GLİKOLİZ VE HESOZLARIN YIKIMI YRD. DOÇ. DR. HAYRULLAH YAZAR SAKARYA ÜNIVERSITESI TıP FAKÜLTESI TıBBI BIYOKIMYA ANABILIM DALı SAKARYA, 2015 1
Glukoz, enerji gereksinimi aniden artığı zaman, çabucak hücre içi depo polimerlerinden açığa çıkar, ya aerobik yada anaerobik olarak ATP üretiminde kullanılır. Escherichia coli gibi bir bakteri glukozdan her amino asidin, nükleotidin, koenzimin, yağ asidinin, gelişimi için gerekli diğer metabolik arabileşiklerin karbon iskeletlerini sağlayabilir. 2
Glukozun metabolik yazgısı ile ilgili kapsamlı bir çalışma yüzlerce veya binlerce dönüşümü içerebilir. Yüksek bitki, hayvan ve insanlarda glukoz üç temel sona sahiptir: depo edilebilir (polisakkarit veya sukroz olarak), glikoliz yoluyla üç karbonlu bileşiklere oksitlenebilir (pirüvat), veya pentoz fosfat (fosfoglukonat) yoluyla pentozlara oksitlenebilir (Şekil 15-1). 3
Şekil 15.1. Yüksek bitki, insan ve hayvan hücrelerinde glukoz kullanımının temel yolları. Glukoz için tek olası son olmamasına karşın, bu üç yol pek çok hücrede akan glukozun miktarı bakımından en önemlileridir. 4
Glikoliz Glikoliz (Yunanca bir kelime olan glykys, «tatlı» anlamında ve lysis parçalanma anlamındadır) de bir molekül glukoz enzimlerle katalizlenen bir seri tepkimeyle iki molekül üçkarbonlu bir bileşik olan pirüvata yıkılır. Glikolizin birbirini izleyen tepkimeleri sırasında, glukozdan açığa çıkan serbest enerjinin bir kısmı ATP ve NADH şeklinde saklanır. Glikoliz aydınlatılan ilk metabolik yoldur ve belki de en iyi anlaşılan yoldur. 5
Bir başka anlatımla glikoliz, glukozun Embden- Meyerhoff yolu ile piruvat ve laktata oksidasyonudur. Glikoliz ile ATP üretilir. Aerobik organizmalarda glikoliz, sitrik asit siklusu ile elektron transport zincirinin (ETZ) öncül reaksiyonları dizisidir. Glukozdaki enerjinin çoğunluğunu sitrik asit döngüsü ile ETZ ortaya çıkarır. Aerobik koşullarda piruvat mitokondriye geçerek tam olarak CO 2 ve H 2 O ya okside olur. Embdn Meyerhoff; Alman Biyokimyacı, 1919 da glikolizi tanımlamış 6
Aktif olarak kasılan kaslarda olduğu gibi O 2 kaynağı yeterli değilse piruvat, laktada dönüşür. Bazı anaerobik organizmalarda (Maya gibi) piruvat, etanola çevrilir. Glukozdan laktat ve etanol oluşumu fermentasyon örnekleridir. Fermentasyon; ATP olarak saklanan enerjiyi elde etmek üzere glukozun veya diğer organik besinlerin anaerobik yıkımı için kullanılan genel bir terimdir. 7
Fermentasyon ve solunum: Heterotrop canlılar enerjilerinin çoğunluğunu, elektronları indirgeyici ajandan, bir e akseptörü veya yükseltgeyici ajana transfer edildiği oksidasyon redüksiyon reaksiyonlarından elde ederler. 8
Tabii ki O 2 olduğu zaman, aerobik organizmalar enerjilerinin çoğunu, moleküler O 2 ile organik yakıtların oksidasyonu olarak tanımlanan solunum ile elde etmektedirler. Solunumda, O 2 son e akseptörü (alıcısı) olarak davranır. 9
Anaerobik yaşayabilen organizmalar iki sınıfa ayrılırlar. 1. Zorunlu anaerob 2. Fakültatif anaerob 1. Zorunlu anaeroblar O 2 kullanamazlar. Bunlar deniz çamurunda yaşayan bakterilerdir. Topraktaki, nitratı nitrojene indirgemekten sorumlu bakteriler de anaerob tur. Bunların bazıları insanlar için patojeniktir. Clostridium Perfiringes, gazlı gangrene neden olan bu bakterilerden biridir. Clostridium botilinum da öldürücü bir besin zehirlenmesine yol açabilen diğer bir bakteridir. 10
2. Fakültatif (mecburi olmayan) anaeroblar O 2 in varlığında da yokluğunda da yaşayabilirler. Anaerobik yaşadıkları sırada, sıcaklıkla enerji kaynaklarını anaerobik yollarla temin ederler ve sonra oluşan ürünleri moleküler O 2 harcayarak okside ederler. Glukoz fermentasyononun iki önemli tipi vardır: 1. Hemolaktik fermentasyon: 6 karbonlu glukoz molekülü, 2 adet 3 karbonlu laktik aside yıkılır. Laktik asit burada son üründür. Glukozun bu şekilde yıkılımı bir çok mikroorganizma ile daha yüksek bir çok hayvan, insan ve bitki hücrelerinde de gerçekleşir. 11
İnsanda laktik fermentasyon özellikle iskelet kasında oluşur. Hemolaktik fermentasyon Glukoz + 2ADP + 2Pi 2H 2 O 2 Laktik asit + 2ATP + 12
2. Alkolik fermentasyon: Bir çok mayanın karakteristik özelliğidir. Glukoz molekülü, 2 adet karbonlu etanol ve 2 molekül CO 2 e yıkılır. 13
Piruvat, alkolik fermentasyondan önce piruvat dekarboksilaz ile asetaldehide dönüşür. 2. Basamakta asetaldehid alkol dehidrogenaz ile etanola çevrilir. 14
Bir başka yol daha vardır: Bu yolda piruvat, mitokondriye girerek TCA döngüsüne katılır ve CO 2 + H 2 O oluşur. Bu yol, ortamda O 2 mevcut ise gerçekleşir ve hücresel solunum adını alır. Respirasyon oksidatif bir yıkılım ve besinsel moleküllerden O 2 ile reaksiyon sonucu enerji elde edilmesidir. Piruvat, mitokondride lokalize piruvat dehidrojenaz enzim kompleksi ile asetil CoA ya okside olur ve böylece sitrik asit döngüsüne (TCA) girer. 15
Bütün dokularda meydana gelen glikoliz metabolik yolunda hem TCA döngüsü için asetil-coa üretilir, hem de galaktoz ve fruktoz gibi diğer heksozlar metabolize edilip ATP üretilir. Eritrositler enerjilerinin % 90 ını glikolizle sağlarlar. Bunun yanında iskelet kası, beyin, GİS hücreleri, renal medulla, retina ve deri enerjilerinin çoğunu glikoliz yoluyla elde ederek laktat üretirler. Bu yol ve ilgili tüm enzimler sitozol dedir. 16
Glikoliz enzimlerinin eksikliği durumunda ATP üretimi düşer, eritrosit membranındaki Na + /K + ATPaz pompası yavaşlar ve hemolitik anemi görülür (%95 i pirüvat kinaz, %4 ü glukoz 6-fosfat izomeraz eksikliğidir): Kanser dokusunda, hücrelerde glikoliz artmış olduğundan piruvat, buna bağlı olarak laktat artacağından, tümör dokusu civarı asidik hal alır. 17
Glikolizde 6 karbonlu glukozdan, hazırlık safhasında 2 ATP harcanarak 2 molekül piruvat elde edilirken 4 ATP sentezlenmiş olur. Anaerobik şartlarda piruvat, asetil-coa yoluna gidemez, laktata kayar. Böylece NAD + rejenere edilerek glikolizin devamı sağlanır. Aerobik şartlarda ise oluşan piruvat asetil-coa halinde TCA döngüsüne hazır hale getirilirken piruvattan önce oluşan NADH+H + hidrojenleri malat-aspartat mekiği ile mitokondriye gönderilir, buradan 2,5 ATP elde edilir. 18
Glikoliz Aşamaları: Hücrenin sitozolünde gerçekleşen enzimatik reaksiyonlar, 2 ayrı aşamada incelenir: 1. Glukozun, 2 mol D-gliseraldehit 3-P oluşturduğu, 5 basamaklı reaksiyonlar dizisi ile, 2 mol ATP harcanır. 2. Glukozdan türemiş olan 3 C lu birimler, yine 5 basamaklı reaksiyonlar dizisi ile, piruvata çevrilir. Bu arada da, 4 mol ATP üretilir. 19
Yani, 1 mol glukozun aerobik glikoliz de 2 mol piruvata çevrilmesi ile; net 2 mol ATP kazanılır. Ayrıca, oluşan NADH solunum zincirine girerse, ondan da ATP kazanılır. Ancak, mitokondriye taşınma biçimine göre, kazanılan ATP sayısı değişir. 20
Glikoliz Reaksiyonları: 1. Glukozun, glukoz 6-fosfata dönüşümü: İlk basamakta ATP den bir fosforil grubu, glukoza aktarılır ve glukoz-6-p oluşur. Yani 1 ATP harcanmış olur. Oluşan bağ bir ester bağıdır. Glukozun fosforilasyonu ile oluşan bileşik, hücre dışına çıkamaz, çünkü hücre membranını geçmesi için spesifik taşıyıcısı yoktur. 21
Bu da glukozun hücre içinde metabolize olmasını sağlar. Bu basamak irrevesibl bir reaksiyondur Ayrıca, fosfatlanmış glukoza enzimlerin etki etmesi kolaylaşır. Fosforilasyon 2 farklı enzimle gerçekleşir: Heksokinaz, yaygın bir dağılıma sahiptir ve çoğu hücrede bu fonksiyonu gören enzimdir. Sadece glukozun değil aynı zamanda, fruktoz, mannoz hatta glukozaminin de fosforilasyonunu katalizleyen, bu şekilde bunların da glikoliz yolunda kullanılmasını sağlayan bir enzimdir. 22
Glukokinaz (karaciğer ve pankreasın β hücrelerinde bulunur) tarafından katalizlenir. Heksokinaz ve glukokinaz ın özelliklerinin karşılaştırılması Tablo 1 de gösterilmiştir. 23
Tablo 1. Heksokinaz ve glukokinaz ın özelliklerinin karşılaştırılması Heksokinaz Glukokinaz Pekçok dokuda vardır. Karaciğer ve pankreas β- hücrelerinde bulunur. Km i düşüktür, ilgisi yüksektir. Vmax ı düşüktür. Km i yüksektir, ilgisi düşüktür. Vmax ı yüksektir. Glukoz-6-P ile inhibe olur Glukoz-6-P ile inhibe olmaz İnsulinden etkilenmez Başka şekerlere de etkilidir. İnsulin ile aktivitesi arttırılır Başka şekerlere etkili değildir. 24
Heksokinaz, ortamda çok düşük konsantrasyonda glukoz varsa bile onu fosfatlıyor (2 mg/dl düzeylerde) Glukokinaz ise, 200 mg/dl düzeylerinde etkili, yani ilgisi çok düşük. İnsülin ile indüklenebilmesiyle, toklukta kan şekeri artışını kısa sürede geri çekebiliyor. 25
Hayvan dokularındaki hekzokinaz regülatör bir enzimdir. Hekzokinaz, ürünü olan glukoz-6- fosfat ile inhibe edilir. Bu tür inhibisyona feedbach inhibisyonu denir. Fakat glukokinaz, son ürünle inhibe edilemez. Glukokinaz sadece glukozu fosforiller ve diğer heksozlar üzerine etki etmez. Glukokinaz, hekzokinazdan daha yüksek bir KM e değerine sahiptir. Glukokinazın KM değeri 10 mm iken hekzokinazın ki 0,1 mm dır (Şekil 1). 26
Embden-Meyerhoff Şekil 1. Hekzokinaz ve glukokinaz ile katalize edilen fosforilasyon hızına glukoz konsantrasyonunun etkisi. 27
Heksokinaz eksikliği: Kalıtsal eritrosit defektidir. Glukoz-6P yeterince oluşturulamaz ve buna bağlı olarak, diğer glikolitik ara ürünlerin konsantrasyonu da düşer. Bu ara ürünlerden birisi de 1,3 Bifosfogliserat tır. 1,3 Bifosfogliserat, Hemoglobinin oksijene ilgisini azaltan 2,3 Bifosfogliseratın öncüsüdür. Heksokinaz eksikliği ile, hemoglobin in oksijene ilgisi artar ve dokulara oksijen bırakımı bozulur. 28
Glukokinazın rolü glikojen veya yağ asitleri şeklinde enerji depolamak için subsrat oluşturmaktır. Her iki enzimde etki göstermek için 2 değerlikli katyona, Mg +2 veya Mn +2 a ihtiyaç gösterir. Glukoz-6-fosfat, sadece glikolitik yolun ara kademesi olmayıp, bir çok anabolik ve katabolik yolda prekürsör rolü görür. 29
2. Glukoz-6-fosfatın, fruktoz-6-fosfata dönüşümü: Glukoz-6-fosfatın, fruktoz-6- fosfata izomerizasyonudur. Aldehid grubu keto grubuna değişir, aldoz şeker ketoz şekere dönüşür. Bunu sağlayan enzim (Glukoz 6- fosfat izomeraz= fosfoheksoz izomeraz dır. Reversibl bir reaksiyondur. 30
3. Fruktoz-6-fosfatın, fruktoz-1,6-bifosfata dönüşümü: Bu basamakta 2. ATP harcanan basamaktır. İrreversibl bir reaksiyondur ve kataliz eden enzim Fosfofruktokinaz-1 (PFK- 1) dir. Bu fosforilasyon reaksiyonunda froktoz- 6-fosfat 1 ATP ile fosforillenerek fruktoz 1,6- bifosfat a dönüşür. 31
Fosfofruktokinaz 1 (PFK 1) tarafından katalizlenen bu reaksiyon glikoliz için Hız kısıtlayıcı basamak tır. Fosfofruktokinaz-1 hücrenin enerji durumuna akut olarak cevap veren, allosterik bir enzimdir. Allosterik enzimler feed-bach inhibisyon gösterirler. Bu, son ürünün reaksiyon dizisi başlangıcındaki enzim üzerinde inhibitör bir etki gösterdiği anlamına gelir. 32
Fruktoz-6-fosfat ın fosforilasyonu, glikolizdeki en önemli kontrol basamağıdır. Fosfofruktokinaz-1; yüksek konsantrasyondaki ATP, sitrat, uzun zincirli yağ asitleri ile inhibe edilir. ADP, AMP ve Fruktoz-2,6-bifosfat ise fosfofruktokinaz-1 i aktive ederler. Bu nedenle ATP/ADP oranı önem taşımaktadır. ATP/ADP oranı düştüğünde enzimin aktivitesinin önemi artmaktadır (Şekil 2). 33
Ya da bu oran yükseldiği zaman, ATP düzeyi yüksek ise enzim aktivitesi düşer, Fosfofruktokinaz-1 reaksiyonu irrevesibl dir ve glikolizdeki 2. en önemli hız kısıtlayıcı basamaktır. PFK-1 in ATP tarafından inhibisyonu lojistik değer taşır. Yüksek hücresel ATP değerleri enerji depolarının doygunluğunu gösterir. Glikolizin yavaşlamasına neden olur. PFK-1 in hız kısıtlayıcı özelliği böylece sağlanmış olur. Fosfofruktokinaz-2 (PFK-2), PFK-1 in aktivatörü olan Fruktoz 2,6-bifosfatı sentezleyen regülatör bir enzimdir. 34
Bu enzim (PFK-2), camp a bağımlı (campbağımlı) protein kinaz tarafından fosforlanarak ta inhibe edilir. Fruktoz 2,6-bifosfataz (F-2,6-BPaz), PFK-1 in ürünü olan Fruktoz-1,6-bifosfat ile aktive olur (Şekil 3). 35
Şekil 2. PFK-1 ve PFK-2 reaksiyonları 36
4. Fruktoz 1,6-bifosfatın, dihidroksi aseton fosfat ve gliseraldehid 3-fosfata dönüşümü: Glikolizin ilk bölümü (heksozun trioz fosfata dönüşümü) tamamlanır. Bu reversibil basamağı aldolaz katalizler. Aldolazlar, liyazlar (C-C, C-O ve C-N arasındaki bağları hidrolizden ve oksidasyondan farklı bir yolla kırarlar veya bu atomlar arasına bir çift bağ ilave ederler. 37
Olayın kimyasal mahiyeti bir aldol kondansasyonu olarak tarif edilmektedir. Eğer ortama bazik bir çözelti ilave edilecek olursa, bu kondansasyon nonenzimatîk olarak da oluşacaktır. Enzimin yaptığı iş, aslında kendiliğinden oluşacak bu reaksiyonu çabuklaştırmaktan ibarettir. Aldolaz Zn + gerektiren bir enzimdir. 38
İzole edilmiş iki tip aldolaz bulunur. Aldolaz A ve Aldolaz B dir Aldolaz A iskelet kasında izole edilmiş, 160.000 Dalton molekül ağırlığında ve 4 sübiniteden oluşmuştur. Aynı zamanda belirli sayıda -SH grubu taşımaktadır. Bunların bir kısmı enzimin katalitik aktivitesi için gereklidir. Aldolaz B, bakteri, maya ve mantarlarında ve fruktoz metabolizmasında bulunmuştur. Karakteristikleri bakımından Aldolaz A dan farklılıklar taşır. 39
40
5. Dihidroksi aseton fosfatın, Gliseraldehid 3-fosfata dönüşümü: Gliseraldehid 3- fosfat glikoliz yolu üzerindedir ama DHAP değildir. DHAP reversibl bir reaksiyonla GAL 3-P a çevrilir. DHAP ile GAL 3-P birbirinin izomeridir. Bu izomerlerin birbirine dönüşümünü katalizleyen enzim ise Trioz fosfat izomeraz dır. 41
Bu reaksiyon glikolitik yoldaki beşinci reaksiyondur. Enerji gerektiğinde kullanılan çok kolay ve reversibl bir tepkimedir. Çok hızlı bir reaksiyondur ve denge durumunda trioz fosfatın % 96 sı DHAP şeklindedir. Görüleceği gibi 1 mol Fruktoz 1,6- bifosfattan aldolaz ve trioz fosfat izomeraz etkisi sonucunda iki mol GAL-3P elde edilmektedir. Buraya dek 2 mol ATP harcanmış ve henüz enerji ortaya çıkarılmış değildir. 42
6. Gliseraldehid 3-fosfatın 1,3 bifosfogliserat a dönüşümü: Bu reaksiyon gliseraldehid 3-fosfat dehidrojenaz tarafından katalizlenmektedir. Altıncı reaksiyonda çok önemli ve ilk yüksek enerjili bir bileşiğin üretildiği bir reaksiyondur. 43
Normalde ekzergoniktir, standart koşullar altında endergonik özellik gösterir. Öte yandan subsrat konsantrasyonunun tepkime yönünü etkilediği düşünülürse bu reaksiyonun da ekzergonik olduğu anlaşılabilir. Bu tepkimede NAD + indirgenirken, GAL-3P ın aldehid grubu karboksilik aside oksitlenmektedir. NAD + nin indirgenmesiyle birlikte karboksilik asit fosforik asit karışık anhidridi olan yüksek enerjili bir fosfat bileşiği (1,3-bifosfogliserat) elde edilmektedir (Şekil 5). 44
Şekil 5. Gliseraldehid-3-fosfat dehidrojenaz ın etki mekanizması. H H + + 2e 45
Dehidrojenaz tepkimesinde, aldehid grubunda hidrojen alıcısı olan koenzim NAD + yapısındaki nikotinamid halkasına bir hidrit iyonunun (:H ) enzimatik olarak taşınması gerçekleşmektedir. Subsratın diğer hidrojen atomu çözeltide H + olarak kalmaktadır. Gliseraldehid-3- fosfatın oksidasyonu subsratın enzime kovalent olarak bağlandığı bir ara bileşiğin oluşumunu içermektedir. Gliseraldehidin aldehid grubu, enzimin aktif merkezindeki sistein kalıntısının SH grubuna bağlanarak tiyohemiasetal oluşturmaktadır. 46
Enzim yüzeyindeki internal yükseltgenmeindirgenme tepkimesi ile NAD + indirgenmekte ve tiyohemiasetal bileşiği yüksek enerjili tiyoester oluşturmak üzere oksitlenmektedir. NAD +, NADH ile yer değiştirmekte, tiyoester Pi ile tepkimeye girerek karışık anhidrid oluşturmakta ve serbest SH grubu yenilenmektedir. 47
7. 1,3 Difosfogliserat ın 3- Fosfogliserata dönüşümü: Fosfogliserat kinaz enzimi 1,3- bifosfogliseratın karboksil grubundan yüksek enerjili fosfat grubunu ADP yapısına aktararak ATP ve 3-fosfogliserat oluşumunu katalize etmektedir. Subsrattan fosfat grubu transferi ile ATP oluşumu, subsrat düzeyinde fosforilasyon olarak adlandırılmaktadır. 48
8. 3-Fosfogliseratın 2-fosfogliserata dönüşümü: Bifosfogliserat mutaz enzimi gliseratın 2 ve 3 nolu karbon atomları arasında fosfat grubunun değiştirilmesini katalize etmektedir. Bu reaksiyon kofaktör olarak eşdeğer miktarda 2,3 bifosfogliserata (2,3- BFG) ihtiyaç duyar. 49
Çoğu hücrede 2,3-BPG düşük konsantrasyonda bulunur. Buna karşın, kırmızı kan hücrelerinde 4 mm (hemoglobin molaritesine eşit)dir. 2,3- BPG oksijen taşınmasında deoksijene olmuş sabitleyerek kontrol görevi yapar. 50
51
Eritrositlerde glikoliz ve O 2 taşınması 2,3-BPG ile bağlantılıdır. Bu yüzden glikolizis yolunda bir arıza örneğin piruvat kinaz aktivitesindeki yetersizlik 2,3-BPG ın konsantrasyonunun iki katına çıkmasına sebep olur. Bu da düşük O 2 affinitesine (ilgisine) sebep olur. 2,3 BPG deoksihemoglobine bağlanıp oksihemoglobine bağlanmayarak oksijene ilgisini azaltır. HbO 2 + 2,3-BPG Hb -2,3-BPG + O 2 52
Alyuvarlarda görüldüğü gibi 2,3-BPG nin varlığı hemoglobinin oksijene ilgisini anlamlı olarak azaltarak oksijen-dissosiasyon eğrisinin sağa kaymasına neden olur (Şekil 6). Bu azalan ilgi dokulardaki parsiyel basınçlardaki hemoglobinin oksijenini etkili olarak serbestleştirilmesini sağlar. 53
54
55
9. 2-Fosfogliseratın fosfoenol piruvata dehidrasyonu: Yüksek enerjili fosfat grubu transfer potansiyeline sahip olan bir bileşiğin üretildiği ikinci glikolitik reaksiyondur. Enolaz tarafından katalize edilen reversibl reaksiyon 2- fosfogliserattan bir molekül suyun çıkarılması ile fosfoenolpiruvat oluşturulmaktadır. 56
Bu reaksiyonda standart serbest enerji değişimi küçük olduğu halde oluşan ürünün hidrolizi ile yüksek serbest enerji açığa çıkmaktadır. Fosfoenol bağı yüksek enerjili fosfat bağıdır. 57
10. Fosfoenolpiruvattan fosfat grubunun ADP yapısına taşınması: Glikolizisin bu son tepkimesini piruvat kinaz katalizlemektedir. Bu tepkimede subsrat düzeyinde fosforilasyon ile ATP sentezlenmektedir. Piruvat kinaz allosterik bir enzimdir. ATP, alanin, yağ asidleri ve asetil-coa ile inhibe olur. Karaciğerdeki izoenzimi Fruktoz 1,6-bifosfat ile aktive olur. 58
Karaciğer enzimi ayrıca kovalent modifikasyon ile regüle olur. camp ye bağımlı protein kinaz ile fosforile olurken (inaktif formu), fosfataz ile defosforile olur (aktif formu). Karaciğer izoenzimi, yüksek karbonhidrat ve insülin seviyeleri ile indüklenir. 59
Piruvat kinaz eksikliği: Genetik bir defekttir. Eritrosit piruvat kinaz eksikliği ile, hemolitik anemiler oluşur. Anemi, glikoliz hızının düşüklüğü ve ATP sentezinin hücrenin enerji gereksinimini ve eritrosit membranının yapısal bütünlüğünü korumak için yetersiz kalması sonucu oluşur. Çünkü olgun eritrositlerde mitokondri yoktur ve ATP üretiminin tek yolu glikolizdir. Eritrosit membran değişiklikleri ile hücrenin şekli değişip, RES de makrofajlarca fagosite edilir. Eritrositlerin parçalanması ve erken ölümü hemolitik anemi olarak sonuçlanır. 60
Eritrositlerde, 2.3 BPG birikir. Hb in oksijen bağlamasını inhibe ettiği için, akciğerlerden oksijen alımı bozulur. Bu, heksokinaz eksikliğinde oluşan durumun tersidir. Tablo 7.2. Glikoliz reaksiyonları 61
62
63
Piruvatın Akıbeti; 1. Aerobik şartlarda; Asetil CoA üzerinden SAS-TCA a girer. 2. Anaerobik şartlarda ise; insan ve hayvanlarda laktat a, maya hücrelerinde etanole çevrilir. Anaerobik glikolizin gereği piruvatın laktata İndirgenmesi: Laktat dehidrogenaz (LDH) katalizi ile oluşur. Piruvat tan laktat oluşturan dokular. Eritrositler, Lökositler, Gözde lens ve kornea, Böbrek medullası, Testisler. 64
Kasta laktat oluşumu: Egzersiz halindeki iskelet kasında, NADH üretimi (glikoliz ve SAS ile) solunum zincirinin oksidatif kapasitesini aşar. NAD + kazanılması için, piruvatın laktata dönüşümü kullanılır. Bu nedenle yoğun egzersiz sonrası, laktat kas içinde birikerek intraselüler ph ın düşmesine ve kramplara neden olur. Biriken laktat zamanla kan dolaşımına difüze olur. Kas dokusunda oluşan laktat Cori siklüsü aracılığı ile karaciğere taşınır ve böylece glikoneogenez yolu ile glukoz sentezlenir. 65
LDH reaksiyonunun yönü piruvat ve laktatın oranlarına ve hücre içi NADH / NAD + oranına bağlıdır. Örneğin; karaciğer ve kalpte NADH / NAD + oranı, egzersiz halindeki kastan daha düşüktür (NADH glikoneogenezde kullanılır veya mekik sistemine girer). Bu dokular kanla getirilen laktatı piruvata çevirirler. Karaciğer de pirüvat ya glukoneojenez ile glukoza dönüştürülür veya SAS de yıkılır. Kalp kası laktatı, piruvat üzerinden SAS ile tamamen CO 2, ve H 2 O ya 66
Laktik asidoz: Myokart infarktüsü, pulmoner emboli ve kontrol edilemeyen kanama gibi durumlarda oluşan dolaşım sistemi kollapsında görülür. Dokulara yeterli oksijen taşınmasındaki eksiklik, oksidatif fosforilasyonun bozulmasına ve ATP sentezinin düşmesine neden olur. Hücreler yaşamak için, ATP üretmek amacı ile anaerobik glikolizi kullanırlar. Böylece laktat birikir ve plazmaya çıkarak laktik asidoz oluşturur. 67
Glikolizin Enerji Bilançosu A. Aerobik glikolizde bilanço: Glukoz + 2Pi + 2 ADP + 2 NAD + 2 Piruvat +2 ATP +2 NADH +2 H + + 2 H 2 O Aerobik glikolizin sürmesi için, bu NADH ların elektron transport zinciri üzerinden okside olması gerekir. Bu yolla her NADH başına Malat-Aspartat mekiği ile 2,5 ATP, Gliserol 3-P mekiği ile 1,5 ATP elde edilir. 2 NADH oluştuğu için kazanç 5 veya 3 ATP dir. Piruvat da SAS ne girerek enerji üretir. 68
B. Anaerobik glikolizde bilanço Glukoz + 2Pi + 2 ADP 2 Laktat + 2 ATP + 2 H 2 O Net NADH Üretimi veya tüketimi yoktur. Gliseraldehit 3P dehidrogenaz ile oluşturulan NADH, laktat dehidrogenaz ile harcanır. Glikolizde ATP nin üretim ve tüketim yolları (Tablo 3). 69
Glikolizin Düzenlenmesi: Glikoliz, 3 irrseversibl kinaz basamağı içerir ve düzenlenme de bu basamaklar aracılığı ile olur. Glikolizin kinaz reaksiyonlarından fosfogliserat kinaz reaksiyonu, reversibildir ve düzenlenmede katkısı yoktur. Heksokinaz: Glukoz-6 fosfat ile inhibe olur. Glukokinaz: İnsulin ile etkinliği artırılır. Fosfofruktokinaz 1: Pi eklenince inaktif olur. Hız kısıtlayıcı basamak enzimidir. 70
PFK-1, düzenlenmede eşik enzim görevi yapar. Bunun için, substratı ile aktiflenmez ve ürünüyle de inhibisyona uğratılmaz. Hatta ürünü olan Fruktoz 1,6 bifosfat ile aktiflendiği kabul edilir. Aktivatörleri İnhibitörleri Fruktoz 2,6 bifosfat AMP ADP ATP Sitrat Yağ asitleri ve bazı amino asitleri 71
En güçlü aktivatör; Fruktoz 2,6 bifosfat tır. Fruktoz 6P dan PFK-2 katalizi ile oluşur, yıkılımını ise Fruktoz 2,6 bifosfataz sağlar. PFK-2 ve Fru 2,6 bifosfatazın aynı enzim olup, değişik şartlarda değişik fonksiyonları yaptığı ve bu yüzden de çift-işlevli enzim olduğu şeklinde iddialar da vardır. Fruktoz 2,6 bifosfataz, aynı zamanda glikoneojenetik yol enzimlerinden birisi olan Fruktoz 1,6 bifosfataz ı inhibe ederek bu iki yolun (giikoliz ve glikoneojenez) aynı anda aktive olmalarını engeller. Yani, Fruktoz 2,6 bifosfat glikolizi hızlandırırken, glikoneojenezi baskılar. 72
Glukozun kandaki miktarı arttığı zaman, Fruktoz 2,6 bifosfat da artar. TCA-SAS de yüksek enerjiye yanıt olarak akış durur. Dolayısıyla, sitrat birikir. Sitrat artışı, enerjinin yeterli olduğu sinyalini vererek glikolizi yavaşlatır. Glikolizin düzenlenmesi (Şekil 8). 3.Piruvat kinaz: Fosfat (P) eklenince inaktif olur. Aktivatörleri Fruktoz 1,6 Bifosfat İnhibitörleri ATP Karbonhidratlar (Özellikle fruktoz) Asetil CoA Uzun zincirli yağ asitleri Alanin 73
Şekil 8. Glikolizin düzenlenmesi 74
Glikolizin, allosterik düzenlenmesi veya hız kısıtlayıcı enzimlerin fosforilasyon/defosforilasyonu ile düzenlenmesi kısa sürelidir. Yani bunlar, glukoz tüketimini dakika veya saatler boyunca etkilerler. Oysa hormonlar, enzim sentezini etkileyerek, miktarlarını 10-20 kat artırarak, saatler ve günler boyunca yıkımı düzenlerler-uzun süreli. Karbonhidrattan zengin yemek yenilmesi ile, karaciğerde glikoliz enzimlerinin sentezi artar. Böylece toklukta, glukozun piruvata dönüşümü artar. Açlıkta ise tam tersi olur. 75
Kan glukoz düzeyi düştüğünde, açlık ve diabette yükselen glukagon hücre içi camp seviyesini yükselterek, piruvat kinazı fosforiller ve onu inaktive eder. Böylece, PEP glikolitik yola devam edemez bunun yerine glukoneojeneze saparak, kan glukoz seviyesinin artırılmasını sağlar. Büyüme hormonu-gh- ise; 1. Dokulara glukoz girişini azaltarak, 2. Lipolizi artırıp, serbest yağ asitlerini açığa çıkararak, PFK-1 ve piruvat kinaz inhibisyonu ile glikolizi baskılayarak kan şekerini yükseltir. 76
Glikolitik yola Diğer Şekerlerin katılması Şu ana kadar glikolizis yolunda karbon kaynağı olarak glukozdan bahsedildi. Enerji kaynağı olarak birçok karbonhidrat vardır. Bunlar sindirim yolu ile ya da endojen metabolitlerin kullanımıyla elde edilir. 77
Glikolitik yola Diğer Şekerlerin katılması Glikoliz, disakkaritlerden türeyen monosakkaritler için ortak yıkım yoludur. Bu kaynaklardan monosakkaritler, disakkaritler ve gliserol anlatılacaktır. 78
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