บ้านการสร้างกลูโคส เป็นกระบวนการสังเคราะห์กลูโคสจากสารที่ไม่ใช่คาร์โบไฮเดรต ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ฟังก์ชันนี้จะดำเนินการเป็นหลัก ตับ ในระดับที่น้อยกว่า - ไต และ เซลล์เยื่อเมือกในลำไส้ - สารตั้งต้นหลักของการสร้างกลูโคโนเจเนซิสคือ
ไพรูเวต, แลคเตต, กลีเซอรอล, กรดอะมิโน (รูปที่ 10)
รูปที่ 10 การสร้างกลูโคสช่วยให้ร่างกายต้องการกลูโคสในกรณีที่อาหารมีคาร์โบไฮเดรตไม่เพียงพอ (การออกกำลังกาย การอดอาหาร) การจัดหากลูโคสอย่างต่อเนื่องเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับระบบประสาท
และเซลล์เม็ดเลือดแดง เมื่อความเข้มข้นของกลูโคสในเลือดลดลงต่ำกว่าระดับวิกฤติ การทำงานของสมองจะหยุดชะงัก หากมีภาวะน้ำตาลในเลือดต่ำอย่างรุนแรงจะมีอาการโคม่าและอาจถึงแก่ชีวิตได้
ปริมาณไกลโคเจนในร่างกายสำรองเพียงพอต่อความต้องการกลูโคสระหว่างมื้ออาหาร ในระหว่างคาร์โบไฮเดรตหรือความอดอยากโดยสิ้นเชิงตลอดจนในระหว่างการทำงานทางกายภาพเป็นเวลานาน ความเข้มข้นของกลูโคสในเลือดจะคงอยู่เนื่องจากการสร้างกลูโคโนเจเนซิส กระบวนการนี้อาจเกี่ยวข้องกับสารที่สามารถเปลี่ยนเป็นไพรูเวตหรือสารเมตาบอไลต์อื่นใดของการสร้างกลูโคโนเจเนซิส รูปนี้แสดงจุดรวมของสารตั้งต้นหลักในการสร้างกลูโคโนเจเนซิส: กลูโคสเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับเนื้อเยื่อไขมันในฐานะแหล่งของกลีเซอรอลซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกลีเซอไรด์ มันมีบทบาทสำคัญในการรักษาความเข้มข้นที่มีประสิทธิภาพของสารเมตาบอไลท์ในวัฏจักรกรดซิตริกในเนื้อเยื่อหลายชนิด แม้ในสภาวะที่ร่างกายต้องการแคลอรี่ส่วนใหญ่จากไขมันนอกจากนี้ กลูโคสยังทำหน้าที่เป็นเชื้อเพลิงชนิดเดียวสำหรับการทำงานของกล้ามเนื้อโครงร่างภายใต้สภาวะไร้ออกซิเจน มันเป็นสารตั้งต้นของน้ำตาลนม (แลคโตส) ในต่อมน้ำนมและทารกในครรภ์จะบริโภคอย่างแข็งขันในระหว่างการพัฒนา กลไกของการสร้างกลูโคโนเจเนซิสใช้เพื่อกำจัดผลิตภัณฑ์จากการเผาผลาญของเนื้อเยื่อออกจากเลือด เช่น แลคเตตซึ่งก่อตัวในกล้ามเนื้อและเซลล์เม็ดเลือดแดง และกลีเซอรอลซึ่งก่อตัวอย่างต่อเนื่องในเนื้อเยื่อไขมัน
การรวมสารตั้งต้นต่าง ๆ ในการสร้างกลูโคโนเจเนซิสขึ้นอยู่กับสถานะทางสรีรวิทยาของสิ่งมีชีวิต แลคเตทเป็นผลิตภัณฑ์ของไกลโคไลซิสแบบไม่ใช้ออกซิเจนในเม็ดเลือดแดงและกล้ามเนื้อทำงาน กลีเซอรอลปล่อยออกมาในระหว่างการไฮโดรไลซิสของไขมันในเนื้อเยื่อไขมันระหว่างช่วงหลังการดูดซึมหรือระหว่างการออกกำลังกาย กรดอะมิโนเกิดจากการสลายโปรตีนของกล้ามเนื้อ
ปฏิกิริยาไกลโคไลซิสทั้ง 7 ประการสามารถย้อนกลับได้ง่ายและถูกนำมาใช้ในการสร้างกลูโคโนเจเนซิส แต่ปฏิกิริยาไคเนสสามปฏิกิริยาไม่สามารถย้อนกลับได้และจะต้องข้ามไป (รูปที่ 12) ดังนั้นฟรุกโตส-1,6-บิสฟอสเฟตและกลูโคส-6-ฟอสเฟตจึงถูกดีฟอสโฟรีเลชั่นโดยฟอสฟาเตสจำเพาะ และไพรูเวตถูกทำให้เป็นฟอสโฟรีเลชั่นเพื่อสร้างฟอสโฟอีนอลไพรูเวตผ่านขั้นตอนกลางสองขั้นตอนผ่านออกซาโลอะซิเตต การก่อตัวของออกซาโลอะซิเตตถูกเร่งโดยไพรูเวตคาร์บอกซิเลส เอนไซม์นี้มีไบโอตินเป็นโคเอ็นไซม์ Oxaloacetate เกิดขึ้นในไมโตคอนเดรียขนส่งไปยังไซโตโซลและมีส่วนร่วมในการสร้างกลูโคโนเจเนซิส ควรสังเกตว่าแต่ละปฏิกิริยาของไกลโคไลซิสที่ไม่สามารถย้อนกลับได้พร้อมกับปฏิกิริยากลูโคโนเจเนซิสที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ที่สอดคล้องกันนั้นประกอบด้วยวงจรที่เรียกว่าสารตั้งต้น:
รูปที่ 12
มีสามรอบดังกล่าว - ซึ่งสอดคล้องกับปฏิกิริยาสามปฏิกิริยาที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ วงจรเหล่านี้ให้บริการ จุดประยุกต์ใช้กลไกการกำกับดูแล ซึ่งเป็นผลมาจากการไหลของสารเปลี่ยนแปลงไปตามเส้นทางของการสลายกลูโคสหรือตามเส้นทางการสังเคราะห์
ทิศทางของปฏิกิริยา รอบวัสดุพิมพ์แรกควบคุมโดยความเข้มข้นของกลูโคสเป็นหลัก ในระหว่างการย่อยอาหารความเข้มข้นของกลูโคสในเลือดจะเพิ่มขึ้น กิจกรรมของ Glucokinase สูงสุดภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ เป็นผลให้ปฏิกิริยาไกลโคไลติกถูกเร่ง กลูโคส ® กลูโคส-6-ฟอสเฟตนอกจากนี้อินซูลินยังกระตุ้นการสังเคราะห์กลูโคไคเนสและช่วยเร่งกระบวนการฟอสโฟรีเลชั่นของกลูโคส เนื่องจากกลูโคส-6-ฟอสเฟตในตับไม่ถูกยับยั้งโดยกลูโคส-6-ฟอสเฟต (ต่างจากเฮกโซไคเนสของกล้ามเนื้อ) กลูโคส-6-ฟอสเฟตจำนวนมากจึงถูกส่งผ่านวิถีไกลโคไลติก
การเปลี่ยนกลูโคส-6-ฟอสเฟตเป็นกลูโคสถูกเร่งปฏิกิริยาโดยฟอสฟาเตสจำเพาะอื่น - กลูโคส-6-ฟอสฟาเตสมีอยู่ในตับและไต แต่ไม่มีในกล้ามเนื้อและเนื้อเยื่อไขมัน การมีเอนไซม์นี้ช่วยให้เนื้อเยื่อส่งกลูโคสเข้าสู่เลือดได้
การสลายไกลโคเจนให้กลายเป็นกลูโคส-1-ฟอสเฟตดำเนินการโดยฟอสโฟรีเลส การสังเคราะห์ไกลโคเจนเป็นไปตามเส้นทางที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ผ่านการก่อตัวของกลูโคสยูริดีนไดฟอสเฟต และถูกเร่งปฏิกิริยา ไกลโคเจนสังเคราะห์.
วัสดุพิมพ์ที่สองวัฏจักร: การเปลี่ยนฟรุกโตส 1,6-บิสฟอสเฟตเป็นฟรุกโตส 6-ฟอสเฟต เร่งปฏิกิริยาด้วยเอนไซม์จำเพาะ ฟรุกโตส-1,6-บิสฟอสฟาเตสเอนไซม์นี้พบได้ในตับและไต และยังพบในกล้ามเนื้อโครงร่างด้วย
ทิศทางของปฏิกิริยา วัสดุพิมพ์ที่สองวงจรขึ้นอยู่กับกิจกรรมของฟอสโฟฟรุกโตไคเนสและฟรุกโตส-1,6-บิสฟอสเฟตฟอสฟาเตส กิจกรรมของเอนไซม์เหล่านี้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของฟรุกโตส-2,6-บิสฟอสเฟต
ฟรุกโตส-2,6-บิสฟอสเฟตเกิดขึ้นจากฟอสโฟรีเลชั่นของฟรุกโตส-6-ฟอสเฟตโดยมีส่วนร่วมของเอนไซม์ไบฟังก์ชัน (BIF) ซึ่งยังกระตุ้นปฏิกิริยาย้อนกลับอีกด้วย
กิจกรรมไคเนสเกิดขึ้นเมื่อเอนไซม์ไบฟังก์ชันอยู่ในรูปแบบดีฟอสโฟรีเลต (BIF-OH) รูปแบบ dephosphorylated ของ BIF เป็นลักษณะของระยะเวลาการดูดซึม เมื่อดัชนีอินซูลิน-กลูคากอนสูง
ด้วยดัชนีอินซูลิน - กลูคากอนต่ำลักษณะของการอดอาหารเป็นเวลานานทำให้เกิดฟอสโฟรีเลชั่นของ BIF และการแสดงออกของกิจกรรมฟอสฟาเตสส่งผลให้ปริมาณฟรุกโตส -2,6-บิสฟอสเฟตลดลงการชะลอตัวของไกลโคไลซิสและ เปลี่ยนไปใช้การสร้างกลูโคโนเจเนซิส
ปฏิกิริยาไคเนสและฟอสฟาเตสถูกเร่งโดยศูนย์แอคทีฟที่แตกต่างกันของ BIF แต่ในแต่ละสถานะของเอนไซม์ทั้งสอง - ฟอสโฟรีเลเต็ดและดีฟอสโฟรีเลเตด - หนึ่งในศูนย์กลางแอคทีฟจะถูกยับยั้ง
ปริมาณไกลโคเจนในตับมีจำกัด และหลังจากอดอาหาร 12-18 ชั่วโมง ไกลโคเจนจะหายไปอย่างสมบูรณ์ เซลล์จำนวนมากต้องการกลูโคสอย่างต่อเนื่อง (เม็ดเลือดแดง เซลล์ประสาท เซลล์กล้ามเนื้อภายใต้สภาวะไร้ออกซิเจน) การสร้างกลูโคสเป็นวิถีทางเมแทบอลิซึมที่ช่วยแก้ปัญหานี้ Gluconeogenesis เป็นวิถีทางเมแทบอลิซึมที่แปลงสารประกอบที่ไม่ใช่คาร์โบไฮเดรตให้เป็นกลูโคส สารประกอบหลายชนิดสามารถมีส่วนร่วมในกระบวนการนี้ได้ ซึ่งรวมถึงกรดแลคติค PVA และกรดอะมิโนที่สลายตัวเป็นไพรูเวต (อะลานีน ซิสเทอีน ไกลซีน ซีรีน ทรีโอนีน ฯลฯ) และกลีเซอรอล และโพรพิโอโนนิล-CoA และซับสเตรตของวงจรเครบส์ (ออกซัลอะซิเตต เป็นต้น , รูปที่. 5.8 ).
การสร้างกลูโคสคือการดัดแปลงกระบวนการต่างๆ เช่น ไกลโคไลซิสและวงจรเครบส์ ปฏิกิริยาไกลโคไลติกส่วนใหญ่สามารถย้อนกลับได้ ข้อยกเว้นคือปฏิกิริยาสามประการที่เร่งปฏิกิริยาโดยเฮกโซไคเนส, ฟอสโฟฟรุกโตไคเนส-1 และไพรูเวตไคเนส และเพื่อเอาชนะปฏิกิริยาเหล่านี้ มีการใช้เอนไซม์พิเศษซึ่งเรียกว่าปฏิกิริยาสำคัญของการสร้างกลูโคโนเจเนซิส เอนไซม์เหล่านี้มีความเข้มข้นในตับและเยื่อหุ้มไต ในตาราง 5.2 จะมีการให้ชื่อของเอนไซม์ที่กระตุ้นปฏิกิริยาไกลโคไลซิสที่ไม่สามารถกลับคืนสภาพเดิมได้ และเอนไซม์สำคัญที่เกี่ยวข้องของการสร้างกลูโคโนเจเนซิส
ตารางที่ 5.2.เอนไซม์สำคัญของไกลโคไลซิสและกลูโคโนเจเนซิส
เมื่อเอนไซม์ดังกล่าวทำงานร่วมกันก็เกิดปัญหาที่เรียกว่า รอบวัสดุพิมพ์ “ว่าง” โดยมีเงื่อนไขว่าปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับถูกเร่งปฏิกิริยาด้วยเอนไซม์ที่แตกต่างกัน ผลิตภัณฑ์ที่ได้รับในปฏิกิริยาไปข้างหน้าจะกลายเป็นสารตั้งต้นของเอนไซม์อื่น ซึ่งจะเร่งปฏิกิริยาปฏิกิริยาย้อนกลับ โดยเปลี่ยนผลิตภัณฑ์กลับเข้าไปในสารตั้งต้นของเอนไซม์ตัวแรก มีอันตรายจากการหมุนเวียน "ว่าง" ของซับสเตรตปฏิกิริยา ปัญหาได้รับการแก้ไขโดยองค์กรของการควบคุมหลายระดับรวมถึงการควบคุม allosteric ซึ่งกันและกันและการดัดแปลงโครงสร้างของเอนไซม์โควาเลนต์
เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไป ระยะเริ่มแรกปฏิกิริยากลูโคโนเจเนซิสที่เลี่ยงปฏิกิริยาไพรูเวตไคเนสของไกลโคไลซิส Pyruvate kinase ขึ้นอยู่กับอิทธิพลของระบบการควบคุม (รูปที่ 5.9) ที่ควบคุมอัตราการไกลโคไลซิสดังนั้นภายใต้เงื่อนไขที่เอื้ออำนวยต่อการสร้างกลูโคส (การอดอาหาร ฯลฯ ) กิจกรรมของเอนไซม์นี้ควรถูกยับยั้ง สิ่งนี้อำนวยความสะดวกโดยการเพิ่มปริมาณอะลานีนซึ่งเป็นตัวยับยั้งอัลโลสเตอริกของไพรูเวตไคเนสและการหลั่งกลูคากอนที่เพิ่มขึ้น หลังกระตุ้นการก่อตัวของค่ายในเซลล์ตับซึ่งกระตุ้นโปรตีนไคเนสเอ. ฟอสโฟรีเลชั่นของไพรูเวตไคเนสภายใต้อิทธิพลของโปรตีนไคเนสเอทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงไปสู่สถานะไม่ทำงาน การยับยั้งไพรูเวตไคเนสเอื้อต่อการกระตุ้นการสร้างกลูโคโนเจเนซิส
. 
รูปที่.5.9. การควบคุมกิจกรรมไพรูเวตไคเนส
รูปที่.5.10. สารตั้งต้นหลักและเอนไซม์ของการสร้างกลูโคโนเจเนซิส:
1-แลคเตตดีไฮโดรจีเนส; 2– ไพรูเวตคาร์บอกซิเลส; 3-มาเลตดีไฮโดรจีเนส; 4-ฟอสโฟอีนอลไพรูเวต คาร์บอกซีไคเนส; 5-ฟรุคโตส-1,6-ไดฟอสฟาเตส; 6– กลูโคส-6-ฟอสฟาเตส; 7-กลีเซอรอลไคเนส; 8-a-กลีเซอรอลฟอสเฟตดีไฮโดรจีเนส
ในขณะที่การเปลี่ยนฟอสโฟอีนอลไพรูเวตไปเป็นพีวีซี ซึ่งถูกเร่งโดยไพรูเวตไคเนสนั้นเป็นปฏิกิริยาเคมีเดี่ยวๆ การเปลี่ยนพีวีซีกลับไปเป็นฟอสโฟอีนอลไพรูเวตนั้นจำเป็นต้องมีปฏิกิริยาหลายอย่าง ปฏิกิริยาแรกคือคาร์บอกซิเลชันของไพรูเวต ปฏิกิริยานี้จะถูกเร่งปฏิกิริยาโดยไพรูเวต คาร์บอกซิเลส และเกิดขึ้นพร้อมกับการมีส่วนร่วมของคาร์บอกซีไบโอติน ซึ่งเป็นรูปแบบออกฤทธิ์ของ CO 2 ในเซลล์ ผลิตภัณฑ์ของคาร์บอกซิเลชั่น oxaloacetate ตรงบริเวณจุดพิเศษในการเผาผลาญไมโตคอนเดรียซึ่งเกิดปฏิกิริยานี้ นี่เป็นสารตั้งต้นที่สำคัญของวงจรเครบส์ (ดูด้านล่าง) และการออกจากไมโตคอนเดรียเป็นเรื่องยาก ในการข้ามเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรีย ออกซาโลอะซิเตตจะถูกรีดิวซ์โดยไมโตคอนเดรีย มาเลต ดีไฮโดรจีเนส ให้เป็นกรดมาลิก ซึ่งทะลุผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้ง่าย หลังออกจากไมโตคอนเดรียจะถูกออกซิไดซ์อีกครั้งในไซโตโซลเป็นออกซาโลอะซิเตตภายใต้อิทธิพลของไซโตซิลิกมาเลตดีไฮโดรจีเนส การแปลง oxaloacetate เป็น PEPVC เพิ่มเติมเกิดขึ้นในไซโตโซลของเซลล์ ที่นี่ด้วยความช่วยเหลือของ phosphoenolpyruvate carboxykinase ocaloacetate จะถูกดีคาร์บอกซิเลตพร้อมกับค่าใช้จ่ายของพลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างการไฮโดรไลซิสของ GTP และ PEPVC ที่เกิดขึ้น
หลังจากการก่อตัวของ PEPVC ปฏิกิริยาที่ตามมาคือปฏิกิริยาไกลโคไลซิสแบบย้อนกลับได้ จากทุกๆ 3-PHA ที่เกิดขึ้น โมเลกุลหนึ่งจะถูกแปลงเป็น PDA โดยการมีส่วนร่วมของฟอสโฟไตรโรสไอโซเมอเรส และไตรโอสทั้งสองจะถูกควบแน่นเป็นฟรุกโตส-1,6-ไดฟอสเฟตภายใต้อิทธิพลของอัลโดเลส PDA จำนวนหนึ่งเกิดจากการออกซิเดชันของกลีเซอรอลฟอสเฟตซึ่งเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของกลีเซอรอลไคเนสจากกลีเซอรอลเข้าสู่ตับจากเนื้อเยื่อไขมัน มันเป็นสารตั้งต้นของไขมันเพียงชนิดเดียวที่เกี่ยวข้องกับการสร้างกลูโคโนเจเนซิส การแปลงฟรุกโตส 1,6-บิสฟอสเฟตเป็นฟรุกโตส 6-ฟอสเฟตถูกเร่งปฏิกิริยาโดยฟรุกโตส 1,6-ไดฟอสฟาเตส-1 . จากนั้นปฏิกิริยาที่ตรงกันข้ามกับไกลโคไลซิสจะตามมาอีกครั้ง ปฏิกิริยาสุดท้ายของการสร้างกลูโคโนเจเนซิสจะถูกเร่งโดยเอนไซม์กลูโคส-6-ฟอสฟาเตส ซึ่งจะเร่งปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสของกลูโคส-6-ฟอสเฟต เพื่อให้กลูโคสอิสระที่เกิดขึ้นสามารถออกจากเซลล์ได้
ปฏิกิริยารวมของการสังเคราะห์โมเลกุลกลูโคส:
2 PVK + 4 ATP + 2 GTP + 2NADH + 2H + + 6H2O → กลูโคส + 2NAD + + 4ADP+ 2 HDP + 6 Fn +6H +
ดังนั้นการสังเคราะห์โมเลกุลกลูโคสหนึ่งโมเลกุลจึง "ต้นทุน" ให้กับเซลล์หกมาโครเออร์ มีการใช้โมเลกุล ATP 2 โมเลกุลเพื่อกระตุ้น CO 2, โมเลกุล GTP 2 โมเลกุลถูกใช้ในปฏิกิริยาฟอสโฟอีนอลไพรูเวต คาร์บอกซีไคเนส และโมเลกุล ATP 2 โมเลกุลถูกใช้เพื่อสร้างกรด 1,3-ไดฟอสโฟกลีเซอริก
การสร้าง Gluconeogenesis จะถูกกระตุ้นในเซลล์ตับในระหว่างการอดอาหารหลังจากอดอาหารเป็นเวลานาน การออกกำลังกาย,เมื่อรับประทานอาหารที่มีโปรตีนสูงและคาร์โบไฮเดรตต่ำ เป็นต้น
ความเข้มข้นของกระบวนการขึ้นอยู่กับปริมาณของซับสเตรต และกิจกรรม และจำนวนเอนไซม์สำคัญของไกลโคไลซิสและการสร้างกลูโคโนเจเนซิส
ซัพพลายเออร์หลักของสารตั้งต้นสำหรับตับ ได้แก่ กล้ามเนื้อ เซลล์เม็ดเลือดแดง และเนื้อเยื่อไขมัน อย่างหลังมีความสามารถค่อนข้างจำกัด เนื่องจากสามารถใช้กลีเซอรอลในการสังเคราะห์กลูโคสได้เท่านั้น และนี่เป็นเพียงประมาณ 6% ของน้ำหนักของไขมันหนึ่งหยด
แลคเตตซึ่งเกิดขึ้นจากการทำงานของกล้ามเนื้อภายใต้สภาวะไร้ออกซิเจนหรือมาจากเซลล์เม็ดเลือดแดง เป็นแหล่งกลูโคสที่สำคัญกว่า ที่สุด แหล่งสำคัญเป็นกรดอะมิโนไกลโคเจนิกที่สามารถมาจากอาหารที่อุดมด้วยโปรตีนหรือจากกล้ามเนื้อภายใต้สภาวะการอดอาหาร
ข้าว. 5.11. วงจรโรคหัด
เพื่อให้กลูโคสไปยังเซลล์ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานหลักอย่างต่อเนื่อง แต่ไม่สามารถออกซิไดซ์ได้อย่างสมบูรณ์เนื่องจากไม่มีไมโตคอนเดรีย (เซลล์เม็ดเลือดแดง) หรือเนื่องจากการทำงานภายใต้สภาวะไร้ออกซิเจน กระบวนการแบบวนจึงถูกสร้างขึ้นระหว่างตับกับสิ่งเหล่านี้ เซลล์เพื่อแลกเปลี่ยนสารตั้งต้น หนึ่งในนั้นคือวัฏจักรโคริ: กรดแลคติคที่เกิดขึ้นในกล้ามเนื้อ (เซลล์เม็ดเลือดแดง) เข้าสู่กระแสเลือดทั่วไป และถูกจับโดยตับ และใช้เป็นสารตั้งต้นสำหรับการสร้างกลูโคส กลูโคสที่สังเคราะห์ในกระบวนการนี้จะถูกปล่อยเข้าสู่กระแสเลือดและถูกเผาผลาญโดยกล้ามเนื้อหรือเซลล์เม็ดเลือดแดงเพื่อสร้างพลังงาน (รูปที่ 5.11)
รูปที่ 5.12 วงจรอะลานีน
วัฏจักรอะลานีน (รูปที่ 5.12) ต่างจากวัฏจักรโคริตรงที่เกิดขึ้นเมื่อเนื้อเยื่อส่วนปลายใช้ออกซิเจนและต้องใช้ไมโตคอนเดรีย เมื่อรับประทานอาหารที่มีโปรตีนสูงหรือระหว่างการอดอาหาร การแลกเปลี่ยนอะลานีนและกลูโคสจะเกิดขึ้นระหว่างตับและกล้ามเนื้อ อะลานีนจากกล้ามเนื้อจะถูกถ่ายโอนไปยังเซลล์ตับ ซึ่งจะถูกทรานอะมิเนต และใช้ PVA สำหรับการสังเคราะห์กลูโคส หากจำเป็น กลูโคสจะเข้าสู่กล้ามเนื้อและถูกออกซิไดซ์เป็นพีวีซี จากนั้นผ่านการทรานอะมิเนชั่น จะถูกแปลงเป็นอะลานีน ซึ่งสามารถทำซ้ำวงจรนี้ได้อีกครั้ง นี่เป็นเส้นทางที่เป็นประโยชน์มากกว่าวงจรโคริ
Gluconeogenesis คือการสังเคราะห์กลูโคสจากผลิตภัณฑ์ที่ไม่ใช่คาร์โบไฮเดรต ผลิตภัณฑ์หรือสารดังกล่าวส่วนใหญ่เป็นกรดแลคติคและกรดไพรูวิก กรดอะมิโนไกลโคเจนิก กลีเซอรอล และสารประกอบอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่ง กล่าวอีกนัยหนึ่ง สารตั้งต้นของกลูโคสในการสร้างกลูโคโนเจเนซิสสามารถเป็นไพรูเวตหรือสารประกอบใดๆ ที่ถูกแปลงในระหว่างการแคทาบอลิซึมไปเป็นไพรูเวตหรือหนึ่งในผลิตภัณฑ์ขั้นกลางของวัฏจักรกรดไตรคาร์บอกซิลิก
ในสัตว์มีกระดูกสันหลัง การสร้างกลูโคโนเจเนซิสเกิดขึ้นอย่างเข้มข้นที่สุดในเซลล์ของตับและไต (ในเยื่อหุ้มสมอง) ขั้นตอนส่วนใหญ่ในการสร้างกลูโคโนเจเนซิสเกี่ยวข้องกับการกลับตัวของปฏิกิริยาไกลโคไลติก ปฏิกิริยาไกลโคไลซิสเพียง 3 ปฏิกิริยา (เฮกโซไคเนส, ฟอสโฟฟรุกโตไคเนส และไพรูเวตไคเนส) เท่านั้นที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ดังนั้นจึงมีการใช้เอนไซม์อื่นในกระบวนการสร้างกลูโคโนเจเนซิสใน 3 ขั้นตอน
การสังเคราะห์ฟอสโฟอีนอลไพรูเวตดำเนินการในหลายขั้นตอน: 1) การเปลี่ยนไพรูเวตเป็นออกซาโลอะซิเตต Pyruvate ถูก carboxylated โดย pyruvate carboxylase โดยมีส่วนร่วมของ ATP: Pyruvate carboxylase ซึ่งกระตุ้นปฏิกิริยานี้คือเอนไซม์ allosteric mitochondrial จำเป็นต้องใช้ Acetyl-CoA เป็นตัวกระตุ้น allosteric ของเอนไซม์นี้
ฟอสฟีนอลไพรูเวตที่เกิดจากไพรูเวตจะถูกแปลงเป็นฟรุกโตส 1,6-บิสฟอสเฟตอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาไกลโคไลซิสแบบผันกลับได้ ตามด้วยปฏิกิริยาฟอสโฟฟรุกโตไคเนสซึ่งไม่สามารถย้อนกลับได้ การสร้างกลูโคโนเจเนซิสจะข้ามปฏิกิริยานี้ไป การแปลงฟรุกโตส 1,6-บิส-ฟอสเฟตเป็นฟรุกโตส 6-ฟอสเฟตถูกเร่งปฏิกิริยาโดยฟอสฟาเตสจำเพาะ:
การควบคุมการสร้างกลูโคส Acetyl-CoA มีบทบาทเป็นสารกระตุ้น allosteric ของ pyruvate carboxylase หากไม่มี acetyl-CoA เอนไซม์ก็จะไม่ทำงานเกือบทั้งหมด เมื่อไมโตคอนเดรีย acetyl-CoA สะสมในเซลล์ การสังเคราะห์กลูโคสจากไพรูเวตจะเพิ่มขึ้น เป็นที่ทราบกันดีว่า acetyl-CoA เป็นตัวปรับเชิงลบของ pyruvate dehydrogenase complex พร้อมกัน การสะสมของ acetyl-CoA จะชะลอการเกิดออกซิเดชันดีคาร์บอกซิเลชันของไพรูเวต ซึ่งมีส่วนช่วยในการกระตุ้นการสร้างกลูโคโนเจเนซิสด้วย
อื่น จุดสำคัญในการควบคุมการสร้างกลูโคโนเจเนซิส - ปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดยฟรุกโตส-1,6-บิสฟอสฟาเตสซึ่งเป็นเอนไซม์ที่ถูกยับยั้งโดย AMP AMP มีผลตรงกันข้ามกับฟอสโฟฟรุกโตไคเนส กล่าวคือ สำหรับเอนไซม์นี้ มันเป็นตัวกระตุ้นอัลโลสเตอริก ที่ความเข้มข้นต่ำของ AMP และ ระดับสูง ATP กระตุ้นการสร้างกลูโคส ในทางตรงกันข้าม เมื่ออัตราส่วน ATP/AMP ต่ำ จะสังเกตการสลายกลูโคสในเซลล์ การสร้างกลูโคสและไกลโคไลซิสได้รับการควบคุมซึ่งกันและกัน ดังนั้นหากกิจกรรมของวิถีทางหนึ่งลดลงค่อนข้างมาก กิจกรรมของวิถีอีกทางหนึ่งก็จะเพิ่มขึ้น
Fructose-2,6-bisphosphate เป็นสารที่เกิดจากฟรุกโตส-6-ฟอสเฟตและทำหน้าที่ตามกฎระเบียบเท่านั้น การก่อตัวของฟรุกโตส 2,6-บิสฟอสเฟตโดยฟอสโฟรีเลชั่นของฟรุกโตส 6-ฟอสเฟตถูกเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ไบฟังก์ชัน (BIF) ซึ่งยังกระตุ้นปฏิกิริยาย้อนกลับด้วย ในปฏิกิริยาฟอสโฟรีเลชั่นของฟรุกโตส-6-ฟอสเฟตโดยใช้ ATP นั้น BIF จะแสดงกิจกรรมไคเนส และเมื่อดีฟอสโฟรีเลชั่นของฟรุกโตส-2,6-บิสฟอสเฟตที่เกิดขึ้น ก็จะแสดงกิจกรรมของฟอสฟาเตส เหตุการณ์นี้กำหนดชื่อของเอนไซม์แบบไบฟังก์ชัน
กิจกรรม BIF kinase เกิดขึ้นเมื่อเอนไซม์อยู่ในรูปแบบดีฟอสโฟรีเลชั่น (BIF-OH) รูปแบบ dephosphorylated ของ BIF เป็นลักษณะของช่วงเวลาที่ดัชนีอินซูลิน/กลูคากอนสูง ในช่วงเวลานี้ปริมาณฟรุกโตส-2,6-บิสฟอสเฟตจะเพิ่มขึ้น ด้วยดัชนีอินซูลิน/กลูคากอนต่ำ ซึ่งเป็นลักษณะของการอดอาหารเป็นเวลานาน BIF จึงมีฟอสโฟรีเลชั่นและทำหน้าที่เป็นฟอสฟาเตส ผลที่ได้คือปริมาณฟรุกโตส-2,6-บิสฟอสเฟตลดลง
Gluconeogenesis สามารถควบคุมทางอ้อมได้ เอนไซม์ไกลโคไลซิสไพรูเวตไคเนสมีอยู่ 2 รูปแบบคือ L และ M รูปแบบ L (จากตับอังกฤษ - ตับ) มีอิทธิพลเหนือกว่าในเนื้อเยื่อที่มีความสามารถในการสร้างกลูโคโนเจเนซิส แบบฟอร์มนี้ถูกยับยั้งโดย ATP ที่มากเกินไปและกรดอะมิโนบางชนิด โดยเฉพาะอะลานีน รูปแบบ M (จากกล้ามเนื้อภาษาอังกฤษ - กล้ามเนื้อ) ไม่อยู่ภายใต้กฎระเบียบดังกล่าว ภายใต้เงื่อนไขของการจัดหาพลังงานที่เพียงพอให้กับเซลล์ ไพรูเวตไคเนสรูปแบบ L จะถูกยับยั้ง อันเป็นผลมาจากการยับยั้ง ไกลโคไลซิสจะช้าลงและสร้างสภาวะที่เอื้ออำนวยต่อการสร้างกลูโคโนเจเนซิส
แลคเตตที่เกิดขึ้นในกล้ามเนื้อที่ทำงานอย่างเข้มข้นหรือในเซลล์ด้วยวิธีแคแทบอลิซึมของกลูโคสแบบไม่ใช้ออกซิเจนที่โดดเด่นจะเข้าสู่กระแสเลือดแล้วจึงเข้าสู่ตับ ในตับ อัตราส่วน NADH/NAD+ ต่ำกว่าในกล้ามเนื้อที่หดตัว ดังนั้นปฏิกิริยาแลคเตตดีไฮโดรจีเนสจึงดำเนินไปในทิศทางตรงกันข้าม กล่าวคือ ไปสู่การเกิดไพรูเวตจากแลคเตต ถัดไป ไพรูเวตจะรวมอยู่ในการสร้างกลูโคโนเจเนซิส และกลูโคสที่เกิดขึ้นจะเข้าสู่กระแสเลือดและถูกดูดซึมโดยกล้ามเนื้อโครงร่าง ลำดับเหตุการณ์นี้เรียกว่าวงจรกลูโคส-แลกเตต หรือวงจรโคริ
Acetyl-CoA + NADH + H+ + CO2 การเกิดออกซิเดชันของไพรูเวตกับอะซิทิล-โคเอเกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของระบบหลายเอนไซม์ที่เรียกว่า pyruvate dehydrogenase complex เกิดขึ้นในกระบวนการออกซิเดชันดีคาร์บอกซิเลชัน" title=" Pyruvate + NAD+ + HS-KoA –> Acetyl -CoA + NADH + H+ + CO2 ออกซิเดชันของไพรูเวตเป็นอะซิติลโคเอเกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของระบบหลายเอนไซม์ที่เรียกว่าไพรูเวตดีไฮโดรจีเนสคอมเพล็กซ์ เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการออกซิเดชั่นดีคาร์บอกซิเลชัน" class="link_thumb"> 22 !} Pyruvate + NAD+ + HS-KoA –> Acetyl-CoA + NADH + H+ + CO2 การเกิดออกซิเดชันของ pyruvate ไปเป็น acetyl-CoA เกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของระบบหลายเอนไซม์ที่เรียกว่า pyruvate dehydrogenase complex ที่เกิดขึ้นระหว่างการออกซิเดชันดีคาร์บอกซิเลชันจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันเพิ่มเติม ด้วยการก่อตัวของ CO2 และ H2O ออกซิเดชันโดยสมบูรณ์ของ acetyl-CoA เกิดขึ้นในวงจรกรดไตรคาร์บอกซิลิก (วงจร Krebs) กระบวนการนี้เช่นเดียวกับการเกิดออกซิเดชันดีคาร์บอกซิเลชันของไพรูเวตเกิดขึ้นในไมโตคอนเดรียของเซลล์ Acetyl-CoA + NADH + H+ + CO2 ออกซิเดชันของไพรูเวตเป็นอะซิติลโคเอเกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของระบบหลายเอนไซม์ที่เรียกว่าไพรูเวตดีไฮโดรจีเนสคอมเพล็กซ์ เกิดขึ้นในกระบวนการออกซิเดชันดีคาร์บอกซิเลชัน "> Acetyl-CoA + NADH + H+ + CO2 ออกซิเดชันของไพรูเวตเป็น acetyl-CoA เกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของระบบหลายเอนไซม์ที่เรียกว่า pyruvate dehydrogenase complex Acetyl-CoA ที่เกิดขึ้นในกระบวนการออกซิเดชันดีคาร์บอกซิเลชันจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันเพิ่มเติมด้วยการก่อตัวของ CO2 และ H2O (วงจรเครบส์) กระบวนการนี้เช่นเดียวกับปฏิกิริยาออกซิเดชันดีคาร์บอกซิเลชันของไพรูเวต เกิดขึ้นในไมโตคอนเดรียของเซลล์"> Acetyl-CoA + NADH + H+ + CO2 ออกซิเดชันของไพรูเวตเป็น acetyl-CoA เกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของระบบหลายเอนไซม์ เรียกว่า pyruvate dehydrogenase complex ที่เกิดขึ้นในกระบวนการ oxidative decarboxylation" title=" Pyruvate + NAD+ + HS-CoA –> Acetyl-CoA + NADH + H+ + CO2 ออกซิเดชันของไพรูเวตเป็น acetyl-CoA เกิดขึ้นโดยมีการมีส่วนร่วมของ ระบบหลายเอนไซม์ที่เรียกว่าไพรูเวตดีไฮโดรจีเนสคอมเพล็กซ์ เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการออกซิเดชั่นดีคาร์บอกซิเลชัน"> title="Pyruvate + NAD+ + HS-KoA –> Acetyl-CoA + NADH + H+ + CO2 การเกิดออกซิเดชันของไพรูเวตเป็น acetyl-CoA เกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของระบบหลายเอนไซม์ที่เรียกว่า pyruvate dehydrogenase complex เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการออกซิเดชั่นดีคาร์บอกซิเลชัน"> !}
E1 - ไพรูเวตดีไฮโดรจีเนส; E2 - ไดไฮโดรลิโพยาเซทิลทรานสเฟอเรส; E3 - dihydrolipoyl dehydrogenase โคเอนไซม์: TPP, กรดไลโปอิกเอไมด์, โคเอ็นไซม์ A, FAD, NAD ขั้นตอนกระบวนการ
วัฏจักรเครบส์เป็นวิถีทางสุดท้ายโดยทั่วไปสำหรับการเกิดออกซิเดชันของกลุ่มอะซิติล (ในรูปของอะซิติล-โคเอ) ซึ่งโมเลกุลอินทรีย์ส่วนใหญ่ที่มีบทบาทเป็นเชื้อเพลิงในเซลล์ ได้แก่ คาร์โบไฮเดรต กรดไขมัน และกรดอะมิโน จะถูกแปลงในระหว่างการแคแทบอลิซึม วัฏจักรนี้เกิดขึ้นในไมโตคอนเดรียเมทริกซ์และประกอบด้วยปฏิกิริยาต่อเนื่องแปดปฏิกิริยา
จากปฏิกิริยาที่สอง กรดซิตริกที่เกิดขึ้นจะเกิดภาวะขาดน้ำจนกลายเป็นกรดซิส-อะโคนิติก ซึ่งเมื่อเติมโมเลกุลของน้ำเข้าไป จะกลายเป็นกรดไอโซซิตริก (ไอโซซิเตรต) ปฏิกิริยาไฮเดรชั่น-ดีไฮเดรชันแบบผันกลับได้เหล่านี้ถูกเร่งโดยเอนไซม์อะโคนิเตต ไฮดราเตส (อะโคนิเทส)
ปฏิกิริยาที่สามจำกัดอัตราของวัฏจักรเครบส์ กรดไอโซซิตริกจะถูกดีไฮโดรจีเนชันเมื่อมีไอโซซิเตรต ดีไฮโดรจีเนสที่ขึ้นกับ NAD: ไอโซซิเตรต ดีไฮโดรจีเนสที่ขึ้นกับ NAD เป็นเอนไซม์อัลโลสเตริกที่ต้องใช้ ADP เป็นตัวกระตุ้นเฉพาะ นอกจากนี้ เอนไซม์ยังต้องการไอออน Mg2+ หรือ Mn2+ เพื่อแสดงการทำงานของมัน
ในระหว่างปฏิกิริยาที่สี่ ปฏิกิริยาออกซิเดชันดีคาร์บอกซิเลชันของกรด α-คีโตกลูตาริกเกิดขึ้นเพื่อสร้างสารประกอบที่มีพลังงานสูง ซัคซินิล-CoA กลไกของปฏิกิริยานี้คล้ายกับปฏิกิริยาออกซิเดชันดีคาร์บอกซิเลชันของไพรูเวตเป็นอะซิติล-โคเอ สารเชิงซ้อนα-ketoglutarate dehydrogenase มีโครงสร้างคล้ายคลึงกับสารเชิงซ้อน pyruvate dehydrogenase ในทั้งสองกรณี โคเอ็นไซม์ 5 ตัวมีส่วนร่วมในปฏิกิริยา: TPP, กรดไลโปอิกเอไมด์, HS-CoA, FAD และ NAD+:
ปฏิกิริยาที่ห้าถูกเร่งโดยเอนไซม์ succinyl-CoA synthetase ในระหว่างปฏิกิริยานี้ succinyl-CoA โดยมีส่วนร่วมของ GTP และอนินทรีย์ฟอสเฟต จะถูกแปลงเป็นกรดซัคซินิก (succinate) ในเวลาเดียวกัน การก่อตัวของพันธะฟอสเฟตพลังงานสูงของ GTP เกิดขึ้นเนื่องจากพันธะไทโอเอสเตอร์พลังงานสูงของ succinyl-CoA: ATP Substrate phosphorylation
จากผลของปฏิกิริยาที่หก ซัคซิเนตจะถูกดีไฮโดรจีเนชันเป็นกรดฟูมาริก ออกซิเดชันของซัคซิเนตจะถูกเร่งปฏิกิริยาโดยซัคซิเนตดีไฮโดรจีเนส ในโมเลกุลที่โคเอ็นไซม์ FAD จับแน่น (โควาเลนต์) กับโปรตีน ในทางกลับกัน ซัคซิเนตดีไฮโดรจีเนสจะถูกจับอย่างแน่นหนากับเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นใน:
ปฏิกิริยาที่เจ็ดดำเนินการภายใต้อิทธิพลของเอนไซม์ fumarate hydratase (fumarase) กรดฟูมาริกถูกทำให้ชุ่มชื้นและผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาคือกรดมาลิก (มาเลต) ควรสังเกตว่า fumarate hydratase นั้นมีความจำเพาะต่อสเตอริโอ: ในระหว่างปฏิกิริยาจะเกิดกรด L-malic:
โมเลกุล NADH หนึ่งโมเลกุล (3 โมเลกุล ATP) ผลิตโดยปฏิกิริยาออกซิเดชันดีคาร์บอกซิเลชันของไพรูเวตเป็นอะซิติลโคเอ เมื่อกลูโคส 1 โมเลกุลถูกทำลาย จะเกิดไพรูเวต 2 โมเลกุล และเมื่อพวกมันถูกออกซิไดซ์เป็นอะซิทิล-โคเอ 2 โมเลกุล และรอบการหมุนของกรดไตรคาร์บอกซิลิก 2 รอบต่อมา จะเกิดการสังเคราะห์โมเลกุล ATP 30 โมเลกุล (ด้วยเหตุนี้การเกิดออกซิเดชันของ โมเลกุลไพรูเวตเป็น CO2 และ H2O ทำให้เกิด ATP 15 โมเลกุล) ในปริมาณนี้จะต้องเติม ATP 2 โมเลกุลที่เกิดขึ้นระหว่างแอโรบิกไกลโคไลซิสและ ATP 6 โมเลกุลสังเคราะห์โดยการออกซิเดชันของ 2 โมเลกุลของ extramitochondrial NADH ซึ่งเกิดจากการออกซิเดชันของ 2 โมเลกุลของ glyceraldehyde-3-ฟอสเฟตใน ปฏิกิริยาดีไฮโดรจีเนสของไกลโคไลซิส ด้วยเหตุนี้เมื่อโมเลกุลกลูโคสหนึ่งโมเลกุลถูกทำลายลงในเนื้อเยื่อ ก็จะเกิดการสังเคราะห์โมเลกุล ATP 38 โมเลกุล ไม่ต้องสงสัยเลยว่าการสลายกลูโคสโดยสมบูรณ์เป็นกระบวนการที่มีประสิทธิภาพมากกว่าไกลโคไลซิสแบบไม่ใช้ออกซิเจน
โมเลกุลของ NADH นอกไมโตคอนเดรียไม่สามารถเจาะเยื่อหุ้มเซลล์เข้าไปในไมโตคอนเดรียได้ อย่างไรก็ตามอิเล็กตรอนที่พวกเขาบริจาคสามารถรวมอยู่ในสายโซ่ไมโตคอนเดรียของการเกิดออกซิเดชันทางชีวภาพโดยใช้กลไกกระสวยกลีเซอรอลฟอสเฟตในกรณีนี้เนื่องจากปฏิกิริยาออกซิเดชันที่สมบูรณ์ของโมเลกุลกลูโคสหนึ่งโมเลกุลจึงสามารถเกิดขึ้นได้ 36 โมเลกุลของ ATP ด้วยความช่วยเหลือของกลไกกระสวยนี้ ค่าเทียบเท่าที่ลดลงจาก cytosolic NADH จะถูกถ่ายโอนไปยังกล้ามเนื้อโครงร่างเท่านั้น และสมอง + H+ ในไมโตคอนเดรีย
ในเซลล์ของตับ ไต และหัวใจ ระบบกระสวยมาเลต-แอสพาเทตที่ซับซ้อนมากขึ้นจะทำงาน การทำงานของกลไกกระสวยนี้เกิดขึ้นได้เมื่อมีมาเลต ดีไฮโดรจีเนส และแอสพาเทต อะมิโนทรานสเฟอเรส ทั้งในไซโตโซลและไมโตคอนเดรีย หากกลไกมาเลท - แอสพาเทตทำงานก็อาจเป็นผลมาจากการเกิดออกซิเดชันที่สมบูรณ์ของโมเลกุลกลูโคสหนึ่งโมเลกุลไม่ใช่ 36 แต่มีโมเลกุล ATP 38 โมเลกุล
การค้นพบการเกิดออกซิเดชันโดยตรงของคาร์โบไฮเดรตหรือที่เรียกว่าวัฏจักรเพนโตสฟอสเฟตเป็นของ O. Warburg, F. Lipman, F. Dickens และ V.A. Engelhard ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม กิจกรรมของวงจรเพนโตสฟอสเฟตค่อนข้างสูงในตับ ต่อมหมวกไต เนื้อเยื่อของทารกในครรภ์ และต่อมน้ำนมในระหว่างการให้นม ความสำคัญของวิถีนี้ในเมแทบอลิซึมนั้นยิ่งใหญ่ โดยให้ NADPH ที่ลดลง ซึ่งจำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ทางชีวภาพของกรดไขมัน คอเลสเตอรอล ฯลฯ เนื่องจากวัฏจักรเพนโตสฟอสเฟต ความต้องการ NADPH ของร่างกายประมาณ 50% จึงถูกนำไปใช้ในไซโตโซลเพื่อการสังเคราะห์แบบรีดักทีฟ และไม่เกี่ยวข้องกับออกซิเดชั่นฟอสโฟรีเลชั่นที่เกิดขึ้นในไมโตคอนเดรีย วัฏจักรเพนโตสฟอสเฟตให้เพนโตสฟอสเฟตสำหรับการสังเคราะห์กรดนิวคลีอิกและโคเอ็นไซม์หลายชนิด
วัฏจักรเพนโตสฟอสเฟตเริ่มต้นด้วยการเกิดออกซิเดชันของกลูโคส-6-ฟอสเฟตและการเกิดออกซิเดชันดีคาร์บอกซิเลชันตามมาของผลิตภัณฑ์ (เป็นผลให้อะตอมของคาร์บอนตัวแรกถูกกำจัดออกจากเฮกโซสฟอสเฟต) นี่เป็นระยะแรกที่เรียกว่าออกซิเดชันของวัฏจักรเพนโตสฟอสเฟต
ปฏิกิริยาแรกคือการดีไฮโดรจีเนชันของกลูโคส-6-ฟอสเฟตโดยมีส่วนร่วมของเอนไซม์กลูโคส-6-ฟอสเฟตดีไฮโดรจีเนสและโคเอนไซม์ NADP + 6-ฟอสโฟกลูโคโน-δ-แลคโตนที่เกิดขึ้นระหว่างการทำปฏิกิริยาเป็นสารประกอบที่ไม่เสถียรและถูกไฮโดรไลซ์ด้วยความเร็วสูงไม่ว่าจะเกิดขึ้นเองหรือด้วยความช่วยเหลือของเอนไซม์ 6-ฟอสโฟกลูโคโนแลคโตเนสเพื่อสร้างกรด 6-ฟอสโฟกลูโคนิก (6-ฟอสโฟกลูโคเนต) และ NADPH:
ประการที่สอง ปฏิกิริยาออกซิเดชัน เร่งปฏิกิริยาโดย 6-ฟอสโฟกลูโคเนต ดีไฮโดรจีเนส (ดีคาร์บอกซิเลต) 6-ฟอสโฟกลูโคเนตจะถูกดีไฮโดรจีเนตและดีคาร์บอกซีเลต เป็นผลให้คีโตเพนโตสฟอสโฟรีเลชั่นเกิดขึ้น - D-ribulose-5-ฟอสเฟต และ NADPH อีก 1 โมเลกุล:
ภายใต้การกระทำของเอพิเมอเรสที่เหมาะสม ฟอสโฟเพนโตสอีกชนิด ไซลูโลส-5-ฟอสเฟต สามารถเกิดขึ้นได้จากไรบูโลส-5-ฟอสเฟต นอกจากนี้ไรบูโลส-5-ฟอสเฟตภายใต้อิทธิพลของไอโซเมอเรสพิเศษสามารถเปลี่ยนเป็นไรโบส-5-ฟอสเฟตได้อย่างง่ายดาย สถานะของสมดุลเคลื่อนที่ถูกสร้างขึ้นระหว่างเพนโตสฟอสเฟตรูปแบบเหล่านี้:
ระยะไม่ออกซิเดชัน (ระยะ) ของวัฏจักรเพนโตสฟอสเฟต ปฏิกิริยาในระยะนี้ไม่เกี่ยวข้องกับการใช้ออกซิเจนและเกิดขึ้นภายใต้สภาวะไร้ออกซิเจน ในกรณีนี้ สารจะเกิดขึ้นซึ่งเป็นลักษณะของระยะแรกของไกลโคไลซิส (ฟรุคโตส-6-ฟอสเฟต, ฟรุกโตส-1,6-บิสฟอสเฟต, ฟอสเฟต) และอื่น ๆ ที่เฉพาะเจาะจงกับวิถีเพนโตสฟอสเฟต (sedoheptulose-7-ฟอสเฟต, เพนโตส -5-ฟอสเฟต, อีรีโทรส-ฟอสเฟต)
ปฏิกิริยาหลักของระยะที่ไม่ออกซิเดชันของวัฏจักรเพนโตสฟอสเฟตคือทรานส์คีโตเลสและทรานส์อัลโดเลส ปฏิกิริยาเหล่านี้กระตุ้นการเปลี่ยนแปลงของไอโซเมอร์เพนโตส-5-ฟอสเฟต โคเอ็นไซม์ในปฏิกิริยาทรานส์คีโตเลสคือ TPP ซึ่งมีบทบาทเป็นพาหะระดับกลางของกลุ่มไกลคอล-อัลดีไฮด์จากไซลูโลส-5-ฟอสเฟตไปจนถึงไรโบส-5-ฟอสเฟต เป็นผลให้เกิดโมโนแซ็กคาไรด์เจ็ดคาร์บอนเซโดเฮปทูโลส-7-ฟอสเฟตและกลีเซอราลดีไฮด์-3-ฟอสเฟต:
Wernicke-Kosakoff syndrome (โรคทางประสาทจิตเวช) มีความเกี่ยวข้องกับการลดลงอย่างมีนัยสำคัญ (10 เท่า) ในความสามารถของ transketolase ในการผูกโคเอ็นไซม์ TPP ข้อบกพร่องในยีนดีไฮโดรจีเนสกลูโคส -6-ฟอสเฟตในเม็ดเลือดแดงจะมาพร้อมกับโรคโลหิตจางจากเม็ดเลือดแดงแตก เหตุผลก็คือการขาด NADPH และเป็นผลให้ขาดกลูตาไธโอนลดลง (GSH) ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของการก่อตัวของสายพันธุ์ออกซิเจนปฏิกิริยาและภาวะเม็ดเลือดแดงแตกของเม็ดเลือดแดง
บ้าน – การสังเคราะห์กลูโคสจากสารที่ไม่ใช่คาร์โบไฮเดรต หน้าที่หลักคือรักษาระดับน้ำตาลในเลือดในช่วงอดอาหารเป็นเวลานานและออกกำลังกายอย่างหนัก สารตั้งต้นหลักของการสร้างกลูโคโนเจเนซิสคือแลคเตต กลีเซอรอล และกรดอะมิโน Gluconeogenesis เป็นกระบวนการย้อนกลับของไกลโคไลซิสซึ่งเกิดขึ้นในไซโตพลาสซึมและเมทริกซ์ของไมโตคอนเดรีย ปฏิกิริยาที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ของไกลโคไลซิส (1, 3 และ 10) ซึ่งเร่งปฏิกิริยาโดยเฮกโซไคเนส, ฟรุกโตไคเนสและไพรูเวตไคเนสจะถูกข้ามไปด้วยการมีส่วนร่วมของเอนไซม์เฉพาะ 4 ชนิดของกลูโคโนเจเนซิส: ไพรูเวตคาร์บอกซิเลส, ฟอสโฟอีนอลไพรูเวตคาร์บอกซีไคเนส, ฟรุกโตส-1,6-ฟอสฟาเตสและกลูโคส-6 -ฟอสฟาเตส นอกจากนี้ เอนไซม์วัฏจักร TCA เช่น DG Malate มีส่วนเกี่ยวข้องในการสร้างกลูโคส
ปฏิกิริยากลูโคโนเจเนซิสจะถูกนำเสนอในแผนภาพ ปฏิกิริยาสำคัญ (ไม่สามารถย้อนกลับได้) ของการสร้างกลูโคโนเจเนซิส:
ไพรูเวต คาร์บอกซิเลส (PVK: CO 2 synthetase (ATP→ADP+Pn)) มีไบโอติน ซึ่งอยู่ในไมโตคอนเดรีย แปลง PVK เป็น PKA
สารกระตุ้น: กลูคากอน, อะดรีนาลีน, คอร์ติซอล เครื่องอัด: อินซูลิน สารยับยั้ง: AMP, สารกระตุ้น AcetylCoA PIKE ที่ได้จะผ่านเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นในในรูปแบบรีดิวซ์ (ในรูปของมาเลต) หรือรูปแบบอะมิโน (ในรูปของแอสพาเทต)
ฟอสฟีนอลไพรูเวต คาร์บอกซีไคเนส (GTP: PIKE-2-phosphotransferase (decarboxylating)) ที่อยู่ในไซโตพลาสซึม แปลง PIKE ให้เป็น PEP
สารกระตุ้น: กลูคากอน, อะดรีนาลีน, คอร์ติซอล (Glucose-6ph: ฟอสโฟ-ไฮโดรเลส) ดีฟอสโฟรีเลต กลูโคส-6ph สารกระตุ้น: กลูคากอน, อะดรีนาลีน, คอร์ติซอล เครื่องอัด: อินซูลิน
สมดุลพลังงานของการสร้างกลูโคโนเจเนซิส- การสร้างกลูโคส 1 อันจาก 2 แลคเตตต้องใช้ 6 ATP: 2 ATP สำหรับไพรูเวตคาร์บอกซิเลส, 2 GTP สำหรับ PEP carboxykinase, 2 ATP สำหรับไคเนสฟอสโฟกลีเซอเรต สมการทั่วไปสำหรับการสร้างกลูโคสคือ:
2 แลคเตต + 4 ATP + 2 GTP + 4 H 2 O → 1 กลูโคส + 4 ADP + 2 GDP + 6 Fn
การควบคุมการสร้างกลูโคส- การควบคุมการสร้างกลูโคสจะดำเนินการซึ่งกันและกันกับปฏิกิริยาของไกลโคไลซิส: การกระตุ้นการสร้างกลูโคสจะมาพร้อมกับการยับยั้งไกลโคไลซิสและในทางกลับกัน การควบคุมการเผาผลาญกลูโคสเกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของฮอร์โมนและสารเมตาบอไลต์ที่เปลี่ยนกิจกรรมและปริมาณของเอนไซม์ควบคุมของไกลโคไลซิสและการสร้างกลูโคโนเจเนซิส อินซูลินกระตุ้นการสังเคราะห์เอนไซม์สำคัญของไกลโคไลซิส และยับยั้งการสังเคราะห์เอนไซม์สำคัญของการสร้างกลูโคโนเจเนซิส กลูคากอน คอร์ติซอล และอะดรีนาลีนกระตุ้นการสังเคราะห์เอนไซม์สำคัญของการสร้างกลูโคโนเจเนซิส เอนไซม์สำคัญของไกลโคไลซิสเปิดใช้งาน - AMP, ฟรุกโตส-2.6df, ฟรุกโตส-1.6df, ยับยั้ง - ATP, NADH 2, ซิเตรต, กรดไขมัน, อะลานีน, Acetyl CoA, กลูคากอน, อะดรีนาลีน เอนไซม์สำคัญของการสร้างกลูโคโนเจเนซิสกระตุ้น - AcetylCoA, กลูคากอน, ยับยั้ง - AMP, ฟรุกโตส-2,6df
คุณสมบัติเนื้อเยื่อของการสร้างกลูโคโนเจเนซิสเนื้อเยื่อส่วนใหญ่ไม่ได้รับกระบวนการสร้างกลูโคโนเจเนซิส
กิจกรรมที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของการสร้างกลูโคสนั้นพบได้ในตับ น้อยกว่าในไตและเยื่อบุลำไส้ พวกเขาสามารถสังเคราะห์กลูโคสได้มากถึง 80-100 กรัมต่อวัน ในอวัยวะเหล่านี้ การสร้างกลูโคสจะดำเนินการจนเสร็จสิ้นด้วยการสร้างกลูโคสอิสระ ซึ่งสามารถออกจากเซลล์ได้ และรักษาสภาวะสมดุลของกลูโคสในเลือด โดยปกติภาวะสมดุลของกลูโคสในเลือดจะได้รับการรับรองโดยการสร้างกลูโคสของตับสูงถึง 80% และไตสูงถึง 20%
กิจกรรมเล็กน้อยของการสร้างกลูโคโนเจเนซิสนั้นสังเกตได้ในเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้ออย่างไรก็ตามเนื่องจากไม่มีเอนไซม์สุดท้ายของการสร้างกลูโคโนเจเนซิสแทนที่จะเป็นกลูโคสอิสระจึงมีเพียงอนุพันธ์ของมันเท่านั้นที่เกิดขึ้นซึ่งไม่สามารถออกจากเซลล์ได้ ดังนั้นคาร์โบไฮเดรตจึงถูกสังเคราะห์ในเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อตามความต้องการของตนเองเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ในกล้ามเนื้อโครงร่างและเนื้อเยื่อไขมันไม่มีกลูโคส-6-ฟอสฟาเตส; ผลิตภัณฑ์ของกลูโคโนเจเนซิสคือกลูโคส-6ph ไม่มีฟรุกโตส-1,6-ไดฟอสฟาเตสในกล้ามเนื้อหัวใจและกล้ามเนื้อเรียบ ผลิตภัณฑ์ของกลูโคโนเจเนซิสคือฟรุกโตส-1,6-df
ความสำคัญทางชีวภาพของการสร้างกลูโคโนเจเนซิส- ความจำเป็นในการรักษาระดับกลูโคสในเลือดให้คงที่นั้นเนื่องมาจากความจริงที่ว่าสำหรับเนื้อเยื่อหลายชนิด กลูโคสเป็นแหล่งพลังงานหลัก (เนื้อเยื่อประสาท) และสำหรับบางคนเป็นแหล่งพลังงานเพียงแห่งเดียว (เม็ดเลือดแดง) ความจำเป็นในการสังเคราะห์กลูโคสอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าไกลโคจีโนไลซิสในตับสามารถรับประกันสภาวะสมดุลของกลูโคสในเลือดได้อย่างอิสระเพียง 8-12 ชั่วโมงจากนั้นปริมาณไกลโคเจนจะหมดไปเกือบทั้งหมดในระหว่างวัน ภายใต้เงื่อนไขของการอดอาหารเป็นเวลานาน (มากกว่าหนึ่งวัน) การสร้างกลูโคสเป็นแหล่งกลูโคสเพียงแหล่งเดียวในร่างกาย
ไพรูเวตและแลคเตต
ไพรูเวตเกิดขึ้นในตับจากแลคเตตและอะลานีน แลคเตตดีไฮโดรจีเนสออกซิไดซ์แลคเตตเป็นไพรูเวตเพื่อสร้าง NADH อะลานีน อะมิโนทรานสเฟอเรส ถ่ายโอนหมู่อะมิโนจากอะลานีนไปเป็น α-คีโตกลูตาเรต เพื่อสร้างกลูตาเมตและไพรูเวต
ข. กรดอะมิโนกลูโคเจนิก
กรดอะมิโนที่ถูกแคแทบอไลต์ไปเป็นไพรูเวตหรือสารเมตาโบไลต์ของวัฏจักร TCA คือซับสเตรตที่เป็นไปได้ของการเกิดกลูโคโนเจเนซิส (สารเมตาโบไลต์ของวัฏจักรไพรูเวตและ TCA สามารถก่อรูปออกซาโลอะซีเตตและมีส่วนเกี่ยวข้องในการเกิดกลูโคนีโอเจเนซิส) กรดอะมิโนดังกล่าวเรียกว่ากลูโคเจนิก กรดอะมิโนอะลานีนและกลูตามีนซึ่งทำหน้าที่ถ่ายโอนหมู่อะมิโนจากกล้ามเนื้อไปยังตับ ถือเป็นกรดอะมิโนกลูโคเจนิกที่สำคัญอย่างยิ่งในร่างกายของเรา
บี กลีเซอรอล
กลีเซอรอลเข้าสู่ร่างกายของเราด้วยอาหารและถูกสังเคราะห์ในตับและเนื้อเยื่อไขมัน ในระหว่างการอดอาหาร ไตรเอซิลกลีเซอรอล (TAGs) จะถูกแบ่งออกเป็นกลีเซอรอลและกรดไขมันในเซลล์ไขมัน กลีเซอรอลเข้าสู่กระแสเลือดและถูกส่งไปยังตับ จากนั้นในระหว่างปฏิกิริยาของเอนไซม์สองครั้ง มันก็จะถูกแปลงเป็น ไดไฮดรอกซีอะซิโตนฟอสเฟตซึ่งเป็นสารเมตาบอไลต์ของไกลโคไลซิสและการสร้างกลูโคโนเจเนซิส
กรดไขมันจี
กรดไขมันที่มีจำนวนอะตอมเป็นคี่จะถูกออกซิไดซ์จนเกิดเป็น propionyl-CoA มันถูกแปลงเป็น methylmalonyl-CoA ซึ่งก่อให้เกิดซัคซินิล-CoA ในปฏิกิริยาของเอนไซม์อื่น ซัคซินิล-โคเอเป็นสารเมตาบอไลต์ของวัฏจักร TCA ดังนั้นจึงมีศักยภาพที่จะมีส่วนร่วมในการสร้างกลูโคส สิ่งนี้ได้รับการยืนยันจากการศึกษากับไอโซโทปคาร์บอน C-14
2.3 ปฏิกิริยากลูโคโนเจเนซิส
ก สมการปฏิกิริยา
ไพรูเวต + ATP + HCO3 - + H2 O ออกซาโลอะซีเตต + ADP + Fn + 2H+ | ||
ออกซาโลอะซิเตต + GTP ฟอสฟีนอลไพรูเวต + GDP + CO2 | ||
ฟอสฟีนอลไพรูเวต + H2 O 2-ฟอสโฟกลีเซอเรต | ||
2-ฟอสโฟกลีเซอเรต 3-ฟอสโฟกลีเซอเรต | ||
3-ฟอสโฟกลีเซอเรต + ATP 1,3-บิสฟอสฟอกลีเซอเรต + ADP | ||
1,3-บิสฟอสฟอกลีเซอเรต + NADH + H+ กลีเซอราลดีไฮด์-3-ฟอสเฟต + NAD+ + Fn (× 2) |
||
กลีเซอรอลดีไฮด์-3-ฟอสเฟต ไดไฮดรอกซีอะซีโตนฟอสเฟต | ||
8. ไดไฮดรอกซีอะซิโตนฟอสเฟต +กลีเซอรอลดีไฮด์-3-ฟอสเฟต ฟรุกโตส-1,6-บิสฟอสเฟต
9. ฟรุกโตส 1,6-บิสฟอสเฟต+ H2 O ฟรุคโตส-6-ฟอสเฟต + Fn
10. ฟรุกโตส 6-ฟอสเฟตกลูโคส-6-ฟอสเฟต
11. กลูโคส-6-ฟอสเฟต + H2 O กลูโคส + Fn
32 บทที่ 2 การสร้างกลูโคส
บี อุปสรรคด้านพลังงานและปฏิกิริยาเฉพาะของการสร้างกลูโคส
ใน ไกลโคไลซิสไม่สามารถย้อนกลับได้ปฏิกิริยาที่ 1, 3 และ 10 ปฏิกิริยาเหล่านี้จะไปในทิศทางเดียวเท่านั้นและเรียกว่า อุปสรรคด้านพลังงาน- ในการสร้างกลูโคโนเจเนซิสจะถูกเลี่ยงโดยใช้ปฏิกิริยา 4 ปฏิกิริยา ปฏิกิริยาที่เหลือเป็นเรื่องปกติของไกลโคไลซิสและกลูโคโนเจเนซิส เนื่องจากสามารถดำเนินการได้ทั้งในทิศทางไปข้างหน้าและย้อนกลับ ขึ้นอยู่กับส่วนเกินของผลิตภัณฑ์หรือสารตั้งต้น
ปฏิกิริยา 1
ในปฏิกิริยาแรกของการสร้างกลูโคโนเจเนซิส ไพรูเวตคาร์บอกซิเลสเร่งปฏิกิริยาคาร์บอกซิเลชันของไพรูเวตให้กลายเป็นม็อกซาโลอะซิเตตโดยเสีย ATP 1 โมเลกุล ปฏิกิริยาเกิดขึ้นในไมโตคอนเดรียใน 2 ระยะ:
1. การแตกของพันธะพลังงานสูงในโมเลกุล ATP ด้วยการก่อตัวของ ADP โมเลกุลคาร์บอกซีฟอสเฟตพลังงานสูงถูกสร้างขึ้น ซึ่งจะจับกับไบโอตินและ "กระตุ้น"
2. หมู่คาร์บอกซิลที่ออกฤทธิ์จะถูกถ่ายโอนจากคาร์บอกซีไบโอตินไปยังโมเลกุลไพรูเวตเพื่อสร้างออกซาโลอะซิเตต
ปฏิกิริยา 2
ปฏิกิริยากลูโคโนเจเนซิส 33
การควบคุมฮอร์โมน:
ฮอร์โมนบางชนิดมีผลกระตุ้นการแสดงออกของยีน PEP carboxykinase
ปฏิกิริยาที่สองของการสร้างกลูโคโนเจเนซิสนำไปสู่การก่อตัวของโมเลกุลพลังงานสูง - ฟอสโฟอีนอลไพรูเวต- ในระหว่างปฏิกิริยานี้ oxaloacetate จะถูกดีคาร์บอกซิเลตโดยมี GTP 1 โมเลกุล
ข้าว. 7. การขนส่ง oxaloacetate และ phosphoenolpyruvate จากไมโตคอนเดรียไปยังไซโตโซล
ปฏิกิริยานี้ถูกเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ พีอีพี คาร์บอกซีไคเนส- ในมนุษย์พบได้ทั้งในไมโตคอนเดรียและในไซโตโซล อย่างไรก็ตาม ในเนื้อเยื่อบางชนิด จะมีอยู่ในไซโตโซลเท่านั้น ดังนั้น oxaloacetate จะต้องถูกถ่ายโอนจากไมโตคอนเดรียไปที่นั่น เมมเบรนไมโตคอนเดรียชั้นในมีโปรตีนขนส่งสำหรับมาเลตและแอสพาเทต แต่ไม่ใช่ออกซาโลอะซิเตต ดังนั้นจึงต้องแปลงเป็นสารประกอบเหล่านี้อย่างใดอย่างหนึ่ง ซึ่งมีโปรตีนขนส่งอยู่ในเมมเบรน
มีสองวิธีสำหรับสิ่งนี้ (ดูรูปที่ 7): 1) ออกซาโลอะซิเตตถูกรีดิวซ์เป็นมาเลต; 2) oxaloacetate ยอมรับกลุ่มอะมิโนในปฏิกิริยาการปนเปื้อนและสร้างแอสพาเทต เส้นทางแรกต้องมีส่วนร่วมของ NADH อย่างที่สองมีอยู่เล็กน้อยในตับ: แอสพาเทตซึ่งถูกถ่ายโอนไปยังไซโตโซลจากไมโตคอนเดรียจะถูกกำจัดออกไปในวงจรยูเรียเป็นออกซาโลอะซิเตต
ปฏิกิริยา 3-8
ปฏิกิริยาเหล่านี้ถูกเร่งด้วยเอนไซม์ไกลโคไลติก แต่จะไม่ดำเนินไปในทิศทางไปข้างหน้า (สำหรับไกลโคไลซิส) แต่ไปในทิศทางตรงกันข้าม
ปฏิกิริยาที่ 9
ในปฏิกิริยาที่ 9 ของการสร้างกลูโคโนเจเนซิส ฟรุกโตส-1,6-บิสฟอสเฟตจะถูกไฮโดรไลซ์เป็น ฟรุกโตส 6-ฟอสเฟตด้วยการมีส่วนร่วมของเอนไซม์ ฟรุกโตส-1,6-บิสฟอสฟาเตส- รู้จักสารควบคุมอัลโลสเตอริกหลายตัวของเอนไซม์นี้ (ตามรายการด้านบน)
ปฏิกิริยา 10
ฟรุกโตส 6-ฟอสเฟต ไอโซเมอร์ไรซ์เป็นกลูโคส 6-ฟอสเฟต ปฏิกิริยานี้ถูกเร่งโดยเอนไซม์ไกลโคไลติกฟอสโฟกลูโคไอโซเมอเรส
ปฏิกิริยาที่ 11
ปฏิกิริยาสุดท้ายของการสร้างกลูโคโนเจเนซิสคือการดีฟอสโฟรีเลชั่นของกลูโคสในเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม ซึ่งถูกเร่งปฏิกิริยาโดย กลูโคส-6-ฟอสเฟต-โซอี้ จากปฏิกิริยานี้ทำให้เกิดกลูโคสขึ้น ที่เหลือ กรดฟอสฟอริกและกลูโคสจะถูกส่งกลับไปยังไซโตโซลโดยโปรตีน T3 และ T2 ตามลำดับ จากนั้นกลูโคสอิสระจะถูกนำออกจากเซลล์โดยโปรตีน GLUT2
เอนไซม์สำหรับปฏิกิริยานี้พบเฉพาะในตับ ไต และลำไส้เล็ก ดังนั้นอวัยวะเหล่านี้จึงสามารถส่งออกกลูโคสเข้าสู่กระแสเลือดได้ เซลล์ที่เหลือ (ไม่ใช่ทั้งหมด) สังเคราะห์กลูโคสตามความต้องการของตนเองเท่านั้น
กำลังโหลด...
