گلوکونئوژنز چیست:مبانی،مراحل و تنظیم گلوکونئوژنز

گلوکونئوژنز چیست

گلوکونئوژنز یک مسیر متابولیک حیاتی است که به ارگانیسم ها اجازه می دهد تا سطح گلوکز خون را در طول دوره های ناشتا یا مصرف کم کربوهیدرات حفظ کنند. در این مقاله، پیچیدگی‌های گلوکونئوژنز را بررسی می‌کنیم و اصول اساسی، تنظیم و اهمیت آن در حفظ هموستاز انرژی را کشف می‌کنیم.

مقدمه ای بر گلوکونئوژنز

گلوکونئوژنز به مجموعه‌ای از واکنش‌های متابولیکی اشاره دارد که هم در سیتوزول و هم در میتوکندری سلول‌ها، عمدتاً در کبد و تا حدی در کلیه‌ها رخ می‌دهد.

وظیفه اصلی آن تولید گلوکز از پیش سازهای غیر کربوهیدراتی مانند لاکتات، گلیسرول و اسیدهای آمینه خاص است تا در زمانی که منابع غذایی کمیاب هستند، سطح گلوکز خون را حفظ کند.
در طول حالت ناشتا، زمانی که ذخایر گلیکوژن تخلیه می شود، بدن برای تامین گلوکز به مغز، گلبول های قرمز و سایر بافت های وابسته به گلوکز به گلوکونئوژنز متکی است. این فرآیند تضمین می‌کند که اندام‌های حیاتی به دریافت سوبسترای انرژی لازم ادامه می‌دهند و از هیپوگلیسمی جلوگیری می‌کند و ثبات کلی متابولیک را حفظ می‌کند.

مبانی گلوکونئوژنز

گلوکونئوژنز شامل دنباله ای از واکنش های آنزیمی است که مراحل کلیدی گلیکولیز را معکوس می کند، مسیر متابولیک مسئول تجزیه گلوکز. با دور زدن مراحل برگشت ناپذیر گلیکولیز، گلوکونئوژنز به طور موثری مولکول های غیر کربوهیدراتی را به گلوکز تبدیل می کند.

سوبستراهای اصلی گلوکونئوژنز شامل لاکتات است که با گلیکولیز بی هوازی در ماهیچه های اسکلتی و گلبول های قرمز خون و گلیسرول حاصل از تجزیه تری گلیسیرید در بافت چربی تولید می شود. علاوه بر این، اسیدهای آمینه خاصی مانند آلانین و گلوتامین می توانند به عنوان پیش سازهای گلوکونئوژنیک مورد استفاده قرار گیرند.

فرآیند گلوکونئوژنز توسط یک تعامل پیچیده از سیگنال های هورمونی و در دسترس بودن سوبسترا تنظیم می شود. هورمون هایی مانند گلوکاگون و کورتیزول باعث تقویت گلوکونئوژنز می شوند، در حالی که انسولین آن را مهار می کند. این هورمون ها بیان ژن، فعالیت آنزیم و در دسترس بودن سوبسترا را تعدیل می کنند تا اطمینان حاصل شود که تولید گلوکز به خوبی تنظیم شده است تا نیازهای بدن را برآورده کند.

مراحل گلوکونئوژنز

1. کربوکسیلاسیون پیرووات: در مرحله اول گلوکونئوژنز، پیرووات توسط آنزیم پیروات کربوکسیلاز کربوکسیله شده و اگزالواستات را تشکیل می دهد. این واکنش وابسته به ATP در میتوکندری رخ می دهد و به کوفاکتور بیوتین نیاز دارد.

2. تبدیل اگزالواستات به فسفوئنول پیرووات: اگزالواستات سپس در یک سری واکنش به فسفونول پیروات (PEP) تبدیل می شود. ابتدا اگزالواستات توسط مالات دهیدروژناز میتوکندری به مالات کاهش می یابد. سپس مالات میتوکندری را ترک می کند و توسط سیتوزولی مالات دهیدروژناز به اگزالواستات تبدیل می شود. در نهایت، اگزالواستات توسط فسفونول پیروات کربوکسی کیناز (PEPCK) دکربوکسیله می شود و PEP را تشکیل می دهد.

3. تبدیل PEP به فروکتوز-1،6-بیس فسفات: PEP از طریق یک سری واکنش های گلیکولیتیک برگشت پذیر به فروکتوز-1،6-بیس فسفات تبدیل می شود. این فرآیند شامل آنزیم های انولاز، فسفوگلیسرات موتاز و فسفوگلیسرات کیناز می شود.

4. تبدیل فروکتوز-1،6-بیس فسفات به فروکتوز-6-فسفات: آنزیم فروکتوز-1،6-بیس فسفاتاز، دفسفوریلاسیون فروکتوز-1،6-بیس فسفات را کاتالیز می کند و منجر به تشکیل فروکتوز-6- فسفات می شود.

5. تبدیل گلوکز-6-فسفات به گلوکز: گلوکز-6-فسفاتاز، یک پروتئین غشایی جدایی ناپذیر که عمدتاً در شبکه آندوپلاسمی سلول های کبدی یافت می شود، فسفریلاسیون گلوکز-6-فسفات را کاتالیز می کند تا گلوکز تولید کند. این مرحله اجازه می دهد تا گلوکز در جریان خون آزاد شود.

تنظیم گلوکونئوژنز

گلوکونئوژنز به شدت برای حفظ هموستاز گلوکز در بدن تنظیم می شود. چندین عامل کلیدی بر سرعت گلوکونئوژنز تأثیر می‌گذارند، از جمله سیگنال‌های هورمونی، در دسترس بودن سوبسترا و تنظیم آلوستریک آنزیم‌ها.

هورمون هایی مانند گلوکاگون، کورتیزول و اپی نفرین باعث تحریک گلوکونئوژنز می شوند، در حالی که انسولین آن را مهار می کند. گلوکاگون که توسط لوزالمعده در پاسخ به سطوح پایین گلوکز خون آزاد می شود، گلوکونئوژنز را با ترویج بیان آنزیم های گلوکونوژنیک و مهار گلیکولیز فعال می کند.

علاوه بر تنظیم هورمونی، در دسترس بودن پیش سازهای گلوکونئوژنیک عامل تعیین کننده مهم گلوکونئوژنز است. در طول روزه داری، تجزیه ذخایر گلیکوژن منبع اولیه گلوکز را فراهم می کند. با کاهش ذخایر گلیکوژن، لاکتات، گلیسرول و اسیدهای آمینه حاصل از تجزیه پروتئین عضلانی به بسترهای اولیه برای گلوکونئوژنز تبدیل می شوند.

تنظیم آلوستریک آنزیم های کلیدی نیز نقش مهمی در تعدیل گلوکونئوژنز دارد. به عنوان مثال، فروکتوز-1،6-بیس فسفاتاز، آنزیم محدود کننده سرعت گلوکونئوژنز، توسط سطوح بالای فروکتوز-2،6-بیس فسفات، یک تنظیم کننده آلوستریک تولید شده توسط آنزیم فسفوفروکتوکیناز-2، مهار می شود. این تنظیم متقابل بین گلیکولیز و گلوکونئوژنز، تعادل خوب بین سنتز و استفاده گلوکز را تضمین می کند.