La gluconeogenesi è un processo metabolico che avviene nel citosol e nei mitocondri necessario a mantenere costante il livello di glucosio nel sangue durante lo stato di digiuno o durante un intenso sforzo fisico
Essa avviene a partire da precursori non saccaridici e ha luogo prevalentemente nel fegato ed in piccola parte nella corteccia surrenale.
Se il corpo non ha un eccesso di carboidrati che può scomporre in glucosio può utilizzare altre molecole come amminoacidi glucogenici, lattato, piruvato e glicerolo.
Il glucosio prodotto tramite la gluconeogenesi è quindi rilasciato nel flusso sanguigno in modo che possa essere utilizzato per produrre energia.
Il processo di gluconeogenesi è l’opposto della glicolisi e poiché la glicolisi avviene con produzione di energia, ci si aspetterebbe che la gluconeogenesi richiedesse energia. Tuttavia, questo processo si verifica quando il corpo è già a corto di energia, quindi sono necessarie soluzioni alternative. Pertanto, alcuni stadi della gluconeogenesi non avvengono in un modo opposto alla glicolisi.
La gluconeogenesi parte dal piruvato e inizia nei mitocondri o nel citoplasma del fegato o del rene.
Stadi della gluconeogenesi
Il primo stadio coinvolge la piruvato carbossilasi, una ligasi che aggiunge un gruppo carbossilico al piruvato per dare ossalacetato.
L’enzima consuma una molecola di ATP, usa la biotina come cofattore e una molecola di CO2 come fonte di carbonio.
La funzione della piruvato carbossilasi è stimolata da alti livelli di acetil-CoA prodotto nella β-ossidazione degli acidi grassi
La biotina è legata a un residuo di lisina della piruvato carbossilasi.
Dopo l’idrolisi dell’ATP, si forma una molecola intermedia piruvato carbossilasi -biotina-CO2, che carbossila il piruvato per produrre ossalacetato.
Poiché l’ossalacetato non può passare attraverso le membrane dei mitocondri, deve essere prima convertito in malato da parte della malato deidrogenasi. Il malato può quindi attraversare la membrana dei mitocondri nel citoplasma dove è quindi riconvertito in ossalacetato.
Nel citosol, insieme all’ossidazione dell’acido ossalacetico in malato, il NAD+ è ridotto a NADH.
La successiva reazione esergonica catalizzata dalla fosfoenolpiruvato carbossichinasi utilizza il guanosintrifosfato come donatore di fosfato per fosforilare l’ossalacetato e formare fosfoenolpiruvato.
I passaggi successivi sono esattamente gli stessi della glicolisi solo che il processo è al contrario:
- Riduzione di ossalacetato a malato
- Ossidazione del malato in ossalacetato una volta uscito dai mitocondri.
- Formazione del fosfoenolpiruvato dall’ossalacetato
- Trasformazione del fosfoenolpiruvato in fruttosio-1,6-difosfato e quindi in fruttosio-6-fosfato.
- Trasformazione del fruttosio-6-fosfato in glucosio-6-fosfato grazie all’enzima fosfoglucoisomerasi.
- Formazione del glucosio dal glucosio-6-fosfato nel reticolo endoplasmatico della cellula attraverso l’enzima glucosio-6-fosfatasi. Per formare il glucosio, un gruppo fosfato è rimosso e il glucosio-6-fosfato e l’ATP diventano glucosio e ADP.