Zobrazení zdroje stránky Glukoneogeneze

{{K rozšíření}}
{{Infobox - biochemický proces
| název = Glukoneogeneze
| obrázek = Gluconeogenesis pathway.svg
| popisek = Schematické znázornění dráhy glukoneogeneze a jejího vztahu ke glykolýze. Červeně jsou vyznačeny kroky specifické pro glukoneogenezi.
| typ = [[Anabolismus|Anabolická]] [[metabolická dráha]]
| lokalizace = Převážně [[játra]] (cca 90 %), v menší míře [[ledviny|ledvinná kůra]] (cca 10 %)
| buněčná_lokalizace = [[Mitochondrie]], [[cytosol]], [[endoplazmatické retikulum]] (poslední krok)
| výchozí_látky = [[Pyruvát]], [[laktát]], [[glycerol]], [[glukogenní aminokyseliny]] (např. [[alanin]], [[glutamin]])
| konečný_produkt = [[Glukóza]]
| klíčové_enzymy = [[Pyruvátkarboxyláza]]<br>[[Fosfoenolpyruvátkarboxykináza]] (PEPCK)<br>[[Fruktóza-1,6-bisfosfatáza]]<br>[[Glukóza-6-fosfatáza]]
| regulace = '''Hormonální:'''<br>Stimulace: [[Glukagon]], [[kortizol]], [[adrenalin]]<br>Inhibice: [[Inzulin]]<br>'''Alosterická:'''<br>Stimulace: [[Acetylkoenzym A|Acetyl-CoA]], [[citrát]]<br>Inhibice: [[Adenosinmonofosfát|AMP]], [[Fruktóza-2,6-bisfosfát]]
| význam = Udržování stabilní hladiny [[krevní cukr|krevního cukru]] ([[glykémie]]) během hladovění, lačnění nebo intenzivní fyzické zátěže. Zásobení tkání závislých na glukóze.
}}
'''Glukoneogeneze''' (z řeckých slov ''glykys'' - sladký, ''neos'' - nový a ''genesis'' - vznik) je metabolická dráha, jejímž výsledkem je syntéza [[glukóza|glukózy]] z necukerných (nesacharidových) prekurzorů. Jedná se o klíčový proces pro udržení [[glykémie]] (hladiny glukózy v [[krev|krvi]]) v situacích, kdy je příjem sacharidů potravou nedostatečný, například během hladovění, delšího cvičení nebo při nízkosacharidové dietě.

Tento proces probíhá primárně v [[játra|játrech]] a v menší míře také v kůře [[ledviny|ledvin]]. Glukoneogeneze není pouhým obrácením [[glykolýza|glykolýzy]] (procesu odbourávání glukózy), protože tři kroky glykolýzy jsou termodynamicky nevratné (ireverzibilní). Tyto kroky musí být v glukoneogenezi překonány pomocí specifických enzymů, které umožňují energeticky výhodný průběh syntézy.

Glukoneogeneze je energeticky náročný proces; na syntézu jedné molekuly glukózy z dvou molekul [[pyruvát]]u se spotřebuje šest molekul vysokoenergetických sloučenin (čtyři [[ATP]] a dvě [[GTP]]). Tento proces je nezbytný pro přežití, jelikož některé tkáně a buňky, jako je [[mozek]], [[červená krvinka|červené krvinky]] nebo dřeň ledvin, jsou na glukóze jako primárním zdroji energie striktně závislé.

== 📜 Historie a význam ==
Objev glukoneogeneze byl postupný proces, který navazoval na pochopení metabolismu sacharidů. Již v 19. století francouzský fyziolog [[Claude Bernard]] zjistil, že játra mohou uvolňovat glukózu do krve i bez přímého příjmu potravy, což vedlo k objevu [[glykogen]]u. Později, ve 20. století, byla detailně popsána dráha glykolýzy (Embden-Meyerhof-Parnasova dráha). Vědci si uvědomili, že některé reakce jsou nevratné, což naznačovalo existenci alternativní dráhy pro syntézu glukózy.

Manželé [[Carl a Gerty Coriovi]] významně přispěli k pochopení metabolismu sacharidů, včetně popisu tzv. [[Coriho cyklus|Coriho cyklu]], který propojuje svalovou glykolýzu s jaterní glukoneogenezí. Za svou práci obdrželi v roce [[1947]] [[Nobelova cena za fyziologii nebo lékařství|Nobelovu cenu]]. Detailní objasnění enzymatických kroků glukoneogeneze, zejména bypassů nevratných reakcí glykolýzy, probíhalo v polovině 20. století a bylo klíčové pro pochopení metabolické regulace a homeostázy glukózy.

== 🔬 Biochemický průběh ==
Glukoneogeneze využívá většinu enzymů glykolýzy, které katalyzují vratné reakce. Klíčové jsou však čtyři unikátní enzymy, které obcházejí tři nevratné kroky glykolýzy.

=== ➡️ Vstupní substráty ===
Hlavními prekurzory pro glukoneogenezi jsou:
*   '''[[Laktát]]''': Produkován v [[sval|svalech]] a červených krvinkách při [[anaerobní glykolýza|anaerobní glykolýze]]. V játrech je přeměněn na pyruvát enzymem [[laktátdehydrogenáza]]. Tento proces je součástí [[Coriho cyklus|Coriho cyklu]].
*   '''[[Glukogenní aminokyseliny]]''': Vznikají při odbourávání svalových [[protein]]ů během hladovění. Po [[transaminace|transaminaci]] nebo [[deaminace|deaminaci]] se jejich uhlíkaté kostry mohou přeměnit na [[pyruvát]] nebo meziprodukty [[Krebsův cyklus|Krebsova cyklu]] (např. [[oxaloacetát]], [[α-ketoglutarát]]). Nejvýznamnější je [[alanin]] (viz [[Alaninový cyklus|alaninový cyklus]]).
*   '''[[Glycerol]]''': Uvolňuje se při [[lipolýza|lipolýze]] (odbourávání) [[triacylglycerol]]ů v [[tuková tkáň|tukové tkáni]]. V játrech je fosforylován na glycerol-3-fosfát a následně oxidován na [[dihydroxyacetonfosfát]] (DHAP), který je meziproduktem glykolýzy/glukoneogeneze.
*   '''[[Propionyl-CoA]]''': Vzniká při oxidaci [[mastné kyseliny|mastných kyselin]] s lichým počtem uhlíků a z některých aminokyselin. Může být přeměněn na [[sukcinyl-CoA]], meziprodukt Krebsova cyklu.

Je důležité poznamenat, že mastné kyseliny s sudým počtem uhlíků nemohou být u živočichů využity pro čistou syntézu glukózy, protože jejich odbouráváním vzniká pouze [[acetylkoenzym A|acetyl-CoA]]. Ten vstupuje do Krebsova cyklu, kde jsou oba jeho uhlíky odstraněny jako [[oxid uhličitý|CO₂]], takže nedochází k čistému zisku uhlíků pro tvorbu oxaloacetátu.

=== 🔄 Překonání nevratných reakcí glykolýzy ===
Glukoneogeneze musí obejít tři energeticky velmi výhodné (a tedy nevratné) reakce glykolýzy:

==== 1. Přeměna pyruvátu na fosfoenolpyruvát (PEP) ====
Tento krok obchází nevratnou reakci katalyzovanou [[pyruvátkináza|pyruvátkinázou]] a probíhá ve dvou fázích, které se odehrávají v [[mitochondrie|mitochondrii]] i v [[cytosol]]u.
*   '''Karboxylace pyruvátu:''' V mitochondriální matrix je pyruvát karboxylován na [[oxaloacetát]]. Tuto reakci katalyzuje enzym '''[[pyruvátkarboxyláza]]''' za spotřeby jedné molekuly [[ATP]] a využití [[biotin]]u jako kofaktoru.
:''Pyruvát + CO₂ + ATP → Oxaloacetát + ADP + Pᵢ''
*   '''Přeměna oxaloacetátu na fosfoenolpyruvát:''' Oxaloacetát nemůže volně projít mitochondriální membránou. Je proto buď redukován na [[malát]] (který je transportován do cytosolu a tam reoxidován zpět na oxaloacetát), nebo transaminován na [[aspartát]]. V cytosolu je oxaloacetát přeměněn na [[fosfoenolpyruvát]] (PEP) enzymem '''[[fosfoenolpyruvátkarboxykináza]]''' (PEPCK) za spotřeby jedné molekuly [[GTP]].
:''Oxaloacetát + GTP → Fosfoenolpyruvát + CO₂ + GDP''

==== 2. Přeměna fruktóza-1,6-bisfosfátu na fruktóza-6-fosfát ====
Tento krok obchází nevratnou reakci katalyzovanou [[fosfofruktokináza-1|fosfofruktokinázou-1]]. V glukoneogenezi je tato přeměna zajištěna hydrolýzou, kterou katalyzuje enzym '''[[fruktóza-1,6-bisfosfatáza]]'''.
:''Fruktóza-1,6-bisfosfát + H₂O → Fruktóza-6-fosfát + Pᵢ''
Tento krok je klíčovým regulačním bodem glukoneogeneze.

==== 3. Přeměna glukóza-6-fosfátu na glukózu ====
Poslední krok obchází reakci katalyzovanou [[hexokináza|hexokinázou]] (v játrech [[glukokináza|glukokinázou]]). Enzym '''[[glukóza-6-fosfatáza]]''' odštěpuje fosfátovou skupinu z [[glukóza-6-fosfát]]u, čímž vzniká volná glukóza.
:''Glukóza-6-fosfát + H₂O → Glukóza + Pᵢ''
Tento enzym se nachází v membráně [[endoplazmatické retikulum|endoplazmatického retikula]] jaterních a ledvinných buněk. Jeho přítomnost umožňuje těmto orgánům uvolňovat glukózu do krevního oběhu. Svalové buňky tento enzym nemají, a proto nemohou exportovat glukózu; jejich [[glykogen]] slouží pouze pro vlastní potřebu.

== ⚙️ Regulace glukoneogeneze ==
Glukoneogeneze a glykolýza jsou recipročně regulovány, aby se zabránilo jejich současnému běhu ve velkém rozsahu, což by vedlo k neefektivnímu cyklu a plýtvání energií (tzv. "jalový cyklus"). Regulace probíhá na několika úrovních.

===  hormonální regulace ===
*   '''[[Glukagon]]''': Tento [[hormon]], produkovaný [[slinivka břišní|slinivkou břišní]] při nízké hladině krevního cukru, je hlavním stimulátorem glukoneogeneze. Zvyšuje transkripci genů pro klíčové enzymy (PEPCK, fruktóza-1,6-bisfosfatáza) a snižuje hladinu [[fruktóza-2,6-bisfosfát]]u, který je silným inhibitorem glukoneogeneze.
*   '''[[Inzulin]]''': Hormon produkovaný při vysoké hladině krevního cukru. Působí opačně než glukagon – potlačuje transkripci genů pro glukoneogenetické enzymy a stimuluje glykolýzu.
*   '''[[Kortizol]]''' a další [[glukokortikoidy]]: Tyto [[stresový hormon|stresové hormony]] zvyšují dostupnost substrátů pro glukoneogenezi tím, že podporují odbourávání svalových proteinů. Dále zvyšují expresi klíčových enzymů.
*   '''[[Adrenalin]]''': Působí podobně jako glukagon, stimuluje glukoneogenezi, zejména v reakci na stres.

=== alosterická regulace ===
*   '''[[Acetylkoenzym A|Acetyl-CoA]]''': Vysoká hladina acetyl-CoA (např. při odbourávání mastných kyselin) signalizuje dostatek energie. Alostericky aktivuje pyruvátkarboxylázu, čímž podporuje vstup pyruvátu do glukoneogeneze, a zároveň inhibuje [[pyruvátdehydrogenázový komplex]], čímž brání přeměně pyruvátu na acetyl-CoA.
*   '''[[Fruktóza-2,6-bisfosfát]]''': Je to nejdůležitější alosterický regulátor. Silně aktivuje glykolytický enzym fosfofruktokinázu-1 a zároveň silně inhibuje glukoneogenetický enzym fruktóza-1,6-bisfosfatázu. Jeho hladina je řízena bifunkčním enzymem, který je pod kontrolou glukagonu a inzulinu.
*   '''[[Adenosinmonofosfát|AMP]]''': Vysoká hladina AMP signalizuje nízký energetický stav buňky. AMP aktivuje glykolýzu a inhibuje fruktóza-1,6-bisfosfatázu, čímž potlačuje energeticky náročnou glukoneogenezi.

== 🌍 Fyziologický význam a propojení s cykly ==
Glukoneogeneze je esenciální pro udržení života, zejména pro tkáně s obligatorní potřebou glukózy.

*   '''Zásobení mozku:''' [[Mozek]] spotřebuje denně přibližně 120 gramů glukózy, což představuje většinu denní spotřeby. Při delším hladovění se mozek dokáže částečně adaptovat na využívání [[ketolátky|ketolátek]], ale potřeba glukózy stále přetrvává.
*   '''Zásobení erytrocytů:''' [[Červená krvinka|Červené krvinky]] nemají mitochondrie a jsou zcela závislé na anaerobní glykolýze.
*   '''Hladovění a lačnění:''' Po vyčerpání zásob jaterního glykogenu (cca po 12-18 hodinách) se glukoneogeneze stává jediným zdrojem glukózy pro tělo.

=== 🔄 Coriho cyklus ===
[[Coriho cyklus]] popisuje metabolickou spolupráci mezi pracujícím svalem a játry.
# Ve svalu při intenzivní námaze dochází k anaerobní glykolýze, při níž vzniká [[laktát]].
# Laktát je uvolněn do krve a transportován do jater.
# V játrech je laktát přeměněn na pyruvát a následně v procesu glukoneogeneze na glukózu.
# Nově vytvořená glukóza je uvolněna do krve a může být opět využita svalem jako zdroj energie.

=== 🔄 Alaninový cyklus ===
[[Alaninový cyklus]] (též glukóza-alaninový cyklus) propojuje metabolismus aminokyselin ve svalu s glukoneogenezí v játrech.
# Ve svalu jsou při odbourávání proteinů aminokyseliny deaminovány. Aminoskupina je přenesena na pyruvát za vzniku [[alanin]]u.
# Alanin je transportován krví do jater.
# V játrech je alanin deaminován zpět na pyruvát a aminoskupina vstupuje do [[močovinový cyklus|močovinového cyklu]].
# Pyruvát je využit pro syntézu glukózy v rámci glukoneogeneze.
# Glukóza se krví vrací do svalu.
Tento cyklus slouží nejen k syntéze glukózy, ale také k bezpečnému transportu amoniaku ze svalů do jater.

== 🩺 Klinické souvislosti ==
Poruchy glukoneogeneze mohou mít vážné zdravotní následky.
*   '''[[Hypoglykémie]]''': Nedostatečná funkce glukoneogeneze, například kvůli genetickým defektům enzymů (např. glukóza-6-fosfatázy u [[von Gierkeho choroba|von Gierkeho choroby]]), vede k těžké hypoglykémii při hladovění. Konzumace [[alkohol|alkoholu]] ve velkém množství také inhibuje glukoneogenezi, protože jeho metabolismus zvyšuje poměr NADH/NAD⁺, což odklání pyruvát a oxaloacetát z dráhy.
*   '''[[Diabetes mellitus 2. typu]]''': U pacientů s [[inzulinová rezistence|inzulinovou rezistencí]] je glukoneogeneze v játrech nedostatečně potlačena inzulinem. To vede k nadměrné produkci glukózy játry i po jídle, což přispívá k chronicky zvýšené hladině krevního cukru ([[hyperglykémie]]). Léčivo [[metformin]], používané v léčbě diabetu 2. typu, jedním ze svých mechanismů účinku právě inhibuje jaterní glukoneogenezi.

== 🤔 Pro laiky: Glukoneogeneze jako zpětný chod továrny ==
Představte si své tělo jako město a glukózu jako univerzální palivo (benzín), které potřebují všechny automobily, ale některé speciální vozy (jako sanitky – mozek, nebo popeláři – červené krvinky) neumí jezdit na nic jiného.

*   '''Glykolýza''' je jako spalování benzínu v motoru pro získání energie. Je to jednosměrný proces.
*   '''Glukoneogeneze''' je jako snaha vyrobit benzín zpět z výfukových plynů a jiných odpadních látek (laktát, zbytky proteinů).

Většinu kroků v továrně na výrobu benzínu (jaterní buňce) lze provést pozpátku se stejnými stroji (enzymy). Existují ale tři klíčové kroky, které jsou jako jednosměrné ventily. Pro jejich překonání musí továrna zapnout speciální, drahé a energeticky náročné "obchvatové" stroje (specifické enzymy glukoneogeneze).

Když městu dochází benzín (při hladovění), starosta (hormon glukagon) nařídí továrně (játrům), aby spustila tento náročný zpětný chod a vyrobila nové palivo pro nejdůležitější služby. Naopak, když je benzínu dostatek (po jídle), jiný manažer (hormon inzulin) výrobu okamžitě zastaví, aby se neplýtvalo energií.

{{DEFAULTSORT:Glukoneogeneze}}
{{Aktualizováno|datum=24.12.2025}}
[[Kategorie:Biochemie]]
[[Kategorie:Metabolické dráhy]]
[[Kategorie:Metabolismus sacharidů]]
[[Kategorie:Játra]]
[[Kategorie:Fyziologie]]
[[Kategorie:Vytvořeno Gemini 2.5 Pro]]