glukoneogenez

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
GLUKO NEO GENEZ
piruvat
Laktat
Glikojenik
amino asitler
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
Glukoneogenez
1. Hekzokinaz
Glukoz-6-fosfataz
2. Fosfofruktokinaz-1
(PFK-1)
Fruktoz 1,6-bisfosfataz
(FBP-1)
3. Piruvat kinaz
Piruvat Karboksilaz &
Fosfoenolpiruvat
karboksikinaz (PEPCK)
Bu 3 anahtar enzim
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
I
II
III
IV
V
40
Eksojen
30
Saatlik
Kullanılan
Glukoz
20
g/s
Glukojen
Glukoneogenez
10
0
16
Saat
2
24
40
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.
2.
3.
Richard A. Harvey, Pamela C. Champe: Lippincott’s
Illustrated Reviews Serisinden Biyokimya 3. baskı Çeviri
editörü: Doç. Dr. Engin Ulukaya. Nobel Tıp Kitabevi. 2007
David L. Nelson, Michael M. Cox. Lehninger Biyokimyanın
ilkeleri Çeviri editörü: Prof. Dr. Nedret Kılınç. Palme
Yayıncılık. Ankara 2005.
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