Mozak treba šećere: neuroni rade gotovo isključivo na glukozi, pa je potrebno osigurati kontinuiranu opskrbu tim šećerom. Mozak troši oko 120 g glukoze dnevno, dok dnevna potreba cijelog organizma iznosi oko 200 g.
U našem tijelu se oko 100 g glukoze skladišti u obliku glikogena u jetri, još 5-10 g se nalazi u biološkim tekućinama, dok se oko 200-300 g skladišti u mišićima, uvijek u obliku glikogena. Kako bi se osigurao kontinuitet opskrbe glukozom tkivima kojima je potrebna, koristi se strategija koja pretvara manje pokretne molekule u glukozu: glukoneogeneza.
Glukoneogeneza je proces sinteze glukoze počevši od prekursora koji nisu ugljikohidrati:
- mliječna kiselina: proizvodi se anaerobnom glikolizom
- aminokiseline *: proizlaze iz prehrane ili razgradnje strukturnih proteina
- glicerol: dobiven hidrolizom triglicerida
Glukoneogeneza je bitna za osiguravanje odgovarajuće opskrbe glukozom tkivima neovisnim o inzulinu (mozak, crvena krvna zrnca i mišići tijekom intenzivnih tjelesnih vježbi).
Glukoneogeneza, koja se odvija u mnogim tkivima, a osobito u jetri, postaje bitna tijekom posta, kada se iscrpljuju zalihe ugljikohidrata u tijelu.
* Od različitih glukoneogenetskih aminokiselina (uključujući glutaminsku i asparaginsku kiselinu, alanin, cistein, glicin, prolin, serin, treonin), alanin oslobođen iz skeletnih mišića ima dominantnu ulogu (vidi ciklus glukoza-alanin).
Glukoneogeneza počinje od piruvata i uglavnom je obrnuta od glikolize.
Mozak:
- u normalnim uvjetima koristi samo glukozu;
- u slučaju produženog posta (2-3 dana) sve više iskorištava energetska svojstva ketonskih tijela;
- kada imate brz post (između obroka), nakon što ste iscrpili rezerve ugljikohidrata, on koristi glukozu koja potječe od aminokiselina dobivenih hidrolizom strukturnih proteina: enzimi proteaze razgrađuju proteine u aminokiseline koje tada djelovanjem enzima transaminaza, pretvaraju se u alfa-keto kiseline, koje se zatim koriste za zamjenu glukoze (vidi razgradnju aminokiselina).
Glukoneogeneza je isključiva odgovornost jetre (također se javlja u manjoj mjeri u bubrezima + i u crijevima); ovdje se glukoneogenezom dobiva glukoza koja će se transportirati u različita tkiva, do mozga.
Sedam od deset reakcija glikolize događa se u smjeru suprotnom od glukoneogeneze; da je glukoneogeneza upravo obrnuta od glikolize, u svakoj bi fazi bilo potrebno isporučiti energiju. Stoga se tri reakcije glikolize ne mogu iskoristiti (iz energetskih razloga) u glukoneogenezi; umjesto ove tri reakcije, druge reakcije se koriste s različitim supstrati, proizvodi i enzimi.
Reakciju koja vodi od glukoze 6-fosfata do glukoze katalizira a fosfataze umjesto kinaze; prijelaz iz fruktoze 1,6-bisfosfata u fruktoza 6-fosfat također je kataliziran fosfatazom, a ne kinazom.
Treća reakcija koja se razlikuje od glikolize je ona koja dovodi do stvaranja fosfoenolpirivata iz piruvata; to se događa kroz piruvat karboksilaza, koji koristi molekulu ugljičnog dioksida za produljenje ugljikovog lanca, a pomoću fosfoenolpiruvat karboksikinaza (energiju za ovaj proces osigurava GTP).
Pretpostavimo da vježbate i da ste daleko od obroka, morate aktivirati metabolizam glukoze za proizvodnju energije. Ako je glukoza u krvi manja od 5 mM tada se ostvaruje signal potrebe za glukozom: α stanice gušterače oslobađaju hormon (to je mali dipeptid) glukagon koji putem krvi doseže hepatocite (jetra); ovdje se aktivira glukoneogenetski put i blokira glikoliza. Novonastala glukoza bit će puštena u cirkulaciju i prije svega prenesena u crvena krvna zrnca, živčani sustav i mišićno tkivo. Vidi također: ugljikohidrati i hipoglikemija.
