GLUKONEOGENESIS: TAHAP (REAKSI) DAN PERATURAN - KIMIA - 2024

The gluconeogenesis adalah satu proses metabolik yang berlaku dalam perkara yang hampir semua yang hidup, termasuk tumbuh-tumbuhan, haiwan dan pelbagai jenis mikroorganisma. Ia terdiri daripada sintesis atau pembentukan glukosa dari sebatian yang mengandungi karbon yang bukan karbohidrat, seperti asid amino, glukogen, gliserol dan laktat.

Ini adalah salah satu jalan metabolisme karbohidrat yang bersifat anabolik. Ia mensintesis atau membentuk molekul glukosa yang terdapat terutamanya di hati dan, pada tahap yang lebih rendah, di korteks ginjal manusia dan haiwan.

Laluan metabolik glukogenesis. Nama dengan warna biru menunjukkan substrat jalur, anak panah dengan warna merah adalah reaksi unik dari jalur ini, anak panah yang patah menunjukkan reaksi glikolisis, yang bertentangan dengan jalan ini, anak panah yang tebal menunjukkan arah jalan tersebut. Oleh BiobulletM, dari Wikimedia Commons

Proses anabolik ini berlaku mengikut arah sebaliknya dari jalur katabolik glukosa, mempunyai enzim spesifik yang berbeza pada titik glikolisis yang tidak dapat dipulihkan.

Glukoneogenesis penting untuk meningkatkan kadar glukosa dalam darah dan tisu dalam hipoglikemia. Ia juga mengurangkan penurunan kepekatan karbohidrat dalam puasa berpanjangan atau dalam keadaan buruk yang lain.

ciri

Ia adalah proses anabolik

Glukoneogenesis adalah salah satu proses anabolik metabolisme karbohidrat. Melalui mekanismenya, glukosa disintesis dari prekursor atau substrat yang terdiri daripada molekul kecil.

Glukosa dapat dihasilkan dari biomolekul sederhana yang bersifat protein, seperti asid amino glukogenik dan gliserol, yang terakhir berasal dari lipolisis trigliserida pada tisu adiposa.

Laktat juga berfungsi sebagai substrat dan, pada tahap yang lebih rendah, asid lemak rantai ganjil.

Sediakan bekalan glukosa

Glukoneogenesis sangat penting bagi makhluk hidup dan terutama untuk tubuh manusia. Ini kerana ia berfungsi untuk menyediakan dalam banyak kes permintaan glukosa yang sangat diperlukan oleh otak (kira-kira 120 gram sehari).

Bahagian tubuh apa yang memerlukan glukosa? Sistem saraf, sumsum ginjal, antara tisu dan sel lain, seperti sel darah merah, yang menggunakan glukosa sebagai satu-satunya sumber utama tenaga dan karbon.

Stok glukosa seperti glikogen yang tersimpan di hati dan otot hampir tidak mencukupi untuk satu hari. Ini tanpa mempertimbangkan diet atau senaman yang kuat. Atas sebab ini, melalui glukoneogenesis, tubuh dibekalkan dengan glukosa yang terbentuk dari prekursor atau substrat bukan karbohidrat yang lain.

Juga, laluan ini terlibat dalam homeostasis glukosa. Glukosa yang terbentuk dengan cara ini, selain menjadi sumber tenaga, adalah substrat untuk reaksi anabolik lain.

Contohnya ialah kes biosintesis biomolekul. Ini termasuk glikokonjugat, glikolipid, glikoprotein, dan gula amino dan heteropolisakarida lain.

Tahap (reaksi) glukoneogenesis

Oleh AngelHerraez, dari Wikimedia Commons

Laluan sintetik

Glukoneogenesis berlaku di sitosol atau sitoplasma sel, terutama di hati dan pada tahap yang lebih rendah dalam sitoplasma sel korteks ginjal.

Jalur sintetiknya merupakan sebahagian besar reaksi glikolisis (jalur katabolik glukosa), tetapi ke arah yang bertentangan.

Walau bagaimanapun, penting untuk diperhatikan bahawa 3 reaksi glikolisis yang termodinamik tidak dapat dipulihkan, akan dikatalisis oleh enzim tertentu dalam glukoneogenesis yang berbeza daripada yang terlibat dalam glikolisis, yang memungkinkan reaksi berlaku pada arah yang berlawanan.

Mereka secara khusus reaksi glikolitik yang dikatalisis oleh enzim heksokinase atau glukokinase, fosfofruktokinase dan piruvat kinase.

Mengkaji langkah-langkah penting glukoneogenesis yang dikatalisis oleh enzim tertentu, penukaran piruvat menjadi fosfoenolpiruvat memerlukan serangkaian reaksi.

Yang pertama berlaku dalam matriks mitokondria dengan penukaran piruvat menjadi oksaloasetat, dikatalisis oleh piruvat karboksilase.

Sebagai gantinya, agar oksaloasetat dapat mengambil bahagian, ia mesti ditukar menjadi malate oleh mitokondria malate dehydrogenase. Enzim ini diangkut melalui mitokondria ke sitosol, di mana ia diubah menjadi oksaloasetat oleh dehidrogenase malat yang terdapat di sitoplasma sel.

Tindakan enzim phosphoenolpyruvate carboxykinase

Melalui tindakan enzim phosphoenolpyruvate carboxykinase (PEPCK), oxaloacetate ditukar menjadi phosphoenolpyruvate. Reaksi masing-masing diringkaskan di bawah:

Semua peristiwa ini menjadikan transformasi piruvat menjadi fosfenolpyruvat mungkin tanpa campur tangan piruvat kinase, yang khusus untuk jalur glikolitik.

Walau bagaimanapun, phosphoenolpyruvate diubah menjadi fruktosa-1,6-bifosfat oleh tindakan enzim glikolitik yang secara menterbalikkan reaksi ini.

Tindakan enzim fruktosa-1,6-bifosfatase

Reaksi seterusnya yang membekalkan tindakan fosfofruktokinase di jalur glikolitik adalah reaksi yang mengubah fruktosa-1,6-bifosfat menjadi fruktosa-6-fosfat. Enzim fruktosa-1,6-bifosfatase mengkatalisis tindak balas ini di jalur glukoneogenik, yang bersifat hidrolitik dan diringkaskan di bawah:

Ini adalah salah satu titik regulasi glukoneogenesis, kerana enzim ini memerlukan Mg ²⁺ untuk aktivitinya. Fruktosa-6-fosfat mengalami reaksi isomerisasi yang dikatalisis oleh enzim phosphoglycoisomerase yang mengubahnya menjadi glukosa-6-fosfat.

Tindakan enzim glukosa-6-fosfatase

Akhirnya, ketiga reaksi ini adalah penukaran glukosa-6-fosfat menjadi glukosa.

Ini diteruskan melalui tindakan glukosa-6-fosfatase yang memangkinkan reaksi hidrolisis dan yang menggantikan tindakan tidak dapat dipulihkan dari heksokinase atau glukokinase di jalur glikolitik.

Enzim glukosa-6-fosfatase ini terikat pada retikulum endoplasma sel hati. Ia juga memerlukan kofaktor Mg ²⁺ untuk menjalankan fungsi pemangkinnya.

Lokasinya menjamin fungsi hati sebagai synthesizer glukosa untuk memenuhi keperluan organ lain.

Prekursor glukoneogenik

Apabila tidak ada cukup oksigen di dalam badan, seperti yang dapat terjadi pada otot dan eritrosit dalam kes latihan yang berpanjangan, fermentasi glukosa berlaku; iaitu glukosa tidak teroksidasi sepenuhnya dalam keadaan anaerob dan oleh itu laktat dihasilkan.

Produk yang sama ini boleh masuk ke dalam darah dan dari sana sampai ke hati. Di sana ia akan bertindak sebagai substrat glukoneogenik, kerana setelah memasuki kitaran Cori laktat akan ditukar menjadi piruvat. Transformasi ini disebabkan oleh tindakan enzim laktat dehidrogenase.

Laktat

Laktat adalah substrat glukoneogenik yang penting dalam tubuh manusia, dan setelah simpanan glikogen habis, penukaran laktat menjadi glukosa membantu menambah simpanan glikogen pada otot dan hati.

Piruvat

Sebaliknya, melalui reaksi yang membentuk kitaran glukosa-alanin, transaminasi piruvat berlaku.

Ini terdapat dalam tisu ekstra-hepatik, mengubah piruvat menjadi alanin, yang merupakan substrat glukoneogenik yang lain.

Dalam keadaan berpuasa yang berpanjangan atau gangguan metabolik yang lain, katabolisme protein akan menjadi sumber asid amino glukogenik sebagai langkah terakhir. Ini akan membentuk perantaraan kitaran Krebs dan menghasilkan oksaloasetat.

Gliserol dan lain-lain

Gliserol adalah satu-satunya substrat glukoneogenik yang signifikan yang berasal dari metabolisme lipid.

Ia dilepaskan semasa hidrolisis triacylglycerides, yang disimpan dalam tisu adiposa. Ini diubah oleh reaksi fosforilasi dan dehidrogenasi berturut-turut kepada dihydroxyacetone fosfat, yang mengikuti jalan glukoneogenik untuk membentuk glukosa.

Sebaliknya, sedikit asid lemak rantai ganjil adalah glukoneogenik.

Peraturan glukoneogenesis

Salah satu kawalan glukoneogenesis pertama dilakukan dengan pengambilan makanan dengan kandungan karbohidrat rendah, yang meningkatkan kadar glukosa normal dalam darah.

Sebaliknya, jika pengambilan karbohidrat rendah, jalur glukoneogenesis akan menjadi penting untuk memenuhi keperluan glukosa badan.

Terdapat faktor lain yang terlibat dalam peraturan timbal balik antara glikolisis dan glukoneogenesis: tahap ATP. Apabila mereka tinggi, glikolisis dihambat, sementara glukoneogenesis diaktifkan.

Sebaliknya berlaku dengan tahap AMP: jika tinggi, glikolisis diaktifkan, tetapi glukoneogenesis dihambat.

Terdapat titik pemeriksaan tertentu dalam tindak balas pemangkin enzim tertentu dalam glukoneogenesis. Yang mana? Kepekatan substrat enzimatik dan kofaktor seperti Mg ²⁺ , dan kewujudan pengaktif seperti fosfofruktokinase.

Phosphofructokinase diaktifkan oleh AMP dan pengaruh hormon pankreas insulin, glukagon, dan bahkan beberapa glukokortikoid.

Rujukan

1. Mathews, Holde dan Ahern. (2002). Biokimia (edisi ke-3). Madrid: PEARSON
2. Wikibooks. (2018). Prinsip Biokimia / Glukoneogenesis dan Glikogenesis. Diambil dari: en.wikibooks.org
3. Shashikant Ray. (Disember 2017). Peraturan, Pengukuran, dan Gangguan Glukoneogenesis. Diambil dari: researchgate.net
4. Glukoneogenesis. . Diambil dari: imed.stanford.edu
5. Kuliah 3-Glikolisis dan Glukoneogenesis. . Diambil dari: chem.uwec.edu
6. Glukoneogenesis. . Diambil dari: chemistry.creighton.edu