Bu üniteyi çalıştıktan sonra;
■ Karbonhidratların kimyasal yapılarını açıklayabilecek,
■ Karbonhidratları üç farklı ölçüte göre sınıflayabilecek,
■ Karbonhidratların, genel isimlendirmesini öğrenecek,
■ Asimetrik karbon atomunu bilecek,
■ Karbonhidratların absorbsiyonunu öğrenecek,
■ Glukozun organizmada diğer maddelere nasıl dönüştüğünü açıklayabilecek,
■ Organizmanın glukozu vücut dışına nasıl attığını bilecek,
■ Kan glukozunun düzenlenmesini öğrenecek,
■ Şeker hastalığını tanıyacak,
■ Glukoz tolerans testini uygulayabileceksiniz.
■ Giriş
■ Karbonhidratların Sınıflandırılması
■ Karbonhidratların İsimlendirilmesi
■ Asimetrik Karbon Atomu
■ Karbonhidratların Metabolizması
■ Karbonhidratların Absorbsiyonu
■ Glukojenezis
■ Glukojenolizis
■ Glukozun Organizmada Kullanılması
■ Glukolizis
■ Aerobik Glukolizis
■ Pentoz Fosfat Yolu ile Glikolizis
■ Glukoneogenezis
■ Kar Şekeri
■ Kar Glukozunun Düzenlenmesi
■ Karbonhidrat Metabolizması Bozuklukları
■ Şeker Hastalığı
■ Glukoz Tolerans Testi
■ Özet
■ Değerlendirme Soruları
■ Yaralanılan ve Başvurulabilecek Kaynaklar
ÜNİTE 3
Karbonhidratlar
Amaçlar
İçindekiler
Karbonhidratlar doğada, bitkisel ve hayvansal kaynaklı olarak yaygın halde bulunurlar. Bir kar- bonhidrat olan nişasta tohumlarda, meyvalarda bol miktarda bulunur. Bitkilerin destek madde- sini oluşturan selüloz, hayvansıl canlıların vücudunda depo edilen glikojen karbonhidrat bile- şikleridir. İnsan ve hayvanların besin maddelerinin büyük kısmı karbonhidratlardan ibarettir.
Karbonhidratları, kimyasal olarak hidroksil (__
OH) grupları yanında serbest aldehitveya keton
O O
grubu içeren maddeler olarak tanımlayabiliriz. (Aldehit R__C__H, keton R__C__R olarak O
formüle edilir. R: Açil veya aril kökü diye adlandırılır. __C__ ise keton grubunu gösterir.) Karbonhidratlar genellikle CnH2nOn genel formülüne uyarlar. (n harfi, karbonhidrat molekü- lündeki atom sayısını gösterir).
2. KARBONHİDRATLARIN SINIFLANDIRILMASI
Karbonhidratlar üç ölçüte göre sınıflandırılır:
1. Molekülde bulunan basit şeker ünitelerin sayısına göre 2. Reaktif gruplarına göre
3. Karbon zincirinin uzunluğuna göre.
Moleküldeki basit şeker ünitelerinin sayısına göre karbonhidratlar üçe ayrılır.
■ Monosakkaritler
■ Disakkaritler ve Oligosakkaritler
■ Polisakkaritler Reaktif gruplarına göre:
■ Aldozlar
■ Ketozlar
Karbon zincirinin uzunluğuna göre:
■ Diozlar ■ Pentozlar
■ Triozlar ■ Hegsozlar
■ Tetrozlar ■ Heptozlar
- 24 -
Monosakkaritler: Daha basit hidroliz edilemeyen -en küçük- karbonhidrat ünitesidir. Örneğin;
glukoz, fruktoz, riboz vb.
Disakkaritler: İki monosakkarit ünitesinin birleşmesinden meydana gelen karbonhidrat bileşiği- dir. Örneğin çay şekeri olan Sakkaroz, glukoz ve fruktozun birleşmesinden meydana gelmiştir.
Maltoz, iki glukoz ünitesinin birleşmesinden meydana gelir. Süt şekeri olan laktoz ise, glukoz ve galaktoz ünitelerinin birleşmesi ile meydana gelmiştir.
Oligosakkaritler: İkiden fazla karbonhidrat molekülü içeren bileşiklerdir. Dekstrin gibi.
Polisakkaritler: Pek çok sayıda basit üniteden oluşan karbonhidrat bileşikleridir. Örneğin nişas- ta ve hayvan dokularının karbonhidrat depo maddesi olan glikojen, birçok glukoz ünitesinden oluşan birer polisakkarittirler.
Önemli monosakkaritlerin karbon sayılarını, aldehit veya keton grupları içermelerine göre, şöy- le gösterebiliriz.
Aldozlar Ketozlar
1. Diozlar Glikolaldehit
2. Triozlar Gliseraldehit Dihidroksiaseton
3. Tetrozlar Eritroz Eritrüloz
4. Pentozlar Ksiloz Ksilüloz
Riboz Ribüloz
5. Hegsozlar Glukoz Fruktoz
Mannoz Galaktoz
6. Heptozlar Sedoheptüloz
3. KARBONHİDRATLARIN İSİMLENDİRİLMESİ
Bildiğimiz bütün karbonhitratlar gliseraldehit molekülünden türediği kabul edilerek isimlendiri- lir. Buna göre primer alkol grubu (CH2OH) nun bulunduğu karbon (C)'a en yakın (komşu) olan karbona bağlı hidroksil (__
OH) grubu sağda ise D -gliseraldehit, solda ise L- gliseral- dehit denir.
- 25 -
Bir aldehit olan glukozu numaralandırıp, isimlendirelim.
Primer alkol grubuna en yakın 5 numaralı C' a bağlı (OH) grubu sağda olduğuna göre, kimyasal olarak glukoz, D - aldehitroglukoz olarak okunur.
Bir glukoz formülü yazarak, isimlendirin ve Primer alkol grubunu gösteriniz.
4. ASİMETRİK KARBON ATOMU
Bir karbonhidrat molekülündeki karbon atomlarından herhangi birisinin dört bağına da değişik atom veya atom grupları bağlanırsa, böyle karbon atomlarına asimetrik karbon atomu denir.
Yapısında asimetrik karbon atomu bulunan maddelerin çözeltileri optik aktivite gösterirler, yani bunlar polarize ışığın yönünü sağa veya sola çevirebilirler. Bir molekül içinde birden fazla asi- metrik karbon atomu bulunabilir.
Glukoz formülündeki 2,3,4,5 nolu karbon atomları asimetriktir.
- 26 -
?
CH OH2 L - gliseraldehit
CH OH2 D - gliseraldehit
H C=O H C OH
CH OH2 HO C H
H C OH H C OH
2 1
3 4 5 6
H C=O H C OH
CH OH2 HO C H
H C OH H C OH
2 1
3 4 5 6
Karbonhidratlar, memelilerin başlıca enerji kaynağını teşkil ederler. Alınan besin maddelerinin
%60 kadarı karbonhidratlardan oluşur. Bunlardan nişasta önemli bir karbonhidrattır. Çay şeke- ri olarak bilinen sakkaroz ve çocuk besini yönünden önemli olan laktoz karbonhidratlı besin maddelerindendir. Glukoz, fruktoz, mannoz, galaktoz gibi doğada bulunan monosakkaritler, canlılar için önemli birer enerji kaynağıdır.
Karbonhidrat metabolizması başlıca, anaerobik ve aerobik reaksiyonlar olmak üzere iki kısım- da incelenir. Anaerobik (oksijensiz) yol ile glukoz molekülü iki mol laktik aside kadar parçalanır.
Anaerobik reaksiyonlar dizisine glikolizis denir. Aerobik reaksiyonlara, Sitrik asit siklusu veya Krebs siklusu denilmektedir.
5.1. Karbonhidratlardan Absorbsiyonu
Karbonhidratlar sindirim kanalında, bazı enzimlerin etkisiyle, hidrolitik olarak yıkılır ve bağır- saklardan emilir hale gelirler. Besinlerle alınan karbonhidratların bağırsak duvarından emile- bilmeleri için monosakkarit haline geçmeleri gerekir, aksi halde emilemezler ve dışarı atılırlar.
Bu monosakkaritlerin küçük bir kısmı, bağırsak bakterileri tarafından fermentasyona uğratılır.
İnce bağırsak mukozasından emilen monosakkaritlerin büyük kısmı vena portaya, küçük bir kısmı ile lenf damar sistemine geçer. Yararlanılabilen hegsozlardan karaciğerde glikojen mey- dana gelir. Bunların bir kısmı dolaşım sistemine karışır. Bir kısım hegsozlar kaslara özel gliko- jeni meydana getirirler. Vücutta toplam 225 g. kadar glikojen vardır.
5.2. Glikojenezis
Karaciğerde glukozdan glikojen sentezine glikojenesiz denir. Glikojen hayvansal dolaların da özellikle karaciğer ve kaslarda yaygın halde bulunan polisakkarittir. Hidroliz edilirse glukoz üni- telerine ayrılır.
Kaslarda glikojen oluşumunun, karaciğerde glikojen oluşumundan bir farkı vardır. Kaslarda glukozdan başka şekerler kullanılamaz. Kas kontraksiyonu, glukojenin kullanılmı neden olur.
Azalan glikojenin yerini kan şekeri alır, karaciğer glikojeni de kan şekerini tamamlar.
- 27 -
Kandaki glukoz düzeyi azaldığı zaman karaciğerdeki glikojen moleküllerinden glukoz birimleri ayrılarak kana verilir. Glikojen molekülünün, glukoz ünitelerine parçalanmasına glikojenolizis denir. Kanda glukoz düzeyinin artışı, glikojenezisin başlamasına neden olur. Tersi durumlar- da, glikojenolizde hızlanma görülür.
Glikojenoliz (is), epinefrin hormonu tarafından kontrol edilir. Karaciğerde glikojenolize etki ya- pan diğer bir hormon glukagondur. İnsülin ise glukagona ters etki yapar.
Kaslardaki glikojenolizis de karaciğerdekine benzer. Ancak, kaslarda glukoz serbest hale geç- mez ve kan şekerine bir katkıda bulunmaz. Glikojenden meydana gelen glukoz 6 -forsfat, bir seri reaksiyondan geçerek laktik aside yıkılır.
6. GLUKOZUN ORGANİZMADA KULLANILMASI
Organizmada glukozun kullanılmasına, yani glukozun karbondioksit ve suya parçalanmasına glikolizis denmektedir.
Tüm reaksiyonlar dizisini kısaca:
C6H12O6 6CO2 + 6H2O formülü ile gösterebiliriz.
Glukoz Karbondioksit Su
Glukozun karbondioksit vesuya parçalanması iki aşamada olur: 1. Embden-Meyerhoff-Parnas Yolu (Glikolizis) 2.T.C.A. (Krebs) siklusu.
Glukozun bir diğer yolla yıkılmasına pentoz fosfat yolu denir.
6.1. Glikolizis (Embden-Meyerhoff-Parnas Glikolitik yolu)
Glikolizis (Anaerobik glikolizis) iki aşamada tamamlanmaktadır. Birinci aşamada glukoz, ATP den alınan fosforik asitle fosfatlaşmakta ve gliseraldehit 3- fosfat ve dihidroksi ile birlikte yeni ATP molekülleri oluşmakta, laktik asite kadar yıkılmaktadır.
Glikoliz basit bir olay değildir. Diğer birçok biokimyasal reaksiyonlar gibi basamak basamak yü- rüyerek çeşitli ara maddeler üzerinden geçer. Glukozun laktik asite dönüşmesinde bütün reak- siyonlar
- 28 -
şeklinde özetlenebilir.
Laktik asitin fazlası hücrenin plazma zarından artık madde olarak dışarı atılır.
6.2. Aerobik Glikolizis (Trikarboksilik asit - Siklusu) (TCA, Krebs, Sitrik Asit Siklusu)
Glikoliz sonucu meydana gelen piruvik asitin Asetil Koenzim - A ya dönüşmesi ve sonra bu sik- lusa giren asetil Koenzim - A ların CO2 ve H2 O ya yıkılmasıdır. Trikarboksilik asit siklusu ender- gonik metabolizma reaksiyonları için gerekli enerjinin en büyük kısmını sağlar. Burada yakıt maddesi olan Asetil-koenzim A karbondioksit ve yağlardan sağlanır. Yani metabolik reaksiyon- ların son olarak yıkıma uğrayacakları reaksiyonlar dizisi TCA siklusudur.
Trikarboksilik asit siklusu kısmen karaciğerde ve daha büyük ölçüde kas hücrelererinin mito- kondrileri içinde cereyan eder.
Glukozun yıkılması ile kazanılan enerji:
Glukozun kas dokusunda anaerobik oksidasyonla 2 adet laktik asit molekülüne yıkılmasıyla, 2 ATP sentezlenerek depo edilir. Buna karşın glukozun aerobik oksidasyon ile, CO2 vesu mole- küllerine kadar yıkılması ile 36 ATP sentezlenerek hücrede depo edilir.
Glukozun dokularda CO2 ve su meydana gelecek şekilde yıkılmasıyla bir miktar ısı enerjisinin elde edilmesinin yanında, bir kısım enerjide yüksek enerjili fosfat bağı (ATP olarak) depo edilir.
6.3. Pentoz - Fosfat (Hegsoz - Monofosfat) Yolu İle Glikolizis
Glikozin, glukoz -6- fosfatta başlayıp, fruktoz -6- fosfatta biten bir yan yolu olup, daha çok kara- ciğer, aktif süt bezleri, adrenal korteks, yağ dokusu gibi özel dokularda meydana gelmektedir.
Bu yol ile 6 molekül Glukoz - 6 fosfattan, 6 molekül CO2 ve 6 adet 5 karbonlu şeker meydana ge- lir. Buyolda cereyan eden reaksiyonların tamamını
6 Glukoz - 6 fosfat + 12 NADP+ 6 CO2 + 12 NADPH + H+ 12 Pi
denklemi ile gösterebiliriz.
Bu arada, hegsoz monofosfat yolu cereyan ederken, 5 karbonlu şekerler (riboz - 5 - fosfat, ksi- lüloz 5 - fosfat) meydana gelir.
- 29 -
1. Bu reaksiyon dizisi cereyan ederken meydana gelen 5 karbonlu şekerler nükleik asitlerin sentezine girer.
2. Hegsoz monofosfat yolunda meydana gelen NADPH+ molekülleri, organizma için gerekli bazı önemli bileşiklerin (kolesterol gibi) sentezinde kullanılırlar.
7. GLUKONEOGENEZİS
Karbonhidrat olmayan maddelerden glukoz yapılması demektir. Diyetle yeteri kadar karbon- hidrat alınamadığı zaman, vücudun glukoz ihtiyacını sağlar. Eritrositler ve sinir sistemi için glu- kozun, devamlı enerji kaynağı olarak sağlanması şarttır.
Glukoneogenezis, diğer dokuların metabolizma ürünlerini örneğin kas ve eritrositler tarafından kanda oluşturulan laktik asidi ve yağ dokusu tarafından meydana getirilen gliserolü kandan te- mizlemek için gereklidir. Glukoneogenez glikojenik amino asitten, gliserolden, laktik asitten glukoz veya glikojen oluşturan reaksiyonlar dizisidir.
Aeoribik ve Anaerobik glikolizis ve pentoz fosfat yolu arasındaki farkları söyleyiniz.
8. KAN ŞEKERİ
Açlık halinde ölçülen kan glukoz düzeyine açlık kan şekeri denir ve 70-100 % mg. olarak deği- şir. Yemeklerden sonra bu miktar ortalama 130 mg'ı bulabilir. Sonra iki saat içinde eski düzeyi- ne iner. Kapiller kan şekeri, venvöz kan şekerine kıyasla %10 kadar daha fazladır.
Kan şekeri düzeyinin yükselmesine hiperglisemi, düşmesine ise hipoglisemi denir. Çok mik- tarda karbonhidrat alınmasıyla oluşan hiperglisemiye Alimanter Hiperglisemi denir.
8.1. Kan Glukozunun Düzenlenmesi
Kan glukozu, karaciğerin, ekstrahepatik dokuların, ve bazı hormonların rol oynadığı, çok du- yarlı homeostatik bir mekanizma ile kontrol edilir.
- 30 -
?
safhada ve değişik şekilde etkilenmektedir.
İnsülin hormonu, kan glukoz konsantrasyonunun düzenlenmesinden önemli rol oynar. İnsülin hiperglisemiye yanıt olarak, pankreastan direk kan içine salgılanır. İnsülin salgılanmasına, glu- kozun dışında amino asitler, serbest yağ asitleri, keton cisimleri ve glukagon hormonu da ne- den olur. Epinefrin ve norepinefrin hormonları insülin salgılanmasını engeller.
Ön hipofiz bezinden salgılanan büyüme hormonu ve ACTH insüline zıt etki göstererek kan glu- kozunu yükseltme eğilimindedirler. Büyüme hormonu, yağ dokusundan serbest yağ asitlerini serbest hale geçirerek glukozun bu doku tarafından kullanılmasını baskılar (inhibe eder).
ACTH böbreküstü bezi kabuğu hormonlarının salgılanmasını arttırarak glukoz düzeyi üzerine etkili olur. Böbrek sütü bezi kabuğu hormonlarından glukokortikoidler glukoneojeneze yol açarlar. Ayrıca glukozun ekstrahepatik dokular içinde kullanılışını inhibe ederler. Böbreküstü bezi medulla kısmından salgılanan epinefrin, hem karaciğerde hem de kasta glikojenin parça- lanmasını stimüle eder.
Pankreastan sentezlenen glukagon hormonunun salğılanışını hipoglisemi stimüle eder, kara- ciğerde glikojen yıkımını artırarak kan glukoz düzeyini yükseltir.
9. KARBONHİDRAT METABOLİZMASI BOZUKLUKLARI
Çoğunlukla karbonhidrat metabolizmasinda görülen bozukluklar genetik bir defekt dolayısıyla enzim yetersizliğinden, hormonal bozukluklardan veya beslenme bozukluğundan ileri gelir.
Normal şahıslarda, normal beslenme şartları altında, kanda gösterilebilecek miktarda bulunan tek şeker glukozdur. İdrarda aşeker bulunmasına genel olarak "melitüri" adı verilir. İdrarda glu- koz, laktoz, fruktoz, galaktoz ve pentoz bulunmasına göre sırasıyla, glukozüri, laktozüri, frukto- züri, galaktozüri ve pentozüri terimleri kullanılır.
10. ŞEKER HASTALIĞI (DİABETES MELLİTUS)
Şeker hastalığı, organizmanın karbonhidrat kullanma yeteneğinin azalması ile ortaya çıkar ve genellikle kalıtsal olarak meydana gelen bir metabolizma hastalığıdar. Genellikle yetersiz insü- lin salınımı ve bunun sonucu olarak kan şekeri yükselmesi ile kendini belli eder. Diabette görü- len metabolik bozuklukları şöyle özetleyebiliriz.
- 31 -
ra glukoz geçmesi (Hiperglisemi ve Glukozüri)
2. Glukozun yeterince depo edilememesi ve dışarı atılması sebebiyle organizmanın glukoz yerine yağlardan yararlanmaya başlaması ve yağların hidrolizi ile açığa çıkan yağ asitlerinin kan dolaşımına karışmaları ve dokular tarafından kulanılmaları.
3. Yağ asitleri yıkımının artmasına bağlı olarak, keton cisimleri dediğimiz kimyasal bileşikler ve kolesterol sentezi artar. Keton cisimlerinin kanda birikmesi olayına meto- zis denir.
Şeker hastalığının, klinik olarak başlıca üç büyük belirtisi vardır. Çok su içme, çok yemek yeme, çok idrara çıkma, bunların ağız kuruması halsizlik ve yorgunluk gibi belirtileri vardır.
Diabet koması: Kanda biriken meton cisimlerinin toksik tesirinden ileri geldiği zannedilmekte- dir. Çok yüksek kan şekeri düzeyleri de komaya sebep olabilir.
Aşağıdaki kavramların ne anlama geldiğini açıklayın.
Maltoz Glikoliz
Laktoz Glikojenez
Monasakkarit Venöz kan şekeri
Primer alkol grubu Alimanter hiperglisemi
Asimetrik karbon atomu Renal Diabet
Optik Aktivite Glikojenoliz
Sitrik asit siklusu
10. 1. Glukoz Tolerans Testi
Kan şekerinin hastaların durumuna göre gösterdiği değişikleri incelemek amacı ile uygula- nan bir testtir. Bir şahsın glukozf metabolize etme yeteneği birçok faktörlere bağlıdır. İnsülin biosentezindeki önemli bozukluklarda açlık kan şekeri yüksektir ve devamlı bir glukozüri gö- rülür. Hafif insülin yetmezliğinin tanısı ile belirli miktarda glukoz vermek ve bunun glikojene dönüşme hızını ölçmek suretiyle yapılabilir. Bu deneye glukoz tolerans testi veya glukoz yük- leme deneyi denir.
- 32 -
?
kere ve verildikten sonra belirli zaman aralıklarında kan alınır ve glukoz miktarı tayin edilerek bir kan şekeri eğrisi çizilir.
Normal insanlarda glukoz yükleme deneyinde kan şekeri birinci saatin sonunda maksimuma erişir; nadiren %160 mg'ın üstüne çıkar, ikinci saatin sonlarına doğru veya 3. saatte tekrar nor- mal düzeye iner. Her kan numunesi alındığında idrar da alınır. Normalde kanın glukoz düzeyi böbrek eşiğini aşmadığı için idrarda hiç şeker bulunmaz. Diabetli bir hastada aisedaha yüksek ve daha uzun süreli kan şekeri eğrileri elde edilir. Bu hallerde kan şekeri ancak daha uzun za- man sonra normal düzeye iner ve uzun zaman devam eden bir glukozüri görülür. Glukoz düzeyi fazla yükselmediği haldeidrarda glukoz görülürse, bu hal Renal Diabet'i gösterir.
Bunun aksine glukoz düzeyi yüksek olduğu halde idrarda glukoz bulunmaz ise, bu şeker hasta- lığı ile birlikte veya şeker hastalığı almadığı halde böbrekte mevcut bir bozukluğa işarettir.
- 33 - 250
200 150 150 100 50
0 1 2 3 4 5 6
B
A glukoz
% mg
Saat
A: Normal B: Diabetli bir kişinin Glukoz tolerans eğrisi
Doğada, bitkisel ve hayvansal kaynaklı olarak yaygın olarak bulunan karbonhidratlar organiz- mada çeşitli amaçlar için kullanılmaktadır. Hayvanlarda glukoz ve glikojen halinde en önemli enerji kaynaklarından birini oluşturur. Karbonhidratların metabolize olması ile açığa çıkan enerji hücrede çeşitli amaçlar için kullanılır. Metabolize olmaları sırasında ortaya çıkan enerji hücrede çeşitli amaçlar için kullanılır. Metabolize olmaları sırasında ortaya çıkan ara maddeler birçok biyolojik molekülün sentezinde öncül madde olarak kullanılmaktadır. Glukozun yıkılma- sı ile ortaya çıkan bileşiklerden sentezlenen maddeler arasında, purin ve pirimidinleri, amino asitleri, porfirinleri, kolesterolü ve kolesterol türevlerini, mukopolisakkaritleri, gliserol ve yağ asitlerini, laktozu, askorbik asiti ve sitrik asit siklusu ara bileşiklerini saymak mümkündür.
Karbonhidratlar metabolizması, birçok enzim ve hormonların kontrolü altında olan ileri derece- de hassas ve karmaşık bir konudur.
1. Monosakkarit olan "glukoz" molekülü aşağıda sayılan gruplardan hangisine girer?
A) Triozlar B) Tetrozlar C) Pentozlar D) Hegsozlar E) Heptozlar
2. Açlık kan şekeri normal düzeye hangisidir?(%) A) 150-160 mg
B) 70-100 mg C) 100-130 mg D) 130-150 mg E) 55-70 mg
- 34 -
Değerlendirme Soruları
A) Glikolizis B) Glikojenezis C) TCA Siklusu
D) Heksoz monofosfat yolu E) Glikojenolizis
4. Normal bir kişiye glukoz tolerans testi uygulandığında kan glukozu hangi saatte maksi- mum değere ulaşır?
A) 1 saat B) 2 saat C) 3 saat D) 4 saat E) 1/2 saat
5. Glukozun CO2 ve H2 O ya tam oksidasyonu aşağıdakilerden hangi yolla olur?
A) Glikojenezis B) TCA Siklusu C) Glikojenolizis D) Glikoneogenezis E) Hiçbiri
6. Kan glukozunun yükselmesini önleyen hormon aşağıdakilerden hangisidir?
A) İnsülin B) Glukagon
C) Büyüme hormonu D) Prolaktin
E) Hiçbiri
- 35 -
A) 180-240 mg B) 80-120 mg C) 70-100 mg D) 200-250 mg E) 140-180 mg
8. İdrarda glukoz görülmesine ne denir?
A) Galaktozemi B) Galaktozüri C) Glikozemi D) Glikozüri E) Fruktozüri
GÖZÜKARA, Engin. Biyokimya, Ankara, Ofset Pepianet Ltd. Şt. 1990.
LEHNİNGER, Albert L. Biochemistry, New York, Wort Publishers, Inc 1988.
TEKMAN, Ş ve Öner, N. Genel Biokimya, Fatih Yayınevi İstanbul, 1981.
ARAS, Kazım ve Gülseren Erşen. Klinik Biokimya, Ankara Hacettepe Taş Kitapçılık Ltd.
1988.
- 36 -
Yararlanılan ve Başvurulabilecek Kaynaklar
2. BÖLÜM KARBONHİDRAT METABOLİZMASI (v.2001) T.A.Aksu 2.1. GİRİŞ
Karbonhidratlar, organizmamõz için önemli gõda maddelerinin en başõnda yer alõr.Yaklaşõk olarak günlük enerji ihtiyacõnõn % 50 si karbonhidratlarla karşõlanõr.Yetişkinde günlük enerji enerji gereksiniminin 2400 kcal olduğu düşünülürse; 1g karbonhidrat 4 kcal verdiğine göre bir günde yaklaşõk 300 g karbonhidrat almamõz gerekir. Özellikle beyin dokusu enerji ihtiyacõ açõsõndan büyük ölçüde karbonhidratlara bağõmlõdõr ve kan glukozunun düşüklüğü (hipoglisemi) bu organda ciddi fonksiyon bozukluklarõna yol açar (Beynin 1 saattaki glukoz ihtiyacõ 6 g dõr). Enerji sağlamasõ dõşõnda karbonhidratlar laktozun, mukopolisakkaridlerin, glikoprotein ve glikolipidlerin yapõsõna katõlõrlar. Ayrõca karbonhidrat metabolizmasõnõn zaman zaman protein ve lipid metabolizmalarõ ile beraber yürüdüğünü, karbonhidratlardan amino asit ve yağ sentezlendiğini, tersine amino asitlerin deaminasyonu ile oluşan karbon iskeletlerinden glukoz sentezlendiğini göreceğiz. Üç ana besin maddesi arasõndaki bu metabolik ilişki Şekil 2.1A. da görülmektedir.
Şekil 2.1A. Karbonhidrat, protein ve yağlarõn metabolik ilişkileri.
Şekilde görüldüğü gibi bu üç gõda
maddesi ,karbonhidrat metabolizmasõnõn belirli reaksiyonlarõnda bir araya gelerek enerji üretiminde kullanõlmaktadõr.
Glukoz, karbonhidrat metabolizmasõnõn temel maddesidir. Türü ne olursa olsun organizmaya giren her karbonhidrat sonunda glukoza çevrilir. Bu nedenle '' Karbonhidrat metabolizmasõ deyince akla glukoz metabolizmasõ gelir. '' şeklinde düşünmek yerinde bir görüş olur.
2.2. KARBONHİDRAT METABOLİZMASININ BAŞLICA METABOLİK YOLLARI 1) Glikojenez: Glukozdan glikojen sentezi.
2) Glikojenoliz: Glikojenin yõkõlmasõ. Bu olayõn karaciğerdeki son ürünü glukoz, kas dokusundaki son ürünü glukoz-6-fosfattõr.
3) Glikoliz ( Embden-Meyerhof Yolu) : Glukozun pirüvat veya laktata kadar yõkõlmasõ.
4) Pirüvat Metabolizmasõ: Pirüvatõn asetil-KoA ya dönüşümü
5) Trikarboksilik Asit Siklüsü ( Krebs Siklüsü) : Asetil-KoA içindeki asetil kõsmõnõn CO2 ye parçalanmasõ ve bu sõrada redükte koenzimlerin oluşumu.
6) Pentoz fosfat Yolu: Glukozun bir başka şekilde oksidasyonu ile NADPH ve pentoz sentezi.
7) Glukoneojenezis: Karbonhidrat olmayan maddelerden glukoz sentezi 8) Glukuronik asit Yolu: Glukozdan glukuronik asit sentezi.
Karbonhidrat metabolizmasõnõn temel metabolik yollarõ Şekil 2.1B. de topluca gösterilmiştir.
2.3. KARBONHİDRATLARIN SİNDİRİMİ VE EMİLİMİ
Diyette bulunan karbonhidratlar çoklukla polisakkarid ve disakkarid (nişasta, süt ve çay şekeri), daha az oranda da monosakkarid (glukoz ve früktoz) formunda bulunurlar Karbonhidratlarõn barsaktan emilebilmeleri için monosakkarid haline çevrilmeleri şarttõr.
Şekil 2.1B. Karbonhidratlarla ilgili önemli metabolik yollar.
Karbonhidratlarõn parçalanma işlemi ağõzdan itibaren başlayabilir. Tükrükte bulunan α- amilaz polisakkarid parçalayan bir enzim olmasõna rağmen, çiğneme süresinin kõsalõğõ nedeniyle fazla etkin değildir. Midenin asit pH sõ bu enzimin daha fazla çalõşmasõna olanak vermez. Pankreastan gayet aktif bir başka α-amilaz salgõlanõr. Gerek tükrük gerekse pankreas amilazõ, α1→4 glikozid bağõna sahip polisakkaridleri bir bağ atlayarak parçalar ve aktivitesi zincir sonuna yahut dallanma noktasõna 2 glukoz ünitesi kalõnca durur. Böylece α amilaz etkisi sonunda yaklaşõk olarak % 40 oranõnda maltoz, % 30 oranõnda α1→4 ve α1→6 bağõ içeren α-dekstrin,
% 25 oranõnda α1→4 bağõ ile bağlanmõş 3 glukozlu maltotrioz, % 5 oranõnda da 4-9 glukoz içeren polisakkarid molekülleri meydana gelir.
Şekil 2.2. Barsakta dallõ polisakkarid sindirimi.
İnce barsak mukozasõnõn fõrçamsõ kenarõ tarafõndan salgõlanan diğer hidrolitik enzimlerle karbonhidrat sindirimi sürdürülür ve tamamlanõr. Bu enzimlerden α- glukozidaz her defasõnda bir tane olmak üzere α1→4 bağõ parçalar. α-dekstrinaz, α1
→6 bağõnõ koparõr (Şekil 2.2.) ve serbest glukoz üniteleri meydana gelir. Yine barsak mukozasõ kaynaklõ β- galaktozidaz veya laktaz laktozu, sükraz ise sükrozu parçalar ve sonunda glukoz, galaktoz ve früktozdan ibaret monosakkaridler meydana gelir.
Monosakkaridlerin ince barsaktan emilimleri için 3 yol vardõr. Bunlar aktif transport, taşõyõcõ moleküllerle yürütülen kolaylaştõrõlmõş diffüzyon ve basit diffüzyon dur. Monosakkaridlerin transportunda SGLT1 ve GLUT5 isimli glukoz taşõyõcõlarõ (glucose transporter) rol oynar. SGLT1 taşõcõlarõ, ince barsak hücresinin serozal tarafõna yerleşmiş Na+,K+-ATP az sistemine (sodyum pompasõ) bağõmlõ olarak çalõşõr ve monosakkarid, enerji harcanarak düşük konsantrasyondaki barsak lumeninden alõnõr ve yüksek konsantrasyonlu ekstraselüler ortama aktarõlõr. Glukoz
ve galaktoz emilimi tek yönlü olarak çalõşan bu yolla gerçekleşir. GLUT5 ise sodyum pompasõna bağlõ olmaksõzõn, konsantrasyon farkõna dayalõ olarak monosakkaridlerin iki yönlü kolaylaştõrõlmõş diffüzyonundan sorumludur. Früktoz ve bir kõsõm glukoz bu yolla taşõnõr. Basit diffüzyonda ise taşõyõcõ protein yoktur, olayõ yönlendiren konsantrasyon gradientidir. Basit diffüzyon glukoz ve früktoz emiliminde kullanõlõr.
Şekil 2.3. İnce barsakta aktif transportla Na+ emilimi.
Sodyum pompasõ, ATP nin parçalanmasõ suretiyle elde edilen enerjiyi sodyumun aktif olarak hücre dõşõna (ekstraselüler kompartman) transferi için kullanõr ve böylece barsak hücresi sitoplazmasõnda Na+ konsantrasyonu düşer. Olayõ dengelemek üzere barsak lumeninde bulunan Na+ taşõyõcõ protein aracõlõğõ ile barsak hücresine girerken beraberinde glukozu da taşõr (simport olayõ).
Glukozun böbrek tubuluslarõndaki geri emiliminde de barsaktakine benzer olaylar tekrarlanõr.
2.4. GLUKOZ VE HÜCRE
Barsaklardan emildikten sonra vena porta aracõlõğõ ile sistemik dolaşõma katõlan glukoz, galaktoz ve fruktoz hücre düzeyinde tek monosakkarid (glukoz) üzerinden metabolize edilir. Früktozun glukoza dönüşümü barsak ve karaciğerde, galaktozun glukoza dönüşümü ise yalnõzca karaciğerde gerçekleşir.
Glukozun hücreye girişi , hücre zarõnda bulunan ve transporter(taşõyõcõ molekül) veya permeaz denilen protein yapõsõndaki oluşumlar aracõlõğõ ile gerçekleşir. Yanda resmi görülen glukoz taşõyõcõsõ hücre zarõna 12 defa giriş-çõkõş yapan geniş bir membran proteinidir.
Çeşitli glukoz transporterlarõ Tablo 2.1. de topluca sunulmuştur.
Tablo 2.1. Çeşitli Glukoz Transporter larõ 1- Sodyum Bağõmlõ Tek Yönlü Transporter
İsmi Bulunduğu Yer Görevi
SGLT 1 İnce barsak ve böbrek İnce barsak ve böbrekte konsantrasyon gradientine karşõ glukoz emilimi.
2- İki yönlü glukoz taşõnmasõnõ kolaylaştõran transporter lar
İsmi Bulunduğu Yer Görevi
GLUT 1 Beyin,böbrek,kolon,plasenta, eritrosit
Glukoz alõmõ
GLUT 2 Karaciğer, pankreasõn beta hücreleri, ince barsaklar, böbrek
Hõzlõ glukoz alõmõ ve salõverilmesi.Düşük afinite ancak yüksek kapasiteye sahip bu taşõyõcõ, enterositlerdeki glukozun kana geçişini sağlar ve pankreasõn beta hücrelerinde glukoz sensörü gibi çalõşõr.
GLUT 3 Beyin, böbrek, plasenta Glukoz alõmõ
GLUT 4 Kalp ve iskelet kasõ, yağ dokusu İnsülinle stimüle edilen glukoz alõmõ
GLUT 5 İnce barsak ve böbrek Glukoz emilimi
Hücre içine giren glukoz, hekzokinaz veya karaciğerde glukokinaz tarafõndan fosforile edilir ve glukoz-6-fosfat oluşur.
Glukoz-6-Fosfat, glukoz molekülünü hücre içinde tutan bir tür kapandõr ve glukozun hücre dõşõna çõkõşõnõ engeller. Fosforilasyon için 2 ayrõ enzimin bulunuşu glukozun karaciğer ve diğer organlar tarafõndan kullanõlõş önceliğini belirlemeye yöneliktir. Bu uygulama her iki enzimin Km değerlerinin bilinmesi ile açõklõk kazanõr.
Hekzokinazõn glukoz için Km değeri 0.05 mmol/L, glukokinazõn ise 10 mmol/L dir. Bu durum, glukozun; kan glukozu yüksek iken karaciğer, kan glukozu düştükten sonra diğer organlar da tarafõndan kullanõlmasõ anlamõna gelir.
2.5. GLİKOJENEZ
Glukozdan glikojen sentezi demektir. Glikojen glukozun depolanmõş şeklidir.
Karaciğer % 6, kas dokusu %1 oranõnda glikojen içerir. Organizmanõn enerji gereksinimi olmadõğõ zaman fazla glukoz bu iki organõmõz tarafõndan glikojene dönüştürülerek depolanõr. Glikojen sentezi organizmanõn tüm hücrelerinde yapõlmakla birlikte, bu işteki en faal iki organõmõz kana glukoz sağlamakla yükümlü karaciğer ve kasõlma için enerji depolayan kas dokusudur.
Glikojenez bir sentez reaksiyonudur ve enerji gerektirir. Enerji UTP den sağlanõr. Enerji yüklü glukoz molekülleri enzimler aracõlõğõ ile primer glikojen
molekülüne a1→4 ve a1→6 bağlarõ yaparak bağlanõr ve sentez gerçekleşir.Glikojen molekülü temel özellikleri ile yukarõda görülmektedir (Şekil 2.4).
Glikojen sentezinin ilk aşamasõnda glukoz-6-fosfat, fosfoglukomutaz ile tersinir olarak glukoz-1-fosfata dönüştürülür.
Glukoz-6-fosfat ↔ Glukoz-1-fosfat
Bundan sonra glikojenezin temel reaksiyonu gelişir. Glukoz-1-fosfat, UDP-glukoz pirofosforilaz tarafõndan UTP katkõsõyla UDP-glukoz a çevrilir. Bu reaksiyon sonunda açõğa çõkan pirofosfat molekülünün pirofosfatazla ekzergonik olarak ortofosfata çevrilmesi nedeniyle bu reaksiyon tersinir değildir.
Glukoz-1-fosfat + UTP → UDP-glukoz + PPi PPi→ 2Pi (∆ G0'=-25 kJ/ mol)
Enerji yüklü UDP-glukoz, artõk sentez için hazõrdõr. Glikojen sentaz, UDP- glukoz içindeki glukoz molekülünü, mevcut enerjiden yararlanarak α1→4 bağõyla primer glikojene bağlar. Glikojen primeri, glikojenin adõ verilen bir protein yardõmõyla oluşmuş en az 4 glukoz ünitesinden ibaret bir yapõdõr. Bu işlem sonunda glikojen molekülü bir glukoz ünitesi kadar uzar.
Glikojen(glukoz)n + UDP-glukoz → Glikojen(glukoz)n+1 + UDP
Glikojen sentaz α1→6 bağõ yapamaz. Bu iş, amilo (1→4),(1→6) transglikozidaz veya glikozil(4→6)-transferaz denilen (dallandõrõcõ enzim) enzimle başarõlõr. Bu enzim, düz glikojen zincirinin indirgen olmayan ucundan aldõğõ en az 6 glukozil ünitelik kõsmõ glikojen molekülüne aktarõr(Şekil 2.5.)
Şekil 2.5. Glikojen sentezinde dallanma noktasõnõn oluşumu.
Glikojende her dal indirgen olmayan bir hidroksil grubu ile sonlanõr. Bu durum glikojene suda daha iyi çözünme özelliği kazandõrõr ve sonuç olarak gerek glikojen sentaz ve gerekse fosforilaz glikojen üzerinde daha etkin hale gelir.
2.6. GLİKOJENOLİZ
Glikojenoliz glikojen yõkõmõ demektir. Son ürünü karaciğerde glukoz, kas dokusunda ise glukoz-6-fosfattõr. Glikojenolizin ilk enzimi fosforilaz dõr. Fosforilaz α1
→4 bağlarõnõ 1 nolu karbon atomuna Pi bağlayarak parçalar. Ürün glukoz-1-fosfattõr.
Glukoz-1-fosfat ta fosfoglukomutazla glukoz-6-fosfata çevrilir
Glikojen(glukoz)n + Pi → Glikojen(glukoz)n-1 + Glukoz-1-fosfat Glukoz-1-fosfat ↔ Glukoz-6-fosfat
Fosforilaz etkisi dallanma noktasõna yaklaşõk 4 glukozil rezidüsü kalõnca durur. Bu noktada dal kõrõcõ enzim (glukan transferaz ismi de verilir) devreye girer. Dal kõrõcõ enzimin iki aktivitesi vardõr. Bunlar etki sõrasõyla glukotransferaz ve glukozidaz aktiviteleridir. Nitekim dal kõrõcõ enzim ilk olarak son üç glukoz rezidüsünü alõr ve komşu düz zincirin C4 ne ekler (glukotransferaz etkisi). Dallanma noktasõnda α1→6 bağõ ile bağlõ duran son glukoz ünitesi de glukozidaz etkisi (amilo 1→6 glukozidaz) ile yerinden koparõlõr. Bu enzimatik etkinin ürünü glukoz-1-fosfat değil sadece glukozdur (Şekil 2.6).
Şekil 2.6. Glikojenolizin evreleri.
Glikojenoliz sõrasõnda açõğa çõkan glukoz-6-fosfat karaciğerde glukoz-6- fosfataz la parçalanõr. Serbestleşen glukoz kana geçer. Bir başka deyişle karaciğerde glikojenolizin amacõ kana glukoz sağlamaktõr. Benzer olay böbrekte de cereyan eder. Oysa ki kas dokusunda glukoz-6-fosfataz bulunmadõğõ için bu organdan kana glukoz verilmesi söz konusu değildir. Kas hücresinde oluşan glukoz-6-fosfat, glukozdan enerji oluşumunu sağlayan glikoliz reaksiyonuna girer.
2.7. GLİKOJENEZ VE GLİKOJENOLİZİN KONTROLU
Glikojenez ve glikojenoliz birbirinden farklõ iki metabolik yoldur ve hiçbir zaman beraberce cereyan etmezler. Yani glikojenez işlerken glikojenoliz durur, glikojenoliz çalõşõrken glikojenez durur. Bu olay, iki önemli enzimin glikojenezde glikojen sentaz, glikojenolizde fosforilaz aktivitelerinin beraberce ancak birbirinin tersi olacak bir biçimde kontrolü ile gerçekleşir. Bu kontrol kovalan modifikasyon ve allosterik olarak sağlanõr. Fosforilaz kovalan bir bağla yapõsõndaki serin amino asidine bir fosfat grubu bağlandõğõ zaman (fosforile edildiği zaman) aktive olur (fosforilaz a).
Defosforilasyonla aktivasyon kaybolur (fosforilaz b). Öte yandan aynõ şekilde fosforile edilen glikojen sentaz inaktiftir (glikojen sentaz b) , ancak yüksek glukoz- 6-fosfat konsantrasyonunda aktiftir ve bu nedenle D (dependent)form glikojen sentaz olarak ta isimlendirilmiştir. Defosforile glikojen sentaz ise aktiftir (glikojen sentaz a ),glukoz-6-fosfata bağõmlõ değildir ve glukoz-6-fosfatõn varlõğõnda veya yokluğunda aktiftir, bu nedenle I (independent) form glikojen sentaz ismini alõr.
Enzim proteininin fosforilasyonu protein kinaz la defosforilasyonu ise protein fosfataz-1 le sağlanõr. cAMP, cAMP bağõmlõ protein kinazõ (protein kinaz A) aktive eder. cAMP bağõmlõ protein kinaz molekülü birbirine yapõşõk dimerik R (regülatuar) ve dimerik C alt birimlerinden oluşmuştur. cAMP aktivasyon etkisini R ve C ünitelerini birbirinden uzaklaştõrarak gerçekleştirir (Şekil 2.7.)
.
Şekil 2.7. Protein Kinaz A nõn cAMP tarafõndan aktivasyonu.
Glukagon ve epinefrin hücre içi cAMP konsantrasyonunu artõrõr, insülin azaltõr ve böylece, glukagon ve epinefrinin glikojenezi yavaşlatõrken glikojenolizi hõzlandõrdõğõ, insülinin ise tam tersine glikojenezi hõzlandõrõrken glikojenolizi yavaşlattõğõ anlaşõlmõş olur. Glikojenez ve glikojenolizde gelişen olaylar ve bunlarõn kontrolü aşağõda topluca özetlenmiştir (Şekil 2.8.).
Şekil 2.8. Glikojenez ve glikojenolizin evreleri ve kontrol eden faktörler.
Fosforilaz ve glikojen sentaz da görülen aktivasyon değişiklikleri cAMP ile başlatõlan bir seri reaksiyonla gerçekleşir. cAMP, enzimleri fosforile ederek aktivasyon değişikliğine yol açan protein kinaz A yõ aktive eder. Aktif protein kinaz A, ATP harcõyarak fosforilaz kinaz b yi aktifleştirir ve böylece fosforilaz kinaz a oluşur.
Fosforilaz kinaz a da inaktif fosforilaz b yi aktif fosforilaz a ya çevirir (Şekil 2.7.).
Bu aşamalarda fosfat grubu bağlayarak aktifleşen enzimler, bu grubun protein fosfataz-1 le uzaklaştõrõlmasõ sonucu aktivasyonlarõnõ kaybeder ve inaktif konuma geçerler. cAMP nin protein fosfataz-1 üzerine olumsuz etkisi vardõr. Şöyle ki c AMP, protein yapõsõndaki inhibitör-1 denen maddeyi protein kinazlar aracõlõğõ ile ve fosfat grubu bağlamak suretiyle aktive eder. Aktifleşen inhibitör-1 de protein fosfataz-1 i inhibe eder (Şekil 2.10.). Sonuç olarak cAMP etkisiyle fosforilaz aktif konumda kalõr.
Fosforile edilen glikojen sentaz inaktiftir. Glikojen sentaz fosforilasyonu da cAMP tarafõndan sağlanan protein kinaz aktivasyonu ile gerçekleşir. Özetle cAMP glikojen sentaz õ inaktif konumda tutar. cAMP, fosfodiesteraz ile parçalanõr. İnsülin fosfodiestereazõ aktive eden bir hormondur (Şekil 2.9). O halde insülin etkisi ile cAMP aktivitesinde azalma olurken glikojen sentezi artar, glikojen yõkõmõ ise azalõr.
Şekil 2.9. cAMP nin parçalanmasõ.
cAMP aracõlõğõ ile fosforilaz ve glikojen sentaz aktivasyonu şematik olarak Şekil 2.10. da görülmektedir. cAMP , hücre içinde hormonal mesaj iletilmesinden sorumlu bir nükleotid tir. Glukagon karaciğer hücresinde, epinefrin ise etkin olarak kas hücresinde cAMP konsantrasyonunu artõrarak glikojenezi yavaşlatõr, buna karşõlõk glikojenolizi hõzlandõrõr.
Şekil 2.10. Fosforilaz ve glikojen sentaz aktivasyonlarõ ile glikojenez ve glikojenolizin kontrolu.
Epinefrin hormonunun karaciğerde cAMP üzerinden yaptõğõ etkiye ek olarak bir başka etki biçimi vardõr. Epinefrinin karaciğerde bağlandõğõ bir diğer reseptör α1 reseptörüdür. Bu reseptörün uyarõlmasõ ile karaciğer hücresinde Ca düzeyi artar. Bu durumda fosforilaz b kinaz fosforilasyon olmaksõzõn Ca tarafõndan allosterik olarak aktive edilir ve glikojen yõkõmõ gerçekleşir.
2.8. GLİKOLİZ
Glikoliz, Grekçede şekerin erimesi anlamõna gelir. Biyokimyasal olarak glukozun enerji vermek üzere aerobik şartlarda pirüvata, anaeorobik şartlarda laktata kadar yõkõlmasõdõr. Embden-Meyerhof metabolik yolu olarak da bilinen glikolizde birbirini izleyen reaksiyonlar tamamen sitoplazma içinde cereyan eder. Glikolizin tüm reaksiyon denklemi aşağõda gösterildiği gibidir.
glukoz + 2 ADP + 2 NAD+ + 2 Pi → 2 pirüvat + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O
I - Glikolizin ilk reaksiyonu glukozun fosforilasyonudur. Hekzokinazõn katalizlediği bu reaksiyonda glukoz-6-fosfat oluşur.
II - İkinci reaksiyonda fosfoheksoz izomeraz , glukoz-6-fosfatõ fruktoz-6-fosfata çevirir. Tersinir bir reaksiyondur.
III - Glikolizin bu reaksiyonu fosfofruktokinaz-1 enzimi tarafõndan yürütülür. ATP harcanmasõyla gerçekleştirilen bu aşama, glikolizin kontrolü açõsõndan son derece önemlidir ve geriye dönüşümlü değildir. Bu reaksiyonda fruktoz-6-fosfat, fruktoz-1,6- bifosfata çevrilir.
IV - Glikolizin bu aşamasõnda fruktoz-1,6-bifosfat, aldolaz la ortadan 2 ye bölünür.
Su molekülü sokulmadan gerçekleşen bu reaksiyon sonucunda birbirinin izomeri olan 2 trioz fosfat oluşur. Bunlardan biri dihidroksiaseton fosfat diğeri gliseraldehid-3-fosfat tõr.
Oldukça endergonik(sağa doğru işlemesi için enerji verilmesi gereken) olan bu reaksiyon, organizma şartlarõnda ve glikoliz sõrasõnda dihidroksiaseton fosfat ve gliseraldehid-3-fosfatõn süratle harcanmasõ nedeniyle sağa doğru da kolaylõkla işler.
Bu nedenle iki yönlü olarak gösterilmiştir.
V - Bu aşamada dihidroksiasetonfosfat, izomeri olan gliseraldehid-3-fosfata çevrilir. Bu olayõ gerçekleştiren enzim trioz fosfat izomeraz dõr.
Glikolizin bu aşamasõnda ortamda iki adet gliseraldehid-3-fosfat bulunur ve izleyen reaksiyonlar bu nedenle bundan böyle iki kanal halinde cereyan eder.
VI- Glikolizin bundan sonraki aşamalarõ ürün almaya yönelik dönemlerdir. İlk olarak gliseraldehid-3-fosfat tan, inorganik fosfat ve NAD+ katõlõmõyla 1,3- Bifosfogliserat oluşur. Olayõ katalizleyen enzim gliseraldehid-3-fosfat dehidrogenaz dõr.
Glikolizin bu kademesinde üzerinde durulacak iki nokta vardõr. Yukarõda da görüldüğü gibi bu aşama, NAD+ ve inorganik fosfatõn katõlõmõ ile gerçekleşmiştir. O halde glikolizin bu noktadan itibaren devamõ için ortamda bu iki maddenin bulunmasõ şarttõr.
VII - Fosfogliserat kinaz, 1,3-Bifosfogliseratõn 1 nolu karbon atomuna bağlõ fosfat grubunu ADP ye nakleder ve böylece ATP ve 3-fosfogliserat oluşur.
Enerjice yüksek bir madde, enerjisini ATP sentezinde kullanarak daha düşük enerjili bir maddeye dönüştüğü için bu olay substrat düzeyinde bir ATP sentezi dir.
Eritrositlerde 1,3-Bifosfogiserat, bifosfogliserat mutaz tarafõndan 2,3- Bifosfogliserata çevrilir. 2,3-Bifosfogliserat eritrositlerin yükledikleri oksijeni salõvermeleri için gerekli bir maddedir. Dokularda 2,3-Bifosfogliserat konsantrasyonunun yükselmesi hemoglobinin oksijen yükünün boşalmasõna
yol açar. 2,3-Bifosfogliserat daha sonra 2,3-Bifosfogliserat fosfataz tarafõndan 3- Fosfogliserat ve Pi ye parçalanõr.
Yukarõdaki şekilde de görüldüğü gibi eritrositlerde 2,3-Bifosfogliserat oluştuğu zaman ATP oluşumu olmaz.
VIII - 3-Fosfogliserat, fosfogliserat mutaz tarafõndan 2-Fosfogliserata çevrilir.
IX - 2-Fosfogliserat içindeki fosfat grubunun ATP sentezine yatkõn bir hale getirilebilmesi için bu molekülün yeniden düzenlenmesi gerekir. Bu düzenleme enolaz tarafõndan gerçekleştirilir ve bir molekül su çõkmasõ ile 2-fosfogliserat tan fosfoenolpirüvat oluşur
Enolaz , florür tarafõndan inhibe edilen bir enzimdir. Herhangibir nedenle glikolizin durdurulmasõ gerektiğinde florür iyonunun bu özelliğinden yararlanõlõr.
X - Bu aşama glikolizin son aşamasõdõr. Pirüvatkinaz, fosfoenolpirüvattaki yüksek enerjili fosfat grubunu ADP ye aktarõr ve ATP oluşur. Bu esnada ortamdan bir adet proton (H+)alõnõr.
Fizyolojik şartlarda bu reaksiyon irreversibl dir.
XI - Glikolizin anaerobik şartlarda yürümesi durumunda ortama NAD+ sağlanmasõ amacõ ile VI reaksiyonda oluşan NADH+H+ õn indirgenmesi gerekir. Bu iş sitoplazmik bir enzim olan laktat dehidrogenaz tarafõndan başarõlõr. Glikolizin ek reaksiyonu olan bu evrede pirüvat laktata indirgenirken NADH+H+ da NAD+ ya yükseltgenir.
Glikoliz ve evreleri Şekil 2.11. de topluca görülmektedir.
9. Glikolizdeki ATP kazancõ
Glikoliz hem ATP sarfõ hem de ATP kazancõ ile seyreden bir metabolik yoldur. Bu konu ile ilgili açõklama aşağõda verilmiştir.
HO
OH
CH2-OH
O
OH OH H H
H
H
H glukoz
ATP ADP
HO
OH
CH2-O-
O
OH OH H H
H
H
H
P
glukoz-6-fosfat
I
II
P CH2-OH CH2-O-
O
H
OH
H
H
OH OH
fruktoz-6-fosfat
ATP ADP III
P CH2-O- CH2-O-
O
H
OH
H
H
OH OH
P
früktoz-1,6-bifosfat
O O H
H
H H
H
O P dihidroksiaseton fosfat
IV O V
H H
O H
H
H
O P
gliseraldehit-3-fosfat
NAD+
NADH+H+ Pi
V I
O O P
H OH
O P
H H
1,3-bifosfogliserat
V II
ADP ATP
O O
H OH
O P
H H
3-Fosfogliserat
V III O
O H O
O H
H P
2-Fosfogliserat
IX O
O O H
H H P
Fosfoenolpirüvat
ADP
ATP X O
O O
H H
H
pirüvat
X I NADH+H+
NAD+
O
O OH
H H H H
laktat
GLİKOLİZ EVRELERİNE TOPLU BAKIŞ
X2
Glikoliz Enzimleri :
I Hekzokinaz
II Fosfoheksoz izomeraz III Fosfofrüktokinaz IV Aldolaz
V Fosfotrioz izomeraz V I Gliseraldehit-3-fosfat dehidrogenaz
V II Fosfogliserat kinaz V III Fosfogliserat mutaz IX Enolaz
X Pirüvat kinaz
X I Laktat dehidrogenaz
2.9. ALKOLİK FERMENTASYON
Maya hücreleri (örneğin bira mayasõ, hamur mayasõ) glikolizi farklõ bir ürünle sonlandõrõrlar. Bu ürün etil alkol dür ve olay da alkolik fermentasyon olarak isimlendirilir. Burada da amaç NAD+ oluşturarak glikolizin devamõnõ sağlamak bir başka deyişle glikoliz sõrasõnda oluşan NADH + H+ õ okside etmektir. Maya hücrelerinde bulunan enzimler reaksiyonu etil alkol oluşacak biçimde yönlendirirler.
Alkolik fermentasyonda glikoliz ürünü olarak oluşan pirüvat, önce pirüvat dekarboksilazla asetaldehide dönüştürülür.
Asetaldehid de alkol dehidrogenazla etanole çevrilir. Bu sõrada NADH + H+ õn oksidasyonu yani NAD+ şekline dönüşümü sağlanõr.
2.10. GLİKOLİZİN KONTROLU
Buraya kadar glikoliz ile ilgili tüm reaksiyonlarõ gözden geçirmiş olduk. Çok iyi anlaşõlacağõ gibi glikoliz, glukoz kullanarak ATP eldesine yönelik bir metabolik yoldur.
Bu nedenle organizmada glukoz düzeyi düşük ise glikoliz yavaşlamalõ, yüksek ise hõzlanmalõdõr veya olaya ATP yönünden bakõldõğõnda, ATP düzeyi yetersiz ise glikolitik yol çalõşmalõ, yeterli ise durmalõdõr. Tüm bu olaylar glikolizin hassas bir biçimde kontrolunu gerektirir .
Glikolizin kontrolu, bu metabolik yolda geriye dönüşü olmayan 3 reaksiyonu katalizleyen 3 enzim aracõlõğõ ile yapõlõr. Şekil 2.11. de de görüldüğü gibi bu enzimler:
1) Hekzokinaz 2) Fosfofrüktokinaz 1 3) Pirüvat kinaz dõr.
1) Hekzokinaz, ürünü olan glukoz-6-fosfat tarafõndan inhibe edilir. Ancak bu olay hekzokinaz benzeri görev yapan glukokinaz için geçerli değildir. Hatõrlanacağõ gibi sadece karaciğerde bulunan glukokinaz özellikle yüksek glukoz konsantrasyonlarõnda glukoz-6-fosfat üretmeye devam eder ve glikojen üretimini destekler.
2) Fosfofrüktokinaz 1, glikolizi kontrol eden en önemli enzimdir (key enzyme).
Allosterik bir enzim olan fosfofrüktokinaz 1, ATP ve sitrat tarafõndan inhibe edilirken fruktoz-2,6-bifosfat tarafõndan aktive edilir
Fruktoz-2,6-bifosfat son yõllarda keşfedilen bir allosterik modülatördür.
Fosfofrüktokinaz 2 olarak isimlendirilen bir enzim ATP harcayarak fruktoz-6-fosfatõ fruktoz-2,6-bifosfata çevirir.
Fruktoz-2,6-bifosfat ta fruktoz-2,6-bifosfataz (fruktoz bifosfataz2 )ile fruktoz-6- fosfat ve Pi ye parçalanõr.
Buradaki enterasan olan nokta, fosfofruktokinaz 2 ve fruktoz-2,6-bifosfataz aktivitelerinin aynõ protein molekülünde yer almasõdõr. Enzimolojide bu tip enzimlere çift kişilikli enzim (tandem enzyme ) denir. Bu enzimlerde aktivasyon türünü enzim molekülünde yer alan serin amino asidinin fosforilasyonu belirler. Nitekim fosforile enzim fruktoz-2,6-bifosfataz 2 aktivitesine sahipken defosforile enzim fosfofruktokinaz 2 görevi yapar. Bütün bu anlatõlanlardan çõkan önemli sonuç fruktoz-2,6-bifosfat
konsantrasyonun organizmanõn durumuna göre değişebilmesi ve bunun da fosfofruktokinaz 1 aktivitesini etkilemesidir. Örneğin hiperglisemide glikoliz hõzlanõr.
Olayõn oluş mekanizmasõnõ şu şekilde açõklamak mümkündür. Hiperglisemi nedeni ile insülin salgõlanõr. Bu hormon, fosfodiesterazõ aktive ederek cAMP düzeyini düşürürür (bak sayfa 42). Düşük cAMP nedeniyle fosforilasyon azalõr. Bu durum fosfofruktokinaz 2 aktivitesinin artmasõna yol açar. Bu da artmõş fruktoz-2,6-bifosfat→ hõzlanmõş fosfofruktokinaz 1 ve sonuç olarak hõzlanmõş glikoliz demektir.
Fosfofrüktokinaz 1 aktivitesinin kontrolü ile ilgili bilgiler şematik olarak Şekil 2.12.
de görülmektedir.
Şekil 2.12. Fosfofruktokinaz 1 in kontrolu.
Epinefrinin kas hücrelerinde glikolizi hõzlandõrõcõ etkisi vardõr. Bilindiği gibi karaciğerde β adrenerjik stimülasyon cAMP miktarõnõn artmasõna, glikolizin yavaşlamasõna, glukoneogenezisin artmasõna yol açar. Oysa ki epinefrin kas dokusunda glikojenolizi hõzlandõrõr,oluşan glukoz-6-fosfat glukoz olarak kana geçemediği için glikolize kayar, früktoz-6-fosfat sentezi artar. Bilindiği gibi fruktoz-6-
fosfat, früktoz-2,6-bifosfat için ön maddedir. Özetle epinefrin kas dokusunda früktoz- 2,6-bifosfat konsantrasyonunu artõrõr, bu madde de fosfofruktokinaz1 i aktive eder ve sonuçta glikolizi hõzlandõran bir etkiye ortaya çõkar.Epinefrin kas dokusunda glikolizi hõzlandõrõr ve daha fazla ATP ve laktat üretilmesine neden olur.
3) Pirüvat kinaz da glikolizin son kontrol enzimidir. ATP allosterik olarak bu enzimi inhibe eder.Alanin, pirüvat kinazõ inhibe ederken fruktoz-1,6-bifosfat aktivatör görevi yapar. Pirüvat kinazõn bir başka kontrol şekli fosforilasyon-defosforilasyon mekanizmasõdõr. Fosforile enzim inaktifken defosforile enzim aktif formundadõr.
Pirüvat kinazõn kontrolü Şekil 2.13 te görülmektedir.
Şekil 2.13. Pirüvat kinazõn kontrolu.
Aneorobik organizmalarda oksijen glikolizi yavaşlatõr. Bu olaya Pasteur etkisi denir. Açõklama için 67. Sayfaya bakõnõz.
2.11. PİRÜVAT METABOLİZMASI
Mitokondriye sahip ve aerobik olan hücrelerde pirüvat mitokondri içine girer. Bu olay özel bir transport sistemi ile (kolaylaştõrõlmõş diffüzyon) gerçekleşir . Pirüvat mitokondride pirüvat dehidrogenaz enzim kompleksi tarafõndan oksidatif dekarboksilasyon işlemine tabi tutularak asetil-KoA ya çevrilir. Reaksiyonun genel denklemi aşağõda gösterilmiştir.
Yukarõda da görüldüğü gibi bu reaksiyon irreversbl dir ve oldukça kompleks bir reaksiyondur. Olayõ yürüten pirüvat dehidrogenaz enzim kompleksi 3 farklõ enzimden oluşmuştur. Bunlar:
E1 Pirüvat Dehidrogenaz E2 Dihidrolipoil transasetilaz
E3 Dihidrolipoil dehidrogenaz enzimleridir. Olayda görev alan 5 koenzim de sõrasõyla şunlardõr:
1) Tiyamin pirofosfat (TPPH) 2) KoA-SH
3) Lipoik asit (okside ve redükte formlar) 4) FAD/FADH2
5) NAD+/NADH+H+
Pirüvat õn oksidatif dekarboksilasyonu Şekil 2.14 te topluca gösterilmiştir.
Görüldüğü gibi TPPH a bağlanan pirüvat, pirüvat dehidrogenaz tarafõndan dekarboksile edilir. Ürün olarak hidroksietil tiyamin difosfat meydana gelir. Daha sonra bu bileşik, bünyesindeki asetil grubunu dihidrolipoil transasetilaz yardõmõyla KoA-SH ya aktarõr. Bu aktarma reaksiyonunda okside lipoik asit koenzim görevi yapar. Ancak görevi bittiği zaman lipoik asit redükte forma geçmiştir. Bundan sonraki reaksiyonlarda ise lipoik asit tekrar okside forma rejenere edilirken hidrojen ve elektronlar sõrasõyla FAD ve NAD+ ye aktarõlõr. Bu son aşamadaki işlemler dihidrolipoil dehidrogenaz tarafõndan katalizlenir.
Şekil 2.14. Pirüvatõn oksidatif dekarboksilasyonu
2.12. SİTRİK ASİT SİKLÜSÜ
Aerobik organizmalarda enerji veriminin en yüksek olduğu metabolik yol sitrik asit siklüsüdür. Bu metabolik yol, 3 karboksilli asitler içerdiği için Tri Carboxylic Acid siklüsü, kõsaca TCA siklüsü veya siklüs reaksiyonlarõnõ keşfeden Sir Hans Krebs in ismine izafeten Krebs Siklüsü isimlerini alõr.
Şekil 2.15. Sitrik Asit Siklüsü reaksiyonlarõ
Siklüs reaksiyonlarõ okzaloasetatla başlar ve bir çok ara üründen sonra yine okzaloasetatla sonuçlanõr (Şekil 2.15). Bu nedenle olaylar dönen değirmen taşõna
benzetilebilir. Taş her dönüşünde 1 asetil-KoA öğütür. KoA-SH ilk reaksiyonda ayrõldõktan sonra geriye kalan asetil ünitesi CO2 ve H2O ya ayrõşõr.
Sitrik asit siklüsü kaynak olarak karbonhidrat ve yağlardan gelen asetil-KoA lar dõşõnda, amino asitlerden gelen karbon iskeletleri ile de beslenir. Ancak bir amino asidin bu siklüse girebilmesi için parçalandõğõ zaman geriye kalan iskeletin, sitrik asit siklüsünün ara maddelerine aynen benzemesi gerekir. Bu itibarla sitrik asit siklüsü sadece karbonhidratlarõn değil amino asit ve yağlarõn da kullanõldõğõ bir metabolik yoldur.
Sitrik asit siklüsünün tüm reaksiyonlarõ mitokondri matriksinde geçer. Bu reaksiyonlarõn tüm amacõ redükte koenzimler (NADH+H+ ve FADH2) oluşturmaktõr.
Bu koenzimler daha sonra ATP sentezi için mitokondri iç zarõndaki elektron transport zincirine aktarõlõr.
Sitrik asit siklüsünde birbirini izleyen 8 reaksiyon vardõr.
1. Siklüsün ilk reaksiyonunda okzaloasetat asetil-KoA ile birleşir. Ürün olarak sitrat ve KoA-SH meydana gelir. Bu reaksiyon sitrat sentaz tarafõndan katalizlenir, kuvvetle ekzergoniktir ve siklüsün kontrolünde önemli bir nokta oluşturur.
2. Siklüsün bu evresinde sitrat, akonitaz tarafõndan önce cis-akonitata daha sonra izositrata çevrilir. Ara ürün olan cis- akonitat reaksiyon sõrasõnda enzimin aktif merkezini terketmez ,yani serbestleşmez. Olayõn bir diğer yönü ilk aşamada reaksiyondan ayrõlan suyun ikinci aşamada tekrar devreye girmesidir.
3. Bu evrede izositrat dehidrogenaz, izositratõ önce okside eder ve okzalosüksinat meydana gelir. Daha sonra aynõ enzim dekarboksilasyon işlemini gerçekleştirir ve sonuçta α-keto glutarat oluşur. İzositrat dehidrogenazõn NAD+ ve NADP+ yi koenzim olarak kullanan iki izoenzimi vardõr. Birinci izoenzim sadece mitokonride, ikinci izoenzim ise hem mitokondri hem de sitoplazmada bulunur. İzositrat dehidrogenaz reaksiyonu irreversibl olup ilk redükte koenzimlerin oluştuğu evredir.
4. TCA siklusunun 4. reaksiyonunda α-ketoglutarat dehidrogenaz enzim kompleksi α- ketoglutaratõ süksinil-KoA ya çevirir. Bu reaksiyon tümüyle pirüvat dehidrogenaz enzim kompleksinin katalizlediği pirüvatõn oksidatif dekarboksilasyonu reaksiyonuna benzer. Farklõ olan sadece pirüvat dehidrogenaz yerine α-ketoglutarat dehidrogenazõn geçmesidir. Diğer enzim ve koenzimler burada da aynen mevcuttur.
Alfa-ketoglutaratõn oksidasyon enerjisi süksinil-KoA daki tiyoester bağõnda saklõ tutulur.
5. Bu kademede süksinil-KoA süksinata çevrilir. Süksinil-KoA daki yüksek enerjili tiyoester bağõ enerjisi GDP den GTP sentezinde kullanõlõr. Bu olay sübstrat düzeyinde bir fosforilasyondur Reaksiyonu katalizleyen enzim süksinat tiyokinaz veya süksinil-KoA sentetaz olarak adlandõrõlõr. Ürün olarak oluşan GTP, nükleosid difosfat kinaz ile ATP ye çevrilir. Sonuç olarak bu kademenin net ürünleri süksinat ve ATP dir.
6. Siklüsün 6. aşamasõnda süksinat fumarata çevrilir. Bu reaksiyonun enzimi süksinat dehidrogenaz dõr. TCA siklüsünün diğer enzimlerinin aksine bu enzim mitokondri iç zarõna yerleşmiştir ve koenzim olarak FAD kullanõr. Bu reaksiyonda oluşan FADH2 hidrojen ve elektronlarõnõ Koenzim Q (ubikinon) ya aktardõğõ için oluşan ATP her hidrojen çifti başõna 3 değil 2 mol dür. Aşağõdaki şekilde de görüldüğü gibi yapõ bakõmõndan süksinata çok benzeyen malonat, süksinat dehidrogenazõn kompetitif inhibitörüdür.
7. Bu aşamada fumarat, fumaraz tarafõndan L- malata çevrilir. Stereospesifik olan fumaraz sadece L-malat oluşturur veya reaksiyonun tersine işlemesi halinde L-malatõ sübstrat olarak kullanõr.
8. TCA siklüsünün son aşamasõnda L- malat, malat dehidrogenaz tarafõndan okzaloasetata çevrilir. Standart şartlarda ileri derecede endergonik olan bu reaksiyon, okzaloasetatõn süratle kullanõlarak konsantrasyonunun düşürülmesi nedeniyle sağa doğru da kolayca işler.
2.13. PİRÜVAT DEKARBOKSİLASYONU VE SİTRİK ASİT SİKLÜSÜNÜN KONTROLU
Pirüvatõn mitokondriye girdikten sonra CO2 ve H2O ya kadar yõkõlmasõ ATP oluşumu ile beraber gider. O halde organizmanõn ATP ye ihtiyacõ olduğu zaman pirüvat yõkõmõ gerçekleşmeli, aksi taktirde yavaşlatõlmalõ veya durdurulmalõdõr. İşte kontrol olayõnõn temel kuralõ budur. Sonuç olarak ATP ve ATP oluşumuna yol açacak olan her türlü metabolit pirüvat dekarboksilasyonu ve sitrik asit siklüsünü yavaşlatõrken, organizmanõn ATP açõğõnõn göstergesi olan maddeler de bu olaylarõ hõzlandõrõrlar.
Pirüvatõn oksidatif dekarboksilasyonundaki regülatuar enzim pirüvat dehidrogenazdõr. Bu enzim hem allosterik hem de kovalan modifikasyonla regüle edilir. AMP, Ca2+ ve NAD+ bu enzimi allosterik olarak aktive ederken, asetil-KoA, ATP , NADH ve yağ asitleri inhibe ederler. Öte yandan aynõ enzimdeki spesifik serin kökü fosforile olduğu zaman enzim inaktif konuma geçer, defosforilasyon ise aktiviteyi yeniden kazandõrõr.
Şekil 2.16 Pirüvat Dehidrogenazõn kovalan modifikasyonla kontrolu
Sitrik asit siklüsünün kontrolunda da aynõ temel kural işler. Sübstratlarõn varlõğõ, biriken ürünlerin oluşturduğu inhibisyon ve siklüsün son ürünleri olarak ortaya çõkan metabolitlerin yarattõğõ allosterik regülasyon bu metabolik yoldaki kontrolu sağlayan mekanizmalardõr. Regülasyon 3 enzim üzerinden sağlanõr.
1. Sitrat sentaz: Bu enzimin kontrol mekanizmasõ iyi bilinmemektedir Aktivatör: ADP
İnhibitör: ATP, NADH, süksinil KoA ve sitrat.
2. İzositrat Dehidrogenaz:
Allosterik aktivatör: Ca2+, ADP Allosterik inhibitör: NADH
E. Coli de kovalan modifikasyonla regülasyon gösterilmiş. Fosforilasyonla inaktif, defosforilasyonla aktif enzim formu oluşuyor.
3. Alfa-ketoglutarat dehidrogenaz Aktivatör: Ca2+
İnhibitör: NADH ve süksinil-KoA nõn inhibitör etkisi in vitro olarak gösterilmiş
Pirüvat Asetil-Ko NAD
Asetil-Ko Ko-S
NAD+ (-)
(-) (+
(+)
Okzaloasetat
Sitrat
α
Süksinil-KoA Süksinat
Malat
Fumarat
Ko-S
?
-NADH +ADP,Ca2+
+Ca2+
- ketoglutarat Izositrat
Şekil. 2.16. Pirüvat dekarboksilasyonu ve Sitrik asit Siklüsünün Kontrolu
2.14. SİTRİK ASİT SİKLÜSÜNÜN METABOLİK ÖNEMİ
Sitrik asit siklüsü birçok metabolik yolun birleştiği bir noktada yer alõr. Bu nedenle karbonhidratlardan başka yağlar, amino asitler, nükleotidler ve porfirinlerin bu metabolik yolla ilişkileri vardõr. Daha ilerde göreceğimiz gibi karbonhidrat olmayan maddelerden glukoz sentezi de bu metabolik yolun reaksiyonlarõnõn kullanõlmasõ ile gerçekleşir.
Sitrik asit siklüsünde yer alan ara metabolizma maddeleri,bir katalizör gibi görev yaparak nisbeten ufak miktarlarõ ile çok miktardaki substratõn ürünlerine dönmesine yol açar. Örneğin pirüvatõn oksidatif dekarboksilasyonu, yağlarõn oksidasyonu sonunda meydana gelen asetil-KoA lar katalitik dozdaki OAA yardõmõyla parçalanmaya uğrar. Bu nedenle siklüs ara maddelerinin konsantrasyonlarõnõn
korunmasõ hayati önem taşõr. Sitrik asit siklüsü ile metabolik bağlantõsõ olan yollar Şekil 2.17 da bir arada görülmektedir.
Okzaloasetat
Sitrat
α -ketoglutarat
Süksinil-KoA Süksinat
Malat
Fumarat
Aspartat
Asetil-KoA Karbonhidratlar
Amino asitler,üre pirimidin nükleotidleri
Pirüvat Alanin
Yag asitleri, steroidler
Propiyonil-KoA
Porfirinler
Glutamat CO2
Izositrat
Bazi amino asitler
Şekil 2.17. Sitrik asit siklüsü ile metabolik ilişkisi olan yollar.
2.15. BİR MOL GLUKOZUN AEROBİK OLARAK OKSİDASYONU İLE ELDE EDİLEN ATP MİKTARI
Bir mol glukoz hücreye girdiği zaman bundan 2 mol pirüvat ve bununda mitokondride parçalanmasõ ile 6 mol CO2 ve 6 mol H2O meydana gelir. Bu esnada açõğa çõkan enerji yardõmõyla substrat düzeyinde fosforilasyon ve oksidatif fosforilasyonla ATP sentezi gerçekleşir. Aşağõdaki tabloda hangi reaksiyon aşamasõnda, hangi mekanizmayla, kaç adet ATP sentezlendiği gösterilmiştir.
Tablo 2.1. Glikoliz, pirüvatõn oksidatif dekarboksilasyonu ve sitrik asit siklüsünde oluşan ATP miktarlarõ
REAKSİYON AŞAMASI OLUŞUM MEKANİZMASI ATP SAYISI Glikoliz Substrat düzeyinde fosforilasyon 2
Glikoliz Oksidatif fosforilasyon 6
Pirüvat dekarboksilasyonu Oksidatif fosforilasyon 6 İzositrat dehidrogenaz Oksidatif fosforilasyon 6
Alfa-ketoglutarat dehidrogenaz
Oksidatif fosforilasyon 6 Süksinat tiyokinaz Substrat düzeyinde fosforilasyon 2 Süksinat dehidrogenaz Oksidatif fosforilasyon 4 Malat dehidrogenaz Oksidatif fosforilasyon 6
TOPLAM
__
38
2.15.1. PASTEUR ETKİSİ
Pasteur etkisi , oksijenin enerjisini anaerobik glikolizden sağlayan organizmalarda örneğin fakültatif anaerob bakterilerde glikolizi inhibe etmesidir. Bu olay, enerji eldesi yönünden glukoz metabolizmasõndaki kontrolun tipik bir örneğidir.
Enerjisini sadece anaerobik glikolizle sağlayan organizmalar 1 mol glukoz başõna sadece 2 mol ATP sağlarken mitokondri ve oksijen varlõğõnda glukoz kullanan organizmalar 38 mol ATP elde ederler. Bu da eş değer miktardaki ATP eldesi için anaerob organizmalarõn aerob organizmalara göre yaklaşõk 18 kat daha fazla glukoz kullanmasõ demektir. Sonuç olarak ATP nin glikoliz dõşõnda TCA siklüsü kullanõlarak elde edildiği durumlarda (hangi durumlarda? Buraya açõklama getirebilirsiniz) glikoliz inhibe edilmeli ve daha az glukoz kullanõlmalõdõr. Bu da aşağõdaki kontrol düzenekleri ile sağlanõr.
1. Yeterli ATP düzeyõ fosfofrüktokinaz 1 ve pirüvat kinaz enzimlerini inhibe eder.
2. Bu enzimlerin inhibisyonu sonucu yavaşlayan glikolize bağlõ olarak glukoz-6- fosfat birikir. Bu metabolit karaciğer dõşõ dokularda hekzokinazõ inhibe ederek hücreye glukoz girişini yavaşlatõr.
2.16.PENTOZ FOSFAT YOLU
Glukoz metabolizmasõnõn bu bölümünde glukoz, enerji eldesi için değil, daha başka amaçlarla kullanõlõr. Pentoz fosfat yolunun oksidatif nitelikli ilk aşamasõnda glukoz, ribuloz-5-fosfat ve CO2 ye parçalanõrken NADPH+H+ sentezlenir. Beş karbonlu ribuloz-5-fosfat yeniden glukoz-6-fosfat sentezi için kullanõldõğõ gibi nükleik asitlerin sentezi için gerekli riboz kaynağõnõ oluşturur. Redükte koenzim II dediğimiz NADPH+H+ ise oksidatif saldõrõya karşõ kullanõldõğõ gibi yağ asidi, kolesterol ve steroid hormon sentezlerinde de kullanõlõr. Pentoz fosfat yolunun genel reaksiyon denklemi aşağõda gösterilmiştir:
Pentoz fosfat yolunun oksidatif aşamasõnda 3 glukoz-6-fosfattan 3 CO2, 6 NADPH+H+ ve 3 riboz meydana gelir. İkinci aşama reorganizasyon dönemidir.
Burada 3 riboz kendi aralarõnda düzenlemeler yaparak sonunda 2 glukoz-6-fosfat ve 1 gliseraldehid-3-fosfat oluştururlar.
Pentoz fosfat yolunun reaksiyonlarõnõ genel olarak inceledikten sonra şimdi olayõn ayrõntõlarõna girelim
1- Metabolik yolun ilk ve en önemli reaksiyonu glukoz-6-fosfat dehidrogenaz tarafõndan katalizlenir. Bu reaksiyonda glukoz-6-fosfat , 6-fosfoglukonata çevrilirken ilk NADPH + H+ da oluşur. Reaksiyon 6-fosfoglukanolakton üzerinden gerçekleşir.
2- 6-fosfoglukonat, 6-fosfoglukonat dehidrogenaz tarafõndan oksidatif dekarboksilasyonla ribüloz-5-fosfata çevrilirken ikinci NADPH + H+ da sentezlenir ve CO2 açõğa çõkar.
Pentoz fosfat yolunun oksidatif aşamasõ böylece tamamlandõktan sonra bu kez, oluşan ribüloz-5-fosfat molekülleri arasõnda reorganizasyon başlar.
3- Üç molekül ribüloz-5-fosfat, ribüloz-5-fosfat epimeraz ve ribüloz-5-fosfat keto izomeraz ile epimeri olan ksilüloz-5-fosfat ve ketoizomeri olan riboz-5-fosfata çevrilir.
4- Ksilüloz-5-fosfattaki ketol grubu transketolaz ile riboz-5-fosfata aktarõlõr ve böylece 7 karbonlu sedoheptüloz -7-fosfat oluşur. Ksilüloz-5-fosfattan geriye kalan ise gliseraldehid-3-fosfattõr.
5- Sedoheptüloz-7-fosfattaki aktif dihidroksiaseton grubu transaldolaz enzimi ile gliseraldehid-3-fosfata aktarõlõr. Bu kez ürün olarak früktoz-6-fosfat ve eritroz-4-fosfat ortaya çõkar.
6- Transketolaz reaksiyonu ikinci kez cereyan eder. Reorganizasyon için yukarõlarda sõra bekleyen ikinci ksilüloz-5-fosfatõn ketol grubu eritroz-4-fosfata aktarõlõr. Sonuçta früktoz-6-fosfat ve gliseraldehid-3-fosfat oluşur.
