GLUCONEOGENESIS: ขั้นตอน (ปฏิกิริยา) และการควบคุม - เคมี

gluconeogenesisเป็นกระบวนการเผาผลาญอาหารที่เกิดขึ้นในเกือบทุกสิ่งมีชีวิตรวมทั้งพืชสัตว์และประเภทต่างๆของจุลินทรีย์ ประกอบด้วยการสังเคราะห์หรือการสร้างกลูโคสจากสารประกอบที่มีคาร์บอนที่ไม่ใช่คาร์โบไฮเดรตเช่นกรดอะมิโนกลูโคเจนกลีเซอรอลและแลคเตท

เป็นหนึ่งในเส้นทางของการเผาผลาญคาร์โบไฮเดรตที่เป็น anabolic มันสังเคราะห์หรือสร้างโมเลกุลของกลูโคสที่มีอยู่ส่วนใหญ่ในตับและในระดับน้อยกว่าในเยื่อหุ้มสมองของไตของมนุษย์และสัตว์

วิถีเมตาบอลิกของกลูโคเจเนซิส ชื่อสีฟ้าแสดงถึงพื้นผิวของทางเดินลูกศรสีแดงปฏิกิริยาเฉพาะของทางเดินนี้ลูกศรหักบ่งบอกถึงปฏิกิริยาของไกลโคไลซิสซึ่งสวนทางกับทางเดินนี้ลูกศรตัวหนาบ่งบอกทิศทางของทางเดิน โดย BiobulletM จาก Wikimedia Commons

กระบวนการ anabolic นี้เกิดขึ้นในทิศทางย้อนกลับของวิถี catabolic ของกลูโคสโดยมีเอนไซม์เฉพาะที่แตกต่างกันที่จุดไกลโคไลซิสที่ไม่สามารถย้อนกลับได้

Gluconeogenesis มีความสำคัญต่อการเพิ่มระดับน้ำตาลในเลือดและเนื้อเยื่อในภาวะน้ำตาลในเลือดต่ำ นอกจากนี้ยังช่วยลดความเข้มข้นของคาร์โบไฮเดรตในการอดอาหารเป็นเวลานานหรือในสถานการณ์ที่ไม่พึงประสงค์อื่น ๆ

ลักษณะเฉพาะ

เป็นกระบวนการ anabolic

กลูโคโนเจเนซิสเป็นหนึ่งในกระบวนการแอนนาโบลิกของการเผาผลาญคาร์โบไฮเดรต กลูโคสถูกสังเคราะห์จากสารตั้งต้นหรือสารตั้งต้นที่ประกอบด้วยโมเลกุลขนาดเล็กโดยกลไกของกลูโคส

กลูโคสสามารถสร้างขึ้นจากสารชีวโมเลกุลที่เรียบง่ายในธรรมชาติของโปรตีนเช่นกรดอะมิโนกลูโคนิกและกลีเซอรอลซึ่งมาจากการสลายไตรกลีเซอไรด์ในเนื้อเยื่อไขมัน

แลคเตทยังทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นและกรดไขมันโซ่แปลก ๆ ในระดับที่น้อยกว่า

จัดหาวัสดุกลูโคส

Gluconeogenesis มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับสิ่งมีชีวิตและโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับร่างกายมนุษย์ เนื่องจากมันทำหน้าที่จัดหากลูโคสในกรณีพิเศษที่สมองต้องการ (ประมาณ 120 กรัมต่อวัน)

ส่วนใดของร่างกายที่ต้องการน้ำตาลกลูโคส? ระบบประสาทไขกระดูกในเนื้อเยื่อและเซลล์อื่น ๆ เช่นเซลล์เม็ดเลือดแดงซึ่งใช้กลูโคสเป็นแหล่งพลังงานและคาร์บอน แต่เพียงผู้เดียวหรือหลัก

แหล่งเก็บกลูโคสเช่นไกลโคเจนที่เก็บไว้ในตับและกล้ามเนื้อแทบจะไม่เพียงพอสำหรับหนึ่งวัน สิ่งนี้โดยไม่ต้องคำนึงถึงอาหารหรือการออกกำลังกายที่เข้มข้น ด้วยเหตุนี้ร่างกายจึงได้รับกลูโคสที่เกิดจากสารตั้งต้นหรือสารตั้งต้นที่ไม่ใช่คาร์โบไฮเดรตอื่น ๆ

นอกจากนี้เส้นทางนี้ยังเกี่ยวข้องกับสภาวะสมดุลของกลูโคส กลูโคสที่เกิดขึ้นในลักษณะนี้นอกจากจะเป็นแหล่งพลังงานแล้วยังเป็นสารตั้งต้นสำหรับปฏิกิริยาอะนาโบลิกอื่น ๆ

ตัวอย่างนี้เป็นกรณีของการสังเคราะห์ทางชีวโมเลกุล ซึ่งรวมถึงไกลโคคอนจูเกตไกลโคลิปิดไกลโคโปรตีนและน้ำตาลอะมิโนและเฮเทอโรโพลีแซ็กคาไรด์อื่น ๆ

ขั้นตอน (ปฏิกิริยา) ของกลูโคโนเจเนซิส

โดย AngelHerraez จาก Wikimedia Commons

เส้นทางสังเคราะห์

Gluconeogenesis เกิดขึ้นในไซโตซอลหรือไซโทพลาสซึมของเซลล์ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ที่ตับและในระดับที่น้อยกว่าในไซโทพลาซึมของเซลล์ของเยื่อหุ้มสมองของไต

วิถีสังเคราะห์ของมันถือเป็นส่วนใหญ่ของปฏิกิริยาของไกลโคไลซิส (ทางเดินของกลูโคส catabolic pathway) แต่ในทิศทางตรงกันข้าม

อย่างไรก็ตามสิ่งสำคัญคือต้องเน้นว่าปฏิกิริยาทั้ง 3 ของไกลโคไลซิสที่ไม่สามารถย้อนกลับทางอุณหพลศาสตร์ได้จะถูกเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์เฉพาะในกลูโคโนเจเนซิสซึ่งแตกต่างจากปฏิกิริยาไกลโคไลซิสซึ่งทำให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้นในทิศทางตรงกันข้าม

โดยเฉพาะอย่างยิ่งปฏิกิริยาไกลโคไลติกที่เร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์เฮกโซไคเนสหรือกลูโคไคเนสฟอสฮอฟรุคโทไคเนสและไพรูเวตไคเนส

การทบทวนขั้นตอนสำคัญของกลูโคโนเจเนซิสที่เร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์เฉพาะการเปลี่ยนไพรูเวตเป็นฟอสโฟโนลไพรูเวตต้องใช้ปฏิกิริยาหลายอย่าง

ครั้งแรกเกิดขึ้นในเมทริกซ์ไมโทคอนเดรียด้วยการแปลงไพรูเวตเป็นออกซาโลอะซีเตตโดยเร่งปฏิกิริยาโดยไพรูเวตคาร์บอกซิเลส

ในทางกลับกันสำหรับ oxaloacetate ที่จะเข้าร่วมจะต้องถูกเปลี่ยนเป็น malate โดย mitochondrial malate dehydrogenase เอนไซม์นี้ถูกขนส่งผ่านไมโทคอนเดรียไปยังไซโตซอลซึ่งจะถูกเปลี่ยนกลับเป็นออกซาโลอะซีเตตโดยมาเลตดีไฮโดรจีเนสที่พบในไซโทพลาสซึมของเซลล์

การทำงานของเอนไซม์ phosphoenolpyruvate carboxykinase

จากการกระทำของเอนไซม์ phosphoenolpyruvate carboxykinase (PEPCK) oxaloacetate จะถูกเปลี่ยนเป็น phosphoenolpyruvate ปฏิกิริยาตามลำดับสรุปได้ดังนี้:

เหตุการณ์ทั้งหมดนี้ทำให้การเปลี่ยนแปลงของไพรูเวตเป็นฟอสโฟโนลไพรูเวตเป็นไปได้โดยไม่ต้องมีการแทรกแซงของไพรูเวตไคเนสซึ่งเฉพาะสำหรับวิถีไกลโคไลติก

อย่างไรก็ตาม phosphoenolpyruvate จะถูกเปลี่ยนเป็น fructose-1,6-bisphosphate โดยการทำงานของเอนไซม์ไกลโคไลติกที่เร่งปฏิกิริยาเหล่านี้ได้

การทำงานของเอนไซม์ฟรุกโตส -1,6-bisphosphatase

ปฏิกิริยาต่อไปที่ให้การกระทำของ phosphofructokinase ในวิถีไกลโคไลติกคือปฏิกิริยาที่เปลี่ยนฟรุกโตส -1,6- บิสฟอสเฟตเป็นฟรุกโตส -6- ฟอสเฟต เอนไซม์ฟรุกโตส -1,6-bisphosphatase เร่งปฏิกิริยานี้ในเส้นทางกลูโคโนเจนิกซึ่งเป็นไฮโดรไลติกและสรุปได้ดังนี้:

นี่เป็นหนึ่งในจุดควบคุมของ gluconeogenesis เนื่องจากเอนไซม์นี้ต้องการ Mg ²⁺สำหรับกิจกรรมของมัน ฟรุกโตส -6- ฟอสเฟตผ่านปฏิกิริยาไอโซเมอไรเซชันที่เร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ฟอสโฟกไลโคไอโซเมอเรสที่เปลี่ยนเป็นกลูโคส -6- ฟอสเฟต

การทำงานของเอนไซม์กลูโคส -6-phosphatase

สุดท้ายปฏิกิริยาที่สามคือการเปลี่ยนกลูโคส -6- ฟอสเฟตเป็นกลูโคส

สิ่งนี้ดำเนินการผ่านการกระทำของกลูโคส -6- ฟอสฟาเทสที่เร่งปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสและแทนที่การกระทำที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ของเฮกโซไคเนสหรือกลูโคไคเนสในวิถีไกลโคไลติก

เอนไซม์กลูโคส -6- ฟอสฟาเตสนี้จับกับเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมของเซลล์ตับ นอกจากนี้ยังต้องการปัจจัยร่วม Mg ²⁺เพื่อทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยา

ตำแหน่งของมันรับประกันการทำงานของตับในฐานะที่เป็นเครื่องสังเคราะห์กลูโคสเพื่อจัดหาความต้องการของอวัยวะอื่น ๆ

สารตั้งต้นของ Gluconeogenic

เมื่อออกซิเจนในร่างกายไม่เพียงพออาจเกิดขึ้นได้ในกล้ามเนื้อและเม็ดเลือดแดงในกรณีของการออกกำลังกายเป็นเวลานานการหมักกลูโคสจะเกิดขึ้น นั่นคือกลูโคสไม่ได้ถูกออกซิไดซ์อย่างสมบูรณ์ภายใต้สภาวะไร้ออกซิเจนจึงผลิตแลคเตท

ผลิตภัณฑ์ชนิดเดียวกันนี้สามารถผ่านเข้าสู่เลือดและจากที่นั่นไปถึงตับ ที่นั่นจะทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นของกลูโคโนเจนิกเนื่องจากเมื่อเข้าสู่วงจร Cori แลคเตทจะถูกเปลี่ยนเป็นไพรูเวต การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดจากการกระทำของเอนไซม์แลคเตทดีไฮโดรจีเนส

ให้น้ำนม

แลคเตทเป็นสารตั้งต้นของกลูโคโนเจนิกที่สำคัญในร่างกายมนุษย์และเมื่อคลังไกลโคเจนหมดลงการเปลี่ยนแลคเตทเป็นกลูโคสจะช่วยเติมเต็มแหล่งเก็บไกลโคเจนในกล้ามเนื้อและตับ

ไพรู

ในทางกลับกันผ่านปฏิกิริยาที่ประกอบกันเป็นวัฏจักรกลูโคสอะลานีนที่เรียกว่าการปนเปื้อนของไพรูเวตจะเกิดขึ้น

สิ่งนี้พบในเนื้อเยื่อนอกตับโดยเปลี่ยนไพรูเวตเป็นอะลานีนซึ่งเป็นสารตั้งต้นกลูโคโนเจนิกที่สำคัญอีกชนิดหนึ่ง

ในสภาวะที่ต้องอดอาหารเป็นเวลานานหรือการเผาผลาญอื่น ๆ การสลายตัวของโปรตีนจะเป็นแหล่งของกรดอะมิโนกลูโคเจนิกเป็นทางเลือกสุดท้าย สิ่งเหล่านี้จะสร้างตัวกลางของวงจร Krebs และสร้าง oxaloacetate

กลีเซอรอลและอื่น ๆ

กลีเซอรอลเป็นสารตั้งต้นกลูโคโนเจนิกที่สำคัญเพียงชนิดเดียวที่เกิดจากการเผาผลาญไขมัน

มันถูกปล่อยออกมาในระหว่างการไฮโดรไลซิสของไตรอะซิลกลีเซอไรด์ซึ่งถูกเก็บไว้ในเนื้อเยื่อไขมัน สิ่งเหล่านี้ถูกเปลี่ยนโดยปฏิกิริยา phosphorylation และ dehydrogenation ที่ต่อเนื่องกันไปเป็น dihydroxyacetone phosphate ซึ่งเป็นไปตามวิถีของ gluconeogenic เพื่อสร้างกลูโคส

ในทางกลับกันกรดไขมันสายโซ่แปลก ๆ เพียงไม่กี่ชนิดคือกลูโคโนเจนิก

กฎข้อบังคับของกลูโคโนเจเนซิส

หนึ่งในการควบคุมกลูโคโนเจเนซิสขั้นแรกดำเนินการโดยการรับประทานอาหารที่มีปริมาณคาร์โบไฮเดรตต่ำซึ่งจะช่วยส่งเสริมระดับน้ำตาลกลูโคสในเลือดให้เป็นปกติ

ในทางตรงกันข้ามหากบริโภคคาร์โบไฮเดรตน้อยวิถีของกลูโคโนเจเนซิสจะมีความสำคัญในการตอบสนองความต้องการกลูโคสของร่างกาย

มีปัจจัยอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องในการควบคุมซึ่งกันและกันระหว่าง glycolysis และ gluconeogenesis: ระดับ ATP เมื่ออยู่ในระดับสูงไกลโคไลซิสจะถูกยับยั้งในขณะที่กลูโคโนเจเนซิสถูกกระตุ้น

สิ่งที่ตรงกันข้ามจะเกิดขึ้นกับระดับ AMP: ถ้าสูงจะมีการกระตุ้นไกลโคไลซิส แต่กลูโคโนเจเนซิสถูกยับยั้ง

มีจุดตรวจบางอย่างในปฏิกิริยาของเอนไซม์ที่เร่งปฏิกิริยาเฉพาะในกลูโคโนเจเนซิส ที่? ความเข้มข้นของสารตั้งต้นของเอนไซม์และปัจจัยร่วมเช่น Mg ²⁺และการมีอยู่ของตัวกระตุ้นเช่น phosphofructokinase

Phosphofructokinase ถูกกระตุ้นโดย AMP และอิทธิพลของฮอร์โมนอินซูลินตับอ่อนกลูคากอนและกลูโคคอร์ติคอยด์บางชนิด

อ้างอิง

Mathews, Holde และ Ahern (2002) ชีวเคมี (ฉบับที่ 3) มาดริด: PEARSON
วิกิพีเดีย (2018) หลักการทางชีวเคมี / กลูโคโนเจเนซิสและไกลโคเจน นำมาจาก: en.wikibooks.org
ชาชิกันท์เรย์. (ธันวาคม 2560). กฎข้อบังคับการวัดและความผิดปกติของ Gluconeogenesis นำมาจาก: researchgate.net
gluconeogenesis . นำมาจาก: imed.stanford.edu
บรรยาย 3-Glycolysis and Gluconeogenesis. . นำมาจาก: chem.uwec.edu
gluconeogenesis . นำมาจาก: chemistry.creighton.edu

GLUCONEOGENESIS: ขั้นตอน (ปฏิกิริยา) และการควบคุม - เคมี - 2025