Smegenyse reikia cukraus: neuronai veikia beveik vien tik gliukozę, todėl būtina užtikrinti nuolatinį šio cukraus tiekimą. Smegenys per dieną sunaudoja apie 120 g gliukozės, o viso organizmo paros poreikis - apie 200 g.
Mūsų organizme apie 100 g gliukozės yra kaupiama kepenyse glikogeno pavidalu, dar 5–10 g yra biologiniuose skysčiuose, o apie 200–300 g-raumenyse, visada glikogeno pavidalu. Siekiant užtikrinti gliukozės tiekimo audiniams, kuriems to reikia, tęstinumą, naudojama strategija, kuri mažiau mobilias molekules paverčia gliukoze: gliukoneogenezė.
Gliukoneogenezė yra gliukozės sintezės procesas, pradedant nuo ne angliavandenių pirmtakų:
- pieno rūgštis: gaminama anaerobine glikolize
- amino rūgštys *: gaunamos iš dietos arba skaidant struktūrinius baltymus
- glicerolis: gaunamas hidrolizuojant trigliceridus
Gliukoneogenezė yra būtina norint užtikrinti pakankamą gliukozės tiekimą į nuo insulino nepriklausomus audinius (smegenis, raudonuosius kraujo kūnelius ir raumenis intensyvaus fizinio krūvio metu).
Gliukoneogenezė, vykstanti daugelyje audinių, ypač kepenyse, tampa būtina badavimo metu, kai organizmo angliavandenių atsargos išeikvojamos.
* Iš įvairių gliukoneogenetinių aminorūgščių (įskaitant glutamo ir asparto rūgštis, alaniną, cisteiną, gliciną, proliną, seriną, treoniną) dominuoja alaninas, išsiskiriantis iš skeleto raumenų (žr. Gliukozės ir alanino ciklą).
Gliukoneogenezė prasideda nuo piruvato ir iš esmės yra atvirkštinė glikolizės dalis.
Smegenys:
- normaliomis sąlygomis jis naudoja tik gliukozę;
- ilgo badavimo (2–3 dienos) atveju jis vis labiau išnaudoja ketoninių kūnų energetines savybes;
- kai iš karto pasninkaujate (tarp valgymų), išnaudoję angliavandenių atsargas, jis naudoja gliukozę, gautą iš amino rūgščių, gautų hidrolizuojant struktūrinius baltymus: proteazės fermentai skaido baltymus į aminorūgštis, kurios, veikiant fermentų transaminazių, virsta alfa-keto rūgštimis, savo ruožtu naudojamos gliukozei pakeisti (žr. aminorūgščių skilimą).
Už gliukoneogenezę yra atsakingos tik kepenys (ji taip pat mažesniu mastu atsiranda inkstuose + ir žarnyne); čia per gliukoneogenezę gaunama gliukozė, kuri bus transportuojama į įvairius audinius, iki smegenų.
Septynios iš dešimties glikolizės reakcijų vyksta priešingai nei gliukoneogenezė; jei gliukoneogenezė būtų tiksli atvirkštinė glikolizės dalis, kiekviename etape reikėtų tiekti energiją. Todėl trijų glikolizės reakcijų negalima (dėl energetinių priežasčių) panaudoti gliukoneogenezėje; vietoj šių trijų reakcijų kitos reakcijos naudojamos skirtingai substratai, produktai ir fermentai.
Reakciją, kuri pereina iš gliukozės 6-fosfato į gliukozę, katalizuoja a fosfatazės vietoj kinazės; perėjimą nuo fruktozės 1,6-bisfosfato prie fruktozės 6-fosfato taip pat katalizuoja fosfatazė, o ne kinazė.
Trečioji reakcija, kuri skiriasi nuo glikolizės, yra ta, dėl kurios iš piruvato susidaro fosfoenolpirivatas; tai atsitinka per piruvato karboksilazė, kuri naudoja anglies dioksido molekulę anglies grandinei pailginti, ir fosfenolpiruvato karboksinazė (energiją šiam procesui suteikia GTP).
Tarkime, kad sportuojate ir nevalgote, turite suaktyvinti gliukozės apykaitą, kad gautumėte energijos. Jei gliukozės kiekis kraujyje yra mažesnis nei 5 mM, gliukozės poreikio signalas realizuojamas: kasos α ląstelės išskiria hormoną (tai yra mažas dipeptidas) gliukagoną, kuris per kraują pasiekia hepatocitus (kepenis); čia aktyvuojamas gliukoneogenezinis kelias ir blokuojama glikolizė. Naujai susidariusi gliukozė bus išleista į kraujotaką ir pirmiausia patenka į raudonuosius kraujo kūnelius, nervų sistemą ir raumenų audinius. Taip pat žiūrėkite: angliavandeniai ir hipoglikemija.
