גלוקונאוגנזה: שלבים (תגובות) וויסות - כִּימִיָה - 2025

גלוקונאוגנזה היא תהליך חילוף החומרים המתרחשת כמעט כל היצורים החיים, כולל צמחים, חיות ובני סוגים שונים של מיקרואורגניזמים. זה מורכב מסינתזה או היווצרות של גלוקוז מתרכובות המכילות פחמן שאינם פחמימות, כמו חומצות אמינו, גלוקוגנים, גליצרול ולקטט.

זהו אחד המסלולים של חילוף החומרים בפחמימות שהוא אנבוליים. זה מסנתז או יוצר מולקולות גלוקוזיות שנמצאות בעיקר בכבד, ובמידה פחותה, בקליפת המוח של הכליות של בני אדם ובעלי חיים.

מסלול מטבולי של גלוקוגנזה. שמות בכחול מציינים את מצעי המסלול, חיצים באדום התגובות הייחודיות של מסלול זה, חיצים שבורים מצביעים על תגובות של גליקוליזה, שהולכות כנגד מסלול זה, חיצים מודגשים מצביעים על כיוון המסלול. מאת BiobulletM, מ- Wikimedia Commons

תהליך אנאבולי זה מתרחש בעקבות הכיוון ההפוך של המסלול הקטבולי של הגלוקוז, ויש לו אנזימים ספציפיים שונים בנקודות הבלתי הפיכות של הגליקוליזה.

גלוקונאוגנזה חשובה להעלאת רמות הגלוקוז בדם וברקמות בהיפוגליקמיה. זה גם מעניק את הירידה בריכוז הפחמימות בצומות ממושכים או במצבים שליליים אחרים.

מאפיינים

זהו תהליך אנאבולי

גלוקונאוגנזה היא אחד התהליכים האנבוליים של חילוף החומרים בפחמימות. באמצעות המנגנון שלו, הגלוקוז מסונתז מקודמים או מצעים המורכבים ממולקולות קטנות.

ניתן להפיק גלוקוזה מביומולקולות פשוטות בעלות אופי חלבון, כמו חומצות אמינו גלוקוגניות וגליצרול, שהאחרונה מגיעה מליפוליזה של טריגליצרידים ברקמת השומן.

הלקטט מתפקד גם כמצע, ובמידה פחותה, חומצות שומן בעלות שרשרת משונה.

ספק אספקת גלוקוז

לגלוקונאוגנזה חשיבות רבה עבור יצורים חיים ובמיוחד לגוף האדם. הסיבה לכך היא שהיא מספקת במקרים מיוחדים את הביקוש הרב לגלוקוז שהמוח דורש (כ -120 גרם ליום).

אילו חלקים בגוף דורשים גלוקוז? מערכת העצבים, מחלת הכליה, בין רקמות ותאים אחרים, כמו תאי דם אדומים, המשתמשים בגלוקוז כמקור היחיד או העיקרי לאנרגיה ופחמן.

מאגרי הגלוקוזה כמו גליקוגן המאוחסנים בכבד ובשרירים בקושי מספיקים ליום אחד. זאת מבלי לשקול דיאטות או תרגילים אינטנסיביים. מסיבה זו, באמצעות גלוקונאוגנזה, מסופק לגוף גלוקוז שנוצר ממבשרים או מצעים אחרים שאינם פחמימות.

כמו כן, מסלול זה מעורב בהומאוסטזיס של גלוקוז. הגלוקוז שנוצר בדרך זו, בנוסף להיותו מקור לאנרגיה, הוא המצע לתגובות אנבוליות אחרות.

דוגמה לכך היא המקרה של ביוסינתזה ביולוגית. אלה כוללים גליקוג'וג'וגטים, גליקוליפידים, גליקופרוטאינים וסוכני אמינו ושאר הטרופוליסכרידים.

שלבים (תגובות) של גלוקונאוגנזה

מאת AngelHerraez, מ- Wikimedia Commons

מסלול סינתטי

גלוקונאוגנזה מתרחשת בציטוזול או בציטופלסמה של תאים, בעיקר של הכבד ובמידה פחותה בציטופלסמה של תאים בקליפת המוח.

המסלול הסינתטי שלו מהווה חלק גדול מתגובות הגליקוליזה (מסלול קטבולי גלוקוז), אך בכיוון ההפוך.

עם זאת, חשוב לציין כי 3 התגובות של הגליקוליזה שהן טרמודינמיות בלתי הפיכות, ינותלו על ידי אנזימים ספציפיים בגלוקונאוגנזה השונים מאלו המעורבים בגליקוליזה, מה שמאפשר לתגובות להתרחש בכיוון ההפוך.

הם ספציפית התגובות הגליקוליטיות שמסוללות על ידי האנזימים הקסוקינאז או גלוקוקינאז, פוסופרופוקטוקינאז ופירוב קינאזה.

בסקירת הצעדים המכריעים של הגלוקונאוגנזה המנותזת על ידי אנזימים ספציפיים, ההמרה של פירובאט לפוספינולפירובאט דורשת סדרה של תגובות.

הראשון מתרחש במטריקס המיטוכונדריאלי עם ההמרה של פירובאט לאוקסלואצטט, המונע על ידי קרבוקסילאז פירובט.

בתורו, על מנת להשתתף באקסלואצטט, יש להמיר אותו לחלבון על ידי דה-הידרוגנאז המלטוכונדריאלי. אנזים זה מועבר דרך המיטוכונדריה לציטוזול, שם הוא הופך חזרה לאוקסלואצטט על ידי מלט דהידרוגנאז הנמצא בציטופלזמה התאית.

פעולה של האנזים phosphoenolpyruvate carboxykinase

באמצעות פעולת האנזים phosphoenolpyruvate carboxykinase (PEPCK), האוקסאלואצטט מומר ל- phosphoenolpyruvate. התגובות בהתאמה מסוכמות להלן:

כל האירועים הללו מאפשרים את הפיכתו של פירובט לפוספונולפירובט ללא התערבות של פירובאט קינאז, הספציפי למסלול הגליקוליטי.

עם זאת, הפוספנוולפירובאט הופך לפרוקטוז-1,6-ביספוספט על ידי פעולת אנזימים גליקוליטיים המזרזים את התגובות הללו באופן הפיך.

פעולה של האנזים פרוקטוז-1,6-ביספוספטאז

התגובה הבאה המספקת את פעולתו של פוסופרופוקטוקינאז במסלול הגליקוליטי היא זו שהופכת את פרוקטוז-1,6-ביספוספט לפרוקטוז -6-פוספט. האנזים פרוקטוז-1,6-ביספוספטאז מזרז תגובה זו במסלול הגלוקונוגני, שהוא הידרוליטי ומסכם להלן:

זו אחת מנקודות הוויסות של הגלוקונאוגנזה, מאחר ואנזים זה דורש Mg ²⁺ לצורך פעילותו. פרוקטוז -6-פוספט עובר תגובה איזומרזציה המנותזת על ידי האנזים פוספוגליוקיזומראז שהופך אותו לגלוקוז-6-פוספט.

פעולה של האנזים גלוקוז-6-פוספטאז

לבסוף, השליש מהתגובות הללו הוא המרה של גלוקוז-6-פוספט לגלוקוז.

פעולה זו מתבצעת באמצעות פעולה של גלוקוז-6-פוספטאז אשר מזרז תגובה של הידרוליזה ומחליפה את הפעולה הבלתי הפיכה של הקסוקינאז או גלוקוקינאז במסלול הגליקוליטי.

אנזים גלוקוז-6-פוספטאז זה קשור לתכנית האנדופלסמה של תאי הכבד. זה גם זקוק לקופקטור Mg ²⁺ בכדי להפעיל את תפקודו הקטליטי.

מיקומו מבטיח את תפקוד הכבד כסינתיסייזר גלוקוז לספק את צרכי האיברים האחרים.

מבשרי גלוקונוגניים

כאשר אין מספיק חמצן בגוף, כפי שיכול לקרות בשרירים ובארתרוציטים במקרה של אימון ממושך, מתרחשת תסיסה גלוקוזית; כלומר, הגלוקוזה אינה מתחמצנת לחלוטין בתנאים אנאירוביים ולכן מיוצר לקטט.

אותו מוצר יכול לעבור לדם ומשם להגיע לכבד. שם זה ישמש מצע גלוקונוגני, שכן עם כניסתו למחזור הקוריא יומר לקטט לפירובט. טרנספורמציה זו נובעת מפעולתו של האנזים לקטט דה-הידרוגנז.

חומצת חלב

לקטט הוא מצע גלוקונאוגני חשוב בגוף האדם, וברגע שהמאגרים של הגליקוגן מתרוקנים, ההמרה של לקט לגלוקוז עוזרת לחדש את מאגרי הגליקוגן בשרירים ובכבד.

פירובטה

לעומת זאת, דרך תגובות המרכיבות את מה שמכונה מחזור גלוקוז-אלנין, מתרחשת טרנספורציה של פירובט.

זה נמצא ברקמות חוץ-כביות, והופך את פירובט לאלנין, המהווה עוד אחד מהמצעים הגלוקונוגניים החשובים.

בתנאים קיצוניים של צום ממושך או הפרעות מטבוליות אחרות, קטבוליזם בחלבון יהיה מקור לחומצות אמינו גלוקוגניות כמוצא אחרון. אלה יהוו אמצעי ביניים של מחזור קרבס ויוצרים אוקסלאצטט.

גליצרול ואחרים

גליצרול הוא המצע הגלוקוניוגני היחיד המשמעותי שמקורו בחילוף חומרים של שומנים.

זה משתחרר במהלך הידרוליזה של טריאציל-גליצרידים, המאוחסנים ברקמת השומן. אלה הופכים על ידי תגובות זרחניות והידרוגנציה עוקבות לפוספט דיהידרוקסיצטון, ההולכים במסלול הגלוקונוגני ליצירת גלוקוז.

לעומת זאת, מעט חומצות שומן בעלות שרשרת מוזרה הינן גלוקונוגניות.

ויסות הגלוקונאוגנזה

אחד מהבקרות הראשונות לגלוקונאוגנזה מתבצע על ידי צריכת מזונות עם תכולת פחמימות נמוכה, המקדמים רמות תקינות של גלוקוז בדם.

לעומת זאת, אם צריכת הפחמימות נמוכה, מסלול הגלוקונאוגנזה יהיה חשוב לעמוד בדרישות הגלוקוז של הגוף.

ישנם גורמים נוספים המעורבים בוויסות ההדדי בין גליקוליזה לגלוקונאוגנזה: רמות ATP. כאשר הם גבוהים, הגליקוליזה מעוכבת ואילו הגלוקונאוגנזה מופעלת.

ההפך קורה ברמות AMP: אם הם גבוהים, גליקוליזה מופעלת, אך הגלוקונאוגנזה מעוכבת.

ישנן מחסומים מסוימים בתגובות קטליזות אנזים ספציפיות בגלוקונאוגנזה. איזה? ריכוז המצעים והקופקטורים האנזימטיים כמו Mg ²⁺ , וקיומם של מפעילים כמו פוסופרופוקטוקינאז.

פוסופרופוקטוקינאז מופעל על ידי AMP והשפעת הורמוני הלבלב אינסולין, גלוקגון ואפילו כמה גלוקוקורטיקואידים.

הפניות

1. מת'יו, הולדה ואהרן. (2002). ביוכימיה (מהדורה שלישית). מדריד: PEARSON
2. Wikibooks. (2018). עקרונות ביוכימיה / גלוקונוגנזה וגליקוגנזה. נלקח מ: en.wikibooks.org
3. ששיקנט ריי. (דצמבר 2017). ויסות, מדידות והפרעות גלוקונאוגנזה. לקוח מ: researchgate.net
4. גלוקונאוגנזה. . נלקח מ: imed.stanford.edu
5. הרצאה 3-גליקוליזה וגלוקונוגנזה. . נלקח מ: chem.uwec.edu
6. גלוקונאוגנזה. . לקוח מ: chemistry.creighton.edu