GLIKOLIZIN REGÜLASYONU VE

GLUKONEOGENEZ

Yrd. Doç. Dr. Hayrullah Yazar

SAÜ Tıp Fak. Tıbbi Biyokimya

SAKARYA 2014

1

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: Hücrede reaktan (ara ürün) ve

ürünlerin konsantrasyonları dengeye geldiği zaman substratın availabilitesi reaksiyonun hızını belirler.

b) Enzime-bağlı: Substrat ve ürünlerin konsantrasyonu

dengeden uzaksa enzimin aktivitesi reaksiyonun hızını belirler. Bu reaksiyonlar tüm yolun akıĢını kontrol ederler.

3

GLĠKOLĠZDE TÜM YOLUN AKIġINI REGÜLE EDEN ÜÇ ENZĠM BASAMAĞI VARDIR.

I. Hexokinase (HK) II.Phoshofructokinase (PFK-I) III.Pyruvate kinase

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 inhibitördür. 5

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 regüle edilir: Fosforilasyon inhibe eder. 7

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.

9

Glukoz non-karbohidrat prekürsörlerden GLUKONEOGENEZ ile sentezlenir.

10

Glukoneogenik yolda PĠRUVAT GLUKOZA çevrilir.

PĠRUVAT GLUKOZ → → → → →

GLUKONEOGENEZ

GLĠKOLĠZ

Glukoneogenez glikolizin basit olarak tersi değildir.

11

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.

13

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.

15

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

17

Glukoneogenezi Besleyen Metabolitler

Ana Yol

18

GLUKONEOGENEZIN SUBSTRATLARı

Laktat

Piruvat

Amino asitler

Gliserol

Propionat

19

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

21

GLUKOZ ALANIN DÖNGÜSÜ

22

23

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.

25

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

27

28

29

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.

31

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

33

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

35

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.

37

38

39

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

41

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.

43

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.

45

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.

Note: Some of the material above has been taken from the internet media and only used for educational purposes.