GLUCONEOGENESE: STADIA (REACTIES) EN REGULATIE - CHEMIE - 2025

De gluconeogenese is een metabolisch proces dat voorkomt in bijna alle levende wezens, inclusief planten, dieren en verschillende soorten micro-organismen. Het bestaat uit de synthese of vorming van glucose uit verbindingen die koolstof bevatten die geen koolhydraten zijn, zoals aminozuren, glucogenen, glycerol en lactaat.

Het is een van de routes van het koolhydraatmetabolisme die anabool is. Het synthetiseert of vormt glucosemoleculen die voornamelijk in de lever en, in mindere mate, in de cortex van de nieren van mens en dier aanwezig zijn.

Metabole route van glucogenese. Namen in blauw geven de substraten van het pad aan, pijlen in rood de unieke reacties van dit pad, afgeknipte pijlen geven glycolysereacties aan die tegen dit pad ingaan, vetgedrukte pijlen geven de richting van het pad aan. Door BiobulletM, van Wikimedia Commons

Dit anabole proces volgt de omgekeerde richting van de katabole route van glucose, met verschillende specifieke enzymen op de onomkeerbare punten van glycolyse.

Gluconeogenese is belangrijk voor het verhogen van de glucosespiegels in het bloed en weefsels bij hypoglykemie. Het dempt ook de afname van de koolhydraatconcentratie bij langdurig vasten of in andere ongunstige situaties.

kenmerken

Het is een anabool proces

Gluconeogenese is een van de anabole processen van koolhydraatmetabolisme. Door zijn mechanisme wordt glucose gesynthetiseerd uit precursors of substraten die zijn opgebouwd uit kleine moleculen.

Glucose kan worden gegenereerd uit eenvoudige biomoleculen van eiwitachtige aard, zoals glucogene aminozuren en glycerol, de laatste afkomstig van de lipolyse van triglyceriden in vetweefsel.

Lactaat werkt ook als substraat en in mindere mate als vetzuren met een vreemde keten.

Zorg voor glucosevoorraden

Gluconeogenese is van groot belang voor levende wezens en vooral voor het menselijk lichaam. Dit komt omdat het dient om in bijzondere gevallen te voorzien in de grote vraag naar glucose die de hersenen nodig hebben (ongeveer 120 gram per dag).

Welke delen van het lichaam hebben glucose nodig? Het zenuwstelsel, het niermerg, naast andere weefsels en cellen, zoals rode bloedcellen, die glucose gebruiken als de enige of belangrijkste bron van energie en koolstof.

De voorraden glucose, zoals glycogeen, opgeslagen in de lever en spieren zijn amper genoeg voor één dag. Dit zonder rekening te houden met diëten of intensieve oefeningen. Om deze reden wordt het lichaam door gluconeogenese voorzien van glucose dat is gevormd uit andere niet-koolhydraatvoorlopers of -substraten.

Deze route is ook betrokken bij glucosehomeostase. De glucose die op deze manier wordt gevormd, is niet alleen een energiebron, maar ook het substraat voor andere anabole reacties.

Een voorbeeld hiervan is het geval van biosynthese van biomoleculen. Deze omvatten glycoconjugaten, glycolipiden, glycoproteïnen en aminosuikers en andere heteropolysacchariden.

Stadia (reacties) van gluconeogenese

Door AngelHerraez, van Wikimedia Commons

Synthetische route

Gluconeogenese vindt plaats in het cytosol of cytoplasma van cellen, voornamelijk van de lever en in mindere mate in het cytoplasma van cellen van de niercortex.

De synthetische route ervan vormt een groot deel van de reacties van glycolyse (katabole route van glucose), maar in tegengestelde richting.

Het is echter belangrijk om te benadrukken dat de 3 reacties van glycolyse die thermodynamisch onomkeerbaar zijn, zullen worden gekatalyseerd door specifieke enzymen in gluconeogenese die verschillen van die betrokken bij glycolyse, waardoor de reacties in de tegenovergestelde richting kunnen plaatsvinden.

Het zijn specifiek die glycolytische reacties die worden gekatalyseerd door de enzymen hexokinase of glucokinase, fosfofructokinase en pyruvaatkinase.

Bij een overzicht van de cruciale stappen van gluconeogenese gekatalyseerd door specifieke enzymen, vereist de omzetting van pyruvaat in fosfoenolpyruvaat een reeks reacties.

De eerste vindt plaats in de mitochondriale matrix met de omzetting van pyruvaat in oxaalacetaat, gekatalyseerd door pyruvaatcarboxylase.

Om deel te nemen, moet oxaalacetaat op zijn beurt worden omgezet in malaat door mitochondriale malaatdehydrogenase. Dit enzym wordt door de mitochondriën naar het cytosol getransporteerd, waar het door malaatdehydrogenase in het celcytoplasma weer wordt omgezet in oxaalacetaat.

Werking van het enzym fosfoenolpyruvaatcarboxykinase

Door de werking van het enzym fosfoenolpyruvaatcarboxykinase (PEPCK) wordt oxaalacetaat omgezet in fosfoenolpyruvaat. De respectievelijke reacties worden hieronder samengevat:

Al deze gebeurtenissen maken de omzetting van pyruvaat in fosfoenolpyruvaat mogelijk zonder tussenkomst van pyruvaatkinase, dat specifiek is voor de glycolytische route.

Fosfoenolpyruvaat wordt echter omgezet in fructose-1,6-bisfosfaat door de werking van glycolytische enzymen die deze reacties reversibel katalyseren.

Werking van het enzym fructose-1,6-bisfosfatase

De volgende reactie die de werking van fosfofructokinase in de glycolytische route levert, is degene die fructose-1,6-bisfosfaat omzet in fructose-6-fosfaat. Het enzym fructose-1,6-bisfosfatase katalyseert deze reactie in de gluconeogene route, die hydrolytisch is en hieronder wordt samengevat:

Dit is een van de punten van regulatie van gluconeogenese, aangezien dit enzym Mg ^{2+ nodig heeft} voor zijn activiteit. Fructose-6-fosfaat ondergaat een isomerisatiereactie die wordt gekatalyseerd door het fosfoglycoisomerase-enzym dat het omzet in glucose-6-fosfaat.

Werking van het enzym glucose-6-fosfatase

Ten slotte is de derde van deze reacties de omzetting van glucose-6-fosfaat in glucose.

Dit verloopt door de werking van glucose-6-fosfatase dat een hydrolysereactie katalyseert en die de onomkeerbare werking van hexokinase of glucokinase in de glycolytische route vervangt.

Dit glucose-6-fosfatase-enzym is gebonden aan het endoplasmatisch reticulum van levercellen. Het heeft ook de cofactor Mg ²⁺ nodig om zijn katalytische functie uit te oefenen.

De locatie garandeert de functie van de lever als glucose-synthesizer om in de behoeften van andere organen te voorzien.

Gluconeogene voorlopers

Als er niet genoeg zuurstof in het lichaam is, zoals bij langdurige inspanning in spieren en erytrocyten kan gebeuren, treedt glucosefermentatie op; dat wil zeggen, glucose wordt niet volledig geoxideerd onder anaërobe omstandigheden en daarom wordt lactaat geproduceerd.

Ditzelfde product kan in het bloed terechtkomen en van daaruit de lever bereiken. Daar zal het fungeren als een gluconeogeen substraat, aangezien het lactaat bij het ingaan van de Cori-cyclus wordt omgezet in pyruvaat. Deze transformatie is te wijten aan de werking van het enzym lactaatdehydrogenase.

Melk geven

Lactaat is een belangrijk gluconeogeen substraat in het menselijk lichaam, en zodra de glycogeenvoorraden zijn uitgeput, helpt de omzetting van lactaat in glucose om de glycogeenvoorraden in spieren en lever aan te vullen.

Pyruvaat

Aan de andere kant vindt pyruvaattransaminatie plaats door reacties die de zogenaamde glucose-alaninecyclus vormen.

Dit wordt aangetroffen in extra-hepatische weefsels, waarbij pyruvaat wordt omgezet in alanine, dat een van de andere belangrijke gluconeogene substraten vormt.

In extreme omstandigheden van langdurig vasten of andere metabolische stoornissen, zal eiwitkatabolisme als laatste redmiddel een bron van glucogene aminozuren zijn. Deze vormen tussenproducten van de Krebs-cyclus en genereren oxaalacetaat.

Glycerol en anderen

Glycerol is het enige significante gluconeogene substraat dat voortkomt uit het lipidenmetabolisme.

Het komt vrij tijdens de hydrolyse van triacylglyceriden, die worden opgeslagen in vetweefsel. Deze worden door opeenvolgende fosforylering en dehydrogeneringsreacties omgezet in dihydroxyacetonfosfaat, die de gluconeogene route volgen om glucose te vormen.

Aan de andere kant zijn er maar weinig vetzuren met een oneven keten gluconeogeen.

Regulatie van gluconeogenese

Een van de eerste controles van gluconeogenese wordt uitgevoerd door de inname van voedingsmiddelen met een laag koolhydraatgehalte, die een normaal glucosegehalte in het bloed bevorderen.

Als de inname van koolhydraten daarentegen laag is, zal de gluconeogeneseroute belangrijk zijn om aan de glucosevereisten van het lichaam te voldoen.

Er zijn andere factoren die betrokken zijn bij de wederzijdse regulering tussen glycolyse en gluconeogenese: ATP-niveaus. Als ze hoog zijn, wordt de glycolyse geremd, terwijl de gluconeogenese wordt geactiveerd.

Het tegenovergestelde gebeurt met AMP-niveaus: als ze hoog zijn, wordt glycolyse geactiveerd, maar wordt gluconeogenese geremd.

Er zijn bepaalde controlepunten bij specifieke enzymgekatalyseerde reacties bij gluconeogenese. Welke? De concentratie van enzymatische substraten en cofactoren zoals Mg ²⁺ , en het bestaan ​​van activatoren zoals fosfofructokinase.

Fosfofructokinase wordt geactiveerd door AMP en de invloed van de pancreashormonen insuline, glucagon en zelfs sommige glucocorticoïden.

Referenties

1. Mathews, Holde en Ahern. (2002). Biochemie (3e ed.). Madrid: PEARSON
2. Wikibooks. (2018). Principes van biochemie / gluconeogenese en glycogenese. Genomen uit: en.wikibooks.org
3. Shashikant Ray. (December 2017). Gluconeogenese regulatie, metingen en aandoeningen. Ontleend aan: researchgate.net
4. Gluconeogenese. . Genomen uit: imed.stanford.edu
5. Hoorcollege 3-glycolyse en gluconeogenese. . Genomen uit: chem.uwec.edu
6. Gluconeogenese. . Genomen uit: chemistry.creighton.edu