KARBOHĠDRAT METABOLĠZMASI. Hazırlayanlar: Prof. Dr. Nuriye AKEV Prof.Dr. AyĢe CAN

Transkript

1 KARBOHĠDRAT METABOLĠZMASI Hazırlayanlar: Prof. Dr. Nuriye AKEV Prof.Dr. AyĢe CAN

2 Karbohidratların sindirimi ve emilimi Besinlerin % 60 ı karbohidrat Ağız İnce bağırsaklar Monosakkaridler Emilme Kan Dokular

3

4 Ağızda -Amilaz ( -1,4-glukan-4-glukanohidrolaz = tükürük amilazı=pityalin) Nişasta moleküllerinin iç kısımlarındaki - (1 4) glukozid bağlarını hidroliz eder. -Amilaz ın nişastanın amilopektin kısmındaki -(1 6) glukozid bağlarına etkisi yoktur.

5 Sınır dekstrinleri: En küçükleri dört tane -Dglukoz içerir. -(1 4) ve -(1 6) glukozid bağları vardır. Sınır dekstrini terimi, bu dekstrinlerin -amilaz ın amilopektin üzerine etkisinin sınırı olmalarından ileri gelir. -Amilaz ın etkisiyle meydana gelen ürünler Maltoz: -(1 4) glukozid bağı ile bağlı iki - D-glukoz Ġzomaltoz (maltozun izomeri): -(1 6) glukozid bağı ile bağlı iki -D-glukoz Dekstrinler: -(1 4) glukozid bağı ile bağlı dört veya daha fazla sayıda -D-glukoz

6 Ġnce bağırsakta Pankreas öz suyundan -Amilaz Bağırsak mukozasındaki oligodekstrin-6- glukanohidrolaz (= dallanmayı bozucu enzim = debranching enzyme) izomaltozları ve sınır dekstrinlerindeki -(1 6) glukozid bağlarını hidroliz eder Bağırsaktan salgılanan -glukozidaz, maltozdaki -(1 4) glukozid bağlarını hidroliz eder Son ürün: GLUKOZ

7 Nişasta Amiloz Tükürükte ve pankreas özsuyunda bulunan -amilaz Amilopektin -( 4) glukozid bağlarını hidroliz eder Maltozlar Dekstrinler -amilaz %13 -D-glukozlar %87 Maltozlar -( Maltozlar İzomaltozlar Sınır dekstrinleri Bağırsak mukozasında bulunan oligodekstrin-6-glukanohidrolaz 6) glukozid bağlarını hidroliz eder Maltozlar Bağırsakta bulunan -glukozidaz maltozdaki -( 4) glukozid bağlarını hidroliz eder -D-Glukozlar

8 Sakkarozun sindirimi İnce bağırsaklarda: -D-fruktofuranozid fruktohidrolaz (=sukraz) Ürünler: -D-Glukoz + -D-Fruktoz

9 Laktozun sindirimi İnce bağırsaklarda -galaktozidaz Ürünler: -D-Glukoz + -D-Galaktoz

10 Laktoza tahammülsüzlük=laktoz intoleransı Laktoz intoleransına sahip hastalar 3 grupta toplanabilir: 1- Konjenital (doğuştan) laktoz intoleransı 2- Mukoza hasarına bağlı laktoz intoleransı; - Akut gasroenterit - Giardiasis ya da ascariasis gibi parazit hastalıkları - Crohn hastalığı - Çölyak hastalığı (Gluten enteropatisi) - Radyasyon ve kemoterapiye bağlı barsak hasarlanmaları - İnce barsak lenfomaları 3- İnce bağırsak rezeksiyonuna bağlı laktoz intoleransı

11 -Galaktozidaz ın doğuştan yokluğunda, laktoz ince bağırsaklarda parçalanamaz. Bu kişiler süt içtiklerinde, ince bağırsağa geçen laktoz, burada bakteriler tarafından fermentasyona uğrar, CO 2, H 2 ve organik maddeler oluşur. Bebek, kronik ishalden (laktoz su tuttuğu için) ve gazdan dolayı huzursuzdur. Kuzeydoğu Avrupa ülkeleri hariç tüm etnik gruplarda laktoza tahammülsüzlüğe rastlanır. Daha çok Asya ve Avrupa kökenliler ile siyah ırkta görülür.

12

13 Selülozun sindirimi Selülaz -glukozid bağlarını hidroliz eder Ürünler: -D-Glukoz + -D-Glukoz İnsan organizmasında bulunmaz

14 Monosakkaridlerin emilmesi Aktif taģınmaya bağlı Na+-glukoz simportu (incebağırsak ve böbrekte; SGLT- 1) - Aktif taģınma: Na + -K + ATP az pompası Na + hücre dışına atılırken, 2 K + hücre içine taşınır ve ATP harcanır. - Glukoz Na + ile birlikte hücre içine girerken, Na +, Na + -K + pompası tarafından hücre dışına atılır. Basit difüzyon: sindirim sırasında

15 KAN İNCE BARSAK BOŞLUĞU İNCE BARSAK EPİTEL HÜCRESİ

16 Aktif taģınmanın genel tipleri

17 Glukoz TaĢıyıcıları Ġle KolaylaĢtırılmıĢ Difüzyon Yüksek glukoz kons GLUT-1 Başta beyin olmak üzere tüm dokularda bulunur Düşük glukoz kons Glukoz un yakalanması ve kan-beyin bariyerinden geçmesinde rol alır GLUT-2 GLUT-3 GLUT-4 GLUT-5 KC, böbrek, incebağırsak ve pankreasın beta hücrelerinde bulunur Beyin, böbrek ve plasentada bulunur Kas, yağ dokusu ve iskelet kasında bulunur İncebağırsak ve böbrekte bulunur Glukoz un hızlı yakalanması ve salınımında rol alır Glukoz un yakalanmasında rol alır Insuline bağlı glukoz tutulumunda rol alır Glukoz ve fruktozun absorbsiyonunda rol alır

18 Glukoz, fruktoz, galaktoz ve diğer monosakkaridler ince bağırsaklarda Emilme, vena porta ile taşınma Karaciğer tarafından alınmayan glukoz genel dolaşıma geçer Karaciğer Genel dolaşımla dokulara gider (özellikle kas dokusuna) Glukoz dışındaki tüm monosakkaridler glukoza dönüşür (bu dönüşme monosakkaridlerin fosfat türevleri üzerinden olur) Glikojene dönüşür (glikojenez) Glukoz Enerji elde etmek için yükseltgenir (glikoliz) Yağ asidleri, amino asidler gibi maddelerin biosentezi

19

20 Kanda bulunan şeker GLUKOZ dur Açlık kan şekeri normalde: %70-110mg (NORMOGLİSEMİ) Yüksek olması: HĠPERGLĠSEMĠ Düşük olması: HĠPOGLĠSEMĠ Yemekten sonra: EMĠLME HĠPERGLĠSEMĠSĠ % mg BÖBREK EġĠĞĠ % mg, idrara glukoz çıkar: GLUKOZÜRĠ

21 Glikojen-Glukoz-Laktik asid Karaciğer glikojeni, kan glukozunun normal düzeyde tutulması için kana glukoz verir Kas glikojeni, kasın kasılması için gerekli enerjiyi sağlar Kas glikojeni Kas kasılması Laktik asid

22 Cori siklusu Kan glukozu K.C. glikojeni Laktik asid Gerty Cori ve Carl Cori 1947 Nobel Tıp Ödülü Kas glikojeni Glikoliz

23

24 GLĠKOJENEZ Tüm dokularda Glukoz Glikojen Mevcut glikojen moleküllerine -D Glukoz molekülleri katılır Glukozlar, uridin difosfat glukoz (UDPG) dan sağlanır

25 Glukoz UDP Uridin difosfat glukoz (UDPG) Urasil-Riboz-P-P-Glukoz Glikojen Glukoz Uridin difosfat + UDP-glukoz Glikojen (Glukoz) n (Glukoz) n+1 UDP

26 PPi Urasil-riboz-P-P-P + Glukoz-1-P (uridin trifosfat=utp) Urasil-riboz-P-P-glukoz (uridin difosfat=udp-glukoz) glukoz-p-uridililtransferaz

27

28 Glikojenezin basamakları 1. Basamak: Glukozun fosforilasyonu Fosforilasyon monosakkaridin tekrar hücre dışına çıkmasını engeller Kinaz lar katalizler 1 mol ATP harcanır

29 Glukozun fosforilasyonu Glukoz heksokinaz glukokinaz ATP Mg 2+ ADP Glukoz-6-P

30

31

32

33 2. Basamak: Glukozun 6 numaralı C atomundaki fosfat grubu 1 numaralı C atomuna aktarılır, Fosfoglukomutaz H OH C H - C - OH HO - C - H O H - C - OH H - C CH 2 OPO 3 H 2 Glukoz-6-fosfat H OPO 3 H 2 C H - C - OH HO - C - H O H - C - OH H - C CH 2 OH Glukoz-1-fosfat

34 3. Basamak: Glukoz-1-fosfat UDP-glukoza dönüşür Glukoz-1-P + UTP UDP-glukoz + PP i Enzim: glukoz-1-fosfat uridilil transferaz (UDP-glukoz pirofosforilaz)

35 4. Basamak: UDP-glukozun taşıdığı glukoz birimi mevcut olan glikojen molekülüne bağlanır Enzimler: -(1 4) Glukozid bağları için enzim Glikojen sentaz (UDP-glukoz-glikojen glikozil transferaz) -(1 6) Glukozid bağları için enzim: Dallandırıcı enzim ( -1,4-glukan: -1,4- glukan 6-glikozil transferaz)

36

37 C 14 glukoz molekülleri glikojen molekülleri dallandırıcı enzim yeni oluşmuş -(1 6) glukozid bağı Glikojenin oluģumu (Glikojenez)

38 Dikkat kısa not: Sentetazlar: Ligazlar sınıfından enzimlerdir. ATP vb. den açığa çıkan enerji yardımıyla moleküllerin birleşmesini kataliz ederler (Açil CoA sentetaz, Glutamin sentetaz) Sentazlar: Transferazlar grubuna dahildir (UDP-glukoz-glikojen glikozil transferaz = glikojen sentaz).

39 GLĠKOJENOLĠZ Karaciğerde glikojenden glukoz oluşumu. 1. Basamak Glikojen + P i Fosforilaz a Glukoz-1-P + Glikojen (glukoz) n (glukoz) n-1

40 Fosforilaz a = Glikojen fosforilaz Fosforilaz b (inaktif şekli) Aktif şekline dönüşmesi stres hormonlarının kontrolünde, birbirini takip eden enzimatik reaksiyonlar ile düzenlenir. Şelale reaksiyonları (İng. Cascade)

41

42 Fosforilaz a, yalnız -(1 4) glukozid bağlarını koparır Dekstrin-6-glukano hidrolaz = dallanmayı bozan enzim (1 6) glukozid bağlarını koparır. Bu enzim hem transferaz hem de hidrolaz aktivitesine sahiptir.

43 fosforilaz a transferaz hidrolaz Glukoz Glukoz-1-P dallanmayı bozan enzim dallanmayı bozan enzim Dallanmayı bozan enzim = Transferaz ve hidrolaz aktivitesine sahiptir

44 Glukoz-1-P

45 2. Basamak fosfoglukomutaz Glukoz-1-P Glukoz-6-P 3. Basamak Glukoz-6-P glukoz-6-fosfataz Glukoz + P i Sadece karaciğerde ve böbrekte, kasta olmaz

46 Glikojenez-glikojenoliz dengesi Glukoz-6-fosfat miktarının denetimiyle Glikojen miktarının denetimiyle ATP nin AMP ye oranı: ATP artarsa glikojenez hızlanır. AMP miktarı artarsa glikojenoliz hızlanır.

47 G L İ K O J E N O L P i glukoz-6-fosfataz (kasta yok) Dallanmayı bozan enzim fosforilaz a Glukoz Glukoz-6-P ATP fosfoglukomutaz glukokinaz ADP Glukoz-1-P UTP glukoz-1-p uridilil transferaz PP i UDP-glukoz ADP G L İ K O J E N İ Z P i glikojen sentaz dallandırıcı enzim ATP E Z Glikojen+UDP

48

49 Glukozun yıkılıģı Embden Meyerhof + Trikarboksilik asid siklusu = EM+TCA siklusu = Glikoliz + Krebs (sitrik asid) siklusu Pentoz fosfat yolu

50 Embden Meyerhof Parnas yolu Gustav Embden ( ) Alman Jakub Karol Parnas ( ) Rus Otto Fritz Meyerhof ( ) Alman 1922 Nobel Tıp ödülünü aldı

51 Hans Adolf Krebs Nobel Fizyoloji ; Götingen ve Freiburg Üniversitelerinde Tıp okudu. 1932; Alman Ordusunda askerliğini yaptı. Freiburg Üniv. ne döndü ve üre siklusunu keşfetti. 1933; Almanya da çalışmaktan men edildi ve İngiltere ye kaçtı. Cambridge ve Sheffield Üniv. ne davet edildi de sitrik asid siklusunu buldu.

52 Kaslarda KC, böbrek,yağ dokusu, tiroid vb. dokularda

53 GLĠKOLĠZ Glukozun ara reaksiyonlar üzerinden enzimatik olarak laktik asid veya piruvik aside yıkılmasıdır. Glikoliz reaksiyonları hücrenin sitosolünde meydana gelir.

54 Anaerobik glikoliz 1 mol Glukoz 2 mol Laktik asid 2 ATP kazanılır

55 Aerobik glikoliz 1 mol Glukoz 2 mol Piruvik asid Karaciğer ve kalpte 8 ATP Kas, sinir ve diğer dokularda 6 ATP kazanılır

56 Glikoliz Anaerobik glikoliz Glukoz (oksijene gereksinme yok) Aerobik glikoliz (oksijene gereksinme var) Glukoz 2CO H 2 O 2 mol Laktik asid 2 mol Piruvik (2ATP) oksidatif dekarboksilasyon iskelet kasında sinir hücresinde (6 ATP) karaciğerde kalpte (8 ATP) 2 mol Asetil-CoA (6 ATP) TCA siklusu 4 CO H 2 O (24 ATP)

57 Glikolizin safhaları 1. Glukozdan iki triozun meydana gelmesi: Dihidroksiaseton fosfat ve Gliseraldehid-3-fosfat. 2. Gliseraldehid-3-fosfatın piruvik asid veya laktik aside yıkılması.

58

59 H OH CH 2 OPO 3 H OH H 2- O H OH H OH glukoz-6-p ketol izomeraz CH 2 OPO 3 O H H OH 2- CH 2 OH OH H H Glukoz-6-fosfat Fruktoz-6-fosfat 2- CH 2 OPO 3 CH 2 OH O H OH H H OH H Fruktoz-6-fosfat fosfofruktokinaz 1 ATP ADP 2-2- CH 2 OPO 3 CH 2 OPO 3 O H OH H H OH H Fruktoz-1,6-bisfosfat

60 CH 2 OPO 3 H 2 C O H C O CH 2 OH HO C H aldolaz H C OH + C O H C OH CH 2 OPO 3 H 2 CH 2 OPO 3 H 2 H C OH Gliseraldehid-3-fosfat Dihidroksiaseton fosfat CH 2 OPO 3 H 2 Fruktoz-1,6-bisfosfat

61 3-Fosfogliserat 2-Fosfogliserat H C O NAD + +P i NADH+H + O C O ~ PO 3 2- H C OH H gliseraldehid-3-p dehidrojenaz CH 2 OPO 3 H 2 C OH CH 2 OPO 3 Gliseraldehid-3-fosfat 1,3-Bisfosfogliserat 2- O C O ~ PO 3 2- ADP ATP O C O H C OH H C OH CH 2 OPO 3 2-1,3-Bisfosfogliserat fosfogliserat kinaz CH 2 OPO Fosfogliserat H O C C O OH fosfogliserat mutaz H O C C O OPO 3 2- CH 2 OPO 3 2- CH 2 OH

62 H O C C O O O H C 2 O OPO 3 hidroliyaz 2-2- C O ~ PO 3 O ADP ATP piruvat kinaz C C O O CH 2 OH 2-Fosfogliserat H 2 O CH 2 2-Fosfoenolpiruvat CH 3 Piruvat O C O NADH+H + NAD + O C O C O CH 3 Piruvat laktat dehidrojenaz H C OH CH 3 Laktat

63

64 Glikojen fosforilaz a fosfoglukomutaz glukoz-6-fosfat ketol izomeraz Glukoz-1-fosfat Glukoz-6-fosfat Glukokinaz ADP ATP glukoz-6-fosfataz Glukoz Fruktoz-6-fosfat ATP fruktoz-1,6-bisfosfataz fosfofruktokinaz 1 ADP Fruktoz-1,6-bisfosfat fruktoz-1,6-bisfosfat gliseraldehid-3-fosfat liyaz (aldolaz) ketol izomeraz Gliseraldehid-3-fosfat Dihidroksiaseton fosfat NAD + + Pi gliseraldehid-3-fosfat dehidrojenaz NADH+H + solunum zinciri 1,3-Bisfosfogliserat ADP ATP:3-fosfogliserat-1-fosfotransferaz (fosfogliserat kinaz) ATP 3-Fosfogliserat D-fosfogliserat-2,3-fosfomutaz (fosfogliserat mutaz) 2-Fosfogliserat 2-fosfo-D-gliserat hidroliyaz (hidroliyaz) H 2 O 2-Fosfoenol piruvat ADP ATP piruvat fosfotransferaz (piruvat kinaz) ATP Piruvat NADH+H + laktat dehidrojenaz NAD + Laktat

65 1 mol Glukoz 2 mol Gliseraldehid-3-P 2 mol Laktik asid Gliseraldehid-3-fosfattan sonraki tüm reaksiyonlarındaki maddeler ikişer mol olarak reaksiyonlara katılır

66

67

68

69 Aerobik glikoliz sırasında sitosolde oluģan (NADH+H + ) lardaki proton ve elektronların mitokondrideki solunum zincirine iletilmesi Kaslarda ve diğer dokularda gliserolfosfat-dihidroksiaseton fosfat mekik sistemi kullanılır (FAD üzerinden). Kalp kasları ve karaciğerde ise malat (malik asid)-aspartat (aspartik asid) mekik sisteminden yararlanılır (NAD + üzerinden).

70 Mekik sistemleri NAD + NADH+H + Solunum zincirine 2 mol (Gliseraldehid-3-P) 2 mol (1,3-Bisfosfogliserik asid) Mitokondri iç zarı NAD + ve NADH için geçirgen değildir. Glikoliz sitosolde cereyan eder, solunum zinciri ise mitokondride, NADH ın indirgen eşdeğerleri solunum zincirine dolaylı yoldan iletilir bunlara shuttle=mekik sistemleri adı verilir.

71 Gliserolfosfat-dihidroksiaseton fosfat mekik sistemi Kalp ve karaciğer dışındaki dokularda (iskelet kası, sinir hücresi v.s.), aerobik glikoliz sırasında, sitosolde oluşan NADH+H + ın proton ve elektronları (NADH ın indirgen eşdeğerleri) mitokondri içindeki solunum zincirine FAD li bir dehidrojenaz tarafından iletildiği için, bu dokularda 2 mol ATP kazanılır.

72 Glikolizde gliseraldehid-3-p'ın yükseltgenmesi sırasında alınan 2 H + ve 2 e - CH 2 OH C = O CH 2 OPO 3 H 2 NADH + H + NAD + gliserolfosfat dehidrojenaz CH 2 OH HO - C - H CH 2 OPO 3 H 2 Sitosol Dihidroksiaseton fosfat L-Gliserol-3-fosfat Mitokondri iç zarı solunum zinciri FADH 2 FAD Dihidroksiaseton fosfat gliserolfosfat dehidrojenaz L-Gliserol-3-fosfat Mitokondri

73 Malat (malik asid)-aspartat (aspartik asid) mekik sistemi Karaciğer ve kalpte aerobik glikolizde oluşan NADH+H + ın proton ve elektronları (NADH ın indirgen eşdeğerleri) mitokondri içindeki solunum zincirine NAD + li bir dehidrojenaz tarafından iletildiği için, bu dokularda 3 mol ATP kazanılır.

74 COOH C = O NADH + H + NAD + COOH H - C - OH CH 2 malat dehidrojenaz CH 2 Sitosol COOH COOH Okzalasetat Malat Aspartat Mitokondri iç zarı Aspartat Malat NAD + malat dehidrojenaz NADH + H + Okzalasetat Mitokondri solunum zinciri

75

76 GLUKONEOJENEZ Karbohidrat olmayan maddelerden glukoz sentez edilmesi Karaciğer, bağırsak mukozası, böbrek ve seminal vezikülde meydana gelir Diyetle alınan karbohidrat miktarının yetersiz olması halinde bedenin glukoz gereksinimini karşılar

77 Glukoneojenezde kullanılan önemli substratlar Laktat, Gliserol, Glukojenik amino asidler (özellikle alanin) Propiyonat

78 Glukoneojenez enzimleri Karaciğer ve böbrekte 4 tanedir: Bunlardan üçü glikoliz şemasında kırık çizgili okla gösterilen geri dönüş reaksiyonlarında yer alır. Piruvat karboksilaz (mitokondride) Fosfoenolpiruvat karboksikinaz (sitosolde) Fruktoz-1,6-bisfosfataz (sitosolde) Glukoz-6-fosfataz (sitosolde)

79

80 Mitokondri COOH NAD + NADH + H + COOH ADP + P i CO 2, ATP HO - C - H CH 2 malat dehidrojenaz C = O CH 2 piruvat karboksilaz * Piruvik asid COOH Malik asid COOH Okzalasetik asid Sitosol COOH NAD + NADH + H + Malik asid Okzalasetik asid malat dehidrojenaz GTP fosfoenolpiruvat karboksikinaz * COOH GDP, CO 2 C O ~ PO 3 H 2 CH 2 2-Fosfoenolpiruvik asid Fruktoz-1,6-bisfosfat H 2 O fruktoz-1,6-bisfosfataz * P i Fruktoz-6-fosfat C = O CH 3 Piruvik asid NADH + H + laktat dehidrojenaz NAD + COOH H - C - OH CH 3 Laktik asid P i H 2 O Glukoz Glukoz-6-fosfat glukoz-6-fosfataz *

81 Gliserolün glukoneojeneze katılması CH 2 OH gliserol kinaz ATP ADP CH 2 OH NAD + NADH + H + CH 2 OH CHOH CH 2 OH HO - C - H CH 2 OPO 3 H 2 gliserolfosfat dehidrojenaz C = O CH 2 OPO 3 H 2 Gliserol L-Gliserol-3-fosfat Dihidroksiaseton fosfat

82 Glukoz-alanin siklusu Karaciğer Kan Kas Glukoz Piruvat Glukoneojenez Alanin Transaminasyon Glukoz Piruvat Alanin Glikoliz Transaminasyon