Mozek potřebuje cukry: neurony pracují téměř výhradně na glukóze, proto je nutné zajistit nepřetržitý přísun tohoto cukru. Mozek spotřebuje asi 120 g glukózy denně, zatímco denní potřeba celého organismu činí asi 200 g.
V našem těle je asi 100 g glukózy uloženo ve formě glykogenu v játrech, dalších 5-10 g se nachází v biologických tekutinách, zatímco asi 200-300 g je uloženo ve svalu, vždy ve formě glykogenu. Aby byla zajištěna kontinuita dodávky glukózy do tkání, které to potřebují, používá se strategie, která převádí méně mobilní molekuly na glukózu: glukoneogeneze.
Glukoneogeneze je proces syntézy glukózy vycházející z prekurzorů bez uhlohydrátů:
- kyselina mléčná: vyrábí se anaerobní glykolýzou
- aminokyseliny *: pocházející ze stravy nebo z rozkladu strukturních proteinů
- glycerol: získaný hydrolýzou triglyceridů
Glukoneogeneze je nezbytná k zajištění adekvátního přísunu glukózy do tkání nezávislých na inzulinu (mozek, červené krvinky a svaly během intenzivního fyzického cvičení).
Glukoneogeneze, která probíhá v mnoha tkáních a zejména v játrech, se stává nezbytnou během půstu, kdy jsou v těle vyčerpány zásoby sacharidů.
* Z různých glukoneogenetických aminokyselin (včetně glutamových a asparagových kyselin, alaninu, cysteinu, glycinu, prolinu, serinu, threoninu) hraje alanin uvolněný z kosterního svalu dominantní roli (viz cyklus glukóza-alanin).
Glukoneogeneze začíná pyruvátem a je do značné míry opakem glykolýzy.
Mozek:
- za normálních podmínek používá pouze glukózu;
- v případě prodlouženého půstu (2–3 dny) stále více využívá energetické vlastnosti ketolátek;
- když máte okamžitý půst (mezi jídly), po vyčerpání zásob uhlohydrátů používá glukózu odvozenou z aminokyselin získaných hydrolýzou strukturních proteinů: proteázové enzymy degradují proteiny na aminokyseliny, které pak působením enzymů transamináz, jsou transformovány na alfa-keto kyseliny, které jsou zase použity jako náhrada glukózy (viz degradace aminokyselin).
Glukoneogeneze je výhradní zodpovědností jater (vyskytuje se také v menší míře v ledvinách + a ve střevě); zde se prostřednictvím glukoneogeneze získává glukóza, která bude transportována do různých tkání, až do mozku.
Sedm z deseti reakcí glykolýzy probíhá v opačném směru než glukoneogeneze; pokud by glukoneogeneze byla přesnou inverzí glykolýzy, v každé fázi by bylo nutné dodat energii. Proto nelze v glykoneogenezi využít (z energetických důvodů) tři reakce glykolýzy; místo těchto tří reakcí se využívají jiné reakce s různými substráty, produkty a enzymy.
Reakce, která vede z glukóza-6-fosfátu na glukózu, je katalyzována a fosfatázy místo kinázy; přechod z fruktózy 1,6-bisfosfátu na fruktosu 6-fosfát je také katalyzován spíše fosfatázou než kinázou.
Třetí reakcí, která se liší od glykolýzy, je reakce, která vede k tvorbě fosfoenolpyrivátu z pyruvátu; toto se děje prostřednictvím pyruvátkarboxyláza, který pomocí molekuly oxidu uhličitého prodlužuje uhlíkový řetězec, a pomocí fosfoenolpyruvát karboxykináza (energii pro tento proces zajišťuje GTP).
Předpokládejme, že cvičíte a jste mimo jídlo, musíte k produkci energie aktivovat metabolismus glukózy. Pokud je hladina glukózy v krvi nižší než 5 mM, je realizován signál potřeby glukózy: α buňky pankreatu uvolňují hormon (je to malý dipeptid) glukagon, který se krví dostává do hepatocytů (jater); zde je aktivována glukoneogenetická dráha a blokována glykolýza. Nově vytvořená glukóza bude uvolněna do oběhu a transportována především do červených krvinek, nervového systému a svalové tkáně. Viz také: uhlohydráty a hypoglykémie.
