De hersenen hebben suikers nodig: neuronen werken bijna uitsluitend op glucose, dus het is noodzakelijk om te zorgen voor een continue aanvoer van deze suiker. De hersenen consumeren ongeveer 120 g glucose per dag, terwijl de dagelijkse behoefte van het hele organisme ongeveer 200 g bedraagt.
In ons lichaam wordt ongeveer 100 g glucose opgeslagen in de vorm van glycogeen in de lever, nog eens 5-10 g wordt gevonden in biologische vloeistoffen, terwijl ongeveer 200-300 g wordt opgeslagen in de spier, altijd in de vorm van glycogeen. Om de continuïteit van de glucosetoevoer naar de weefsels die het nodig hebben te verzekeren, wordt een strategie gebruikt die de minder mobiele moleculen omzet in glucose: gluconeogenese.
Gluconeogenese is het proces van synthese van glucose uitgaande van niet-koolhydraatvoorlopers:
- melkzuur: geproduceerd door anaërobe glycolyse
- aminozuren *: afkomstig van de voeding of van de afbraak van structurele eiwitten
- glycerol: verkregen uit de hydrolyse van triglyceriden
Gluconeogenese is essentieel om te zorgen voor een adequate toevoer van glucose naar insuline-onafhankelijke weefsels (hersenen, rode bloedcellen en spieren tijdens intensieve lichamelijke inspanning).
Gluconeogenese, die in veel weefsels en in het bijzonder in de lever plaatsvindt, wordt essentieel tijdens het vasten, wanneer de koolhydraatreserves van het lichaam zijn uitgeput.
* Van de verschillende gluconeogenetische aminozuren (inclusief glutaminezuur en asparaginezuur, alanine, cysteïne, glycine, proline, serine, threonine) speelt alanine dat vrijkomt uit de skeletspier een overheersende rol (zie glucose-alaninecyclus).
Gluconeogenese begint met pyruvaat en is grotendeels het omgekeerde van glycolyse.
De hersenen:
- onder normale omstandigheden gebruikt het alleen glucose;
- bij langdurig vasten (2-3 dagen) maakt het in toenemende mate gebruik van de energetische eigenschappen van de ketonlichamen;
- wanneer u onmiddellijk vast (tussen maaltijden), nadat de koolhydraatreserves zijn uitgeput, gebruikt het de glucose die afkomstig is van de aminozuren die worden verkregen door de hydrolyse van structurele eiwitten: de protease-enzymen breken de eiwitten af tot aminozuren die vervolgens, door de actie van enzymen transaminasen, worden omgezet in alfa-ketozuren, die op hun beurt worden gebruikt om glucose te vervangen (zie aminozuurafbraak).
Gluconeogenese is uitsluitend de verantwoordelijkheid van de lever (het komt ook in mindere mate voor in de nieren + en in de darm); hier wordt door gluconeogenese glucose verkregen dat naar de verschillende weefsels, tot aan de hersenen, wordt getransporteerd.
Zeven van de tien reacties van glycolyse vinden plaats in de tegenovergestelde richting van gluconeogenese; als gluconeogenese het exacte omgekeerde van glycolyse zou zijn, zou het in elke fase nodig zijn om energie te leveren. Daarom kunnen drie glycolyse-reacties (om energieredenen) bij gluconeogenese niet worden benut; in plaats van deze drie reacties worden andere reacties met verschillende substraten, producten en enzymen.
De reactie die leidt van glucose-6-fosfaat naar glucose wordt gekatalyseerd door a fosfatase in plaats van een kinase; de overgang van fructose-1,6-bisfosfaat naar fructose-6-fosfaat wordt ook gekatalyseerd door een fosfatase in plaats van een kinase.
De derde reactie die verschilt van glycolyse is die welke leidt tot de vorming van fosfoenolpyrivaat uit pyruvaat; dit gebeurt via de pyruvaatcarboxylase, die een koolstofdioxidemolecuul gebruikt om de koolstofketen te verlengen, en door middel van de fosfoenolpyruvaatcarboxykinase (de energie voor dit proces wordt geleverd door de GTP).
Stel dat u aan het sporten bent en geen maaltijden eet, dan moet u het glucosemetabolisme activeren om energie te produceren. Als de bloedglucose lager is dan 5 mM, wordt het signaal van de glucosebehoefte gerealiseerd: de α-cellen van de pancreas geven een hormoon af (het is een klein dipeptide) het glucagon dat via het bloed de hepatocyten (lever) bereikt; hier wordt de gluconeogenetische route geactiveerd en wordt de glycolyse geblokkeerd. De nieuw gevormde glucose komt vrij in de bloedsomloop en wordt vooral naar de rode bloedcellen, het zenuwstelsel en het spierweefsel getransporteerd. Zie ook: koolhydraten en hypoglykemie.
