31. Глюконеогенез: локализация, функции, регуляция глюконеогенеза.
Глюконеогенез – процесс синтеза глюкозы из неуглеводных источников, например пирувата, лактата, глицерола или аминокислот. Этот процесс осуществляется в противоположность гликолизу. Другое его название – неоглюкогенез.
Глюконеогенез происходит в печени и почках. Он помогает поддерживать уровень глюкозы в крови во время голодания или при низком потреблении углеводов. Эти органы содержат необходимые ферменты и метаболические механизмы для синтеза глюкозы из неуглеводных предшественников. Печень, будучи центральным органом метаболизма, играет важнейшую роль в регулировании уровня глюкозы в крови и обеспечении стабильного поступления глюкозы в другие ткани, особенно во время голодания или длительного ограничения потребления углеводов.
Функции глюконеогенеза:
Поддержание уровня глюкозы в крови: особенно важно для мозга, эритроцитов и других тканей, которые зависят от глюкозы.
Обеспечение энергии в условиях голодания: в отсутствие углеводов организм использует запасы жиров и белков для синтеза глюкозы.
Утилизация молочной кислоты: в процессе переработки молочной кислоты (цикл Корри) в глюкозу.
Субстраты для глюконеогенеза
Лактат (молочная кислота): продукт анаэробного гликолиза.
Глицерин: образуется при расщеплении жиров.
Аминокислоты: особенно аланин и глутамин.
Пропионат: образуется при метаболизме жирных кислот с нечетным числом углеродов (у жвачных животных играет большую роль).
Путь, называемый «глюконеогенезом», состоит из одиннадцати последовательных ферментативных реакций. В зависимости от используемого субстрата путь начинается либо в митохондриях, либо в цитоплазме клеток печени, либо в клетках почек. Многие реакции являются обратными процессами гликолиза.
Если конкретнее, то картинка ниже (слева гликолиз [красный], справа глюкогенез [синий]):
Регуляция происходит на уровне ферментов и зависит от энергетического состояния клетки и уровня глюкозы в организме.
Гормональная регуляция: Глюкагон (повышает глюконеогенез), Инсулин (подавляет глюконеогенез), Кортизол (усиливает глюконеогенез в условиях стресса).
Алоптерическая регуляция: Высокие уровни АТФ и цитрата стимулируют глюконеогенез, а низкий уровень энергии (высокий АМФ) подавляет его.
Субстратная регуляция: если в крови много лактата, глицерина или аминокислот, глюконеогенез активируется.
32.Биосинтез и мобилизация гликогена. Схема регуляции активности гликогенфосфорилазы и гликогенсинтазы.
Гликоген — это запасной полисахарид, который хранится в клетках животных, в основном в печени и мышцах, и служит источником энергии. Процессы биосинтеза и мобилизации гликогена позволяют организму эффективно регулировать уровень глюкозы в крови и обеспечивать клетки энергией. В организме может накапливаться до 450г гликогена, до трети из этого числа в печени, остальное почти полностью в мышцах.
Если глюкозы много, происходит процесс биосинтеза гликогена (гликогенез):
Активация глюкозы:
Глюкоза → Глюкозо-6-фосфат (фермент: глюкокиназа или гексокиназа).
Глюкозо-6-фосфат → Глюкозо-1-фосфат (фермент: фосфоглюкомутаза).
Глюкозо-1-фосфат + УТФ → УДФ-глюкоза (фермент: УДФ-глюкозофосфорилаза). УДФ-глюкоза — активированная форма глюкозы.
Инициация синтеза: гликогенин (белок) служит "затравкой" для синтеза. Он сам добавляет первые молекулы глюкозы.
Удлинение цепи: фермент гликогенсинтаза добавляет глюкозу из УДФ-глюкозы к цепи гликогена (α-1,4-связи).
Образование разветвлений: разветвляющий фермент создает α-1,6-связи, образуя боковые цепи гликогена.
Если глюкоза из запасов понадобилась, то происходит процесс мобилизации гликогена (гликогенолиз):
Расщепление α-1,4-связей: фермент гликогенфосфорилаза расщепляет гликоген, освобождая глюкозо-1-фосфат.
Превращение в глюкозо-6-фосфат: Глюкозо-1-фосфат → Глюкозо-6-фосфат (фермент: фосфоглюкомутаза).
Удаление разветвлений: «Дебранчинг» фермент удаляет α-1,6-связи, высвобождая свободную глюкозу.
В печени: Глюкозо-6-фосфат → Глюкоза (фермент: глюкозо-6-фосфатаза), после чего глюкоза поступает в кровь. В мышцах: Глюкоза остается в форме глюкозо-6-фосфата и используется для получения энергии через гликолиз.
Ферменты гликогенфосфорилаза и гликогенсинтаза являются ключевыми в процессах мобилизации и синтеза гликогена, а их активность регулируется гормонами и энергетическим состоянием клетки.
Гликогенфосфорилаза (расщепляет гликоген) регулируется:
Гормонами
Глюкагон (в печени): стимулирует фосфорилирование через активацию аденилатциклаз, из-за которых активируются протеинкиназы A (PKA).
Адреналин (в мышцах и печени): аналогично активирует PKA.
Алоптерической регуляцией:
В мышцах: АТФ и глюкозо-6-фосфат ингибируют гликогенфосфорилазу.
АМФ (низкий уровень энергии) активирует.
Гликогенсинтаза (синтезирует гликоген) регулируется:
Гормонами:
Инсулин: активирует фосфатазу (PP1), которая дефосфорилирует и активирует гликогенсинтазу.
Глюкагон и адреналин: активируют PKA, которая фосфорилирует и ингибирует гликогенсинтазу.
Алоптерической регуляцией:
Глюкозо-6-фосфат активирует гликогенсинтазу, даже если она частично фосфорилирована.
Если проще, в условиях высокого уровня глюкозы (после еды), инсулин стимулирует биосинтез гликогенаследующим образом: активирует гликогенсинтазу и подавляет гликогенфосфорилазу. А в условиях низкого уровня глюкозы (голод), глюкагон (в печени) или адреналин (в мышцах) стимулируют мобилизацию гликогена с точностью наоборот.