Регулация неоглюкогенеза неоглюкогенеза глюконеогенеза Връзка структура функция протеин
2. Напомняне за реакцията, катализирана от пируват киназа
3. Реакция, катализирана от пируват карбоксилаза
4. Реакция, катализирана от PEP карбоксикиназа
5. Реакция, катализирана от фруктоза-1,6-бисфосфатаза
6. Реакция, катализирана от глюкозо-6-фосфатаза
7. Регулиране на глюконеогенезата
8. Интернет връзки и библиографски справки
Резервът на гликоген в черния дроб, който снабдява други тъкани с глюкоза, се изчерпва след бързо, например.
След това основната глюкоза се осигурява чрез глюконеогенеза (или глюконеогенеза), фигура по-долу .
Неоглюкогенезата е синтезът на глюкоза de novo от въглехидратни въглеродни субстрати (предшественици на пътя): така наречените глюкогенни аминокиселини, лактат, глицерол и пируват.
При хората се извършва главно в черния дроб и в по-малка степен и при определени условия в бъбреците и червата.
Реакциите на глюконеогенезата са еднакви при животни, растения, гъби и микроорганизми.
Глюкогенезата използва голяма част от ензимите на гликолиза: тези, които катализират реакции, близки до равновесието. Тези ензими са цитозолни.
Три реакции на гликолиза обаче се характеризират с вариации на свободна енергия на Гибс, толкова отрицателни, че са необратими при физиологични условия (ΔG ').
Тези реакции са тези, катализирани от хексокиназа (или глюкокиназа), от фосфофруктокиназа и от пируват киназа.
По-долу: сравнение на активационните енергийни бариери, пресечени по време на реакции, катализирани съответно от пируват киназа (фигура А) и PEP карбоксикиназа (фигура Б).
Източник: Carlson & Holyoak (2009)
Следователно тези реакции трябва да бъдат "заобиколени" по време на глюконеогенезата.
пируват + HCO3 - + ATP ---> оксалоацетат + ADP + Pi
оксалоацетат + GTP ---> фосфоенолпируват + GDP + CO2
2. Напомняне за реакцията, катализирана от пируват киназа (гликолиза)
Заобикалянето на реакцията, катализирана от пируват киназа (фигура по-долу), изисква намесата на 2 ензима.
Всъщност вариацията на свободната енергия на Гибс, свързана с хидролизата на фосфоанхидридна връзка на АТФ (ΔG ° '= - 7,3 kcal/mol), е недостатъчна за синтеза на енол-фосфатната връзка на фосфоенолпирувата (PEP).
Тази фосфатна връзка е най-енергийната известна: ΔG ° '= - 14,8 kcal/mol .
PEP е енолов естер, чиято хидролиза при гликолиза протича на три етапа:
Източник: "Принципи на биохимията" Horton et al. (1994), Ed. DeBoeck University
(1) първо се образува резонансно стабилизиран енолатен анион.
(2) този нестабилен анион се протонира, за да даде енолов пируват.
(3) накрая има тавтомеризация между енолната форма и кетонната форма за получаване на пирувата.
Следователно можем да обясним силния енергиен характер на PEP, като вземем предвид, че тази молекула съответства на енол, блокиран от фосфорилната група: напускането на тази група позволява на молекулата да приеме кетонната форма, която е много по-стабилна .
При гликолизата пируват киназата катализира трансфера на фосфорилната група от PEP към ADP, за да образува ATP и пируват.
Въпреки образуването на АТФ, реакцията е много ексергонична: -14,8 - (-7,3) = - 7,5 kcal/mol .
Този режим на синтез на АТФ се нарича фосфорилиране на ниво субстрат. .
3. Реакция, катализирана от пируват карбоксилаза
Пируват карбоксилазата е 520 000 Da хомотетрамер.
Пируват карбоксилаза катализира образуването на оксалоацетат от пируват (фигура по-долу).
Тази реакция протича в митохондриите. Цитозол пируват се внася там от транспортер (симпорт с протон).
Всеки пируват карбоксилазен протомер съдържа лизин, към който е прикрепена молекула на биотин. Биотинът и страничната верига на лизина образуват гъвкаво рамо, което позволява на функционалната група биотин да се движи напред-назад между двете активни места на пируват карбоксилазата.
На едно от активните места на пируват карбоксилазата биотинът е карбоксилиран:
ATP + HCO3 - + биотин ---> карбоксибиотин + ADP + Pi
- АТФ реагира с бикарбонат, образувайки фосфорилиран междинен продукт: карбоксифосфат.
- карбоксилната група се прехвърля от този междинен продукт в азотен атом от уреидната група на цикъла на биотина.
На другото активно място на пируват карбоксилазата активираният СО2 се прехвърля от биотин в пируват:
карбоксибиотин + пируват ---> оксалоацетат + биотин
Ацетил-КоА е алостеричен активатор на пируват карбоксилаза:
4. Реакция, катализирана от PEP карбоксикиназа (EC 4.1.1.32)
PEP карбоксикиназа (PEPCK) катализира трансформацията на оксалоацетат в PEP.
Това е ензим на черния дроб и бъбреците. Това е мономер с приблизително 67 000 Da, който изисква двувалентен катион (по-специално манган) като активатор на реакцията.