Mózg potrzebuje cukrów: neurony pracują prawie wyłącznie na glukozie, dlatego konieczne jest zapewnienie ciągłego dostarczania tego cukru. Mózg spożywa dziennie ok. 120 g glukozy, podczas gdy dzienne zapotrzebowanie całego organizmu wynosi ok. 200 g.
W naszym organizmie ok. 100 g glukozy jest magazynowane w postaci glikogenu w wątrobie, kolejne 5-10 g znajduje się w płynach biologicznych, natomiast ok. 200-300 g w mięśniach, zawsze w postaci glikogenu. Aby zapewnić ciągłość dostarczania glukozy do tkanek, które jej potrzebują, stosuje się strategię przekształcania mniej ruchliwych cząsteczek w glukozę: glukoneogenezę.
Glukoneogeneza to proces syntezy glukozy z prekursorów niewęglowodanowych:
- kwas mlekowy: wytwarzany przez glikolizę beztlenową
- aminokwasy *: pochodzące z diety lub z degradacji białek strukturalnych
- glicerol: otrzymywany z hydrolizy triglicerydów
Glukoneogeneza jest niezbędna do zapewnienia odpowiedniego zaopatrzenia w glukozę tkanek niezależnych od insuliny (mózgu, krwinek czerwonych i mięśni podczas intensywnego wysiłku fizycznego).
Glukoneogeneza, która zachodzi w wielu tkankach, a zwłaszcza w wątrobie, staje się niezbędna podczas postu, kiedy zasoby węglowodanów organizmu są wyczerpane.
* Spośród różnych aminokwasów glukoneogenetycznych (w tym kwasu glutaminowego i asparaginowego, alaniny, cysteiny, glicyny, proliny, seryny, treoniny) dominującą rolę odgrywa alanina uwalniana z mięśni szkieletowych (patrz cykl glukoza-alanina).
Glukoneogeneza zaczyna się od pirogronianu i jest w dużej mierze odwrotnością glikolizy.
Mózg:
- w normalnych warunkach wykorzystuje tylko glukozę;
- w przypadku przedłużonego postu (2-3 dni) w coraz większym stopniu wykorzystuje energetyczne właściwości ciał ketonowych;
- gdy masz natychmiastowy post (między posiłkami), po wyczerpaniu zapasów węglowodanów, wykorzystuje glukozę pochodzącą z aminokwasów uzyskanych z hydrolizy białek strukturalnych: enzymy proteazowe rozkładają białka do aminokwasów, które następnie poprzez działanie transaminaz enzymów, przekształcane są w alfa-ketokwasy, które z kolei zastępują glukozę (patrz degradacja aminokwasów).
Za glukoneogenezę odpowiada wyłącznie wątroba (w mniejszym stopniu występuje również w nerkach + iw jelicie), tutaj poprzez glukoneogenezę uzyskuje się glukozę, która będzie transportowana do różnych tkanek, aż do mózgu.
Siedem na dziesięć reakcji glikolizy zachodzi w kierunku przeciwnym do glukoneogenezy; gdyby glukoneogeneza była dokładną odwrotnością glikolizy, na każdym etapie konieczne byłoby dostarczenie energii.Dlatego trzy reakcje glikolizy nie mogą być wykorzystywane (ze względów energetycznych) w glukoneogenezie; zamiast tych trzech reakcji wykorzystuje się inne reakcje o różnych substraty, produkty i enzymy.
Reakcja, która prowadzi z glukozo-6-fosforanu do glukozy jest katalizowana przez a fosfataza zamiast kinazy; przejście od 1,6-bisfosforanu fruktozy do fruktozo-6-fosforanu jest również katalizowane raczej przez fosfatazę niż przez kinazę.
Trzecią reakcją, która różni się od glikolizy, jest ta, która prowadzi do powstania fosfoenolopirynianu z pirogronianu; dzieje się to poprzez karboksylaza pirogronianowa, który wykorzystuje cząsteczkę dwutlenku węgla do wydłużenia łańcucha węglowego, a za pomocą karboksykinaza fosfoenolopirogronianowa (energię do tego procesu dostarcza GTP).
Załóżmy, że ćwiczysz i przebywasz z dala od posiłków, musisz aktywować metabolizm glukozy, aby wytworzyć energię. Jeśli poziom glukozy we krwi jest mniejszy niż 5 mM, wówczas realizowany jest sygnał zapotrzebowania na glukozę: komórki α trzustki uwalniają hormon (jest to mały dipeptyd) glukagon, który poprzez krew dociera do hepatocytów (wątroby); tutaj szlak glukoneogenetyczny jest aktywowany i glikoliza jest zablokowana. Nowo powstała glukoza zostanie uwolniona do krążenia i przekazana przede wszystkim do czerwonych krwinek, układu nerwowego i tkanki mięśniowej. Zobacz też: węglowodany i hipoglikemia.
