La gluconeogénesis es la biosíntesis de glucosa a partir de precursores no carbohidratos. Es esencialmente lo contrario de la glucólisis, que ocurre principalmente en el hígado y los riñones durante el ayuno, la inanición o el ejercicio intenso.
Cómo funciona la gluconeogénesis
Precursores
Los principales precursores de la gluconeogénesis son el lactato (de la glucólisis anaeróbica en el músculo), los aminoácidos (especialmente la alanina de la degradación de las proteínas musculares) y el glicerol (de la degradación de las grasas). Estas moléculas entran en la vía en varios puntos.
Evitando pasos irreversibles
La glucólisis tiene tres pasos irreversibles que deben evitarse en la gluconeogénesis, catalizados por diferentes enzimas. El piruvato se convierte en oxaloacetato mediante la piruvato carboxilasa y luego en fosfoenolpiruvato mediante la PEP carboxiquinasa (sin pasar por la piruvato quinasa). La fructosa-1,6-bisfosfato se convierte en fructosa-6-fosfato mediante la fructosa-1,6-bisfosfatasa (sin pasar por PFK-1). La glucosa-6-fosfato se convierte en glucosa mediante la glucosa-6-fosfatasa (sin pasar por la hexoquinasa).
Costo de energía
La gluconeogénesis es energéticamente costosa. Para sintetizar una molécula de glucosa se necesitan 4 ATP, 2 GTP y 2 NADH.
Reglamento
La gluconeogénesis y la glucólisis se regulan recíprocamente para evitar un ciclo inútil. Cuando la energía es abundante, se inhibe la glucólisis y se activa la gluconeogénesis. Las hormonas glucagón y cortisol estimulan la gluconeogénesis, mientras que la insulina la inhibe.
El ciclo de Cori
Durante el ejercicio intenso, los músculos producen lactato mediante glucólisis anaeróbica. El lactato se libera en la sangre y es absorbido por el hígado, que lo convierte nuevamente en glucosa mediante gluconeogénesis. La glucosa regresa a los músculos, completando el ciclo de Cori.
Medición práctica del flujo gluconeogénico
El flujo gluconeogénico en los hepatocitos primarios se mide incubando células con precursores marcados con ¹⁴C, como piruvato [2-¹⁴C], lactato [U-¹⁴C] o alanina [¹⁴C]. Placa de hepatocitos primarios de rata a 1 × 10⁶ células/pocillo en una placa de 12 pocillos en DMEM sin suero y sin glucosa. Después de 2 horas de inanición, reemplace el medio con tampón de bicarbonato de Krebs-Ringer que contenga 2 mM de cada uno de lactato, piruvato y alanina (precursores gluconeogénicos) más 0,5 µCi/ml de sustrato marcado con [¹⁴C]. Incubar durante 3 horas a 37°C bajo 5% de CO2. Detenga la reacción agregando ácido perclórico enfriado con hielo (3%). Aislar la glucosa radiomarcada mediante cromatografía de intercambio iónico: pasar el sobrenadante neutralizado a través de una columna de Dowex-1 (forma de acetato) para retener los intermediarios marcados y luego eluir la glucosa con agua. Cuente la glucosa eluida mediante centelleo líquido. Exprese el flujo gluconeogénico como nmol de glucosa producida por mg de proteína por hora. Incluir un control con 10 m del inhibidor de la gluconeogénesis 3-mercaptopicolinato (inhibe la PEP carboxiquinasa) para confirmar la especificidad de la vía. Para el hígado perfundido aislado, mida la producción neta de glucosa analizando la glucosa en el perfundido utilizando un kit de ensayo de glucosa oxidasa.
Aplicación del mundo real
En las investigaciones sobre la diabetes tipo 2, el flujo gluconeogénico se eleva debido a la resistencia a la insulina. Los hepatocitos de ratones diabéticos db/db muestran un aumento de 2,5 veces en la producción de glucosa a partir de [¹⁴C]lactato en comparación con los controles de tipo salvaje. El tratamiento con metformina (1 mM, 24 horas) reduce este flujo en un 40%, lo que coincide con su mecanismo clínico de supresión de la gluconeogénesis hepática. Estas mediciones guían el desarrollo de nuevas terapias para el control glucémico.
