Glukonegenez

Prof.Dr.Sabahattin Muhtaroğlu

GLUKONEOJENEZ

karbon hidrat olmayan maddelerden glukoz ve glikojen sentezlenmesi demektir. Aslında bu metabolik yol organizmanın glukoz teminini garantiye almak üzere baş vurduğu bir yoldur. Özellikle beyin,testis, adrenal medulla hücreleri ve alyuvarlar yaşamları için glukoza son derece bağımlıdır.

Glikoneogenezin metabolik fonksiyonları ise şunlardır;Kan glukozunun korunması (SENTEZ)Asit-baz dengesinin korunması (Metabolik artıkların temizlenmesi, gliserol ve laktatın kullanılması)Amino asit dengesinin korunması (Diyet proteinlerinin karbonhidrat sentezinde kullanılması)Aerobik ve anaerobik şartlar için kaynak oluşturmak (Kas ve eritrosit için)Biyosentetik yolların işletimini sağlamak

Substratları

: Glikojenik amino asitler (Ala,Asp,Asn,Cys,Glu,Gln,Gly vs) (ana kaynak)

Laktat (ana kaynak) Gliserol (minor kaynak) Propiyonat (Glikojenik olan tek

yağ asidi) (minor kaynak)

Yerleşimi

Hücresel seviyede; Mitokondri + sitozol

Organ seviyesinde; Karaciğer (%85-95)

Böbrek (%15) (açlık ve

asidozda %50) İncebağırsak epitel hücreleri

(%5)

Glukoz yokluğu bu hücrelerde ciddi bozukluklara yol açacağı için, bu durumda bile organizma kendi kaynaklarını kullanarak glukoz sentezler.

İşte bu olay glukoneojenez olarak bilinir. laktat, (Yağ dokusunda ve eritrositlerde bol

miktarda meydana gelen ) gliserol, (yağların yıkımı ile oluşan ) glikojenik amino asitlerin karbon iskeletleri

(amino asitlerin parçalanışı sırasında açığa çıkan )ve

propiyonat (glikojenik olan yegane yağ asidi) glikoneojenez için kaynak oluştururlar.

Açlıkta asıl glukoz sağlayan kaynak glukoneogenezdir

Uzamış açlıkta hepatik glikojen depoları tükenir ve laktat, pirüvat, gliserol, oksalat, -ketoglutarat ve -ketoasitlerler gibi prokürsörlerden glukoz sentezlenir. İnsanda ana enerji deposu olan yağlardan glukoz sentezlenemez.Glukoneogenez %90 KC’de, %10 böbrekte oluşur. Açlıkta glukoneogenezin %50’sinden böbrekler sorumludur.

Glukoneogenez için

Piruvat KarboksilazFosfoenol Piruvat Karboksikinaz Fruktoz 1,6 bisfosfataz Glikoz 6 Paz Ayrıca Mitokontri ve sitoplazma arasındaki metabolit giriş çıkışı malat taşıyıcısı aracılığı ile gerçekleştirilir.

sitrat

Pirüvat

Gliseraldehit 3 fosfat

Fosfoenolpirüvat

karboksikinazMalat

GLUKOZ G-6P

F-6P

F-1,6-BiP

Dihidroksiaseton

fosfat

PEP

PK

Fosfofruktokinaz-1Fruktoz 1,6-bifosfataz

Pirüvat

ACoA

OAA

Pirüvat karboksila

z

Malat Malat

dehidrogenaz

OAA

İzositrat dehidrogenaz

PDH ACoA ATP

NADH

Glukokinaz

Glukagon

Yağ asidi

Yağ asidi

Yağ asidi

GLİSEROL

TAG

Hormona duyarlı lipazGlukoz 6-

fosfataz

Pirüvat Karboksilaz Pirüvat karboksilaz KC ve böbrek hücre mitokondrilerinde bulunur fakat kas hücrelerinde bulunmaz. Bu enzim kovalent olarak bağlı şekilde Biotin içermektedir ve ATP gerektirir.Mg gerektiren bir enzimdir. İrreversible reaksiyondurAsetil KoA düzeylerinin artışı ile allosterik olarak aktive edilir. Bu nedenle açlıkta aktiftir.ATP/ADP oran artışı ile etkisi artar.Pirüvat/OAA oran artışı ile etkisi artar.Glukagon ve epinefrin ile indirekt olarak aktive edilir.Glutamat artışı ile allosterik olarak inhibe edilir. Çünkü glutamatlar glutamat dehidrogenazla parçalanarak -KG üzerinde TCA ara ürünlerinin miktarı artırırlar ve OAA artar.

2 X NAD

2 X NADH+H

2 X NADH+H

Glukoz-6-fosfat

2 x ATP

Pirüvat

Gliseraldehit 3 fosfat

2 X GTP

PEP-CK

Malat

GLUKOZ

Fruktoz-6-fosfat

Fruktoz-1,6-bifosfat

Dihidroksiaseton fosfat

Fosfoenol pirüvat

Pirüvat kinaz

Fosfofruktokinaz-1

Fruktoz 1,6-bifosfataz

Pirüvat

Oksaloasetat

Pirüvat karboksilaz

Malat

Malat dehidrogenaz

2 X NADH+H

OAA

Malat dehidrogenaz2 X NAD

2 X GDP

2 x ADP

2 X ATP

Glukoz-6 fosfataz

Karaciğer ve böbrek hücreleri glukoneogenez için gerekli tüm alt yapıya sahiptir .Olay bu hücrelerin mitokondrilerinde başlar ve sitoplazmalarında sonlanır. Glukoneojenez reaksiyonları genel olarak

incelendiğinde, Bunların glukoz yıkımının irreversibl aşamalarının tersine çevrildiği özel reaksiyonlar ile bazı glikoliz reaksiyonlarının tersine işlemesinden oluştuğu anlaşılır.

Pirüvat

Pirüvat, glukoneogenez de merkezi bir yer tutar. Laktat ve alaninin glukoneogeneze girişleri pirüvat üzerinden gerçekleşir. Çok önemli bir kaynak olan laktat’ ın glukoza dönüşümünü izleyerek glukoneogenez reaksiyonlarını inceleyelim.

Laktat

1- Laktat, laktat dehidrogenaz la pirüvata çevrilir. Oluşan pirüvat, mitokondride pirüvat karboksilaz la okzaloasetata dönüştürülür. Bu reaksiyonda CO2 kaynağı bikarbonattır ve biyotin bağladığı CO2 i pirüvata aktarır. Endergonik nitelikli bu reaksiyonun enerjisi ATP hidrolizi ile sağlanır.

2- Mitokondride oluşan okzaloasetatın glukoneojenez reaksiyonlarının devamı için sitoplazmaya geçmesi şarttır. Ancak bu madde mitokondriden dışarı çıkamaz. OAA ın glukoneojenetik yola girişi 2 şekilde gerçekleşir:

1*) OAA , TCA siklüsü reaksiyonunu kullanarak malata dönüşür ve bu şekilde mitokondiriyi terk eder. Sitoplazmada malat tekrar okzalasetata çevrilir. Bu dönüşüm reaksiyonlarını katalizleyen enzim malat dehidrogenaz dır.

2*) OAA, mitokondrial aspartat transaminaz ile aspartata çevrilirek mitokondriden sitoplazmaya geçer ve bu kez sitoplazmik aspartat transaminazla OAA a dönüştürülür.

3- Sitoplazmaya geçen okzaloasetat, fosfoenolpirüvat karboksikinaz ile dekarboksile olarak fosfoenolpirüvat a çevrilir.Endergonik olan bu reaksiyonda enerji kaynağı GTP dir.

Fosfoenolpirüvat karboksikinaz

Bu reaksiyon glukoneojenezin en önemli reaksiyonudur. Fosfoenolpirüvat karboksikinaz allosterik bir enzim olmamasına rağmen kendisini sentezleyen genin kontrolu ile glukoneojenez üzerinde etkili olur.

şöyle ki glukagon bu geni aktive ederek enzim sentezini ve dolayısıyle glukoneojenezi hızlandırır.

İnsülin ise zıt bir etkiye sahiptir. Bu hormon aynı mekanizmayla enzim sentezini ve beraberinde glukoneojenezi i yavaşlatır. Glukokortikoid hormonların da glukagona benzer etkileri vardır.

Fosfoenolpirüvat karboksikinaz mitokondride de bulunur. Bu nedenle OAAfosfoenolpirüvat dönüşümü mitokondride de gerçekleşebilir.

4- Fosfoenolpirüvat, glikolizin reversibl reaksiyonlarının geriye dönüşü ile sıra

dahilinde früktoz-1,6- bifosfata kadar ilerler.

Yukarıdaki şekilde de görüldüğü gibi organizmadaki yağların parçalanması ile açığa çıkan gliserol bu kademede glukoneojeneze katılma imkanı bulur. Gliserol ilk aşamada gliserol kinazla gliserol-3-fosfata çevrilir ve daha sonra da gliserol-3-fosfat dehidrogenaz tarafından dihidroksiaseton fosfata dönüştürülür.

5- Früktoz-1,6-bifosfat ın früktoz-6-fosfata dönüşümü farklı bir enzimle gerçekleştirilir. Bilindiği gibi bu aşama irreversibl olup geriye dönüşüm ancak früktoz-1,6-bifosfataz sayesinde mümkün olur.

Früktoz-1,6-bifosfataz allosterik bir enzim olup früktoz-2,6-bifosfat tarafından inhibe edilir

6- Früktoz-6-fosfat, fosfoheksoz izomeraz ile glukoz-6-fosfata çevrilir. Bu da glikolitik yolun tersine işlemesinden başka bir şey değildir.

7- Glukoneojenez in glukoz eldesi ile sonuçlanan son aşamasında glukoz-6-fosfat, glukoz-6-fosfataz tarafından glukoza parçalanır. Hatırlanacağı gibi glikoliz sırasında glukozdan glukoz-6-fosfat oluşumu, hekzokinaz veya glukokinaz ile katalizlenir ve irreversibldir. Böylece burada bir reaksiyonun başka bir enzimle geriye döndürülüşüne bir kez daha tanık oluyoruz.

Glukoz-6-fosfataz karaciğer ve böbrekte bulunur, kas ve beyinde bulunmaz. Sonuç olarak bu enzime sahip dokular kana glukoz verirken enzim içermeyenler kana glukoz veremezler.

Genel enerji blançosu itibariyle glukoneojenez endergonik bir reaksiyondur. Örneğin 2 mol laktattan 1 mol glukoz oluşurken 4 ATP ve 2 GTP harcanır.

Kas- laktat -karaciğer

Laktat kas dokusunda bol miktarda meydana gelir. Anoksik şartlarda çalışan kas dokusu daha fazla laktat sentezler. Bu şekilde kas dokusunda oluşan laktat kana karışır, karaciğere gelir ve glukoneogenezle glukoza dönüştükten sonra kanla kas dokusuna ulaşır ve tekrar laktat haline gelir. Bu döngüsel olaya CORİ döngüsü denir.

Kas-alanin-karaciğer

Amino grubunu kaybettikten sonra, geride kalan karbon iskeleti, pirüvat veya TCA siklüsü ara maddelerine dönüşen amino asitlerden de glukoneojenez yoluyla glukoz sentezlenir. Örneğin açlık durumunda kas dokusundan alanin salınır ve bundan glukoz sentezlenir. Bu amino asit karacigerde transaminasyonla NH2 grubunu kaybederek pirüvata dönüşür.

piruvat

Pirüvattan glukoneojenezle glukoz meydana gelir. Glukoz kanla kas dokusuna ulaşır. Glukoz burada enerji temin etmek amacı ile kullanılabileceği gibi, oksidasyonu sırasında oluşan pirüvattan alanin sentezi de mümkün olur. Bu olaya alanin-glukoz siklüsü denir.

Gliserol- propiyonik asit

Yağların yıkımı ile geride kalan gliserol de glukoneojenez için önemli bir kaynak oluşturur. Yağ asitlerinden bazıları okside oldukları zaman 3 karbonlu propiyonik aside dönüşerek glukoneojenez reaksiyonlarına katılabilirler.

Propiyonik asit, metil malonik asit üzerinden süksinik aside dönüşür. Bilindiği gibi süksinik asit TCA siklüsü ara maddesidir ve bu metabolit aracılığı ile glukoz sentezi gerçekleşir

Propiyonattan glukoz sentezi geviş getiren hayvanlarda oldukça işlek bir yoldur. B12 vitamini yetmezliğinde veya doğuştan metilmalonil-KoA mutaz yokluğunda idrarda metilmalonik asit artışı ve asidozla karakterize bir metabolik hastalık gelişir.

GLUKONEOJENEZİN KONTROLU

Organizma ekonomisi açısından ele alındığında ATP çokluğu glukoneojenez i

başlatan bir faktör olmalıdır. Bu durum aynı zamanda ATP oluşumuna yol açan tüm reaksiyonların durdurulması mesajını da verir.O halde glikoliz ve glukoneojenez

birbirinin tersi olacak biçimde kontrol edilmelidir.

ATP-NADH-glukoneogenez

Organizma yeterli ATP yüküne sahip olunca oksidatif fosforilasyon yavaşlar ve bu da NADH birikimine yol açar. Miktarı artan NADH sitrik asit siklüsünü

yavaşlatır ve böylelikle asetil-KoA birikimi gerçekleşir. asetil-koA düzeyinin artmasıPirüvat karboksilaz ı aktive ederek glukoneogenezi hızlandırırken glikolizi yavaşlatır.

früktoz-2,6-bisfosfat Bir diğer modülatör früktoz-2,6-bisfosfat tır. Daha önce de değinildiği gibi bu madde glikolizin kontrol enzimi olan PFK-1 i aktive , glukoneogenezin kontrol enzimi olan früktoz-1,6- bifosfatazı inhibe eder.DolayısıylaFrüktoz-2,6-bifosfat fazlalığında glikoliz hızlanır, glukoneojenez yavaşlar, azlığında ise glikoliz yavaşlar glukoneojenez hızlanır.

Glukagon en etkili glukoneojenetik

hormondur.

Glukoneogenezin uzun etkili düzenlenmesi hormonal olarak gerçekleşir.

Bu hormon cAMP aracılığı ile gen stimülasyonu yapar ve PEP karboksikinaz sentezini artırarak glukoneojenezi hızlandırır.

Öte yandan organizmada früktoz-2,6-bisfosfat düzeyi hormonal olarak ta düzenlenir.

Bilindiği gibi hipoglisemi (açlık) glukagon salgılanmasına yol açar.

glukagon

Bu hormon hücrede cAMP düzeyini yükseltir ve buna bağlı olarak fosforilasyon olayları artar ve früktoz-2,6- bifosfataz’ın aktivitesinin artması früktoz-2,6-bifosfatın azalmasına yol açar. Bu kez üzerindeki inhibisyonun kalkması

nedeniyle aktifleşen früktoz-1,6-bifosfataz da glukoneojenezi hızlandırır. Sonuç olarak glukagon ,glukoneojenezi hızlandıran bir hormondur.

Yani glikoliz işlerken glukoneojenez durmalı veya glukoneojenez işlerken

glikoliz durmalıdır.Bu mantıktan hareket edildiğinde her iki metabolik yola ait regülatör enzimlerin aynı allosterik modülatör tarafından birbirinin tersi olacak biçimde kontrol edilmesi sonucuna ulaşılır.

Örneğin asetil-KoA glukoneogenezin ilk enzimi olan pirüvat karboksilazı

allosterik olarak aktive ederken pirüvat dehidrogenazı inhibe eder.