Γλυκονεογένεση από αλανίνη. Σύνθεση γλυκόζης από αμινοξέα. Ενεργειακό κόστος της γλυκονεογένεσης

Απαίτηση για γλυκονεογένεση

• Για τα ερυθρά αιμοσφαίρια, η γλυκόζη είναι η μόνη πηγή ενέργειας.
• Ο νευρικός ιστός καταναλώνει περίπου 120 g γλυκόζης την ημέρα και αυτή η τιμή πρακτικά δεν εξαρτάται από την ένταση της εργασίας του. Μόνο σε ακραίες καταστάσεις (παρατεταμένη νηστεία) μπορεί να λάβει ενέργεια από πηγές που δεν περιέχουν υδατάνθρακες.
• Η γλυκόζη παίζει σημαντικό ρόλο στη διατήρηση των απαιτούμενων συγκεντρώσεων μεταβολιτών του κύκλου του τρικαρβοξυλικού οξέος (κυρίως οξαλοξικό).

Έτσι, σε ορισμένες περιπτώσεις - με χαμηλή περιεκτικότητα σε υδατάνθρακες στα τρόφιμα, νηστεία, παρατεταμένη σωματική εργασία, δηλαδή όταν καταναλώνεται γλυκόζη αίματος και εμφανίζεται υπογλυκαιμία, το σώμα πρέπει να είναι σε θέση να συνθέσει γλυκόζη και να ομαλοποιήσει τη συγκέντρωσή της στο αίμα. Αυτό επιτυγχάνεται με αντιδράσεις γλυκονεογένεσης.

Η ανάγκη για γλυκονεογένεση στο σώμα αποδεικνύεται με δύο κύκλους - γλυκόζη-γαλακτικό και γλυκόζη-αλανίνη.

Κύκλοι γλυκόζης-γαλακτικού (με κίτρινο) και γλυκόζης-αλανίνης

Κύκλος γλυκόζης-γαλακτικού (κύκλος Cori)

Ο κύκλος γλυκόζης-γαλακτικού είναι μια κυκλική διαδικασία που συνδυάζει τις αντιδράσεις της γλυκονεογένεσης και τις αντιδράσεις της αναερόβιας γλυκόλυσης. Η γλυκονεογένεση συμβαίνει στο ήπαρ· το υπόστρωμα για τη σύνθεση γλυκόζης είναι το γαλακτικό, το οποίο προέρχεται κυρίως από ερυθρά αιμοσφαίρια ή μυϊκό ιστό.

Στα ερυθροκύτταρα σχηματίζεται συνεχώς γαλακτικό οξύ, αφού γι' αυτά η αναερόβια γλυκόλυση είναι ο μόνος τρόπος παραγωγής ενέργειας.

Στους σκελετικούς μύες, η υψηλή συσσώρευση γαλακτικού οξέος (γαλακτικό) είναι συνέπεια της γλυκόλυσης κατά τη διάρκεια πολύ έντονης, υπομέγιστης εργασίας, ενώ το ενδοκυτταρικό pH μειώνεται στο 6,3-6,5. Αλλά ακόμη και κατά τη διάρκεια της εργασίας χαμηλής και μέτριας έντασης, κάποια ποσότητα γαλακτικού σχηματίζεται πάντα στους σκελετικούς μύες. Υπάρχει μόνο ένας τρόπος για να αφαιρέσετε το γαλακτικό οξύ - να το μετατρέψετε σε πυροσταφυλικό οξύ. Ωστόσο, το ίδιο το μυϊκό κύτταρο, είτε κατά τη διάρκεια της εργασίας είτε κατά την ανάπαυση, δεν είναι σε θέση να μετατρέψει το γαλακτικό σε πυροσταφυλικό λόγω των χαρακτηριστικών του ισοενζύμου γαλακτικής αφυδρογονάσης-5. Αλλά η κυτταρική μεμβράνη είναι πολύ διαπερατή στο γαλακτικό και κινείται προς τα έξω κατά μήκος της βαθμίδας συγκέντρωσης. Επομένως, κατά τη διάρκεια και μετά την άσκηση (κατά την αποκατάσταση), το γαλακτικό απομακρύνεται εύκολα από τους μυς. Αυτό συμβαίνει αρκετά γρήγορα, μετά από μόλις 0,5-1,5 ώρες δεν υπάρχει πλέον γαλακτικό στον μυ. Ένα μικρό μέρος του γαλακτικού οξέος απεκκρίνεται στα ούρα.

Το μεγαλύτερο μέρος του γαλακτικού του αίματος προσλαμβάνεται από τα ηπατοκύτταρα, οξειδώνεται σε πυροσταφυλικό οξύ και εισέρχεται στο μονοπάτι της γλυκονεογένεσης. Η γλυκόζη που παράγεται στο ήπαρ χρησιμοποιείται από το ίδιο το ηπατοκύτταρο ή επιστρέφει πίσω στους μύες, αποκαθιστώντας τα αποθέματα γλυκογόνου κατά την ανάπαυση. Μπορεί επίσης να διανεμηθεί σε άλλα όργανα.

Κύκλος γλυκόζης-αλανίνης

Ο στόχος του κύκλου γλυκόζης-αλανίνης είναι επίσης η απομάκρυνση του πυροσταφυλικού, αλλά εκτός από αυτό, επιλύεται ένα άλλο σημαντικό έργο - η απομάκρυνση της περίσσειας αζώτου από τους μυς.

Κατά τη διάρκεια της μυϊκής εργασίας και σε κατάσταση ηρεμίας, οι πρωτεΐνες διασπώνται στο μυοκύτταρο και τα αμινοξέα που προκύπτουν τρανσαμινώνονται με α-κετογλουταρικό. Το προκύπτον γλουταμινικό αλληλεπιδρά με το πυροσταφυλικό. Η προκύπτουσα αλανίνη είναι μια μορφή μεταφοράς αζώτου και πυροσταφυλικού από το μυ στο ήπαρ. Στο ηπατοκύτταρο, εμφανίζεται μια αντίστροφη αντίδραση τρανσαμίνωσης, η αμινομάδα μεταφέρεται στη σύνθεση της ουρίας, το πυροσταφυλικό χρησιμοποιείται για τη σύνθεση της γλυκόζης.

Η γλυκονεογένεση είναι ενεργειακά ακριβή

Όλα τα αμινοξέα, εκτός από την κετογονική λευκίνη και τη λυσίνη, είναι ικανά να συμμετέχουν στη σύνθεση γλυκόζης. Τα άτομα άνθρακα ορισμένων από αυτά -γλυκογόνα- περιλαμβάνονται πλήρως στο μόριο της γλυκόζης, μερικά - μικτά - εν μέρει. Εκτός από την παραγωγή γλυκόζης, η γλυκονεογένεση εξασφαλίζει επίσης την απομάκρυνση των «απόβλητων» - γαλακτικού, που σχηματίζεται συνεχώς στα ερυθρά αιμοσφαίρια ή κατά τη διάρκεια της μυϊκής εργασίας, και της γλυκερίνης, η οποία είναι προϊόν λιπόλυσης στον λιπώδη ιστό.

Λύσεις

Όπως είναι γνωστό, υπάρχουν τρεις μη αναστρέψιμες αντιδράσεις στη γλυκόλυση: η πυροσταφυλική κινάση (δέκατη), η φωσφοφρουκτοκινάση (τρίτη) και η εξοκινάση (πρώτη). Αυτές οι αντιδράσεις απελευθερώνουν ενέργεια για τη σύνθεση ATP. Επομένως, στην αντίστροφη διαδικασία, προκύπτουν ενεργειακά εμπόδια, τα οποία το κύτταρο παρακάμπτει με τη βοήθεια πρόσθετων αντιδράσεων.

Η γλυκονεογένεση περιλαμβάνει όλες τις αναστρέψιμες αντιδράσεις της γλυκόλυσης και ειδικές οδούς παράκαμψης, δηλαδή δεν επαναλαμβάνει πλήρως τις αντιδράσεις οξείδωσης της γλυκόζης. Οι αντιδράσεις του μπορούν να συμβούν σε όλους τους ιστούς, εκτός από την τελευταία αντίδραση γλυκόζης-6-φωσφατάσης, η οποία εμφανίζεται μόνο στο ήπαρ και τα νεφρά. Επομένως, αυστηρά μιλώντας, η γλυκονεογένεση συμβαίνει μόνο σε αυτά τα δύο όργανα.

Παράκαμψη της δέκατης αντίδρασης γλυκόλυσης

Σε αυτό το στάδιο της γλυκονεογένεσης, λειτουργούν δύο βασικά ένζυμα - η πυροσταφυλική καρβοξυλάση στα μιτοχόνδρια και η φωσφοενολοπυροσταφυλική καρβοξυκινάση στο κυτοσόλιο.

Από χημική άποψη, η λύση για τη δέκατη αντίδραση είναι αρκετά απλή:

Μια απλοποιημένη εκδοχή παράκαμψης της δέκατης αντίδρασης γλυκόλυσης

Ωστόσο, το γεγονός είναι ότι η πυροσταφυλική καρβοξυλάση βρίσκεται στα μιτοχόνδρια και η φωσφοενολοπυρουβική καρβοξυκινάση βρίσκεται στο κυτταρόπλασμα. Συμπλήρωμα του προβλήματος είναι η αδιαπερατότητα της μιτοχονδριακής μεμβράνης στο οξαλοξικό. Αλλά το μηλικό, ένας πρόδρομος του οξαλοξικού στον κύκλο TCA, μπορεί να περάσει μέσα από τη μεμβράνη.

Επομένως, στην πραγματικότητα όλα φαίνονται πιο περίπλοκα:

Παράκαμψη της δέκατης αντίδρασης γλυκόλυσης

1. Στο κυτταρόπλασμα, το πυροσταφυλικό οξύ μπορεί να εμφανιστεί κατά την οξείδωση του γαλακτικού οξέος και στην αντίδραση τρανσαμινίωσης της αλανίνης. Μετά από αυτό, το πυροσταφυλικό εισάγεται με ιόντα Η+ που κινούνται κατά μήκος της βαθμίδας πρωτονίων και εισέρχονται στα μιτοχόνδρια. Στα μιτοχόνδρια, η πυροσταφυλική καρβοξυλάση μετατρέπει το πυροσταφυλικό οξύ σε οξαλοξικό. Αυτή η αντίδραση εμφανίζεται συνεχώς στο κύτταρο, αποτελώντας μια αναπλερωτική (αναπλήρωση) αντίδραση του κύκλου TCA.
2. Το οξαλοξικό άλας θα μπορούσε στη συνέχεια να μετατραπεί σε φωσφοενολοπυροσταφυλικό, αλλά για να γίνει αυτό πρέπει πρώτα να εισέλθει στο κυτταρόπλασμα. Επομένως, η αντίδραση αναγωγής του οξαλοξικού σε μηλικό λαμβάνει χώρα με τη συμμετοχή μηλικής αφυδρογονάσης. Ως αποτέλεσμα, το μηλικό συσσωρεύεται, εισέρχεται στο κυτταρόπλασμα και μετατρέπεται ξανά σε οξαλοξικό. Μια περίσσεια NADH στα μιτοχόνδρια επιτρέπει την αντιστροφή της αντίδρασης αφυδρογονάσης του μηλικού άλατος. Το NADH προέρχεται από β-οξείδωση λιπαρών οξέων, που ενεργοποιούνται υπό συνθήκες ανεπάρκειας γλυκόζης στα ηπατοκύτταρα.
3. Στο κυτταρόπλασμα, η φωσφοενολοπυροσταφυλική καρβοξυκινάση μετατρέπει το οξαλοξικό σε φωσφοενολοπυρουβικό· η αντίδραση απαιτεί ενέργεια GTP. Ο ίδιος άνθρακας που προστίθεται αφαιρείται από το μόριο.

Ένα πυροσταφυλικό και γαλακτικό

Το πυροσταφυλικό σχηματίζεται στο ήπαρ από γαλακτικό και αλανίνη. Η γαλακτική αφυδρογονάση οξειδώνει το γαλακτικό σε πυροσταφυλικό για να σχηματίσει NADH. Η αμινοτρανσφεράση αλανίνης μεταφέρει την αμινομάδα από την αλανίνη σε α-κετογλουταρικό για να σχηματίσει γλουταμινικό και πυροσταφυλικό.

Β Γλυκογονικά αμινοξέα

Τα αμινοξέα που καταβολίζονται σε πυροσταφυλικό ή σε μεταβολίτες του κύκλου TCA είναι πιθανά υποστρώματα της γλυκονεογένεσης (το πυροσταφυλικό και οι μεταβολίτες του κύκλου TCA είναι ικανοί να σχηματίσουν οξαλοξικό και να εμπλέκονται στη γλυκονεογένεση). Τέτοια αμινοξέα ονομάζονται γλυκογόνα. Τα αμινοξέα αλανίνη και γλουταμίνη, τα οποία μεταφέρουν αμινομάδες από τους μύες στο ήπαρ, είναι ιδιαίτερα σημαντικά γλυκογόνα αμινοξέα στο σώμα μας.

Β Γλυκερίνη

Η γλυκερίνη εισέρχεται στο σώμα μας με την τροφή και συντίθεται στο ήπαρ και στο λιπώδη ιστό. Κατά τη διάρκεια της νηστείας, οι τριακυλογλυκερόλες (TAGs) διασπώνται σε γλυκερίνη και λιπαρά οξέα στα λιποκύτταρα. Η γλυκερόλη εισέρχεται στο αίμα και μεταφέρεται στο ήπαρ. Στη συνέχεια, κατά τη διάρκεια δύο ενζυματικών αντιδράσεων, μετατρέπεται σε φωσφορική διυδροξυακετόνη, που είναι μεταβολίτης της γλυκόλυσης και της γλυκονεογένεσης.

G Λιπαρά οξέα

Τα λιπαρά οξέα με περιττό αριθμό ατόμων οξειδώνονται για να σχηματίσουν προπιονυλ-CoA. Μετατρέπεται σε μεθυλομαλονυλο-CoA, το οποίο σχηματίζει ηλεκτρυλο-CoA σε μια άλλη ενζυματική αντίδραση. Το succinyl-CoA είναι μεταβολίτης του κύκλου TCA και επομένως έχει τη δυνατότητα να εμπλέκεται στη γλυκονεογένεση. Αυτό επιβεβαιώνεται από μελέτες με ισότοπα άνθρακα C-14.

2.3 Αντιδράσεις γλυκονεογένεσης

ΕΝΑ Εξισώσεις αντίδρασης

8. Φωσφορική διυδροξυακετόνη +Γλυκεραλδεΰδη-3-φωσφορική Φρουκτόζη-1,6-διφωσφορική

9. 1,6-διφωσφορική φρουκτόζη+ H2 O Φρουκτόζη-6-φωσφορική + Fn

10. 6-φωσφορική φρουκτόζηΓλυκόζη-6-φωσφορική

11. Γλυκόζη-6-φωσφορική + Η2Ο Γλυκόζη + Fn

32 Κεφάλαιο 2 Γλυκονεογένεση

σι Ενεργειακά εμπόδια και μοναδικές αντιδράσεις γλυκονεογένεσης

ΣΕ η γλυκόλυση είναι μη αναστρέψιμη 1η, 3η και 10η αντιδράσεις. Αυτές οι αντιδράσεις πηγαίνουν προς μία μόνο κατεύθυνση και ονομάζονται ενεργειακά εμπόδια. Στη γλυκονεογένεση παρακάμπτονται χρησιμοποιώντας 4 αντιδράσεις. Οι υπόλοιπες αντιδράσεις είναι κοινές στη γλυκόλυση και τη γλυκονεογένεση, καθώς μπορούν να συμβούν τόσο προς την εμπρόσθια όσο και προς την αντίστροφη κατεύθυνση, ανάλογα με την περίσσεια του προϊόντος ή του υποστρώματος.

Αντίδραση 1

Στην πρώτη αντίδραση της γλυκονεογένεσης πυροσταφυλική καρβοξυλάσηκαταλύει την καρβοξυλίωση του πυροσταφυλικού άλατος για να σχηματίσει οξαλοξικό με τη δαπάνη 1 μορίου ΑΤΡ. Η αντίδραση λαμβάνει χώρα στα μιτοχόνδρια σε δύο φάσεις:

1. Η ρήξη ενός δεσμού υψηλής ενέργειας σε ένα μόριο ATP με το σχηματισμό ADP. Σχηματίζεται ένα μόριο καρβοξυφωσφορικού υψηλής ενέργειας, το οποίο στη συνέχεια συνδέεται με τη βιοτίνη και «ενεργοποιείται».

2. Η ενεργή καρβοξυλική ομάδα μεταφέρεται από την καρβοξυβιοτίνη στο μόριο του πυροσταφυλικού για να σχηματίσει οξαλοξικό.

Αντίδραση 2

Αντιδράσεις γλυκονεογένεσης 33

Ορμονική ρύθμιση:

Ορισμένες ορμόνες έχουν διεγερτική επίδραση στην έκφραση του γονιδίου καρβοξυκινάσης PEP.

Η δεύτερη αντίδραση της γλυκονεογένεσης οδηγεί στο σχηματισμό ενός μορίου υψηλής ενέργειας - φωσφοενολοπυρουβικό. Κατά τη διάρκεια αυτής της αντίδρασης, το οξαλοξικό αποκαρβοξυλιώνεται σε βάρος 1 μορίου GTP.

Ρύζι. 7. Μεταφορά οξαλοξικού και φωσφοενολοπυροσταφυλικού άλατος από τα μιτοχόνδρια στο κυτταρόπλασμα.

Αυτή η αντίδραση καταλύεται από ένα ένζυμο PEP καρβοξυκινάση. Στους ανθρώπους, βρίσκεται τόσο στα μιτοχόνδρια όσο και στο κυτταρόπλασμα. Ωστόσο, σε ορισμένους ιστούς υπάρχει μόνο στο κυτταρόπλασμα, επομένως το οξαλοξικό πρέπει να μεταφερθεί εκεί από τα μιτοχόνδρια. Η εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη έχει πρωτεΐνες μεταφοράς για μηλικό και ασπαρτικό, αλλά όχι οξαλοξικό, επομένως πρέπει να μετατραπεί σε μία από αυτές τις ενώσεις, για τις οποίες υπάρχουν πρωτεΐνες μεταφοράς στη μεμβράνη.

Υπάρχουν δύο τρόποι για αυτό (βλ. Εικ. 7): 1) Το οξαλοξικό ανάγεται σε μηλικό. 2) Το οξαλοξικό δέχεται μια αμινομάδα στην αντίδραση τρανσαμίνωσης και σχηματίζει ασπαρτικό. Το πρώτο μονοπάτι απαιτεί τη συμμετοχή του NADH. Το δεύτερο είναι μικρό στο ήπαρ: το ασπαρτικό, το οποίο μεταφέρεται στο κυτταρόπλασμα από τα μιτοχόνδρια, απαμινώνεται στον κύκλο της ουρίας σε οξαλοξικό.

Αντιδράσεις 3-8

Αυτές οι αντιδράσεις καταλύονται από γλυκολυτικά ένζυμα, αλλά δεν προχωρούν προς την κατεύθυνση προς τα εμπρός (για τη γλυκόλυση), αλλά προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Αντίδραση 9

Στην 9η αντίδραση της γλυκονεογένεσης, η 1,6-διφωσφορική φρουκτόζη υδρολύεται σε 6-φωσφορική φρουκτόζημε τη συμμετοχή ενός ενζύμου φρουκτόζη-1,6-διφωσφατάση. Είναι γνωστοί αρκετοί αλλοστερικοί ρυθμιστές αυτού του ενζύμου (αναφέρονται παραπάνω).

Αντίδραση 10

Η 6-φωσφορική φρουκτόζη ισομερίζεται σε 6-φωσφορική γλυκόζη. Η αντίδραση αυτή καταλύεται από το γλυκολυτικό ένζυμο φωσφογλυκοϊσομεράση.

Αντίδραση 11

Η τελική αντίδραση της γλυκονεογένεσης είναι η αποφωσφορυλίωση της γλυκόζης στο ενδοπλασματικό δίκτυο, που καταλύεται από 6-φωσφορική γλυκόζη- zoy. Αυτή η αντίδραση παράγει γλυκόζη. Το υπόλειμμα φωσφορικού οξέος και η γλυκόζη μεταφέρονται πίσω στο κυτταρόπλασμα από τις πρωτεΐνες Τ3 και Τ2, αντίστοιχα. Στη συνέχεια, η ελεύθερη γλυκόζη μεταφέρεται από το κύτταρο με πρωτεΐνες GLUT2.

Το ένζυμο για αυτή την αντίδραση βρίσκεται μόνο στο ήπαρ, τα νεφρά και το λεπτό έντερο, έτσι αυτά τα όργανα είναι σε θέση να εξάγουν γλυκόζη στο αίμα. Τα υπόλοιπα κύτταρα (όχι όλα) συνθέτουν γλυκόζη μόνο για τις δικές τους ανάγκες.

Σύνθεση γλυκόζης από γαλακτικό οξύ

Κατά τη διάρκεια της σωματικής δραστηριότητας σε μύεςπαράγεται μεγάλη ποσότητα γαλακτικού οξέος, ειδικά αν το φορτίο είναι έντονο, στη μέγιστη ισχύ.Σχηματίζεται επίσης συνεχώς γαλακτικό οξύ ερυθρά αιμοσφαίρια, ανεξάρτητα από την κατάσταση του σώματος. Εισέρχεται στο ηπατοκύτταρο με την κυκλοφορία του αίματος και μετατρέπεται σε πυροσταφυλικό. Περαιτέρω αντιδράσεις προχωρούν σύμφωνα με το κλασικό σχήμα.

Η συνολική αντίδραση της γλυκονεογένεσης από το γαλακτικό οξύ:

Γαλακτικό + 4ATP + 2GTP + 2H 2 O → Γλυκόζη + 4ADP + 2GDP + 6P n

Σύνθεση γλυκόζης από αμινοξέα

Ορισμένα αμινοξέα είναι γλυκογόνα, δηλαδή, οι ανθρακικοί σκελετοί τους είναι, στον ένα ή τον άλλο βαθμό, ικανοί να συμπεριληφθούν στη γλυκόζη. Τα περισσότερα αμινοξέα είναι έτσι εκτόςλευκίνη και λυσίνη, των οποίων τα άτομα άνθρακα δεν συμμετέχουν ποτέ στη σύνθεση υδατανθράκων.

Ως παράδειγμα σύνθεσης γλυκόζης από αμινοξέα, εξετάστε τη συμμετοχή γλουταμικού, ασπαρτικού, σερίνης και αλανίνης σε αυτή τη διαδικασία.

Ασπαρτικό οξύ(μετά την αντίδραση τρανσαμίνωσης) και γλουταμινικό οξύ(μετά την απαμίνωση) μετατρέπονται σε μεταβολίτες του κύκλου TCA, αντίστοιχα, οξαλοξικό και α-κετογλουταρικό.

Αλανίνη, όταν τρανσαμινώνεται, σχηματίζει πυροσταφυλικό οξύ, το οποίο μπορεί να καρβοξυλιωθεί σε οξαλοξικό. Το οξαλοξικό, ως το πρώτο στοιχείο στη διαδικασία της γλυκονεογένεσης, περιλαμβάνεται στη συνέχεια στη σύνθεση της γλυκόζης.

Serinσε μια αντίδραση τριών σταδίων υπό την επίδραση της αφυδατάσης της σερίνης, χάνει την αμινομάδα της και μετατρέπεται σε πυροσταφυλικό, το οποίο εισέρχεται στη γλυκονεογένεση.

Συμπερίληψη αμινοξέων στη σύνθεση γλυκόζης

Σύνθεση γλυκόζης από γλυκερίνη

Κατά τη διάρκεια της σωματικής δραστηριότητας υπό την επίδραση της αδρεναλίνης ή κατά τη διάρκεια της νηστείας υπό την επίδραση της γλυκαγόνης και της κορτιζόλης, τα λιποκύτταρα υφίστανται ενεργά διάσπαση των τριακυλογλυκερολών(λιπόλυση). Ένα από τα προϊόντα αυτής της διαδικασίας είναι το αλκοόλ γλυκερίνηπου πηγαίνει στο συκώτι. Εδώ φωσφορυλιώνεται, οξειδώνεται σε φωσφορική διυδροξυακετόνη και εμπλέκεται σε αντιδράσεις γλυκονεογένεσης.

Περνάμε τώρα στη σύνθεση γλυκόζης από μη υδατάνθρακες πρόδρομες ουσίες, μια διαδικασία που ονομάζεται γλυκονεογένεση. Αυτή η μεταβολική οδός είναι πολύ σημαντική επειδή ορισμένοι ιστοί, και ιδιαίτερα ο εγκέφαλος, εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τη γλυκόζη ως κύριο καύσιμο.

Ρύζι. 15.4. Σχηματική αναπαράσταση της δομής του τομέα της αναγωγάσης γλουταθειόνης. Κάθε υπομονάδα αυτού του διμερούς ενζύμου αποτελείται από μια περιοχή NADP+, μια περιοχή FAD και μια περιοχή συνόρων. Η γλουταθειόνη σχετίζεται με την περιοχή FAD μιας υπομονάδας και την περιοχή συνόρων της άλλης υπομονάδας

Η ημερήσια απαίτηση του εγκεφάλου των ενηλίκων για γλυκόζη είναι περίπου 120 g, δηλαδή ο εγκέφαλος αντιπροσωπεύει το μεγαλύτερο μέρος της συνολικής απαίτησης γλυκόζης του σώματος (160 g). Περίπου 20 g γλυκόζης υπάρχουν στα σωματικά υγρά και περίπου 190 g γλυκόζης μπορούν να ληφθούν εύκολα από το γλυκογόνο, την εφεδρική του μορφή.Έτσι, τα «άμεσα» αποθέματα γλυκόζης είναι αρκετά επαρκή για να καλύψουν την ανάγκη για μια ημέρα. Κατά τις μεγαλύτερες περιόδους νηστείας, η γλυκόζη πρέπει να σχηματίζεται από πηγές που δεν περιέχουν υδατάνθρακες για να διασφαλιστεί η βιωσιμότητα του σώματος. Η γλυκονεογένεση παίζει επίσης σημαντικό ρόλο σε περιόδους έντονης σωματικής δραστηριότητας.

Οι κύριες μη υδατάνθρακες πρόδρομες ουσίες της γλυκόζης είναι το γαλακτικό, τα αμινοξέα και η γλυκερίνη. Το γαλακτικό σχηματίζεται στους σκελετικούς μυς που λειτουργούν όταν ο ρυθμός γλυκόλυσης υπερβαίνει τον ρυθμό μετατροπής στον κύκλο του τρικαρβοξυλικού οξέος και στην αναπνευστική αλυσίδα (Ενότητα 12.10). Τα αμινοξέα προέρχονται από πρωτεΐνες που παρέχονται με την τροφή και κατά τη διάρκεια της νηστείας σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της διάσπασης των πρωτεϊνών των σκελετικών μυών

Ρύζι. 15.5. Μονοπάτι της λουκονεογένεσης. Οι χαρακτηριστικές αντιδράσεις αυτού του μονοπατιού φαίνονται με κόκκινα βέλη. Οι υπόλοιπες αντιδράσεις είναι κοινές με τις αντιδράσεις της γλυκόλυσης. Τα ένζυμα της Tluconeogenesis εντοπίζονται στο κυτταρόπλασμα, εκτός από την πυροσταφυλική καρβοξυλάση (στα μιτοχόνδρια) και τη γλυκόζη-6-φωσφατάση (που σχετίζεται με το ενδοπλασματικό δίκτυο). Υποδεικνύονται τα στάδια («σημεία εισόδου») στα οποία το γαλακτικό, η γλυκερίνη και τα αμινοξέα περιλαμβάνονται στη γλυκονεογένεση.

(Ενότητα 23.8). Ως αποτέλεσμα της υδρόλυσης των τριακυλογλυκερολών (ενότητα 17.4), σχηματίζεται γλυκερίνη και λιπαρά οξέα στα λιποκύτταρα. Η γλυκερόλη χρησιμεύει ως πρόδρομος της γλυκόζης, ενώ τα λιπαρά οξέα δεν μπορούν να μετατραπούν σε γλυκόζη στα ζώα για λόγους που θα συζητηθούν αργότερα (Ενότητα 17.14). Κατά μήκος της διαδρομής της γλυκονεογένεσης, το πυροσταφυλικό μετατρέπεται σε γλυκόζη. Η συμπερίληψη μεταβολιτών σε αυτό το μονοπάτι συμβαίνει κυρίως σε επίπεδο πυροσταφυλικού, οξαλοξικού και φωσφορικής διυδροξυακετόνης (Εικ. 15.5). Η κύρια θέση της γλυκονεογένεσης είναι το ήπαρ. Αυτή η διαδικασία συμβαίνει επίσης στον νεφρικό φλοιό, αλλά η συνολική ποσότητα γλυκόζης που σχηματίζεται στα νεφρά είναι μόνο το 1/10 αυτής στο ήπαρ, γεγονός που εξηγείται από τη μικρότερη μάζα του νεφρικού ιστού. Πολύ μικρή γλυκονεογένεση εμφανίζεται στον εγκέφαλο και στους σκελετικούς και καρδιακούς μυς. Πιθανότατα, η γλυκονεογένεση στο ήπαρ και τα νεφρά διασφαλίζει ότι το επίπεδο γλυκόζης στο αίμα είναι τέτοιο ώστε ο εγκέφαλος και οι μύες να μπορούν να εξάγουν επαρκείς ποσότητες γλυκόζης από το αίμα για να καλύψουν τις μεταβολικές τους ανάγκες.

Αερόβια διάσπαση της γλυκόζης

Ενεργειακή αξία της αερόβιας διάσπασης της γλυκόζης.

Η αερόβια γλυκόλυση παράγει 10 mol ATPR ανά 1 mol γλυκόζης. Έτσι, στις αντιδράσεις 7, 10, 4 mol ATP σχηματίζονται με φωσφορυλίωση υποστρώματος και στην αντίδραση 6, 6 mol ATP (ανά 2 mol φωσφορικής γλυκεραλδεΰδης) συντίθενται με οξειδωτική φωσφορυλίωση.

Ισορροπία αερόβιας γλυκόλυσης.

Το συνολικό αποτέλεσμα της αερόβιας γλυκόλυσης είναι 8 mol ATP, αφού οι αντιδράσεις 1 και 3 χρησιμοποιούν 2 mol ATP. Περαιτέρω οξείδωση δύο γραμμομορίων πυροσταφυλικού στα γενικά καταβολικά μονοπάτια συνοδεύεται από τη σύνθεση 30 γραμμομορίων ΑΤΡ (15 γραμμομόρια για κάθε μόριο πυροσταφυλικού. Επομένως, η συνολική ενεργειακή επίδραση της αερόβιας διάσπασης της γλυκόζης στα τελικά προϊόντα είναι 38 γραμμομόρια ΑΤΡ .

Η σημασία της αναερόβιας γλυκόλυσης

Η αναερόβια και η αερόβια γλυκόλυση είναι ενεργειακά άνιση. Ο σχηματισμός δύο γραμμομορίων γαλακτικού από τη γλυκόζη συνοδεύεται από τη σύνθεση μόνο δύο γραμμομορίων ΑΤΡ, επειδή το NADH που λαμβάνεται από την οξείδωση της φωσφορικής γλυκεραλδεΰδης δεν χρησιμοποιείται από την αναπνευστική αλυσίδα, αλλά γίνεται αποδεκτό από το πυροσταφυλικό.

Αναερόβια διάσπαση της γλυκόζης.

Η αναερόβια γλυκόλυση, παρά τη μικρή ενεργειακή της επίδραση, είναι η κύρια πηγή ενέργειας για τους σκελετικούς μύες στην αρχική περίοδο έντονης εργασίας, δηλαδή σε συνθήκες περιορισμένης παροχής οξυγόνου. Επιπλέον, τα ώριμα ερυθρά αιμοσφαίρια εξάγουν ενέργεια μέσω αναερόβιας οξείδωσης της γλυκόζης επειδή δεν έχουν μιτοχόνδρια.

Αλκοολική ζύμωση- χημική αντίδραση ζύμωσηπραγματοποιείται από μαγιά, με αποτέλεσμα ένα μόριο γλυκόζης να μετατρέπεται σε 2 μόρια αιθανόλης και 2 μόρια διοξειδίου του άνθρακα.

Αλκοολική ζύμωση (που πραγματοποιείται από μαγιά και ορισμένους τύπους βακτηρίων), κατά την οποία το πυροσταφυλικό διασπάται σε αιθανόλη και διοξείδιο του άνθρακα. Ένα μόριο γλυκόζης έχει ως αποτέλεσμα δύο μόρια κατανάλωσης αλκοόλ (αιθανόλη) και δύο μόρια διοξειδίου του άνθρακα. Αυτός ο τύπος ζύμωσης είναι πολύ σημαντικός στην παραγωγή ψωμιού, την παρασκευή, την οινοποίηση και την απόσταξη. Εάν ο εκκινητής έχει υψηλή συγκέντρωση πηκτίνης, μπορεί επίσης να παραχθεί μικρή ποσότητα μεθανόλης. Συνήθως χρησιμοποιείται μόνο ένα από τα προϊόντα. στην παραγωγή ψωμιού, το αλκοόλ εξατμίζεται κατά το ψήσιμο και στην παραγωγή αλκοόλης, το διοξείδιο του άνθρακα συνήθως διαφεύγει στην ατμόσφαιρα, αν και πρόσφατα έχουν γίνει προσπάθειες για την ανακύκλωσή του.

40.Γλυκονεογένεση- η διαδικασία σχηματισμού στο ήπαρ και εν μέρει στον νεφρικό φλοιό (περίπου 10%) μορίων γλυκόζης από μόρια άλλων οργανικών ενώσεων - πηγές ενέργειας, για παράδειγμα ελεύθερα αμινοξέα, γαλακτικό οξύ, γλυκερόλη

Η συνολική εξίσωση για τη γλυκονεογένεση είναι: 2 CH 3 COCOOH + 4ATP + 2GTP + 2NADH. H + + 6 H 2 O = C 6 H 12 O 6 + 2NAD + 4ADP + 2GDP + 6P n .

Ρόλος στο σώμα

Κατά τη διάρκεια της νηστείας, το ανθρώπινο σώμα χρησιμοποιεί ενεργά τα αποθέματα θρεπτικών συστατικών ( γλυκογόνο, λιπαρό οξύ). Χωρίστηκαν σε αμινοξέα, κετοοξέακαι άλλες ενώσεις χωρίς υδατάνθρακες. Οι περισσότερες από αυτές τις ενώσεις δεν απεκκρίνονται από το σώμα, αλλά ανακυκλώνονται. Οι ουσίες μεταφέρονται με αίμα σε συκώτιαπό άλλους ιστούς και χρησιμοποιούνται στη γλυκονεογένεση για τη σύνθεση γλυκόζη- η κύρια πηγή ενέργειας στο σώμα. Έτσι, όταν τα αποθέματα του οργανισμού εξαντλούνται, η γλυκονεογένεση είναι ο κύριος προμηθευτής ενεργειακών υποστρωμάτων.

Τα περισσότερα στάδια γλυκονεογένεσηαντιπροσωπεύει αντιστροφή της αντίδρασης γλυκόλυσης. Μόνο 3 αντιδράσεις γλυκόλυσης(εξοκινάση, φωσφοφρουκτοκινάση και πυροσταφυλική κινάση) είναι μη αναστρέψιμες, επομένως άλλες χρησιμοποιούνται στη διαδικασία της γλυκονεογένεσης σε 3 στάδια ένζυμα. Ας εξετάσουμε τη διαδρομή σύνθεσης γλυκόζηαπό πυροσταφυλικό. Σχηματισμός φωσφοενολοπυρουβικού από πυροσταφυλικό. Η σύνθεση του φωσφοενολοπυρουβικού εστέρα πραγματοποιείται σε διάφορα στάδια. Αρχικά επηρεάζεται το πυροσταφυλικό πυροσταφυλική καρβοξυλάσηκαι με τη συμμετοχή του CO 2 και ATPκαρβοξυλικά για να σχηματίσουν οξαλοξικό: Στη συνέχεια προκύπτει οξαλοξικό αποκαρβοξυλίωσηκαι φωσφορυλίωση υπό την επίδραση ένζυμοΗ φωσφοενολοπυρουβική καρβοξυλάση μετατρέπεται σε φωσφοενολοπυρουβικό. Δότηςυπολείμματα φωσφορικών σε αντιδράσειςχρησιμεύει ως τριφωσφορική γουανοσίνη (GTP): Έχει διαπιστωθεί ότι η διαδικασία σχηματισμού φωσφοενολοπυρουβικού περιλαμβάνει ένζυμακυτοσόλη και μιτοχόνδρια. Το πρώτο στάδιο της σύνθεσης λαμβάνει χώρα σε μιτοχόνδρια(Εικ. 10.6). Πυροσταφυλική καρβοξυλάση, η οποία το καταλύει αντίδραση, είναι ένα αλλοστερικό μιτοχόνδριο ένζυμο. Ως αλλοστερικό ενεργοποιόςδεδομένος ένζυμοαπαιτείται ακετυλο-CoA. Μεμβραναμιτοχόνδριααδιαπέραστο από το προκύπτον οξαλοξικό. Το τελευταίο είναι εδώ μέσα μιτοχόνδρια, ανάγεται σε μηλικό: Αντίδρασηεμφανίζεται με τη συμμετοχή μιτοχονδριακών εξαρτώμενων από NAD μηλική αφυδρογονάση. ΣΕ μιτοχόνδριαη αναλογία NADH/NAD + είναι σχετικά υψηλή, και επομένως το ενδομιτοχονδριακό οξαλοξικό ανάγεται εύκολα σε μηλικό, το οποίο απελευθερώνεται εύκολα από μιτοχόνδριαμέσω του μιτοχονδριακού μεμβράνη. Στο κυτταρόπλασμα, η αναλογία NADH/NAD + είναι πολύ μικρή και το μηλικό οξειδώνεται ξανά με τη συμμετοχή κυτταροπλασματικών εξαρτώμενων από NAD μηλική αφυδρογονάση: Περαιτέρω μετατροπή του οξαλοξικού σε φωσφοενολοπυρουβικό λαμβάνει χώρα στο κυτταρόπλασμα κύτταρα. Μετατροπή 1,6-διφωσφορικής φρουκτόζης σε 6-φωσφορική φρουκτόζη. Φωσφο-ενολοπυρουβικό, που σχηματίζεται από πυροσταφυλικό, ως αποτέλεσμα μιας σειράς αναστρέψιμων αντιδράσεις γλυκόλυσηςμετατρέπεται σε 1,6-διφωσφορική φρουκτόζη. Ακολουθεί η φωσφοφρουκτοκινάση αντίδραση, το οποίο είναι μη αναστρέψιμο. Γλυκονεογένεσηπηγαίνει γύρω από αυτό το ενεργονικό αντιδράσεις. Η μετατροπή της φρουκτόζης-1,6-δις-φωσφορικής σε φρουκτόζη-6-φωσφορική καταλύεται από ένα συγκεκριμένο φωσφατάση: .Εκπαίδευση γλυκόζηαπό 6-φωσφορική γλυκόζη. Στο επόμενο αναστρέψιμο στάδιο βιοσύνθεση γλυκόζηςΗ 6-φωσφορική φρουκτόζη μετατρέπεται σε 6-φωσφορική γλυκόζη. Το τελευταίο μπορεί να αποφωσφορυλιωθεί (δηλ. αντίδρασηπαρακάμπτει την εξοκινάση αντιδράσεις) επηρεάστηκε ένζυμογλυκόζη-6-φωσφατάση: Ρύθμιση γλυκονεογένεση. Ένα σημαντικό σημείο στη ρύθμιση της γλυκονεογένεσης είναι αντίδραση, καταλυμένος πυροσταφυλική καρβοξυλάση. Ο ρόλος ενός θετικού αλλοστερικού ρυθμιστή αυτού ένζυμοεκτελεί ακετυλο-CoA. Απουσία ακετυλο-CoA ένζυμοσχεδόν εντελώς στερημένα δραστηριότητα. Όταν μέσα κλουβίμιτοχονδριακό ακετυλο-CoA συσσωρεύεται, βιοσύνθεση γλυκόζηςαπό το πυροσταφυλικό ενισχύεται. Είναι γνωστό ότι το ακετυλο-CoA είναι ταυτόχρονα ένας αρνητικός ρυθμιστής του συμπλόκου της πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης (βλέπε παρακάτω). Κατά συνέπεια, η συσσώρευση ακετυλο-CoA επιβραδύνει το οξειδωτικό αποκαρβοξυλίωσηπυροσταφυλικό, το οποίο συμβάλλει επίσης στη μετατροπή του τελευταίου σε γλυκόζη. Ένα άλλο σημαντικό σημείο στη ρύθμιση γλυκονεογένεση – αντίδραση, που καταλύεται από τη φρουκτόζη-1,6-διφωσφατάση – ένζυμο, η οποία αναστέλλεται AMF. Αντίθετη δράση AMFεπηρεάζει τη φωσφοφρουκτοκινάση, δηλαδή για αυτό ένζυμοείναι αλλοστερική ενεργοποιός. Στα χαμηλά συγκεντρώσεις AMPκαι υψηλού επιπέδου ATPεμφανίζεται διέγερση γλυκονεογένεση. Αντίθετα, όταν η τιμή της αναλογίας ATP/AMFμικρό, μέσα κλουβίπαρατηρείται διάσπαση γλυκόζη. Δείχνεται, αυτό γλυκονεογένεσημπορεί επίσης να ρυθμιστεί έμμεσα, δηλ. μέσω της αλλαγής ενζυμική δραστηριότητα, δεν εμπλέκονται άμεσα στη σύνθεση γλυκόζη. Έτσι, διαπιστώθηκε ότι ένζυμο γλυκόλυσηςΗ πυροσταφυλική κινάση υπάρχει σε 2 μορφές - L και M. Μορφή L (από το αγγλικό συκώτι - συκώτι) κυριαρχεί σε υφάσματαικανός να γλυκονεογένεση. Αυτή η μορφή αναστέλλεται από την περίσσεια ATPκαι μερικά αμινοξέα, ιδίως Ala-nin. Η μορφή Μ (από το αγγλικό μυς - μυς) δεν υπόκειται σε τέτοια ρύθμιση. Σε συνθήκες επαρκούς παροχής κύτταραη ενέργεια αναστέλλει τη μορφή L πυροσταφυλική κινάση. Ως συνέπεια της αναστολής, επιβραδύνεται γλυκόλυσηκαι δημιουργούνται συνθήκες ευνοϊκές για τη γλυκονεογένεση. Τέλος, είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι μεταξύ γλυκόλυση, ρέει έντονα μέσα μυϊκός ιστόςμε την ενεργό δράση του και τη γλυκονεογένεση, ιδιαίτερα χαρακτηριστική για το ήπαρ υφάσματα, υπάρχει στενή σχέση. Στο μέγιστο δραστηριότηταμυς ως αποτέλεσμα ενδυνάμωσης γλυκόλυσησχηματίζεται περίσσεια γαλακτικό οξύ, διαχέεται μέσα αίμα, V συκώτισημαντικό μέρος του μετατρέπεται σε γλυκόζη(γλυκονεογένεση). Τέτοιος γλυκόζημπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί ως ενέργεια υπόστρωμα, απαραίτητο για δραστηριότητα μυϊκός ιστός.

41. Γλυκογόνο- η κύρια μορφή εναπόθεσης γλυκόζης στα ζωικά κύτταρα. Στα φυτά, το άμυλο εκτελεί την ίδια λειτουργία. Δομικά, το γλυκογόνο, όπως και το άμυλο, είναι ένα διακλαδισμένο πολυμερές γλυκόζης.

Ωστόσο, το γλυκογόνο είναι πιο διακλαδισμένο και συμπαγές. Η διακλάδωση εξασφαλίζει την ταχεία απελευθέρωση μεγάλου αριθμού τερματικών μονομερών κατά τη διάσπαση του γλυκογόνου. Η σύνθεση και η διάσπαση του γλυκογόνου δεν είναι αναστρέψιμες· αυτές οι διεργασίες συμβαίνουν με διαφορετικούς τρόπους.

Βιοσύνθεση*** γλυκογόνου

Το γλυκογόνο συντίθεται κατά την πέψη (εντός 1-2 ωρών μετά την κατάποση τροφών με υδατάνθρακες). Η γλυκογένεση εμφανίζεται ιδιαίτερα εντατικά στο ήπαρ και στους σκελετικούς μύες. Οι αρχικές αντιδράσεις παράγουν UDF-γλυκόζη (αντίδραση 3), η οποία είναι η ενεργοποιημένη μορφή γλυκόζης που εμπλέκεται άμεσα στην αντίδραση πολυμερισμού (αντίδραση 4). Αυτή η τελευταία αντίδραση καταλύεται από τη συνθάση του γλυκογόνου, η οποία συνδέει τη γλυκόζη σε έναν ολιγοσακχαρίτη ή σε ένα μόριο γλυκογόνου που υπάρχει ήδη στο κύτταρο, επεκτείνοντας την αλυσίδα με νέα μονομερή. Η ενέργεια που απαιτείται για την προετοιμασία και την ενσωμάτωση σε μια αναπτυσσόμενη αλυσίδα πολυσακχαρίτη είναι 1 mole ATP και 1 mole UTP. Η διακλάδωση της αλυσίδας πολυσακχαρίτη λαμβάνει χώρα με τη συμμετοχή του ενζύμου αμυλο-1,4-1,6-γλυκοζυλοτρανσφεράση με διάσπαση ενός -1,4 δεσμού και μεταφορά ενός υπολείμματος ολιγοσακχαρίτη από το τέλος της αναπτυσσόμενης αλυσίδας στη μέση της με το σχηματισμό του -1 σε αυτή τη θέση, 6-γλυκοσιδικός δεσμός. Το μόριο γλυκογόνου περιέχει έως και 1 εκατομμύριο υπολείμματα γλυκόζης, επομένως, σημαντική ποσότητα ενέργειας δαπανάται για τη σύνθεση. Η ανάγκη μετατροπής της γλυκόζης σε γλυκογόνο οφείλεται στο γεγονός ότι η συσσώρευση σημαντικής ποσότητας γλυκόζης στο κύτταρο θα οδηγούσε σε αύξηση της οσμωτικής πίεσης, αφού η γλυκόζη είναι μια εξαιρετικά διαλυτή ουσία. Αντίθετα, το γλυκογόνο περιέχεται στο κύτταρο με τη μορφή κόκκων και είναι ελαφρώς διαλυτό. Η διάσπαση του γλυκογόνου - γλυκογονόλυση - συμβαίνει μεταξύ των γευμάτων.

Η δεύτερη επιλογή εισιτηρίου είναι 40.

Βιοσύνθεση γλυκόζης – γλυκονεογένεση

Η γλυκονεογένεση είναι η σύνθεση γλυκόζης από μη υδατάνθρακες πρόδρομες ουσίες. Στα θηλαστικά, αυτή η λειτουργία εκτελείται κυρίως από το ήπαρ, και σε μικρότερο βαθμό από τα νεφρά και τα κύτταρα του εντερικού βλεννογόνου. Τα αποθέματα γλυκογόνου του οργανισμού επαρκούν για την κάλυψη των αναγκών σε γλυκόζη μεταξύ των γευμάτων. Κατά τη διάρκεια υδατανθράκων ή πλήρους ασιτίας, καθώς και κατά τη διάρκεια παρατεταμένης σωματικής εργασίας, η συγκέντρωση της γλυκόζης στο αίμα διατηρείται λόγω της γλυκονεογένεσης. Αυτή η διαδικασία μπορεί να περιλαμβάνει ουσίες που μπορούν να μετατραπούν σε πυροσταφυλικό ή οποιονδήποτε άλλο μεταβολίτη της γλυκονεογένεσης.

Επιπλέον, η χρήση πρωτογενών υποστρωμάτων στη γλυκονεογένεση συμβαίνει σε διάφορες φυσιολογικές καταστάσεις. Έτσι, υπό συνθήκες λιμοκτονίας, ορισμένες πρωτεΐνες ιστών διασπώνται σε αμινοξέα, τα οποία στη συνέχεια χρησιμοποιούνται στη γλυκονεογένεση. Κατά τη διάσπαση των λιπών, σχηματίζεται γλυκερόλη, η οποία περιλαμβάνεται στη γλυκονεογένεση μέσω της φωσφορικής διοξυακετόνης. Το γαλακτικό, που σχηματίζεται κατά τη διάρκεια έντονης σωματικής εργασίας στους μύες, στη συνέχεια μετατρέπεται σε γλυκόζη στο ήπαρ. Κατά συνέπεια, ο φυσιολογικός ρόλος της γλυκονεογένεσης από το γαλακτικό και από τα αμινοξέα και τη γλυκερίνη είναι διαφορετικός. Η σύνθεση της γλυκόζης από το πυροσταφυλικό προχωρά όπως κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης, αλλά προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Γλυκονεογένεση.

Ένζυμα: 1-πυροσταφυλική καρβοξυλάση, 2-φωσφοενολοπυροσταφυλική καρβοξυκινάση, 3-φωσφατάση φρου-1,6-διφωσφορική, 4-γλυκόζη-6-φωσφατάση.

Επτά αντιδράσεις γλυκόλυσης είναι εύκολα αναστρέψιμες και χρησιμοποιούνται στη γλυκονεογένεση. Αλλά τρεις αντιδράσεις κινάσης είναι μη αναστρέψιμες και πρέπει να παρακαμφθούν. Έτσι, η φρουκτόζη-1,6-διφωσφορική και η γλυκόζη-6-φωσφορική αποφωσφορυλιώνονται από συγκεκριμένες φωσφατάσες και το πυροσταφυλικό φωσφορυλιώνεται για να σχηματίσει φωσφοενολοπυροσταφυλική μέσω δύο ενδιάμεσων σταδίων μέσω οξαλοξικού άλατος. Ο σχηματισμός του οξαλοξικού καταλύεται από την πυροσταφυλική καρβοξυλάση. Αυτό το ένζυμο περιέχει βιοτίνη ως συνένζυμο. Το οξαλοξικό σχηματίζεται στα μιτοχόνδρια, μεταφέρεται στο κυτταρόπλασμα και συμμετέχει στη γλυκονεογένεση. Πρέπει να σημειωθεί ότι κάθε μία από τις μη αναστρέψιμες αντιδράσεις της γλυκόλυσης, μαζί με την αντίστοιχη μη αναστρέψιμη αντίδραση της γλυκονεογένεσης, αποτελούν έναν κύκλο που ονομάζεται υπόστρωμα.

Γλυκονεογένεση, μη αναστρέψιμες αντιδράσεις.

Υπάρχουν τρεις τέτοιοι κύκλοι - που αντιστοιχούν σε τρεις μη αναστρέψιμες αντιδράσεις. Το αποτέλεσμα της ταυτόχρονης εμφάνισης αντιδράσεων των κύκλων του υποστρώματος θα είναι η κατανάλωση ενέργειας. Οι κύκλοι του υποστρώματος μπορούν να συμβούν υπό συνθήκες φυσιολογικού μεταβολισμού στο ήπαρ και έχουν πολύ σαφή βιολογική σημασία. Επιπλέον, αυτοί οι κύκλοι χρησιμεύουν ως σημεία εφαρμογής ρυθμιστικών μηχανισμών, με αποτέλεσμα η ροή των μεταβολιτών να αλλάζει είτε κατά μήκος της διαδρομής διάσπασης της γλυκόζης είτε κατά μήκος της διαδρομής της σύνθεσής της. Συνοπτική εξίσωση για τη γλυκονεογένεση από το πυροσταφυλικό:

2 πυροσταφυλικό + 4 ATP + 2 GTP + 2 (NADH) + 4 H 2 O Γλυκόζη + 4 ADP + 2 GDP + 2 NAD+ + 6 H 3 PO 4.

Στο ανθρώπινο σώμα μπορούν να συντεθούν έως και 80 g γλυκόζης την ημέρα. Η σύνθεση 1 mole γλυκόζης από πυροσταφυλικό απαιτεί 6 δεσμούς υψηλής ενέργειας (4 ATP και 2 GTP).

Σχετική πληροφορία.