Glikoliza

i

glukoneogeneza różnice

i podobieństwa

Glikoliza jest łańcuchem reakcji przekształcających glukozę w pirogronian z jednoczesnym wytworzeniem stosunkowo małych ilości ATP oraz substratów do innych procesów metabolicznych. Oprócz glukozy także inne cukry sześciowęglowe: fruktoza w sposób bezpośredni i galaktoza pośrednio, po izomeryzacji do glukozy przekształcają się drogą glikolizy.

W organizmach oddychających tlenowo glikoliza jest etapem wstępnym cyklu kwasu cytrynowego i łańcucha transportu elektronów, uwalniających większą część energii zawartej w cząsteczce glukozy.

Glukoneogeneza jest procesem, w wyniku którego pirogronian zostaje przekształcony w glukozę. Niecukrowcowe prekursory glukozy wchodzą w szlak glukoneogenezy głównie jako pirogronian, szczawiooctan i fosforan dihydroksyacetonu. Najważniejszymi niecukrowcowymi prekursorami glukozy są mleczan, aminokwasy i glicerol. Siedem spośród dziesięciu etapów glikolizy to reakcje odwracalne. W procesie glukoneogenezy przebiegają one w kierunku odwrotnym niż w glikolizie z udziałem tych samych enzymów. Głównym miejscem przebiegu procesu glukoneogenezy jest wątroba. Proces ten może również zachodzić w warstwie korowej nerki. Reakcje glukoneogenezy zachodzące w wątrobie i nerkach stanowią jeden z mechanizmów utrzymywania stałego poziomu glukozy we krwi, skąd pobierana jest przez intensywnie metabolizujące ją mięśnie i mózg.

W procesach glikolizy glukoza jest przekształcana w pirogronian, w procesach glukoneogenezy pirogronian przekształca się w glukozę. Glukoneogeneza nie jest jednak prostym odwróceniem glikolizy, ponieważ wymaga przebiegu kilku różniących reakcji. Podczas syntezy glukozy z pirogronianu zużywanych jest 6 wysokoenergetycznych wiązań fosforanowych, natomiast w przekształceniu glukozy do pirogronianu tworzą się tylko 2 cząsteczki ATP. Do przebiegu glukoneogenezy potrzeba zatem 4 dodatkowych wysokoenergetycznych wiązań fosforanowych. Te 4 dodatkowe wysokoenergetyczne wiązania fosforanowe są konieczne do zmiany procesu energetycznie niekorzystnego ( odwrócenie glikolizy ΔG^o’= +83,7 kJ/mol ) w proces energetycznie korzystny (glukoneogenezę ΔG^o= - 37,7 kJ/mol).

Największa zmiana energii swobodnej w glikolizie zachodzi w trzech zasadniczo nieodwracalnych reakcjach katalizowanych przez heksokinazę, fosfofruktokinazę i kinazę pirogronianową.

Nieodwracalne reakcje są w procesie glukoneogenezy omijane poprzez następujące przemiany:

1. Glikoliza:

fosfoenolopirogronian + ADP → pirogronian + ATP (kinaza pirogronianowa)

Glukoneogeneza:

pirogronian + CO₂ + ATP + H₂0 → szczawiooctan + ADP + P_i + 2H⁺ (karboksylaza pirogronianowa)

szczawiooctan + GTP ↔ fosfoenolopirogronian + GDP + C0₂ (karboksykinaza fosfoenolopirogronianowa)

1. Glikoliza:

fruktozo-6-fosforan + ATP → fruktozo-1,6-difosforan + ADP (fosfofruktokinaza)

Glukoneogeneza:

fruktozo-1,6-difosforan + H₂0 → fruktozo-6-fosforan + P_i (fruktozo-1,6-difosfataza)

1. Glikoliza:

glukoza + ATP → glukozo-6-fosforan + ADP (heksokinaza)

Glukoneogeneza:

Glukozo-6-fosforan + H₂0 → glukoza + P_i (glukozo-6-fosfataza)

Reakcje glikolizy przebiegają w cytozolu komórkowym, natomiast w czasie syntezy glukozy ostatni etap tego procesu nie przebiega w cytozolu. Glukozo-6-fosforan jest przenoszony do wnętrza retikulum endoplazmatycznego, gdzie ulega hydrolizie do glukozy z udziałem glukozo-6-fosfatazy – enzymu związanego z błoną.

Glukoneogeneza i glikoliza podlegają przeciwstawnej regulacji. Przebieg szlaków glukoneogenezy i glikolizy jest koordynowany w ten sposób, że jeśli jeden szlak jest nieaktywny, drugi w tym czasie jest bardzo aktywny. Gdyby reakcje obydwu szlaków przebiegały bardzo aktywnie w tym samym czasie, rezultatem netto jednego cyklu reakcji byłaby hydroliza 4 wysokoenergetycznych wiązań fosforanowych. Kluczowymi punktami kontrolnymi są fosfofruktokinaza i fruktozo-1,6-difosfataza. Aktywność tych enzymów jest regulowana przez fruktozo-2,6-difosforan, wewnątrzkomórkową cząsteczkę sygnałową, której stężenie jest duże w obfitości glukozy; aktywuje ona wtedy glikolizę, a hamuje glukoneogenezę. Szybkość glikolizy zależy od stężenia glukozy, a szybkość glukoneogenezy od stężenia mleczanu i innych prekursorów glukozy.