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.

Glukagon

Podnosi poziom glukozy we krwi przez:

• rozkład glikogenu (

glikogenolizę

) w wątrobie

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?