Метаболічний шлях глюконеогенезу

Метаболічний шлях глюконеогенезу є значною мірою оберненням гліколізу (що утворює з глюкози піруват та лактат) за виключенням трьох гліколітичних “кіназних” реакцій, які є термодинамічно незворотними і потребують обхідних (шунтових) механізмів. Незворотними реакціями гліколізу є:

1) гексокіназна (або глюкокіназна) реакція: глюкоза + АТФ = глюкозо-6-фосфат + АДФ

2) фосфофруктокіназна реакція: фруктозо-6-фосфат + АТФ= фруктозо-1,6-дифосфат + АДФ

3) піруваткіназна реакція: фосфоенолпіруват + АДФ = піруват + АТФ

Виходячи з незворотностізазначених реакцій, для перетворення пірувату (або лактату) в глюкозу необхідні додаткові, специфічні для глюконеогенезу ферментативні реакції.

Це реакції:

– перетворення глюкозо-6-фосфату в глюкозу;

– перетворення фруктозо-1,6-дифосфату в фруктозо-6-фосфат;

– перетворення пірувату в фосфоенолпіруват.

Реакції та ферменти глюконеогенезу:

1. Перетворення пірувату в фосфоенолпіруват. Реакція відбувається в дві послідовні стадії:

1). Перетворення пірувату в оксалоацетат (щавлевооцтову кислоту) за участю ферменту піруваткарбоксилази: піруват + СО2 + АТФ=оксалоацетат + АДФ + Фн Піруваткарбоксилаза локалізована всередині мітохондрій. Простетичною групою ферменту є карбоксибіотин — коферментна форма вітаміну Н. Макроергічний зв’язок АТФ витрачається на карбоксилювання зв’язаного з ферментом біотину

2). Перетворення оксалоацетату в фосфоенолпіруват (ФЕП) за участю ферменту фосфоенолпіруваткарбоксикінази (ФЕП- кінази): оксалоацетат + ГТФ =ФЕП + СО2 + ГДФ. У клітинах більшості тваринних організмів ФЕП-кіназа локалізована в цитозолі

1) малатна човникова система — включає в себе: відновлення оксалоацетату до малату за участю мітохондріального ізоферменту малатдегідрогенази: оксалоацетат + НАДН + Н+=малат + НАД+, вихід малату через мембрани мітохондрій у цитозоль і подальше окислення малату до оксалоацетату цитозольним ізоферментом малатдегідрогенази: малат + НАД+ =оксалоацетат + НАДН + Н+

2) аспартатна човникова система — функціонує шляхом внутрішньоміто- хондріального перетворення оксалоацетату в аспартат: оксалоацетат + L-глутамат=аспартат + α-Кетоглутарат з подальшим виходом аспартату в цитозоль і зворотним його перетворенням знову в оксалоацетат; механізм забезпечується послідовною дією мітохондріального та цитозольного ізоферментів аспартатамінотрансферази.

3) цитратна човникова система — функціонує шляхом внутрішньомітохондріального утворення з оксалоацетату цитрату (за рахунок дії цитратсинтази): оксалоацетат + ацетил-КоА = цитрат, подальшого виходу цитрату в цитозоль і його розщеплення з вивільненням знову оксалоацетату за дії цитратліази: цитрат + КоА-SH =оксалоацетат + + ацетил-КоА

2. Перетворення фруктозо-1,6-дифосфату в фруктозо-6-фосфат: фруктозо-1,6-дифосфат + Н2 О =-6-фосфат + Фн. Реакція каталізується регуляторним ферментом фруктозо-1,6-дифосфатазою (Фр-1,6-дифосфатазою), що міститься в печінці (головним чином), а також у нирках і епітеліоцитах кишечника.

3. Перетворення глюкозо-6-фосфату в глюкозу: глюкозо-6-фосфат + + Н2 О =глюкоза + Фн.Реакція каталізується ферментом глюкозо-6- фосфатазою(Г-6-Ф-азою), найбільш високий вміст якого — в мембранах ендоплазматичного ретикулуму гепатоцитів. Завдяки наявності в печінці високої концентрації глюкозо-6- фосфатази, саме цей орган забезпечує вихід у кров вільної глюкози за рахунок гідролізу глюкозо-6-фосфату, що утворюється при глюконеогенезі або фосфоролітичному розщепленні глікогену.

Субстрати глюконеогенезу

Основними попередниками (субстратами) глюконеогенезу є піруват (лактат) та амінокислоти (переважно аланін), що утворюються, головним чином, у функціонуючих скелетних м’язах, еритроцитах та клітинах деяких інших тканин.