Wanneer het lichaam glucose nodig heeft, maar de voorraad uit voeding of opgeslagen glycogeen is niet toereikend, kan het zelf glucose produceren. Dat proces heet gluconeogenese. Het lichaam maakt dan glucose uit grondstoffen die geen koolhydraten zijn, denk aan aminozuren (bouwstenen van eiwitten), glycerol (afkomstig van de afbraak van vetten) en lactaat (melkzuur, dat onder andere vrijkomt bij intensieve spierarbeid).
Gluconeogenese betekent het opnieuw vormen van glucose. Bij gluconeogenese wordt glucose uit niet-koolhydraatbronnen als aminozuren en glycerol, maar vooral uit pyrodruivenzuur, gemaakt. Verder kunnen naast pyrodruivenzuur ook glycerine, di- of tricarbonzuren als uitgangsstof dienen. De lever kan uit zowel eiwit als vet glucose maken (dit heet gluconeogenese). Wanneer het lichaam later behoefte heeft aan glucose, kan het deze vetten ook weer omzetten in glucose. Dit proces heet gluconeogenese.
Het grootste deel van deze glucoseproductie vindt plaats in de lever. In mindere mate dragen ook de nieren bij. Gluconeogenese vindt bij de mens vooral in de lever plaats en in mindere mate in de nieren. Bij herkauwers zoals koeien en schapen speelt gluconeogenese een opvallend grote rol. Omdat koolhydraten uit hun voeding grotendeels al in de pens worden afgebroken door micro-organismen, zijn deze dieren voor hun glucosevoorziening vrijwel continu aangewezen op gluconeogenese, niet alleen tijdens vasten, maar ook na het eten.
Het proces speelt zich grotendeels af in het cytoplasma van de cellen, het vloeibare binnenste van de cel. Je lichaam schakelt gluconeogenese op wanneer de bloedsuikerspiegel dreigt te dalen. Dat gebeurt bijvoorbeeld als je langere tijd niet eet, tijdens vasten, bij een koolhydraatarm dieet of bij langdurige lichamelijke inspanning. Het is vooral belangrijk als er door zware inspanning veel melkzuur gevormd wordt en bij honger om de bloedsuikerspiegel op peil te houden. Dit melkzuur kan gemakkelijk omgezet worden in pyrodruivenzuur dat in de gluconeogenese gebruikt wordt. De lever filtert afvalstoffen uit het bloed die door andere delen van het lichaam zijn geproduceerd. Een voorbeeld hiervan is melkzuur, dit ontstaat bij verbranding in de spieren. De lever kan afvalstoffen omzetten tot niet-schadelijke stoffen of stoffen die in het lichaam kunnen worden hergebruikt.
Hormonen als glucagon en cortisol stimuleren het proces, terwijl insuline het juist afremt. Het proces van gluconeogenese wordt bij een lage bloedsuikerspiegel in werking gezet door de aanwezigheid van het hormoon glucagon, dat door de alvleesklier wordt afgegeven. Zodra het bloed voldoende glucose bevat geeft de alvleesklier het hormoon insuline af, waardoor het proces van gluconeogenese wordt stopgezet. De gluconeogenese staat onder invloed van het hormoon cortisol uit de bijnierschors en voorziet in glucose als er te weinig glucose in de cellen aanwezig is en als de hoeveelheid melkzuur in het bloed toeneemt.
Gluconeogenese is geen omgekeerde glycolyse. Bij gluconeogenese worden de drie onomkeerbare reactiestappen omzeild. Dit voorkomt dat glycolyse en gluconeogenese tegelijkertijd in de cel optreden. Bij dit proces kunnen enkele tussenstappen van de glycolyse in omgekeerde richting verlopen. Drie reactiestappen zijn veranderd om het proces energetisch mogelijk te maken. De belangrijkste enzymen die nodig zijn bij de gluconeogenese bevinden zich in het cytoplasma van de cel. Een uitzondering hierop is pyrodruivenzuur-carboxylase dat zich in het mitochondrium bevindt. De snelheid van de gluconeogenese wordt bepaald door het sleutelenzym fructose 1,6-difosfatase voor de omzetting van fructose 1,6-difosfaat (F-1.6BP).
De keuze in het lichaam voor gluconeogenese in plaats van glycolyse is zeer belangrijk, omdat gluconeogenese energie kost terwijl glycolyse energie oplevert. Gluconeogenese is energetisch duur en verbruikt 4 ATP, 2 GTP en 2 NADH-moleculen per gesynthetiseerde glucose. Het wordt streng gereguleerd door allosterische effectoren en hormonale signalen, voornamelijk insuline (remmend) en glucagon/cortisol (stimulerend).
De regulerende stap van de (indirecte) omzetting van pyrodruivenzuur in enolpyrodruivenzuurfosfaat; vindt gedeeltelijk plaats in de mitochondriën. Het proces begint in de mitochondriën, waar pyruvaat wordt gecarboxyleerd tot oxalacetaat door het enzym pyruvaat carboxylase. Vanwege de ondoordringbaarheid van de mitochondriale membraan voor oxalacetaat, wordt het gereduceerd tot malaat door mitochondriale malaatdehydrogenase met gebruik van NADH. Oxalacetaat wordt gedecarboxyleerd en gefosforyleerd door fosfoenolpyruvaat carboxykinase (PEPCK) met gebruik van guanosinetrifosfaat (GTP), resulterend in PEP. PEP ondergaat verschillende enzymatische stappen die glycolyse omkeren, culminerend in de vorming van fructose-1,6-bisfosfaat. Fructose-6-fosfaat wordt geïsomeriseerd tot glucose-6-fosfaat door fosfoglucose-isomerase. Glucose-6-fosfatase, gelegen in het endoplasmatisch reticulum, hydrolyseert vervolgens glucose-6-fosfaat tot vrije glucose, die in de bloedbaan kan worden vrijgegeven. Vrije glucose wordt niet direct gevormd, omdat glucose - in tegenstelling tot glucose 6-fosfaat - makkelijk uit de cel diffundeert. De laatste stap in de reactie vindt daarom plaats in het lumen van het endoplasmatisch reticulum. Hier bevindt zich het membraangebonden enzym glucose-6-fosfatase dat glucose-6-fosfaat omzet in glucose. Fosfofructokinase, hexokinase en pyrodruivenzuurkinase van glycolyse worden tijdens gluconeogenese door de betreffende fosfatasen (PEP-carboxykinase, pyrodruivenzuur carboxylase en fructose bis-fosfatase, glucose-6-fosfatase) vervangen (afsplitsing van fosfaat en geen terugwinning van ATP).
Aminozuren zijn de bouwstenen van eiwitten en kunnen worden gecategoriseerd als ketogeen, glucogeen, of beide, afhankelijk van hoe ze worden gemetaboliseerd in het lichaam. Glucogene aminozuren zijn die welke kunnen worden omgezet in glucose door gluconeogenese. Dit proces vindt plaats in de lever en nieren en produceert glucose uit niet-koolhydraatbronnen. Ketogene aminozuren zijn die welke kunnen worden omgezet in ketonlichamen door ketogenese. Dit proces vindt ook plaats in de lever en produceert ketonlichamen als alternatieve energiebron wanneer glucose beperkt is. Er zijn ook aminozuren die zowel glucogeen als ketogeen kunnen zijn, afhankelijk van de omstandigheden in het lichaam. Het belangrijkste verschil tussen ketogene en glucogene aminozuren is dus de manier waarop ze worden gemetaboliseerd en de producten die ze produceren.
Inleiding tot glucogene en ketogene aminozuren
Wanneer men aan een ketogeen dieet begint dan is de gluconeogenetische fase onderdeel van het traject voordat men in ketose raakt. Zodra je stopt met het eten van koolhydraten, zal het lichaam eerst alle glucosevoorraden verbruiken (glycogeen), voordat het overschakelt op gluconeogenese.
Recent onderzoek laat zien dat gluconeogenese niet alleen hormonaal wordt aangestuurd, maar ook beïnvloed wordt door eiwitten die betrokken zijn bij celgroei en orgaanontwikkeling, zoals het YAP-eiwit uit de Hippo-signaleringsroute.
tags: #gluconeogenese #uit #aminozuren