6.4: Глюконеогенез

Last updated
Save as PDF

Page ID: 6009

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

У вгодованого тваринного більшість клітин може зберігати невелику кількість глюкози у вигляді глікогену. Всі клітини розщеплюють глікоген у міру необхідності для отримання поживної енергії, як G-6-P. Гідроліз глікогену, або глікогеноліз, виробляє G-1-P, який перетворюється в G-6-P, як ми бачили у верхній частині стадії 1 гліколізу. Але, глікоген в більшості клітин швидко витрачається між прийомами їжі. Тому більшість клітин залежать від іншого, зовнішнього джерела глюкози, відмінного від дієти. Цими джерелами є печінка і в меншій мірі клітини нирок, які можуть зберігати велику кількість глікогену після їжі. У безперервних годівницях (наприклад, корів та інших жуйних тварин) триває глікогеноліз. У переривчастих годівницях (як у нас) глікогеноліз печінки може постачати глюкозу в кров протягом 6-8 годин між прийомами їжі, розподілятися в міру необхідності по всіх клітинам організму. Таким чином, ви можете розраховувати на використання запасів глікогену печінки та нирок після хорошого сну, періоду інтенсивних фізичних вправ або будь-якого тривалого періоду низького споживання вуглеводів (голодування або голодування). За цих обставин тварини використовують глюконеогенез (буквально новий синтез глюкози) в клітині печінки та нирок для забезпечення системної глюкози для живлення інших клітин. Як завжди у здорових людей, гормони інсулін та глюкагон регулюють гомеостаз глюкози в крові, захищаючи від гіпоглікемії (низький рівень цукру в крові) та гіперглікемії (високий рівень цукру в крові) відповідно. Глюконеогенний шлях виробляє глюкозу з вуглеводних і невуглеводних субстратів-попередників. До таких попередників відносяться піруват, лактат, гліцерин і глюконеогенні амінокислоти. Останні є амінокислотами, які можуть перетворюватися в аланін. Подивіться на побічні реакції гліколізу та глюконеогенезу на наступній сторінці. Шукайте дві байпасні реакції, каталізовані двома карбоксилазами та двома фосфатазами (коричневими на ілюстрації) та гліколітичні реакції, які функціонують у зворотному напрямку під час глюконеогенезу.

Якщо гліколіз - ексергонічний шлях, то глюконеогенез повинен бути ендергонічним. Насправді, в той час як гліколіз через два пірувати генерує мережу з двох АТФ, глюконеогенез з двох піруватів до глюкози коштує 4 АТФ і два ГТФ! Так само глюконеогенез можливий лише в тому випадку, якщо присутні ферменти обходу. Вони необхідні для обійти три біологічно незворотні реакції гліколізу. За винятком реакцій шунтування, глюконеогенез по суті є розворотом гліколізу.

Як намальовано на шляхах вище, гліколіз і глюконеогенез, здавалося б, циклічні. Насправді цей очевидний цикл був визнаний Карлом і Герті Корі, які поділили Нобелівську премію з медицини або фізіології 1947 року з Бернардо Хуссей за те, що він виявив, як глікоген розщеплюється до пірувату в м'язових (насправді більшості) клітинок, які потім можуть бути використані для ресинтезу глюкози в клітині печінки. Названий на честь Coris, Цикл Cori, показаний нижче, визнає взаємозалежність печінки та м'язів при розщепленні глюкози та ресинтезі.

Незважаючи на цю потребу у вільній енергії, глюконеогенез енергетично сприятливий в клітині печінки і нирок! Це пояснюється тим, що клітини є відкритими системами. Накопичення пірувату в клітині печінки і швидке виділення нової глюкози в кров рухає вперед енергетично сприятливі реакції глюконеогенезу. Так, в глюконеогенних умовах синтез глюкози відбувається при негативному DG', зниженні фактичної вільної енергії. Звичайно, гліколіз і глюконеогенез не є одночасними! Які шляхи діють, в яких клітинами жорстко контролюється.

Гліколіз є нормою у всіх типах клітин, навіть в печінці і нирках. Однак припинення гліколізу на користь глюконеогенезу в останніх клітині знаходиться під гормональним контролем, як показано нижче.

Ключовим у включенні глюконеогенезу печінки є роль глюкокортикоїдних гормонів. Що викликає секрецію глюкокортикоїдів? Тривалий нічний сон, голодування і більш екстремально, голодування - це форми стресу. Стресові реакції починаються в гіпоталамо-гіпофізарної осі. Різні стресори змушують гіпоталамус виділяти нейрогормон, який, в свою чергу, стимулює вивільнення АКТГ (адренокортикотропного гормону) з гіпофіза. Потім АКТГ стимулює вивільнення кортизону та інших глюкокортикоїдів з кори (зовнішнього шару) надниркових залоз. Як випливає з назви глюкокортикоїду, ці гормони беруть участь в регуляції метаболізму глюкози. Ось що відбувається в періоди низького рівня цукру в крові (наприклад, коли споживання вуглеводів низьке):

1. Глюкокортикоїди стимулюють синтез глюконеогенних ферментів шунтування в клітині печінки.

2. Глюкокортикоїди стимулюють синтез протеаз в скелетних м'язах, викликаючи гідроліз пептидних зв'язків між амінокислотами. Глюконеогенні амінокислоти циркулюють в печінці, де вони перетворюються в піруват, головний попередник глюконеогенезу. Деякі амінокислоти є кетогенними; вони перетворюються в ацетил-S-CoA, попередник кетонових тіл.

(1). Глюкокортикоїди стимулюють підвищення рівня ферментів, включаючи ліпази, які каталізують гідроліз зв'язків ефіру в тригліцеридах (жирі) в жировій та інших клітині. При цьому утворюються жирні кислоти і гліцерин.

(2). Гліцерин циркулює до клітин печінки, які приймають його, перетворюють його в G-3-P, збільшуючи глюконеогенез. Жирні кислоти циркулюють до клітин печінки, де вони окислюються до ацетил-S-CoA, який потім перетворюється в кетонові тіла. і виділяється в цискуляцію.

(3). Більшість клітин використовують жирні кислоти як альтернативну енергетичну поживну речовину, коли глюкоза обмежується., І хоча клітини серця та мозку залежать від глюкози для енергії, клітини мозку можуть використовувати тіла ket9one як альтернативний енергетичний курс.

істотні ролі глюкокортикоїдів

Шкода, що ми, люди, не можемо використовувати жирні кислоти як глюконеогенні субстрати! Рослини та деякі нижчі тварини мають шлях циклу гліоксалатів, який може перетворювати продукти окислення жирних кислот (ацетат) безпосередньо у вуглеводи, які можуть потрапити в глюконеогенний шлях. Не маючи цього шляху, ми (і вищі тварини взагалі) не можемо перетворити жири у вуглеводи, незважаючи на те, що всі ми можемо занадто легко перетворити останні в перші!

Темною стороною шкідливих харчових звичок є тривале голодування, здатне перевантажити глюконеогенну відповідь. Ви бачите це в звітах з регіонів третього світу, які страждають голодом через посуху чи інше стихійне лихо, або війни. Веретеноподібні руки і ноги голодуючих дітей є результатом втрати м'язів, оскільки організм намагається забезпечити глюкозу, необхідну для виживання. Коли глюконеогенний відповідь не відповідає поставленому завданню, організм може вдатися до кетогенного жирового обміну. Подумайте про це як про крайній засіб, що призводить до вироблення кетонових тіл і «ацетонового дихання» у голодуючих людей.