La gluconeogénesis ( GNG ) es una vía metabólica que da como resultado la generación de glucosa a partir de ciertos sustratos de carbono que no son carbohidratos . Es un proceso ubicuo, presente en plantas, animales, hongos, bacterias y otros microorganismos. [1] En los vertebrados, la gluconeogénesis ocurre principalmente en el hígado y, en menor medida, en la corteza de los riñones . Es uno de los dos mecanismos principales, el otro es la degradación del glucógeno ( glucogenólisis ), utilizado por humanos y muchos otros animales para mantener los niveles de azúcar en sangre , evitando niveles bajos (hipoglucemia ). [2] En los rumiantes , debido a que los carbohidratos de la dieta tienden a ser metabolizados por organismos del rumen , la gluconeogénesis ocurre independientemente del ayuno, dietas bajas en carbohidratos, ejercicio, etc. [3] En muchos otros animales, el proceso ocurre durante períodos de ayuno , inanición , dietas bajas en carbohidratos o ejercicio intenso .
En los seres humanos, los sustratos para la gluconeogénesis pueden provenir de cualquier fuente que no sea de carbohidratos que se pueda convertir en piruvato o en intermedios de la glucólisis (ver figura). Para la degradación de proteínas , estos sustratos incluyen aminoácidos glucogénicos (aunque no aminoácidos cetogénicos ); de la descomposición de los lípidos (como los triglicéridos ), incluyen glicerol , ácidos grasos de cadena impar (aunque no ácidos grasos de cadena par, ver más abajo); y de otras partes del metabolismo incluyen el lactato del ciclo de Cori . En condiciones de ayuno prolongado, la acetona derivada deLos cuerpos cetónicos también pueden servir como sustrato, proporcionando una ruta desde los ácidos grasos a la glucosa. [4] Aunque la mayor parte de la gluconeogénesis ocurre en el hígado, la contribución relativa de la gluconeogénesis por el riñón aumenta en la diabetes y el ayuno prolongado. [5]
La vía de la gluconeogénesis es altamente endergónica hasta que se acopla a la hidrólisis de ATP o GTP , lo que hace que el proceso sea exergónico de manera efectiva . Por ejemplo, la ruta que va del piruvato a la glucosa-6-fosfato requiere 4 moléculas de ATP y 2 moléculas de GTP para proceder de forma espontánea. Estos ATP se obtienen del catabolismo de los ácidos grasos a través de la oxidación beta . [6]
En los seres humanos, los principales precursores gluconeogénicos son el lactato , el glicerol (que forma parte de la molécula de triglicéridos ), la alanina y la glutamina . En conjunto, representan más del 90% de la gluconeogénesis total. [8] Otros aminoácidos glucogénicos y todos los intermedios del ciclo del ácido cítrico (a través de la conversión a oxaloacetato ) también pueden funcionar como sustratos para la gluconeogénesis. [9] Generalmente, el consumo humano de sustratos gluconeogénicos en los alimentos no produce un aumento de la gluconeogénesis. [10]
En rumiantes , el propionato es el principal sustrato gluconeogénico. [3] [11] En los no rumiantes, incluidos los seres humanos, el propionato surge de la β-oxidación de ácidos grasos de cadena impar y de cadena ramificada y es un sustrato (relativamente menor) para la gluconeogénesis. [12] [13]
El lactato se transporta de regreso al hígado donde se convierte en piruvato por el ciclo de Cori utilizando la enzima lactato deshidrogenasa . El piruvato, el primer sustrato designado de la vía gluconeogénica, puede usarse luego para generar glucosa. [9] La transaminación o desaminación de aminoácidos facilita la entrada de su esqueleto carbónico en el ciclo directamente (como piruvato u oxaloacetato), o indirectamente a través del ciclo del ácido cítrico. La contribución del lactato del ciclo de Cori a la producción total de glucosa aumenta con la duración del ayuno . [14]Específicamente, después de 12, 20 y 40 horas de ayuno por voluntarios humanos, la contribución del lactato del ciclo de Cori a la gluconeogénesis fue del 41%, 71% y 92%, respectivamente. [14]