استحداث الجلوكوز

استحداث الجلوكوز هو عملية تصنيع الجلوكوز من سلائف غير كربوهيدراتية مثل اللاكتات والجليسرول وبعض الأحماض الأمينية. تسمح هذه العملية للجسم بمواصلة إنتاج الجلوكوز عندما تكون الكربوهيدرات الغذائية شحيحة، أثناء الصيام، أو التمرين المطول، أو المجاعة، وبالتالي توفير الجلوكوز للأنسجة المعتمدة عليه. تتم هذه العملية بشكل رئيسي في الكبد وبدرجة أقل في الكلى، وهي تعكس إلى حد كبير عملية تحلل الجلوكوز (glycolysis) ولكنها تتجاوز الخطوات غير العكوسة في هذا المسار باستخدام إنزيمات مميزة.

Definition

استحداث الجلوكوز هو المسار الأيضي الذي يصنع الجلوكوز من سلائف غير كربوهيدراتية، باستخدام إنزيمات بيروفات كاربوكسيلاز (pyruvate carboxylase)، وفوسفوإينول بيروفات كاربوكسي كيناز (phosphoenolpyruvate carboxykinase)، وفركتوز-1،6-ثنائي فوسفاتاز (fructose-1,6-bisphosphatase)، وجلوكوز-6-فوسفاتاز (glucose-6-phosphatase) لتجاوز التفاعلات غير العكوسة في تحلل الجلوكوز.

Scope

يغطي هذا الموضوع الركائز، والخطوات الإنزيمية، وتنظيم تخليق الجلوكوز، والأنسجة التي تقوم به، وعلاقته التبادلية مع تحلل الجلوكوز. ويتناول الكيمياء الحيوية وفسيولوجيا إنتاج الجلوكوز بدلاً من الإدارة السريرية للاضطرابات التي تغيره.

Core questions

• ما هي السلائف التي تغذي تخليق الجلوكوز، ومن أين تأتي؟
• كيف يتجاوز المسار الخطوات غير العكوسة لتحلل الجلوكوز؟
• كيف يتم تنظيم استحداث الجلوكوز بشكل متبادل مع تحلل الجلوكوز؟
• ما هي الأنسجة التي تنتج الجلوكوز، وتحت أي ظروف؟

Key concepts

• السلائف غير الكربوهيدراتية (اللاكتات، الجليسرول، الأحماض الأمينية المولدة للجلوكوز)
• بيروفات كاربوكسيلاز
• فوسفوإينول بيروفات كاربوكسي كيناز (PEPCK)
• فركتوز-1،6-ثنائي فوسفاتاز
• جلوكوز-6-فوسفاتاز
• دورة كوري
• التنظيم المتبادل مع تحلل الجلوكوز

Mechanisms

يحول استحداث الجلوكوز سلائف مثل اللاكتات والجليسرول والأحماض الأمينية المولدة للجلوكوز إلى جلوكوز، متبعًا الهيكل الكربوني لتحلل الجلوكوز بشكل عكسي ولكن يستبدل خطواته الثلاث غير العكوسة بتفاعلات منفصلة. يتم نقل البيروفات إلى فوسفوإينول بيروفات عبر بيروفات كاربوكسيلاز وفوسفوإينول بيروفات كاربوكسي كيناز؛ ويحفز فركتوز-1،6-ثنائي فوسفاتاز وجلوكوز-6-فوسفاتاز التجاوزين اللاحقين. يتم تنظيم المسار بشكل متبادل مع تحلل الجلوكوز من خلال إشارات ألوستيرية مشتركة ومن خلال التحكم الهرموني في كميات الإنزيمات، ولا سيما التنظيم النسخي لـ PEPCK، بحيث يقوم الكبد بتصنيع الجلوكوز عند الصيام ويمنعه عند التغذية. تربط دورة كوري العضلات والكبد، وتعيد تدوير اللاكتات الناتجة عن تحلل الجلوكوز مرة أخرى إلى جلوكوز.

Clinical relevance

يعد استحداث الجلوكوز محوريًا في الحفاظ على جلوكوز الدم أثناء الصيام وهو مساهم رئيسي في الإفراز المفرط للجلوكوز الكبدي الذي يلاحظ في داء السكري من النوع 2. يساعد فهم تنظيمه في توضيح كيفية مطابقة الكبد لإنتاج الجلوكوز لاحتياجات الجسم بأكمله. هذا المدخل تعليمي ولا يقدم إرشادات تشخيصية أو علاجية.

History

وصف كارل وغيرتي كوري إعادة تدوير اللاكتات بين العضلات والكبد، مما أعطى دورة كوري اسمها وأسس استحداث الجلوكوز كنظير لتحلل الجلوكوز. حددت الأعمال اللاحقة الإنزيمات الأربعة المتجاوزة، ولاحقًا، التحكم الهرموني والنسخي في فوسفوإينول بيروفات كاربوكسي كيناز، والذي أصبح نموذجًا للتعبير المنظم لإنزيم استحداث الجلوكوز.

Key figures

• Carl Cori
• Gerty Cori
• Richard Hanson
• Robert Nordlie

Seminal works

• hanson-1997
• nordlie-1999

Frequently asked questions

لماذا لا يستطيع الجسم ببساطة عكس عملية تحلل الجلوكوز لإنتاج الجلوكوز؟

ثلاث خطوات من تحلل الجلوكوز غير قابلة للعكس بشكل أساسي، لذا يستخدم استحداث الجلوكوز أربعة إنزيمات مختلفة لتجاوزها؛ أما بقية المسار فيتم عكسه، لكن هذه التجاوزات تجعل صافي تخليق الجلوكوز ممكنًا.

أين يحدث استحداث الجلوكوز؟

بشكل رئيسي في الكبد، الذي يطلق الجلوكوز في الدم، وبدرجة أقل في الكلى، خاصة أثناء الصيام المطول.