Il gluconeogenesi È un processo metabolico che si verifica in quasi tutti gli esseri viventi, comprese piante, animali e vari tipi di microrganismi. Consiste nella sintesi o formazione di glucosio da composti che contengono carbonio che non sono carboidrati, come aminoacidi, glucogeni, glicerolo e lattato.
È uno dei percorsi del metabolismo dei carboidrati che è anabolico. Sintetizza o forma molecole di glucosio presenti principalmente nel fegato e, in misura minore, nella corteccia dei reni di esseri umani e animali.
Questo processo anabolico avviene seguendo la direzione inversa della via catabolica del glucosio, avendo diversi enzimi specifici nei punti irreversibili della glicolisi.
La gluconeogenesi è importante per aumentare i livelli di glucosio nel sangue e nei tessuti nell'ipoglicemia. Inoltre attenua la diminuzione della concentrazione di carboidrati in digiuni prolungati o in altre situazioni avverse..
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La gluconeogenesi è uno dei processi anabolici del metabolismo dei carboidrati. Attraverso il suo meccanismo, il glucosio viene sintetizzato da precursori o substrati formati da piccole molecole.
Il glucosio può essere generato da semplici biomolecole di natura proteica, come amminoacidi glucogenici e glicerolo, quest'ultimo proveniente dalla lipolisi dei trigliceridi nel tessuto adiposo.
Il lattato funziona anche come substrato e, in misura minore, acidi grassi a catena dispari.
La gluconeogenesi è di grande importanza per gli esseri viventi e soprattutto per il corpo umano. Questo perché serve a provvedere in casi particolari alla grande richiesta di glucosio che il cervello richiede (120 grammi al giorno, circa).
Quali parti del corpo richiedono glucosio? Il sistema nervoso, il midollo renale, tra gli altri tessuti e cellule, come i globuli rossi, che utilizzano il glucosio come unica o principale fonte di energia e carbonio.
Le riserve di glucosio come il glicogeno immagazzinate nel fegato e nei muscoli sono appena sufficienti per un giorno. Questo senza considerare diete o esercizi intensi. Per questo motivo, attraverso la gluconeogenesi, il corpo viene rifornito di glucosio formato da altri precursori o substrati non carboidrati..
Inoltre, questo percorso è coinvolto nell'omeostasi del glucosio. Il glucosio così formato, oltre ad essere una fonte di energia, è il substrato di altre reazioni anaboliche.
Un esempio di questo è il caso della biosintesi delle biomolecole. Tra questi glicoconiugati, glicolipidi, glicoproteine e ammino zuccheri e altri eteropolisaccaridi.
La gluconeogenesi ha luogo nel citosol o citoplasma delle cellule, principalmente del fegato e in misura minore nel citoplasma delle cellule della corteccia renale..
La sua via sintetica costituisce gran parte delle reazioni della glicolisi (via catabolica del glucosio), ma in direzione opposta.
Tuttavia, è importante notare che le 3 reazioni di glicolisi che sono termodinamicamente irreversibili, saranno catalizzate da enzimi specifici della gluconeogenesi diversi da quelli coinvolti nella glicolisi, il che rende possibile che le reazioni avvengano nella direzione opposta..
Sono specificamente quelle reazioni glicolitiche catalizzate dagli enzimi esochinasi o glucochinasi, fosfofruttochinasi e piruvato chinasi.
Esaminando i passaggi cruciali della gluconeogenesi catalizzata da enzimi specifici, è chiaro che la conversione del piruvato in fosfoenolpiruvato richiede una serie di reazioni.
Il primo si verifica nella matrice mitocondriale con la conversione del piruvato in ossalacetato, catalizzata dalla piruvato carbossilasi..
A sua volta, affinché l'ossalacetato partecipi, deve essere convertito in malato dalla malato deidrogenasi mitocondriale. Questo enzima viene trasportato attraverso i mitocondri al citosol, dove viene ritrasformato in ossalacetato dalla malato deidrogenasi presente nel citoplasma cellulare..
Attraverso l'azione dell'enzima fosfoenolpiruvato carbossichinasi (PEPCK), l'ossaloacetato viene convertito in fosfoenolpiruvato. Le rispettive reazioni sono riassunte di seguito:
Piruvato + CODue + HDueO + ATP => Ossalacetato + ADP + Pio + 2H+
Ossalacetato + GTP <=> Fosfoenolpiruvato + CODue + PIL
Tutti questi eventi rendono possibile la trasformazione del piruvato in fosfoenolpiruvato senza l'intervento della piruvato chinasi, specifica per la via glicolitica..
Tuttavia, il fosfoenolpiruvato viene trasformato in fruttosio-1,6-bisfosfato dall'azione degli enzimi glicolitici che catalizzano in modo reversibile queste reazioni..
La reazione successiva che fornisce l'azione della fosfofruttochinasi nella via glicolitica è quella che trasforma il fruttosio-1,6-bisfosfato in fruttosio-6-fosfato. L'enzima fruttosio-1,6-bisfosfatasi catalizza questa reazione nella via gluconeogenica, che è idrolitica ed è riassunta di seguito:
Fruttosio-1,6-bisfosfato + H.DueO => Fruttosio-6-fosfato + Pio
Questo è uno dei punti di regolazione della gluconeogenesi, poiché questo enzima richiede MgDue+ per la tua attività. Il fruttosio-6-fosfato subisce una reazione di isomerizzazione catalizzata dall'enzima fosfoglicosomerasi che lo trasforma in glucosio-6-fosfato.
Infine, la terza di queste reazioni è la conversione del glucosio-6-fosfato in glucosio..
Questo procede attraverso l'azione della glucosio-6-fosfatasi che catalizza una reazione di idrolisi e che sostituisce l'azione irreversibile di esochinasi o glucochinasi nella via glicolitica..
Glucosio-6-fosfato + HDueO => Glucosio + Pio
Questo enzima glucosio-6-fosfatasi è legato al reticolo endoplasmatico delle cellule epatiche. Hai anche bisogno del cofattore MgDue+ per esercitare la sua funzione catalitica.
La sua posizione garantisce la funzione del fegato come sintetizzatore di glucosio per soddisfare le esigenze di altri organi.
Quando il corpo non ha abbastanza ossigeno, come può accadere nei muscoli e negli eritrociti in caso di esercizio prolungato, avviene la fermentazione del glucosio; cioè, il glucosio non è completamente ossidato in condizioni anaerobiche e quindi viene prodotto lattato.
Questo stesso prodotto può passare nel sangue e da lì raggiungere il fegato. Lì agirà come un substrato gluconeogenico, poiché entrando nel ciclo di Cori il lattato diventerà piruvato. Questa trasformazione è dovuta all'azione dell'enzima lattato deidrogenasi.
Il lattato è un importante substrato gluconeogenico nel corpo umano e una volta esaurite le riserve di glicogeno, la conversione del lattato in glucosio aiuta a ricostituire le riserve di glicogeno nei muscoli e nel fegato..
D'altra parte, attraverso le reazioni che compongono il cosiddetto ciclo glucosio-alanina, avviene la transaminazione del piruvato.
Questa si trova nei tessuti extraepatici, con la trasformazione del piruvato in alanina, che costituisce un altro degli importanti substrati gluconeogenici..
In condizioni estreme di digiuno prolungato o altri disturbi metabolici, il catabolismo proteico sarà l'ultima opzione fonte di amminoacidi glucogenici. Questi formeranno intermedi del ciclo di Krebs e genereranno ossalacetato.
Il glicerolo è l'unico substrato gluconeogenico importante proveniente dal metabolismo dei lipidi..
Viene rilasciato durante l'idrolisi dei triacilgliceridi, che vengono immagazzinati nel tessuto adiposo. Questi vengono trasformati da reazioni di fosforilazione e deidrogenazione consecutive in fosfato diidrossiacetone, che segue la via gluconeogenica per formare il glucosio..
D'altra parte, pochi acidi grassi a catena dispari sono gluconeogenici..
Uno dei primi controlli della gluconeogenesi viene effettuato da un'assunzione di alimenti a basso contenuto di carboidrati, che favoriscono i normali livelli di glucosio nel sangue.
Al contrario, se l'assunzione di carboidrati è bassa, la via della gluconeogenesi sarà importante per soddisfare il fabbisogno di glucosio del corpo..
Ci sono altri fattori che intervengono nella regolazione reciproca tra glicolisi e gluconeogenesi: i livelli di ATP. Quando è alta, la glicolisi è inibita, mentre la gluconeogenesi è attivata.
Con i livelli di AMP accade il contrario: se sono alti, si attiva la glicolisi, ma si inibisce la gluconeogenesi.
Ci sono alcuni punti di controllo in specifiche reazioni catalizzate da enzimi nella gluconeogenesi. Quale? La concentrazione di substrati enzimatici e cofattori come MgDue+, e l'esistenza di attivatori come la fosfofruttochinasi.
La fosfofruttochinasi è attivata dall'AMP e dall'influenza degli ormoni pancreatici insulina, glucagone e persino alcuni glucocorticoidi.
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