Smadzenēm ir nepieciešami cukuri: neironi strādā gandrīz tikai ar glikozi, tāpēc ir jānodrošina nepārtraukta šī cukura piegāde. Smadzenes patērē aptuveni 120 g glikozes dienā, bet visa organisma ikdienas nepieciešamība ir aptuveni 200 g.
Mūsu ķermenī aptuveni 100 g glikozes aknās tiek uzglabāti glikogēna veidā, vēl 5-10 g ir atrodami bioloģiskajos šķidrumos, savukārt apmēram 200-300 g tiek uzglabāti muskuļos, vienmēr glikogēna veidā. Lai nodrošinātu nepārtrauktu glikozes piegādi audiem, kuriem tas nepieciešams, tiek izmantota stratēģija, kas mazāk kustīgās molekulas pārvērš glikozē: glikoneoģenēze.
Glikoneoģenēze ir glikozes sintēzes process, sākot no ne-ogļhidrātu prekursoriem:
- pienskābe: ražota anaerobā glikolīzē
- aminoskābes *: rodas no uztura vai strukturālo proteīnu noārdīšanās
- glicerīns: iegūts no triglicerīdu hidrolīzes
Glikoneoģenēze ir būtiska, lai nodrošinātu pietiekamu glikozes piegādi no insulīna neatkarīgiem audiem (smadzenēm, sarkanajām asins šūnām un muskuļiem intensīvas fiziskās slodzes laikā).
Glikoneoģenēze, kas notiek daudzos audos un jo īpaši aknās, kļūst būtiska badošanās laikā, kad ķermeņa ogļhidrātu rezerves ir izsmeltas.
* No dažādām glikoneoģenētiskajām aminoskābēm (ieskaitot glutamīnskābi un asparagīnskābi, alanīnu, cisteīnu, glicīnu, prolīnu, serīnu, treonīnu) dominējošā loma ir alanīnam, kas izdalās no skeleta muskuļiem (sk. Glikozes-alanīna ciklu).
Glikoneoģenēze sākas no piruvāta un lielā mērā ir glikolīzes otrādi.
Smadzenes:
- normālos apstākļos tas izmanto tikai glikozi;
- ilgstošas badošanās gadījumā (2-3 dienas) tā arvien vairāk izmanto ketonu ķermeņu enerģētiskās īpašības;
- ja tūlīt pēc badošanās (starp ēdienreizēm) esat iztērējis ogļhidrātu rezerves, tas izmanto glikozi, kas iegūta no aminoskābēm, kas iegūtas strukturālo proteīnu hidrolīzes rezultātā: proteāzes enzīmi noārda olbaltumvielas līdz aminoskābēm, kuras pēc tam fermentu transamināžu, tiek pārveidotas par alfa-keto skābēm, kuras savukārt izmanto glikozes aizstāšanai (sk. aminoskābju noārdīšanos).
Par glikoneoģenēzi ir atbildīgas tikai aknas (mazākā mērā tas notiek arī nierēs + un zarnās); šeit, izmantojot glikoneoģenēzi, tiek iegūta glikoze, kas tiks transportēta uz dažādiem audiem līdz smadzenēm.
Septiņas no desmit glikolīzes reakcijām notiek pretēji glikoneoģenēzes virzienam; ja glikoneoģenēze būtu precīzs glikolīzes apgrieztais virziens, katrā posmā būtu nepieciešams piegādāt enerģiju. Tāpēc trīs glikolīzes reakcijas nevar izmantot (enerģijas apsvērumu dēļ) glikoneoģenēzē; šo trīs reakciju vietā tiek izmantotas citas reakcijas ar atšķirīgu substrāti, produkti un fermenti.
Reakciju, kas no glikozes 6-fosfāta nonāk glikozē, katalizē a fosfatāze kināzes vietā; pāreju no fruktozes 1,6-bisfosfāta uz fruktozes 6-fosfātu katalizē arī fosfatāze, nevis kināze.
Trešā reakcija, kas atšķiras no glikolīzes, ir tā, kuras rezultātā no piruvāta veidojas fosfoenolpirivāts; tas notiek caur piruvāta karboksilāze, kas izmanto oglekļa dioksīda molekulu, lai pagarinātu oglekļa ķēdi, un ar fosfoenolpiruvāta karboksikināze (enerģiju šim procesam nodrošina GTP).
Pieņemsim, ka vingrojat un esat prom no ēdienreizēm, jums ir jāaktivizē glikozes vielmaiņa, lai iegūtu enerģiju. Ja glikozes līmenis asinīs ir mazāks par 5 mM, tiek sasniegts glikozes nepieciešamības signāls: aizkuņģa dziedzera α šūnas atbrīvo hormonu (tas ir mazs dipeptīds) glikagonu, kas caur asinīm sasniedz hepatocītus (aknas); šeit tiek aktivizēts glikoneoģenētiskais ceļš un bloķēta glikolīze. Jaunizveidotā glikoze tiks izlaista apritē un pārsūtīta galvenokārt uz sarkanajām asins šūnām, nervu sistēmu un muskuļu audiem. Skatīt arī: ogļhidrāti un hipoglikēmija.
