Anteckningar

Varför glukoneogenes?

Blodglukos bör inte sjunka under ~4 mM.
CNS kräver cirka 120 g glukos/dygn (även under sömn) men kan inte utnyttja fettsyror p.g.a. blod-hjärnbarriären.
Totalt glukosbehov ≈160 g/dygn, varav ~75 % går till CNS.
Blodet innehåller endast ~20 g glukos; muskler använder sina egna lager.
Levern (~190 g glykogen) måste därför nybilda glukos så att blodnivån hålls stabil mellan måltider.

Kompartment	Mängd/glukoskrav
CNS	~120 g/dygn
Totalt	~160 g/dygn
Blod	~20 g
Leverlager	~190 g

Vad är glukoneogenes?

Syntes av glukos från icke-kolhydratkällor: pyruvat, laktat, glycerol och glukogena aminosyror.
Glykolysen innehåller sju reversibla enzymsteg som återanvänds. De tre irreversibla glykolysstegen byts ut mot fyra glukoneogenetiska reaktionssteg.

Steg 1 – Pyruvatkarboxylas

Sker i mitokondriens matrix.
Enzymet består av fyra identiska subenheter/domäner.
Biotin (vitamin B₇) är en prostetisk grupp kovalent bunden till en lysinrest och fungerar som en “svängarm” som förflyttar aktiverat koldioxid.

Reaktionsserie:

Bildning av karboxyfosfat: $H C O_{3}^{-} + A TP \to$ ADP + HO- $C O_{2}$ - $P_{i}$
Aktivering av $C O_{2}$ på biotin: biotin-enzym + HO- $C O_{2}$ - $P_{i} \to C O_{2}$ -biotin-enzym + $P_{i}$ (irreversibelt)
Bildning av oxalacetat: pyruvat + $C O_{2}$ -biotin-enzym ⇌ oxalacetat + biotin-enzym

Resultatet är oxalacetat i matrix – ett substrat som måste transporteras till cytosolen.

Malat–aspartat-shunten

Shunt = transport under samtidig omvandling. Oxalacetat kan inte passera mitokondriemembranet direkt, så det reduceras till malat i matrix och oxideras tillbaka i cytosolen. Samtidigt flyttas ett NADH.

Substrat in	Produkt ut	Plats	Enzym
$H^{+} + N A DH +$ oxalacetat	malat + $N A D^{+}$	Matrix	Malatdehydrogenas
$N A D^{+} +$ malat	oxalacetat + $H^{+} + N A DH$	Cytosol	Malatdehydrogenas

Det cytosoliska NADH behövs senare i glukoneogenesen (t.ex. för 1,3-BPG → glyceraldehyd-3-P).

Steg 2 – Fosfoenolpyruvatkarboxykinas (PEPCK)

Lokaliserat i cytosolen (finns även en mitokondriell variant i vissa vävnader).
Dekarboxylerar och fosforylerar oxalacetat → fosfoenolpyruvat (PEP).
Reaktionen kräver GTP; ett Pi lämnar via fosfatasaktivitet.
Efter detta kan flera reversibla glykolyssteg användas baklänges.

Glukoneogenes har hittills förbrukat 1 ATP (pyruvatkarboxylas) + 1 GTP (PEPCK).

Steg 3 – Fruktos-1,6-bisfosfatas

Hydrolyserar fruktos-1,6-bisfosfat → fruktos-6-fosfat + Pi.
Irreversibelt, regleras starkt:
- hämmas av fruktos-2,6-bisfosfat (en central regulator som även stimulerar PFK-1 i glykolysen)
- hämmas av AMP (lågt energiläge)
- aktiveras av citrat (signal om gott om acetyl-CoA/energi)

Steg 4 – Glukos-6-fosfatas

Sitter i ER-lumen i lever och (till viss del) njure; saknas i vävnader som inte ska exportera glukos.
Omvandlar glukos-6-fosfat → glukos + Pi som transporteras tillbaka till cytosolen och vidare ut via GLUT2.
Tre transportörer krävs: för glukos-6-fosfat in i ER, för Pi ut och för glukos ut.

Reglering av glukoneogenes

Energiläge

Högt ATP/citrat/acetyl-CoA stimulerar glukoneogenes (och hämmar glykolys).
Högt AMP/ADP aktiverar glykolys och hämmar glukoneogenes.

Feedforward/feedback

Fruktos-6-fosfat → fruktos-2,6-bisfosfat som aktiverar PFK-1 och hämmar fruktos-1,6-bisfosfatas.
Alanin (pyruvatkälla) och AMP signalerar låg energi → hämmar glukoneogenes.

Hormonell styrning

Hormon	Effekter
Glukagon	↑ pyruvatkarboxylas, ↑ PEPCK, ↓ glukokinas/hexokinas, ↓ PFK-1, ↓ pyruvatkinas
Insulin	↑ PFK-1, ↑ pyruvatkinas, ↑ fruktos-2,6-bisfosfatas-2 (PFK-2/FBPase-2) aktivitet för glykolys

Transkriptionsnivåer anpassas vid längre fasta (t.ex. uppreglering av PEPCK).

Reflektionsfrågor

Varför måste glukoneogenes regleras hårt? (För att undvika futile cycles och säkerställa att glukos produceras endast när nödvändigt.)
Varför stänger inte glukagon av alla glykolysenzymer fullständigt? (Muskler behöver kunna köra glykolys parallellt; reglering måste vara vävnadsspecifik.)

Varför behöver glukoneogenes regleras?

pyruvat + 4ATP + 2 GTP + 3NADH + 6H20 → glukos + 4ADP + 2GDP + 2NAD+ + 2H + 6Pi
delta g = -11kcal/mol
glykolys = -22 kcal/mol

kostar mer att göra glykos via glukoneogenes

Kostnad

pyruvat + 4ATP + 2 GTP + 3NADH + 6H20 → glukos + 4ADP + 2GDP + 2NAD+ + 2H + 6Pi

delta g = -11kcal/mol glykolys = -22 kcal/mol