Мозгу нужны сахара: нейроны работают почти исключительно на глюкозе, поэтому необходимо обеспечить постоянное поступление этого сахара. Мозг потребляет около 120 г глюкозы в сутки, а суточная потребность всего организма составляет около 200 г.
В нашем организме около 100 г глюкозы хранится в форме гликогена в печени, еще 5-10 г содержится в биологических жидкостях, а около 200-300 г хранится в мышцах, всегда в форме гликогена. Чтобы обеспечить непрерывное поступление глюкозы в ткани, которые в ней нуждаются, используется стратегия, которая преобразует менее подвижные молекулы в глюкозу: глюконеогенез.
Глюконеогенез - это процесс синтеза глюкозы из неуглеводных предшественников:
- молочная кислота: производится анаэробным гликолизом
- аминокислоты *: полученные с пищей или в результате разложения структурных белков
- глицерин: получается в результате гидролиза триглицеридов
Глюконеогенез необходим для обеспечения адекватного поступления глюкозы в инсулиннезависимые ткани (мозг, красные кровяные тельца и мышцы во время интенсивных физических упражнений).
Глюконеогенез, который имеет место во многих тканях и, в частности, в печени, становится важным во время голодания, когда запасы углеводов в организме истощаются.
* Из различных глюконеогенетических аминокислот (включая глутаминовую и аспарагиновую кислоты, аланин, цистеин, глицин, пролин, серин, треонин) аланин, высвобождаемый скелетными мышцами, играет преобладающую роль (см. Глюкозо-аланиновый цикл).
Глюконеогенез начинается с пирувата и в значительной степени противоположен гликолизу.
Мозг:
- в нормальных условиях использует только глюкозу;
- в случае длительного голодания (2–3 дня) в большей степени используются энергетические свойства кетоновых тел;
- когда у вас немедленное голодание (между приемами пищи), после исчерпания запасов углеводов, он использует глюкозу, полученную из аминокислот, полученных в результате гидролиза структурных белков: ферменты протеазы разлагают белки до аминокислот, которые затем под действием ферментов трансаминаз превращаются в альфа-кетокислоты, которые, в свою очередь, используются для замены глюкозы (см. разложение аминокислот).
Глюконеогенез - это исключительная ответственность печени (это также происходит в меньшей степени в почках и кишечнике); здесь посредством глюконеогенеза получается глюкоза, которая будет транспортироваться к различным тканям, вплоть до головного мозга.
Семь из десяти реакций гликолиза протекают в направлении, противоположном глюконеогенезу; если бы глюконеогенез был точной инверсией гликолиза, на каждой стадии необходимо было бы подавать энергию. Следовательно, три реакции гликолиза не могут быть использованы (по энергетическим причинам) в глюконеогенезе; вместо этих трех реакций используются другие реакции с разными субстраты, продукты и ферменты.
Реакция, которая приводит к превращению глюкозо-6-фосфата в глюкозу, катализируется фосфатаза вместо киназы; переход от фруктозо-1,6-бисфосфата к фруктозо-6-фосфату также катализируется фосфатазой, а не киназой.
Третья реакция, которая отличается от гликолиза, - это реакция, которая приводит к образованию фосфоенолпиривата из пирувата; это происходит через пируваткарбоксилаза, который использует молекулу углекислого газа для удлинения углеродной цепи, и с помощью фосфоенолпируваткарбоксикиназа (энергия для этого процесса обеспечивается ГТУ).
Предположим, вы занимаетесь спортом и не принимаете пищу, вам необходимо активировать метаболизм глюкозы для выработки энергии. Если уровень глюкозы в крови меньше 5 мМ, то реализуется сигнал потребности в глюкозе: α-клетки поджелудочной железы выделяют гормон (это небольшой дипептид) глюкагон, который через кровь достигает гепатоцитов (печень); здесь активируется глюконеогенетический путь и блокируется гликолиз. Вновь образованная глюкоза будет выпущена в кровоток и передана, прежде всего, эритроцитам, нервной системе и мышечной ткани. Читайте также: углеводы и гипогликемия.
