GLIKOLIZIN REGÜLASYONU VE GLUKONEOGENEZ. Yrd. Doç. Dr. Hayrullah Yazar SAÜ Tıp Fak. Tıbbi Biyokimya SAKARYA 2014

GLIKOLIZIN REGÜLASYONU VE GLUKONEOGENEZ

Yrd. Doç. Dr. Hayrullah Yazar SAÜ Tıp Fak. Tıbbi Biyokimya SAKARYA 2014

SUNUM PLANI

1.

GLIKOLIZIN REGÜLASYONU 2.GLIKOLIZ VE KANSER

3.GLUKONEOGENEZ

4.GLUKONEOGENEZ’IN REGULASYONU

2

GLĠKOLĠZĠN REGÜLASYONU:

METABOLĠK REAKSĠYONLAR ĠKĠ ġEKĠLDE KONTROL EDĠLĠR:

a) Substrata-bağlı:

b) Enzime-bağlı:

Bu reaksiyonlar tüm yolun akıĢını kontrol ederler.

GLĠKOLĠZDE TÜM YOLUN AKIġINI REGÜLE EDEN ÜÇ ENZĠM BASAMAĞI VARDIR.

I. Hexokinase (HK)

II.Phoshofructokinase (PFK-I)

4

Fosfofruktokinaz

MEMELİLERDE

GLİKOLİZİN EN ÖNEMLİ KONTROL NOKTASI

 Allosterik enzim

 AMP ve fructose 2,6 bisphosphate ile aktive olur

 Yüksek ATP, sitrat, yağ asitleri ile inhibe olur

HEXOKINASE

 Oluşturduğu glucose-6-P ile inhibe olur

 Glukoz dolaşımda kalır

 Glucokinase, hexokinasın KCde bulunan bir izoenzimidir ve glucose-6-P ile inhibe olmaz

 Glukoz için düşük affiniteye sahiptir.

Hexokinaz ürünü olan glukoz 6 P ile allosterik olarak inhibe edilir. KCdeki Glukokinaz Fruktoz 6 Fosfat ile inhibe edilir.

Kompleks oluĢturmamıĢ ATP bu enzim için yarıĢmalı

PYRUVATE KINASE

 Pyruvate kinase izoenzim olarak bulunur

 L form – En çok KCde

 M form – En çok kas ve beyinde

 PK bir allosterik enzimdir

 Fructose 1,6 bisphosphate ile aktive olur

 ATP, alanine ile inhibe olur

 PKnın L formu kovalent

modifikasyonla da regüle edilir:

Fosforilasyon inhibe eder.

Pyruvate Kinase: ATP ile allosterik olarak inhibe edilir (ATPnin inhibitor bölgeye bağlanması

fosfoenol pirüvat substratının bağlanma yeteneğini azaltır. ) Asetil CoA ve uzun zincirli yağ asitleri ile de inhibe edilir.

6

PYRUVATE KINASE

PKnın L formu kovalent modifikasyonla da

GLİKOLİZ VE KANSER

 Glukoz alımı ve glikoliz pek çok tümörde, kanserli olmayan dokulardakine göre yaklaşık 10 kat daha hızlıdır.

 Genelde tümör hücrelerin oksijen desteği sınırlıdır (hipoksi) çünkü başlangıçta yaygın bir kapiler ağdan yoksundur. Sonuç olarak kanser hücreleri ATP üretimlerinin çoğunu anaerobik glikolizle gerçekleştirirler.

 Normal hücrelere göre daha fazla glukoz alır.

 Tm hücrelerinde daha az mitokondri vardır ve mitokondride oksidadif fosforilasyonla daha az ATP yapılır ve ATP ihtiyacını daha fazla glikoliz yaparak sağlar.

 Glikolitik enzimleri (inhibisyona hassas olmayan enzimleri) daha fazla üretir. Bu enzimler glikolizi hızlandırır.

8

GLİKOLİZ VE KANSER

 p53 ve ras gibi tümör baskılayıcı genler ve onkogenlerin protein ürünleri ^tümör

hücrelerinde glikolitik enzimlerin artan üretiminde yer alır.

 HIF-1

 Hipoksi ile indüklenen transkripsiyon faktörü: Pek çok glikolitik enzimin ve GLUT-1 ve 3 sentezini sitümüle eder.

 Vaskular Endothelial Growth Factor’üde uyarır.

Glukoz non-karbohidrat prekürsörlerden GLUKONEOGENEZ ile sentezlenir.

10

Glukoneogenik yolda PĠRUVAT GLUKOZA çevrilir.

PĠRUVAT _{→ → → → →} GLUKOZ GLUKONEOGENEZ

GLĠKOLĠZ

Glukoneogenez glikolizin basit olarak tersi değildir.

Glukoneogenezin major bölgesi KARACĠĞERdir BÖBREKTE küçük

miktarlarda olur.

Eritrositler, beyin tek enerji kaynağı olarak glukozu

kullanır. Fakat glukozu

sentezleyemezler.

12

Karaciğer ve böbreklerde gerçekleĢen

GLUKONEOGENEZ, kanda şeker seviyesinin korunmasında önemli fonksiyon yapar.

BEYĠN ve KAS metabolik gereksinmeleri için gerekli glukozu kandan alır.

Major non-karbohidrat prekürsörler

laktat, amino asid, ve glycerol. Gliserol ve aaler açlıkta

YAĞLARIN HĠDROLĠZĠ PROTEĠN

YIKIMINDA Oksidatif metabolizma

hızını aĢan glikoliz hızlarında aktif iskelet

kasında oluĢturulur. CORĠ SĠKLÜSÜ

Glukogenezin major prekürsörleri nelerdir ?

14

Cori Siklüsü metabolik patlamayı aktif kastan KC’e taĢır.

KC laktattan yeniden glukoz oluşturarak iskelet kasına glukoz sağlar. Kasılan kas ise, glukoz

oluşturulması için laktat sağlamış olur.

GLUKO NEO GENEZ

Şeker yeni oluşturmak

glikoliz glukoz

piruvat Laktat

Glikojenik

amino asitler

glukoneogenez

16

GLUKONEOGENEZ

 Büyük oranda karaciğerde; biraz renal kortekste

 10 enzimatik basamağın 7’si glikolitik reaksiyonların tersidir

Glukoneogenezi Besleyen Metabolitler

Ana Yol

18

GLUKONEOGENEZIN SUBSTRATLARı

 Laktat

 Piruvat

 Amino asitler

 Gliserol

 Propionat

GLUKONEOGENEZIN SUBSTRATLARı

 Laktat glukoneogenezde en fazla kullanılan substrattır.

 Anaerobik glikoliz sırasında piruvat laktat dehidrogenazla laktata çevrilir.

 Bu hem GA3PD reaksiyonu için NAD sağlar, hem de laktat kana geçip KC’de glukoza çevrilir. Glukoz tekrar kasa gelip enerji kaynağı olarak kullanılır. (Cori

Döngüsü)

20

CORI DÖNGÜSÜ

GLUKOZ ALANIN DÖNGÜSÜ

22

GLIKONEOGENEZDE, IRREVERSIBL

GLIKOLITIK BASAMAKLAR BYPASS EDILIR

1. Hekzokinaz

2. Fosfofruktokinaz-1 (PFK-1)

3. Piruvat kinaz

Glukoz-6-fosfataz

Fruktoz 1,6-bisfosfataz (FBP-1)

Piruvat Karboksilaz &

Fosfoenolpiruvat

karboksikinaz (PEPCK)

Bu 3 anahtar enzim

Glikoliz Glukoneogenez

24

BYPASS 1: PIRUVATTAN FOSFOENOL PIRUVATA

 İki mitokondrial enzimin etkinliğini gerektirir. İlki piruvatı oksaloasetata

çeviren piruvat karboksilazdır. Bu TCA’yı besleyen anaplerotik bir reaksiyondur.

 İkinci enzim OAA’ı PEP’a çeviren PEP karboksikinazdır.

 PEPCK GTP gerektirir. PC ile piruvata giren CO₂ PEPCK ile tekrar ayrılır.

Anaplerotik: ara ürünlerin derişimini artıran tepkimelerdir.

BYPASS 1: PIRUVATTAN FOSFOENOL PIRUVATA

 İnsan hücreleri sitozol ve mitokondride eşit miktarda PEPCK içerir.

 PK ile oluşan OAA sitozole geçmelidir.

Fakat taşıyıcı bir sistemi yoktur. OAA üç yolla sitozole geçer; ilki PEP’a çevrimi, ikincisi aspartata transaminasyon,

üçüncüsü malata indirgenmedir. Bunlar sitozole geçebilirler.

26

28

30

BYPASS 2: F1,6BP’DAN F6P’A

 Glikolizin hız kısıtlayıcı basamağı fruktoz 6 fosfataz ile tersine çevrilir.

 F1,6BPaz reaksiyonu da

glukoneogenezin major kontrol noktasından biridir.

BYPASS 3: GLUKOZ 6 FOSFATıN GLUKOZA DÖNÜŞÜMÜ

 G6P glukoza Glukoz 6 Fosfataz ile

çevrilir. Beyin ve iskelet kasında G6Paz olmadığından bu dokularda

glukoneogenez olmaz.

 Böbrek, kas ve özellikle karaciğerde yeterince glukoz varsa G6P glikojene dönüşür.

32

GLUKONEOGENEZIN REGULASYONU

 Glikolizin negatif effektörleri glukoneogenezin pozitif effektörleridir.

 FFK-1 ve F 1,6 BPaz major düzenlenme yeridir.

• Fruktoz-2,6-bifosfat, F1,6BPazın güçlü negatif effektörüdür.

• F2,6BP düzeyi glukagon ve katekolamin etkisi ile azalır. Bunlar etkilerini cAMP bağımlı

protein kinaz A ile yürütürler.

34

GLUKONEOGENEZIN HORMONAL REGÜLASYONU Hormonal regülasyon 3 temel mekanizmayla

oluşur:

1) Karaciğere yağ asitleri ve gliserol temininin regülasyonu.

• Glukagon, plazma yağ asitleri ve gliserolü adipoz dokuda lipolizi sağlayarak artırır. Bu etki insulin ile antagonize edilir.

• Sonuçta karaciğerde yağ asidi oksidasyonu artar bu NADH, ATP, asetil CoA oluşumu yoluyla ve artmış glikojenik substrat

(gliserol) nedeniyle glukoneogenezi sağlar.

36

GLUKONEOGENEZIN HORMONAL REGÜLASYONU

2) Karaciğer enzimlerinin fosforilasyon durumlarının regülasyonu.

• Glukagon, adenilat siklazı cAMP oluşturmak üzere aktive eder, bu da protein kinaz A’yı aktive eder, bu da piruvat kinazı fosforile ve inaktive ederek glikolizi azaltır.

38

3) Glukagon ve insulin anahtar enzimlerin sentezini indükleyip baskılayarak uzun evreli etkilere yol

açarlar.

Glukagonun sentezini indüklediği enzimler:

PEP-karboksikinaz

Glukoneogenik fruktoz 1,6-bifosfataz enzimler glukoz 6-fosfataz

aminotransferazlar

Glukagonun sentezini baskıladığı enzimler:

glukokinaz Glikolitik PFK1

enzimler piruvat kinaz

İnsulin genellikle bunun tersini yapar.

40

pahalı

42

GLUKONEOGENEZ OVER AKTĠVĠTE:

KATEKOLAMĠNLER, KORTĠZOL, GH, GLUKAGON/ĠNSÜLĠN ORANI ARTIġINA BAĞLI OLABĠLĠR VE HĠPERGLĠSEMĠ OLUġABĠLĠR.

Glukoneogenezin görevleri:

 Kan glukoz düzeylerinin devamlılığını sağlar

 Asit-baz dengesinin kontrolünde önemlidir: Hızlı kas kasılmaları sırasında ortaya çıkan laktatlar karaciğer tarafından alınıp glukoneogenetik substrat olarak

kullanılırlar (Kori siklusu).

 Aminoasid dengesinin devamını sağlar: Vücutta ortaya çıkan fazla aminoasitler glukoneogenetik substrat olarak değerlendirilir. Esansiyel

aminoasitlerde glukoneogenetik ara ürünlerden sentezlenirler.

 Biyosentetik prokürsörleri üretir: Diyetle yeterince karbonhidrat alınmadığında glikoprotein, glikolipid ve yapısal karbonhidratlar için prokürsörler sağlar.

Faz

Saatlik Kullanılan

Glukoz g/s

0 40

30

20

10

16

IV

40 24

2

Saat Gün

Eksojen

Glukojen Glukoneogenez

I II III V

44

GLUKONEOGENEZIN EN ÖNEMLI SORUNU GLIKOZA ÇEVRILECEK SUBSTRATLARıN

AZLıĞıDıR. GLUKONEOGENZDE AġAĞıDA YAZıLAN SUBSTRATLAR KULLANıLABILIR:

 Tüm glikolitik ara ürünler ve ve sitrik asit siklusunda - ketogutarattan itibaren OAA’a kadar olan tüm ara ürünler

 Gliserol, laktat ve glukojenik aa’lerin deaminasyonu sonucu elde edilen - ketoasitler glukoneogenezde kullanılır.

 Laktat: RBC ve kasta oluşur.

 Gliserol: Yağ dokusunda TAG hidrolizi ile oluşur.

Sadece gliserolü etkinleĢtirebilen enzime

“gliserol kinaz” sahip dokularda etkin olarak glukoneogenezde kullanılabilir. ATP gerektiren gliserol kinaz enzimi özellikle KC ve böbrekte etkin olmakla beraber diğer dokularda da

bulunmaktadır.

 -ketoasitler: Pirüvat, oksaloasetat ve - ketoglutarat gibi -ketoasitler glukojenik aa

metabolizmasından elde edilir. Bu maddeler TCA ile OAA oluştururlar.

 Alanin önemli bir kaynaktır. Başlıca kas

proteinlerinden elde edilir. İncebarsaklarda da sentezlenebilir. Glukoneogenez için en önemli aminoasit substratıdır. ALT enzimi ile pirüvata

çevrilir ve OAA üzerinden glukoneogeneze katılır.

46

Kaynaklar:

1. Richard A. Harvey, Pamela C. Champe: Lippincott’s

Illustrated Reviews Serisinden Biyokimya 3. baskı Çeviri editörü: Doç. Dr. Engin Ulukaya. Nobel Tıp Kitabevi. 2007

2. David L. Nelson, Michael M. Cox. Lehninger Biyokimyanın ilkeleri Çeviri editörü: Prof. Dr. Nedret Kılınç. Palme

Yayıncılık. Ankara 2005.

3. Taner Onat, Kaya Emerk, Eser Y. Sözmen. İnsan biyokimyası Palme yayıncılık, Ankara, 2002.

4. Rex Montgomery, Thomas W. Conway, Arthur A. Spector Biyokimya olgu sunumlu yaklaşım. Çeviri editörü: Nilgün Altan Palme Yayıncılık. Ankara, 2000.

5. Robert K. Murray, Daryl K. Granner, Peter A. Mayes, Victor V. Rodwell Harper biyokimya, Çeviri editörü: Nurten

Dikmen, Tuncay Özgünen. Nobel Tıp Kitabevi Ankara, 2004

6. Not: Sunumdaki bazı materyaller (bilgi, belge, resimleri, vs) internet ortamından alınmış olup sadece eğitim amacıyla kullanılmaktadır.