Glukoneogeneza i glikogenogeneza(odtwarzanie i magazynowanie zapasów glukozy)

Po absorpcji glukozy przez komórkę ,jest ona albo wykorzystana w celu wytwarzania energii,albo energia zostaje zmagazynowana w postaci glikogenu.

Synteza glikogenu nazywana jest glikogeneza a rozpad glikogenoliza.

Wszystkie komórki ciała są zdolne do magazynowania glikogenu,największa zdolność mają komórki wątroby które mogą zmagazynować 5-8% swojej masy w postaci glikogenu.Mięsnie mogą zmagazynować 1-3% swojej masy w postaci glikogenu ale tylko na swój użytek.To przekształcenie cukrów prostych w glikogen(glikogenogeneza) umożliwia zmagazynowania dużych ilości substratu energicznego bez znaczącej zmiany cisnienia osmotycznego w płynie wewnątrzkomórkowym.Gdy stężenie glukozy we krwi lub narządzie maleje(hipoglikemia) zostaje uruchomiona glikogenoliza,z uwalnianiem glukozy.Równolegle nasila się proces glukoneogenezy,czyli biosyntezy glukozy z innych niż węglowodany substratów:mleczanu,pirogronianu, glicerolu i alfa-ketokwasów.Glukoneogeneza zachodzi w 90% w wątrobie,w ok. 10% w nerkach.Ten proces jest ściśle kontrolowany przez insulinę i odpowiada on za wątrobowy wyrzut glukozy,który determinuje stężenie glukozy na czczo.

Do glukoneogenezy może być wykorzystany każy z metabolitów pośrednich powstających w trakcie glikolizy i cyklu Krebsa,głównie pirogronian i szczawiooctan.Glukoneogeneza jest uwarunkowana przez aktywność fruktozo-1,6-bisfosfatazy która wstępuje tylko w wątrobie i nerkach.Ta aktywnośc jest hamowana przez niskie stężenie AMP w komórce(niedobór energii) oraz przez nadmiar produktu(fruktozo-2,6-difosforan).

Glicerol:podlega w wątrobie fosforylacji do glicerolo-3-fosforanu, utleniającego przez dehydrogenazę glicerolo-3-fosforanową do fosdihydroksyacetonu,który może wejść w proces glikolizy jedynie przez izomerację do aldehydu-3-fosfoglicerynowego,natomiast w proces glukoneogenezy pod wpływem aldolazy,wiążącej fosfodihydroksyaceton z aldehydem 3-fosfoglicerynowym,w wyniku czego powstaje fruktozo-1,6-difosforan.

Mleczan: jest utleniony w wątrobie i nerkach do pirogronianu i włączany do procesu glukoneogenezy.Wytworzona glukoza wedruje do mięśni i cykl się powtarza.Jest to cykl kwasu mlekowego(cykl Corich).

Alfa-ketokwasy

Ograniczona ilość węglowodanów w komórkach i obniżające się stężenie glukozy we krwi są podstawowymi czynnikami zwiększającymi szybkość glukoneogenezy.To powoduje odwrócenie większości reakcji glikolitycznych ,powodując przekształcenie zdezaminowanych aminokwasów i glicerolu w węglowodany.Duże znaczenie ma też w tych procesach kortyzol uwalniany pod wpływem kortykotropiny:hormon przysadki.Kortyzol nasila metabolizm białek wszystkich komórek ciała zwiększając dostęp aminokwasów do metabolizmu.Około 60% aminokwasów białkowych może zostać przekształconych w węglowodany.Szkielety węglowodorowe aminokwasów zwłaszcza aminokwasów glikogennych(pirogronian,szczawiooctan i alfa-ketoglutaran).

Pomiędzy mięśniami a wątrobą istnieje szlak metaboliczny zwany cyklem alaninowym.Pirogronian powstający w mięśniach jako produkt glikolizy nie jest redukowany do mleczanu.Łącząc się z grupą aminokwasową (transaminacja),zostaje przekształcony w alaninę.Po transporcie z krwią do wątroby oddaje grupę aminową,przechodząc znów w pirogronian,który włącza się do szlaku glukoneogenezy.Po przekształceniu w glukozę wędruje do mięśni by znów ulec metabolizmowi do pirogronianu.Natomiast grupa aminowa alaniny w wątrobie wchodzi w cykl mocznikowy,którego produktem jest mocznik.

Bilans glukoneogenezy:

Powstanie glukozy z dwóch cząsteczek pirogronianiu wiąże się z rozpadem sześciu wiązań wysokoenergetycznych(po 3 na każdą cząsteczkę pirogronianu),pochodzących z 4 cząsteczek ATP i 2 cząsteczek GTP.Zużyte zostaje NADPH+2H :

2pirogronian+4ATP+2GTP+2NADPH+2h=glukoza+4ADP+2GDP+2NAD+6Pi

Glikogenogeneza

Proces tworzenia glikogenu zachodzi w cytozolu, w ziarnistościach zawierających wszystkie enzymy niezbędne do syntezy i powrotnego rozpadu glikogenu.Ten proces wymaga energii w postaci ATP i urudynotrifosforanu(UTP) potrzebnego do wytworzenia UDP-glukozy.

Regulacja syntezy i przemian glikogenu

Aktywność syntezy glikogenowej jest pobudzana dostępnością substratu oraz wysokim stężeniem glukozo-6-fosforanu i ATP.Ważna rola w metabolizmie glikogenu odgrywają hormony.Insulina pobudza proces glikogenogenezy,a adrenalina i glukagon pobudzają glikogenolizę. Glukagon jest wydzielany przez komórki α trzustki gdy stężenie glukozy we krwi staje się niebezpiecznie niskie.Stymuluje to tworzenie cyklicznego AMP(głównie w komórkach wątroby),co z kolej zapoczątkowuje przekształcanie glikogenu zmagazynowanego w wątrobie w glukozę.Glukoza ta następnie dostaje się do krwi,powodując wzrost stężenia glukozy we krwi.

Układ ATP-ADP-AMP kontroluje metabolizm węglowodanów i przetwarzanie energii uzyskiwanej z tłuszczu i białek.Jeżeli cały zasób ADP zostanie przekształcony w ATP, nie dojdzie do dalszej jego syntezy i całkowita zdolność przekształcania składników zywnościowych w energię ATP zostanie hamowana.Następnie po zużyciu ATP przez komórkę do zapoczątkowania różnych funcji fizjologicznych,nowo wytworzone ADP i AMP rozpoczną ponownie proces energetyczny.W ten sposób ADP i AMP prawie zawsze powracają do postaci ATP.Dzięki temu niezbędny zasób ATP jest utrzymywany na stałym poziomie.