. la care apar majoritatea proteinelor amino-acizi. Locul principal în gluconeogeneza printre aminoacizi aparține alaninei. care pot fi transformate în piruvat prin transaminare. În timpul postului, al muncii fizice și al altor condiții în organism, funcționează ciclul de glucoză-alanină. Similar cu ciclul Corey pentru lactat (Figura 16.2). Existența ciclului de alanină-glucoză previne otrăvirea corpului, deoarece nu există enzime care să utilizeze amoniac în mușchi. Ca urmare a instruirii, puterea acestui ciclu crește semnificativ.
Alți aminoacizi pot, cum ar fi alanină, convertit la piruvatului și în intermediarii ciclului Krebs (# 945; cetoglutarat, fumarat, succinil-CoA). Toți acești metaboliți pot fi transformați în oxaloacetat și includ în gluconeogeneză.
Glicerolul este un produs al hidrolizei lipidelor din țesutul adipos. Acest proces este mult îmbunătățit prin înfometare. În ficat, glicerolul este transformat în fosfat de dihidroxiacetonă, un produs intermediar al glicolizei și poate fi utilizat în gluconeogeneză.
Acizii grași și acetil-CoA nu sunt precursori ai glucozei. Oxidarea acestor compuși asigură energie pentru procesul de sinteză a glucozei.
16.1.5. Balanța energetică. Calea pentru sinteza glucozelor din piruvat (Figura 16.3) conține trei reacții, însoțite de consumul de energie al ATP sau GTP:
a) formarea oxaloacetatului din piruvat (se consumă o moleculă ATP);
b) formarea fosfoenolpiruvatului din oxaloacetat (molecula GTP este consumată);
c) tratarea primei fosforilării substratului - formarea de 1,3-difosfogliceratului de la 3-fosfoglicerat (molecula ATP este consumat).
Fiecare dintre aceste reacții este repetată de două ori, deoarece 2 molecule de piruvat (C3) sunt utilizate pentru a forma 1 moleculă de glucoză (C6). Prin urmare, bilanțul energetic al sintezei glucozei din piruvat - 6 molecule de nucleozid trifosfați (patru molecule de ATP și 2 molecule de GTP). Atunci când se utilizează alți precursori, echilibrul energetic al biosintezei glucozei este diferit.
Figura 16.3. Echilibrul energetic al biosintezei glucozei din lactat.
16.1.6. Reglarea gluconeogenezei. Rata de gluconeogeneză este determinată de disponibilitatea substraturilor - precursori ai glucozei. O creștere a concentrației în sânge a oricărui precursor de glucoză conduce la stimularea gluconeogenezei.
Unii metaboliți sunt efectori alosterici ai enzimelor de gluconeogeneză. De exemplu, acetil-CoA în concentrații crescute activează piruvat carboxilaza, care catalizează prima reacție de gluconeogeneză, alosterică. Adenozin monofosfatul, dimpotrivă, are un efect inhibitor asupra fructosodifosfatazei și un exces de glucoză inhibă glucoza-6-fosfatază.
Hormonul glucagon pancreatic, hormoni adrenal adrenalina si cortizol creste rata de biosinteză a glucozei în organism, creșterea activității enzimelor cheie ale gluconeogenezei sau creșterea concentrației acestor enzime în celule. Hormonul insulinei pancreatice ajută la reducerea ratei de gluconeogeneză din organism.
16.2.1. Glicogenul este un biopolimer constând din reziduuri de glucoză, este o componentă a tuturor țesuturilor animalelor și oamenilor (vezi Figura 14.1). Această polizaharidă servește drept sursă principală de energie și o rezervă de carbohidrați în organism.
Glicogenul are o diversitate semnificativă în structură și greutate moleculară relativă. Moleculele sale sunt ramificate. Resturile de glucoză formează lanțuri în care sunt legate între ele # 945; -1,4-glicozidice. Ramurile sunt formate cu ajutorul lui # 945; -1,6-glicozidice.
Majoritatea glucozelor care intră în organism cu alimente se transformă în celule hepatice în glicogen. Acest lucru se datorează faptului că acumularea de glucoză ușor solubilă în celule ar duce la o creștere accentuată a presiunii osmotice și la distrugerea membranei celulare.
16.2.2. Molecula de glucoza este fosforilată de glucochinază enzimă (în hepatocite) sau hexochinaza (în alte celule) pentru a forma glucoza-6-fosfat. Acest metabolit sub influența fosfoglucomutazei este transformat în glucoz-1-fosfat (Figura 16.4, reacția 1).
Figura 16.4. Reacțiile biosintezei glicogenului.
Glucoza 1-fosfat reacționează cu trifosfat uridin (UTP) în prezența enzimei pirofosforilază UDP-glucoza pentru a forma UDP-glucoză - un metabolit cheie al metabolismului carbohidraților (Figura 16.4, reacția 2).
Transferul de reziduuri de glucoza din UDP-glucoză la semințe lanț polizaharidic transportă glicogen - enzimă de reglementare a acestei căi (Figura 16.4, reacția 3). Glicogen sintaza există în două forme: glicogen sintaza b (inactivă) și glicogen sintază a (activă). Transformarea formei a în forma b este catalizată de proteina kinaza dependentă de cAMP, proces invers prin fosfatază proteică.
formare Legăturile # 945; -1,6-glicozidice din molecula de glicogen catalizează enzima de ramificare sau transglucozidază (Figura 16.5).
Figura 16.5. formare # 945; -1,6-glicozidici în molecula de glicogen.
Mobilizarea glicogenului și a glicogenolizei.
16.3.1. Mobilizarea sau dezintegrarea glicogenului - procesul de conversie a glicogenului în glucoză, care apare în ficat. Astfel, descompunerea glicogenului în ficat împreună cu gluconeogeneza ia parte la menținerea nivelului de glucoză din sânge.
Figura 16.6. Reacțiile de mobilizare a glicogenului.
Prima reacție de digestie intracelulară a glicogenului este catalizată de enzima fosforilază a glicogenului (Figura 16.6, reacția 1). Grupul său protetic este piridoxalfosfatul (un derivat al vitaminei B6).
Glicogenul fosforilazei este o enzimă de reglementare, există în două forme: fosforilaza a (activă) și fosforilaza b (inactivă). Trecerea fosforilazei b la fosforilaza a catalizează fosforilaza kinaza, care fosforilează o enzimă inactivă. Conversia fosforilazei a la fosforilaza b catalizează proteina fosfatază, care desfosforizează enzima activă. Trebuie menționat faptul că accelerarea mobilizării glicogenului are loc simultan cu inhibarea biosintezei sale și invers. Activarea glicogenului fosforilazei este cauzată de hormoni adrenalină și glucagon.
Fosforilaza scindează numai molecula de glicogen # 945; -1,4-glicozidice. clivaj Legăturile -1,6-glicozidice sunt efectuate hidrolitic cu amilo-1,6-glicozidază, cu formarea de glucoză liberă.
Glucoza 1-fosfat format în reacțiile fosforilaza implică deja cunoscute fosfoglucomutaza enzimă trece în glucoză 6-fosfat (Figura 16.6, reacția 2).
16.3.2. Succesul suplimentar al glucoz-6-fosfatului format în timpul defalcării glicogenului în diferite țesuturi este diferit.
După cum sa menționat deja, în ficat și rinichi există o enzimă de glucoză-6-fosfatază. care îndepărtează fosfatul din glucoz-6-fosfat (Figura 16.6, reacția 3). Glucoza rezultată difuzează în sânge, unde este absorbită de celulele corpului și servește ca sursă de energie pentru ei.
În țesutul muscular, enzima glucoză-6-fosfatază este absentă. Prin urmare, glucoză 6-fosfat formate în timpul descompunerii glicogenului suferă o conversie ulterioară a căii glicolitice pentru a forma lactatul (acest proces este numit glicogenoliza). Fosfatul ATP se formează în procesele de contracție a mușchilor. Astfel, glicogenul muscular este o rezerva de energie numai pentru tesutul muscular.
16.3.3. Glicogenele sunt boli ereditare caracterizate prin depunerea fie unor cantități anormal de mari de glicogen în țesuturi, fie în tipuri neobișnuite de glicogen. Astfel de încălcări ale conținutului și structurii glicogenului se datorează deficienței congenitale a enzimelor implicate în metabolizarea glicogenului. Exemple de glicogenoză sunt:
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: