המוח זקוק לסוכרים: נוירונים עובדים כמעט אך ורק על גלוקוז, ולכן יש צורך להבטיח אספקה רציפה של סוכר זה. המוח צורך כ -120 גרם גלוקוז ליום, בעוד שהדרישה היומית של האורגניזם כולו מסתכמת בכ -200 גרם.
בגופנו מאוחסנים כ -100 גרם גלוקוז בצורה של גליקוגן בכבד, 5-10 גרם נוספים נמצאים בנוזלים ביולוגיים, בעוד כ-200-300 גרם מאוחסנים בשריר, תמיד בצורה של גליקוגן. כדי להבטיח את המשכיות אספקת הגלוקוז לרקמות הזקוקות לה, נעשה שימוש באסטרטגיה שממירה את המולקולות הפחות ניידות לגלוקוז: גלוקונאוגנזה.
גלוקונאוגנזה הוא תהליך סינתזה של גלוקוז החל ממקדמים לא פחמימים:
- חומצה לקטית: מיוצרת על ידי גליקוליזה אנאירובית
- חומצות אמינו *: נובעות מהתזונה או מפירוק חלבונים מבניים
- גליצרול: מתקבל מהידרוליזה של טריגליצרידים
גלוקונאוגנזה חיונית בכדי להבטיח אספקה נאותה של גלוקוז לרקמות שאינן תלויות באינסולין (מוח, כדוריות דם אדומות ושרירים במהלך פעילות גופנית אינטנסיבית).
גלוקונאוגנזה, המתרחשת ברקמות רבות ובפרט בכבד, הופכת להיות חיונית במהלך הצום, כאשר מאגרי הפחמימות של הגוף מותשים.
* מבין חומצות האמינו הגלוקונאוגנטיות השונות (כולל חומצות גלוטמיות ואספרטיות, אלאנין, ציסטאין, גליצין, פרולין, סרין, תראונין), אלנין המשתחרר משרירי השלד משחק תפקיד דומיננטי (ראה מחזור גלוקוז-אלאנין).
גלוקונאוגנזה מתחילה מפירובאט והיא במידה רבה הפוכה של הגליקוליזה.
המוח:
- בתנאים רגילים, הוא משתמש רק בגלוקוז;
- במקרה של צום ממושך (2-3 ימים) הוא מנצל יותר ויותר את התכונות האנרגטיות של גופי הקטון;
- כאשר יש לך צום מיידי (בין הארוחות), לאחר שמיצינו את רזרבות הפחמימות, הוא משתמש בגלוקוז הנובע מחומצות האמינו המתקבלות מהידרוליזה של חלבונים מבניים: אנזימי הפרוטאז מפירים את החלבונים לחומצות אמינו אשר לאחר מכן, על ידי הפעולה של אנזימים טרנסמינאזים, הופכים לחומצות אלפא-קטו, בתורם משמשים להחלפת גלוקוז (ראה פירוק חומצת אמינו).
גלוקונאוגנזה היא באחריותו הבלעדית של הכבד (היא מופיעה גם במידה פחותה בכליות + ובמעיים); כאן, באמצעות גלוקונאוגנזה, מתקבל גלוקוז שיועבר לרקמות השונות, עד המוח.
שבע מתוך עשר תגובות של גליקוליזה מתרחשות בכיוון ההפוך לגלוקונאוגנזה; אם גלוקונאוגנזה הייתה ההפוכה המדויקת של הגליקוליזה, בכל שלב יהיה צורך לספק אנרגיה. לכן לא ניתן לנצל שלוש תגובות של גליקוליזה (מסיבות אנרגיה) בגלוקונאוגנזה; במקום שלוש תגובות אלו, תגובות אחרות מנוצלות עם שונות מצעים, מוצרים ואנזימים.
התגובה המובילה מגלוקוז 6-פוספט לגלוקוז מזורזת על ידי א פוספטאז במקום קינאז; המעבר מפרוקטוז 1,6-ביספוספט לפרוקטוז 6-פוספט מזורז גם על ידי פוספטאז ולא קינאז.
התגובה השלישית השונה מהגליקוליזה היא זו שמובילה להיווצרות פוספנולפיריבט מפירובאט; זה קורה דרך פירובט קרבוקסילאז, המשתמשת במולקולת פחמן דו חמצני להארכת שרשרת הפחמן, ובאמצעות phosphoenolpyruvate carboxykinase (האנרגיה לתהליך זה מסופקת על ידי ה- GTP).
נניח שאתה מתאמן ואינך נמצא בארוחות, עליך להפעיל את חילוף החומרים של הגלוקוז כדי לייצר אנרגיה. אם רמת הגלוקוז בדם נמוכה מ- 5 מ"מ אז האות לדרישת הגלוקוז מתממשת: תאי α בלבלב משחררים הורמון (זהו דיפפטיד קטן) את הגלוקגון אשר דרך הדם מגיע אל הפטוציטים (הכבד); כאן המסלול הגלוקונאוגנטי מופעל והגליקוליזה נחסמת. הגלוקוז החדש שנוצר ישוחרר למחזור הדם ויועבר מעל לכל לתאי דם אדומים, מערכת העצבים ורקמת השריר. ראה גם: פחמימות והיפוגליקמיה.
