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. GLĠKOLĠZDE TÜM YOLUN AKIġINI REGÜLE EDEN ÜÇ ENZĠM BASAMAĞI VARDIR. I. Hexokinase (HK) II.Phoshofructokinase (PFK-I) III.Pyruvate kinase 3
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 4
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. GLUKONEOGENEZ PĠRUVAT GLUKOZ 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
Glukogenezin major prekürsörleri nelerdir? Major non-karbohidrat prekürsörler laktat, amino asid, ve glycerol. Gliserol ve aaler açlıkta PROTEĠN YIKIMINDA Oksidatif metabolizma hızını aģan glikoliz hızlarında aktif iskelet kasında oluģturulur. YAĞLARIN HĠDROLĠZĠ CORĠ SĠKLÜSÜ 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
glukoz glikoliz glukoneogenez piruvat Laktat Glikojenik amino asitler GLUKO NEO GENEZ Şeker yeni oluşturmak 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 Glikoliz 1. Hekzokinaz 2. Fosfofruktokinaz-1 (PFK-1) 3. Piruvat kinaz Bu 3 anahtar enzim Glukoneogenez Glukoz-6-fosfataz Fruktoz 1,6-bisfosfataz (FBP-1) Piruvat Karboksilaz & Fosfoenolpiruvat karboksikinaz (PEPCK) 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 CO 2 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 enzimler fruktoz 1,6-bifosfataz 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 I II III IV V 40 Eksojen Saatlik Kullanılan Glukoz g/s 30 20 Glukojen Glukoneogenez 10 0 16 2 24 40 Saat Gün 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