Glukoneogenesis adalah biosintesis glukosa dari prekursor non-karbohidrat. Ini pada dasarnya adalah kebalikan dari glikolisis, yang terjadi terutama di hati dan ginjal selama puasa, kelaparan, atau olahraga intens.
Cara Kerja Glukoneogenesis
Prekursor
Prekursor utama glukoneogenesis adalah laktat (dari glikolisis anaerobik di otot), asam amino (terutama alanin dari pemecahan protein otot), dan gliserol (dari pemecahan lemak). Molekul-molekul ini memasuki jalur di berbagai titik.
Melewati Langkah yang Tidak Dapat Dibalikkan
Glikolisis memiliki tiga tahap ireversibel yang harus dilewati dalam glukoneogenesis, yang dikatalisis oleh enzim berbeda. Piruvat diubah menjadi oksaloasetat oleh piruvat karboksilase, kemudian menjadi fosfoenolpiruvat oleh PEP karboksikinase (melewati piruvat kinase). Fruktosa-1,6-bifosfat diubah menjadi fruktosa-6-fosfat oleh fruktosa-1,6-bifosfatase (melewati PFK-1). Glukosa-6-fosfat diubah menjadi glukosa oleh glukosa-6-fosfatase (melewati heksokinase).
Biaya Energi
Glukoneogenesis sangat mahal. Sintesis satu molekul glukosa memerlukan 4 ATP, 2 GTP, dan 2 NADH.
Peraturan
Glukoneogenesis dan glikolisis diatur secara timbal balik untuk mencegah siklus yang sia-sia. Ketika energi berlimpah, glikolisis dihambat dan glukoneogenesis diaktifkan. Hormon glukagon dan kortisol merangsang glukoneogenesis, sedangkan insulin menghambatnya.
Siklus Cori
Selama latihan intens, otot menghasilkan laktat melalui glikolisis anaerobik. Laktat dilepaskan ke dalam darah dan diambil oleh hati, yang mengubahnya kembali menjadi glukosa melalui glukoneogenesis. Glukosa kembali ke otot, menyelesaikan siklus Cori.
Pengukuran Praktis Fluks Glukoneogenik
Fluks glukoneogenik pada hepatosit primer diukur dengan menginkubasi sel dengan prekursor berlabel ¹⁴C seperti [2-¹⁴C]piruvat, [U-¹⁴C]laktat, atau [¹⁴C]alanin. Tempatkan hepatosit tikus primer pada ukuran 1 × 10⁶ sel/sumur dalam piring 12 lubang dalam DMEM bebas serum tanpa glukosa. Setelah 2 jam kelaparan, ganti media dengan buffer bikarbonat Krebs-Ringer yang masing-masing mengandung 2 mM laktat, piruvat, dan alanin (prekursor glukoneogenik) ditambah 0,5 µCi/mL substrat berlabel [¹⁴C]. Inkubasi selama 3 jam pada suhu 37°C dengan 5% CO2. Hentikan reaksi dengan menambahkan asam perklorat sedingin es (3% akhir). Isolasi glukosa berlabel radiolabel dengan kromatografi penukar ion - masukkan supernatan yang telah dinetralkan melalui kolom Dowex-1 (bentuk asetat) untuk mempertahankan zat antara berlabel, kemudian elusi glukosa dengan air. Hitung glukosa yang dielusi dengan sintilasi cair. Nyatakan fluks glukoneogenik sebagai nmol glukosa yang dihasilkan per mg protein per jam. Sertakan kontrol dengan 10 µM penghambat glukoneogenesis 3-merkaptopikikolinat (menghambat PEP karboksikinase) untuk memastikan spesifisitas jalur. Untuk hati perfusi terisolasi, ukur keluaran glukosa bersih dengan menguji glukosa dalam perfusi menggunakan alat uji glukosa oksidase.
Aplikasi Dunia Nyata
Dalam penelitian diabetes tipe 2, fluks glukoneogenik meningkat karena resistensi insulin. Hepatosit dari tikus diabetes db/db menunjukkan peningkatan produksi glukosa 2,5 kali lipat dari [¹⁴C]laktat dibandingkan dengan kontrol tipe liar. Pengobatan metformin (1 mM, 24 jam) mengurangi fluks ini sebesar 40%, konsisten dengan mekanisme klinisnya dalam menekan glukoneogenesis hati. Pengukuran ini memandu pengembangan terapi baru untuk pengendalian glikemik.
