Glukoneogeneza
Proces syntezy glukozy z niecukrowych substratów
.
Ważny szlak metaboliczny w mózgu i erytrocytach –
glukoza stanowi tam jedyny materiał energetyczny.
Dzienne zapotrzebowanie mózgu – 120 g glukozy
całego organizmu – 160 g glukozy
Ilość glukozy dostępnej z glikogenu – około 190 g
(zapas dobowy).
Aby przeżyć dłuższy okres głodowania organizm musi
wytwarzać glukozę z innych cząsteczek.
w hepatocytach wątroby
w komórkach nerek
Szybkość zachodzenia glukoneogenezy jest
zwiększana podczas wysiłku fizycznego i głodu.
Glukoneogeneza
Glukoneogeneza
- synteza glukozy z
niecukrowych substratów:
aminokwasów, glicerolu, mleczanu. W
cytoplazmie.
pirogronian glukoza
Glukoneogeneza nie jest dokładnym
odwróceniem
glikolizy, bo 3 etapy glikolizy są nieodwracalne.
ATP
GTP
ATP
ATP
Nieodwracalne reakcje glikolizy
:
1. Aktywacja cząsteczki glukozy przy udziale
heksokinazy
glukoza +
ATP
-> glukozo-6-P + ADP
3. Dodatkowe ufosforylowanie (
fosfofruktokinaza-1
)
fruktozo-6-P +
ATP
-> fruktozo-1,6-bis-P + ADP
10.Przekazanie reszty fosforanowej (ostatnia reakcja
glikolizy) (
kinaza pirogronianowa
)
fosfoenolopirogronian
+ ADP ->
pirogronian + ATP
1. Heksokinasa
3. Fosfofruktokinaza-1
10. Kinaza pirogronianowa
Nieodwracalne reakcje glikolizy – enzymy:
pirogronian
szczawiooctan
mitochondrium
cytoplazm
a
szczawiooctan
glukoza
Lokalizacja glukoneogenezy
Pierwsza reakcja glukoneogenezy
(dziesiąta reakcja glikolizy,nieodwracalna, 2 etapy)
pirogronian + CO
2
+
ATP
szczawiooctan + ADP + Pi
karboksylaza
pirogronianowa
1 etap: w mitochondrium
Karboksylacja pirogronianu do szczawiooctanu
dehydrogenaza
jabłczanowa
Przeniesienie szczawiooctanu do cytoplazmy:
szczawiooctan jabłczan jabłczan szczawiooctan
mitochondrium
cytoplazma
NADH +2H
+
NAD
+
NAD
+
NADH +2H
+
szczawiooctan
+
GTP
fosfenolopirogronian + GDP + CO
2
karboksykinaza
fosfoenolopirogronianowa
2 etap: w cytoplazmie
~
hydroliza Pi
fruktozo-1,6-bis-P
fruktozo-6-P
+ Pi
fruktozo-1,6-
bisfosfataza
Trzecia reakcja glikolizy
fruktozo-6-P + ATP fruktozo-1,6-bis-P +
ADP
Obejście:
glukoza + ATP glukoza-6-P + ADP
Glukozo-6-fosfataza jest tylko w wątrobie i nerkach
Pierwsza reakcja glikolizy
Obejście:
glukozo-6-P + H
2
O glukoza + P
i
glukozo-6-fosfataza
Glukoneogeneza a glikoliza
Glukoneogeneza a glikoliza c.d.
g
li
k
o
li
za
g
lu
k
o
n
e
o
g
e
n
e
za
Glukoneogeneza a glikoliza c.d.
Różne enzymy w glikolizie i glukogenezie:
glikoliza
glukoneogeneza
heksokinaza
glukozo-6-fosfataza
fosfofruktokinaza-1 fruktozo-1,6-bisfosfataza
kinaza
pirogronianowa
1.karboksylaza
pirogronianowa
2.karboksykinaza
fosfoenolopirogronianow
a
Glukoneogeneza a glikoliza
pirogronian
glukoz
a
glikoliz
a
glukoneogene
za
BILANS GLUKONEOGENEZY
Powstanie 1 cz glukozy z 2 cz pirogronianu wymaga:
• rozpadu 4 cz ATP i 2 GTP
• zużycia 2 cz NADH +2H
+
pirogronian
Glukozo-6-P
glukoza
glikogen
Regulacja glikoliza-glukoneogeneza
Szybkość
glikolizy
zależy od stężenia glukozy.
Szybkość
glukoneogenezy
zależy od stężenia mleczanu
i innych prekursorów glukozy.
Gdy występuje zapotrzebowanie na energię – glikoliza.
Gdy jest nadmiar energii – glukoneogeneza.
Ładunek energetyczny komórki decyduje, który szlak
będzie aktywny.
Regulacja glikoliza-glukoneogeneza
Regulacja jest związana z aktywnościa 2 enzymów:
1. Fosfofruktokinazy-1
2. Fruktozo-1,6-bisfosfataza
fosfofruktokinaza-1 – fosforyluje
fruktozo-1,6-bis-fosfataza – hydrolizuje
Głównym regulatorem jest fruktozo-2,6-
bisfosforan.
Fruktozo-2,6-bisfosforan
nie leży bezpośrednio na
żadnym z tych szlaków i nie jest prekursorem
żadnego innego związku występującego w
glikolizie lub
glukoneogenezie.
Powstaje z glukozo-6-P kiedy potrzeba i
przechodzi ponownie w glukozo-6-P, gdy jest
niepotrzebny.
Jest aktywatorem
fosfofruktokinazy-1,
a więc
ścieżki glikolizy.
glikoliza
glukoneogeneza
Fruktozo-2,6-bis-P
fosfofruktokinaza-1
Fruktozo-1,6-bis-fosfataza
Fruktozo-2,6-
bisfosfataza
Fosfofruktokinaza-2
promuje glikolizę
hamuje glukoneogenezę
Aktywuje fosfofruktokinazę-1
glikoliza
glukoneogeneza
Fruktozo-1,6-bis-
fosforan
Fruktozo-6-fosforan
Fosfofrukto-
kinaza-1
Fruktozo-1,6-
bisfosfataza
Glikogenez
a
Glikogen – polimer glukozy.
Glikogen – rezerwa energetyczna
Nadmiar glukozy we krwi – synteza glikogenu w wątrobie
i mięśniach – materiał zapasowy (ziarna w cytozolu).
glikogen
n
+ glukoza
glikogen
n+1
Glikogen umożliwia utrzymanie między posiłkami
stałego poziomu glukozy we krwi.
Uwalnianie glukozy z glikogenu zachodzi dużo szybciej
niż otrzymywanie ATP z tłuszczu.
Etapy glikogenezy:
1. glukoza
+ATP
glukozo-6-P +
ADP
glukokinaza
2. glukozo-6-P
glukozo-1-P
fosfoglukomutaza
3. glukozo-1-P+UTP
UDP-G + PP
4. UDP-
G+glikogen
n
syntaza glikogenu
glikogen
n+1
+ UDP
fosforylaza
UDP-G
urydynodifosfo-
glukoza
glukozo-6-fosforan
UDP-G
+ glikogen
n
glikogen
n+1
+ UDP
glukoza
ATP (z wątroby)
ADP
UTP
PP
glukozo-1-fosforan
ADP
ATP
urydynodifosfo-
glukoza
syntaza
glikogenu
Przyłączenie
1 reszty glukozy
zużycie 2 cz ATP
glukokinaza
fosfoglukomutaza
fosforylaza
istniejący łańcuch
– akceptor reszty
glukozylowej
transferaza przenosi resztę
glukozylową z UDP na istniejący
łańcuch
Synteza glikogenu
Inicjator – białko glikogenina
Powstawanie rozgałęzień
Transglikozylaza –enzym rozgałęziający
Glikogen z wątroby i mięśni jest zamieniany w
glukozo-1-P, a następnie w glukozo-6-P.
Jest to proces hydrolizy, nie wymaga energii.
Potrzebne 2 enzymy:
1.Fosforylaza glikogenowa
2.Enzym usuwający rozgałęzienia
Glikogenoliza
uwalnianie glukozy z glikogenu
Rozkład
glikogen
u
glukozo-1-fosforan
glukoza
glikogen
glukozo-6-fosforan
Fosforylaza
glikogenowa
fosfoglukomutaza
glukozo-6-fosfataza
Obecna w wątrobie,
ale nie w mięśniach
+P
i
do krwi
do glikolizy
dehydrogenaza
pirogronianowa
dehydrogenaza
mleczanowa
glukozo-6-fosfataza
Odwracalny proces powstawania i rozkładu glikogenu
glukozo-6-P
glukozo-1-P
glikogen
glukoza
Ważne hormony w regulacji poziomu cukru we krwi:
Insulina
– wytwarzana w trzustce
Adrenalina
– wytwarzana w nadnerczach
Glukagon
- wytwarzany w trzustce
glukoza glikogen
adrenalina
glukagon
insulina
Kontrola metabolizmu glikogenu
Sprowadza się do regulacji 2 enzymów:
• fosforylazy glikogenu (rozkład)
• syntazy glikogenu (synteza)
Regulacja zachodzi na drodze:
1.Kontroli allosterycznej (ATP, Glukozo-6-P, AMP)
2.Kowalencyjnej modyfikacji enzymów
3.Kontroli hormonalnej
1. Syntaza glikogenu
Syntaza a - aktywna (nieufosforylowana)
Syntaza b - nieaktywna (ufosforylowana)
Fosforylację katalizuje
kinaza białkowa A
(PKA),
zależna od cAMP.
2. Fosforylaza glikogenu
Fosforylaza a - aktywna (ufosforylowana)
Fosforylaza b - nieaktywna (nieufosforylowana)
cyklaza adenylanowa
fosfodiesteraza
Stężenie cAMP regulują hormony:
• Insulina
- wydzielana przez trzustkę w odpowiedzi na
wysoki poziom cukru we krwi.
•Glukagon
- wydzielany przez trzustkę w odpowiedzi na
niski poziom cukru we krwi.
•Adrenalina
– wydzielana przez gruczoły dokrewne w
razie stresu lub zagrożenia.
Insulina
•Główna funkcja – wspomaganie transportu cukrów
przez błony komórkowe do komórek mięśniowych i
adipocytów.
•Promuje procesy anaboliczne
: syntezę glikogenu,
kwasów tłuszczowych i białek.
•Hamuje procesy kataboliczne
:
rozkład glikogenu i tłuszczów.
Adrenalina
Hormon i neuroprzekaźnik katecholaminowy.
• wydziela się w warunkach stresu
• reguluje poziom glukozy we krwi, poprzez nasilenie
rozkładu glikogenu.
Regulacja aktywności kinazy białkowej A
Enzymy ufosforylowane - w przemianach katabolicznych
Enzymy nie ufosforylowane - w przemianach anabolicznych
Fosforylacja enzymów
adrenalin
a
glukagon
Zahamowanie
syntezy glikogenu
Niski poziom glukozy lub stres
glukagon lub adrenalina wiążą się ze swoimi receptorami
adrena-
lina
glukago
n
Zahamowanie
syntezy glikogenu
Degradacja
glikogenu
Niski poziom glukozy
Synteza
glikogenu
Zahamowanie
degradacji glikogenu
Wysoki poziom glukozy
Interkonwersja cukrów
Dwucukry w naszym pożywieniu:
sacharoza = glukoza + fruktoza
laktoza = glukoza + galaktoza
Galaktoza i fruktoza mogą przejść w glukozę.
Ponieważ cukry mogą przechodzić w siebie nawzajem
nie ma cukrów niezbędnych. Z każdej heksozy można
otrzymać glukozę.
Podsumowanie metabolizmu węglowodanów
Cukry
glukoza, fruktoza,
galaktoza
magazyno-
wany
w wątrobie
i mięśniach
do krwi
i mózgu
mleczan
pirogronian
glikogen
Glukozo-6-P
glukoza
Profil metaboliczny mięśni
Mięśnie mogą wykorzystywać:
•Glukozę
•Kwasy tłuszczowe
•Ciała ketonowe
Mięśnie zawierają duży zapas glikogenu.
Glikogen glukozo-6-P glikoliza
glukoza
W mięśniach nie powstaje glukoza i dlatego jej nie
eksportują do innych tkanek.
X
Źródła energii dla mięśni
Fosfokreatyna
Glikogen (z mięśni i wątroby)
Oddychanie komórkowe
Glikoliza beztlenowa – powstaje zredukowany
NADH+H
+
Aby glikoliza mogła dalej zachodzić
dehydrogenaza mleczanowa
w mięśniach utlenia
NADH+H
+
do NAD
+
.
glukoza
2 cz. pirogronianu
2 cz. mleczanu
Dehydrogenaza mleczanowa
W aktywnie pracującym mięśniu szybkość glikolizy
znacznie przekracza szybkość cyklu Krebsa.
Powstaje dużo mleczanu
do wątroby glukoza
powrót do mięśni
Metabolizm glikogenu po posiłku
glukoza
glikogen
pirogronian
Metabolizm glikogenu w czasie
intensywnego
wysiłku
glukoza
glikogen
pirogronian
mleczan
Zużycie glikogenu w pracującym
mięśniu
Substrat
Względn
a
szybkość
Fosfokreatyn
a
100
Bezpośrednie przeniesienie
fosforanu
Glikogen
55
Fosforoliza, powstawanie G-1-P,
glikoliza, mleczan
Glukoza
(glikoliza
tlenowa)
23
Ograniczona przez szybkość
przechodzenia glukozy przez
błony, glikolizy i utleniania
komórkowego
Kwasy
tłuszczowe
10
Lipoliza, transport do
mitochondrium i utlenianie
komórkowe
Szybkość syntezy ATP z różnych substratów
Skąd mięśnie czerpią energię w różnych rodzajach
wysiłku?
fosfokreatyna
glikogen
kwasy
tłuszczowe
Skąd mięśnie czerpią energię w różnych rodzajach
wysiłku?
