Одним из значимых процессов в организме является глюконеогенез. Это название метаболического пути, который приводит к тому, что из неуглеводных соединений (пирувата, в частности) образуется глюкоза.
Каковы его особенности? Как данный процесс регулируется? Есть множество важных нюансов, касающихся данной темы, и сейчас стоит уделить им внимание.
Определение
Итак, глюконеогенез – это процесс синтеза глюкозы из веществ, имеющих не углеводную природу происхождения. Протекает он преимущественно в печени, чуть менее интенсивно – в почечном корковом веществе и кишечной слизистой оболочке.
Вам будет интересно:Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ПНИПУ): обзор деятельности, специальности
Данный процесс включает все обратимые реакции гликолиза с особыми обходными путями. Выражаясь простым языком, он повторяет реакции окисления глюкозы не полностью. Что получается? Глюконеогенез – это процесс, способный протекать во всех тканях. Исключение составляет только 6-фосфатазная реакция. Она протекает лишь в почках и печени.
Общие особенности
Глюконеогенез – это процесс, который происходит у микроорганизмов, грибов, растений и животных. Интересно, что его реакции одинаковы для всех биологических видов и тканей.
Вам будет интересно:Настоятельная просьба или вежливое требование?
Важнейшие предшественники глюкозы у животных – это трехуглеродные соединения. К таковым относится глицерол, пируват, лактат и аминокислоты.
Образованная в процессе глюконеогенеза глюкоза транспортируется в кровь, а оттуда – к другим тканям. Что дальше? После физических нагрузок, которым был подвержен организм, образованный в скелетных мышцах лактат снова отправляется в печень. Там он превращается в глюкозу. Она, в свою очередь, опять поступает в мышцы, либо преобразуется в гликоген.
Весь описанный круговорот именуется циклом Кори. Это своеобразная совокупность ферментативных биохимических процессов, в ходе которых лактат транспортируется из мышц в печень и далее превращается в глюкозу.
Субстраты
Обсуждая специфику регуляции гликолиза и глюконеогенеза, нужно затронуть вниманием и эту тему. Субстраты – это реагенты, образующие питательную среду. В случае с глюконеогенезом в их роли выступают:
- Пировиноградная кислота (ПВК). Без нее невозможно переваривание углеводов и обмен аминокислот.
- Глицерин. Отличается сильным дегидратирующим свойством.
- Молочная кислота. Является важнейшим участником регуляторных обменных процессов.
- Аминокислоты. Они являются главным строительным материалом любого живого организма, в том числе и человеческого.
Включение этих элементов в процесс глюконеогенеза зависит от того, в каком физиологическом состоянии пребывает организм.
Стадии процесса
Они, на самом деле, полностью повторяют стадии гликолиза (окисление глюкозы), но только в обратном направлении. Катализация осуществляется теми же ферментами.
Исключение составляют четыре реакции – превращения пирувата в оксалоацетат, глюкозо-6-фосфата в чистую глюкозу, фруктозо-1,6-дифосфата в фруктозо-6-фосфат, а также оксалоацетата в фосфоенолпируват.
Хочется оговориться, что оба процесса регулируются реципрокно. То есть если клетка в достаточной степени снабжена энергией, то гликолиз останавливается. Что происходит после этого? Запускается глюконеогенез! То же самое и в обратном направлении. Когда активируется гликолиз, останавливается глюконеогенез в печени и почках.
Регуляция
Еще один важнейший нюанс рассматриваемой темы. Что можно сказать о регуляции глюконеогенеза? Если бы он происходил одновременно с гликолизом на большой скорости, то в результате бы сильно увеличился расход АТР, и началось бы образовываться тепло.
Эти процессы взаимосвязаны. Если, например, увеличивается поток глюкозы, проходящий через гликолиз, то количество пирувата, идущего через глюконеогенез, спадает.
Отдельно нужно поговорить о глюкозо-6-фосфате. У этого элемента, к слову, есть и другое название. Также его именуют фосфолированной глюкозой. Во всех клетках данное вещество образуется в процессе гексокиназной реакции, а в печени - в ходе фосфоролиза. Также оно может появиться в результате ГНГ (в тонком кишечнике, мышцах) или по итогам унификации моносахаридов (печени).
Как используется глюкозо-6-фосфат? Сначала синтезируется гликоген. Потом он дважды окисляется: первый раз в анаэробных или аэробных условиях, а второй – в пентозофосфатном пути. И уже после этого превращается непосредственно в глюкозу.
Роль в организме
О функции глюконеогенеза необходимо рассказать в отдельности. Как всем известно, в человеческом организме при голодании активно используются запасы питательных веществ. К таковым относятся жирные кислоты и гликоген. Эти вещества расщепляются до неуглеводных соединений, кетокислот и аминокислот.
Большая часть этих соединений из организма не выводится. Происходит реутилизация. Кровью эти вещества транспортируются из других тканей в печень, а затем используются в процессе глюконеогенеза, чтобы синтезировалась глюкоза. А она является ключевым источником энергии.
Какой вывод? Функция глюконеогенеза – поддержание в организме нормального уровня глюкозы при интенсивных нагрузках и долгом голодании. Постоянное поступление данного вещества необходимо эритроцитам и нервной ткани. Если вдруг запасы организма истощатся, то выручит глюконеогенез. Ведь этот процесс – основной поставщик энергетических субстратов.
Алкоголь и глюконеогенез
Данному сочетанию необходимо уделить внимание, раз тема изучается с медицинской и биологической точек зрения.
Если человек употребляет большое количество алкоголя, то происходящий в печени глюконеогенез сильно замедляется. Результатом становится уменьшение содержащейся в крови глюкозы. Данное состояние именуется гипогликемией.
Выпив спиртное на пустой желудок, либо после тяжелых физических нагрузок, можно спровоцировать понижение уровня глюкозы до 30 % от нормы.
Разумеется, это состояние негативно отразится на мозговой функции. Оно очень опасно, в особенности для тех областей, которые держат под контролем температурные показатели тела. Ведь из-за гипогликемии они могут понизиться на 2 °С и больше, а это очень серьезная динамика. Но если человеку в таком состоянии дать раствор глюкозы, то температура быстро нормализуется.
Голодание
Примерно через 6 часов после его начала, глюконеогенез начинает стимулироваться глюкагоном (одноцепочечный полипептид, который составляет 29 аминокислотных остатков).
Но активным данный процесс становится лишь на 32-й час. Просто в этот момент к нему подключается кортизол (катаболический стероид). После этого начинают расщепляться белки мышц и прочие ткани. Они превращаются в аминокислоты, являющиеся предшественниками глюкозы в процессе глюконеогенеза.Это атрофия мышц. Для организма она является вынужденной мерой, на которую ему приходится идти, дабы мозг получил определенную порцию глюкозы, необходимую для функционирования. Именно поэтому очень важно, чтобы больные люди, восстанавливающиеся после операций и болезней, получали хорошее дополнительное питание. Если этого не будет, то мышцы и ткани начнут истощаться.
Клиническое значение
Выше было вкратце рассказано о реакциях глюконеогенеза и прочих особенностях данного процесса. Напоследок стоит обсудить клиническое значение.
Если снизится использование лактата в качестве субстрата, необходимого для глюконеогенеза, то будут последствия: понижение рН крови и последующее развитие лактатацидоза. Произойти это может из-за дефекта ферментов глюконеогенеза.
Следует оговориться, что недолговременный лактоацидоз может одолеть и здоровых людей. Случается это при условии интенсивной мышечной работы. Но тогда данное состояние быстро компенсируется гипервентиляцией легких и выведением из организма углекислого газа.
К слову, на глюконеогенез оказывает влияние и этанол. Его катаболизм чреват увеличением количества NADH, а это отражается на равновесии в лактатдегидрогеназной реакции. Оно просто смещается в сторону образования лактата. Также из-за этого снижается образование пирувата. Итогом становится замедление всего процесса глюконеогенеза.