Glikojen fosforilaz - mustafaaltinisik.org.uk
advertisement
GLİKOJENEZ VE GLİKOJENOLİZİN KONTROLU Glikojenez ve glikojenoliz birbirinden farklı iki metabolik yoldur ve hiçbir zaman beraberce cereyan etmezler. Yani glikojenez işlerken glikojenoliz durur, glikojenoliz çalışırken glikojenez durur. Bu olay, iki önemli enzimin glikojenezde, glikojen sentaz glikojenolizde ,fosforilaz aktivitelerinin beraberce ancak birbirinin tersi olacak bir biçimde kontrolü ile gerçekleşir. • Bu kontrol kovalan modifikasyon ve allosterik olarak sağlanır. • Fosforilaz kovalan bir bağla yapısındaki serin amino asidine bir fosfat grubu bağlandığı zaman (fosforile edildiği zaman) aktive olur (fosforilaz a). • Defosforilasyonla aktivasyon kaybolur (fosforilaz b). • Öte yandan aynı şekilde fosforile edilen glikojen sentaz inaktiftir (glikojen sentaz b, ancak yüksek glukoz-6-fosfat konsantrasyonunda aktiftir ve bu nedenle D (dependent) form glikojen sentaz olarak ta isimlendirilmiştir. • Defosforile glikojen sentaz ise aktiftir (glikojen sentaz a ),glukoz-6-fosfata bağımlı değildir ve glukoz-6-fosfatın varlığında veya yokluğunda aktiftir, bu nedenle I (independent) form glikojen sentaz ismini alır. • Enzim proteininin fosforilasyonu protein kinaz la defosforilasyonu ise protein fosfataz1 le sağlanır. cAMP, cAMP bağımlı protein kinazı (protein kinaz A) aktive eder. • cAMP bağımlı protein kinaz molekülü birbirine yapışık dimerik R (regülatuar) ve dimerik C alt birimlerinden oluşmuştur. cAMP aktivasyon etkisini R ve C ünitelerini birbirinden uzaklaştırarak gerçekleştirir • Glukagon ve epinefrin hücre içi cAMP konsantrasyonunu artırır, insülin azaltır ve • böylece, glukagon ve epinefrinin glikojenezi yavaşlatırken glikojenolizi hızlandırdığı, insülinin ise tam tersine glikojenezi hızlandırırken glikojenolizi yavaşlattığı anlaşılmış olur. Glikojenez ve glikojenolizde gelişen olaylar ve bunların kontrolü aşağıda topluca özetlenmiştir (ªekil 2.8.). • • Fosforilaz ve glikojen sentaz da görülen aktivasyon değişiklikleri cAMP ile • başlatılan bir seri reaksiyonla gerçekleşir. cAMP, enzimleri fosforile ederek • aktivasyon değişikliğine yol açan protein kinaz A yı aktive eder. Aktif protein kinaz A, ATP harcıyarak fosforilaz kinaz b yi aktifleştirir ve böylece fosforilaz kinaz a oluşur. • Fosforilaz kinaz a da inaktif fosforilaz b yi aktif fosforilaz a ya çevirir (şekil 2.7.). • Bu aşamalarda fosfat grubu bağlayarak aktifleşen enzimler, bu grubun protein • fosfataz-1 le uzaklaştırılması sonucu aktivasyonlarını kaybeder ve inaktif konuma • geçerler. cAMP nin protein fosfataz-1 üzerine olumsuz etkisi vardır. şöyle ki c AMP, • protein yapısındaki inhibitör-1 denen maddeyi protein kinazlar aracılığı ile ve fosfat grubu bağlamak suretiyle aktive eder. • Aktifleşen inhibitör-1 de protein fosfataz-1 i inhibe eder.Sonuç olarak cAMP etkisiyle fosforilaz aktif konumda kalır. • Fosforile edilen glikojen sentaz inaktiftir. Glikojen sentaz fosforilasyonu da cAMP tarafından sağlanan protein kinaz aktivasyonu ile gerçekleşir. • Özetle cAMP glikojen sentaz ı inaktif konumda tutar. cAMP, fosfodiesteraz ile parçalanır. • İnsülin fosfodiestereazı aktive eden bir hormondur (şekil 2.9). O halde insülin etkisi ile cAMP aktivitesinde azalma olurken glikojen sentezi artar, glikojen yıkımı ise • azalır. şekil 2.9. cAMP nin parçalanması. • cAMP aracılığı ile Glikojen fosforilaz ve glikojen sentaz aktivasyonu şematik olarak şekil 2.10. da görülmektedir. cAMP , hücre içinde hormonal mesaj iletilmesinden sorumlu bir nükleotid tir. • Glukagon karaciğer hücresinde, epinefrin ise etkin olarak kas hücresinde cAMP konsantras-yonunu artırarak glikojenezi yavaşlatır, buna karşılık glikojenolizi hızlandırır. • Epinefrin hormonunun karaciğerde cAMP üzerinden yaptığı etkiye ek olarak bir başka etki biçimi vardır. • Epinefrinin karaciğerde bağlandığı bir diğer reseptör, 1 reseptörüdür. Bu reseptörün uyarılması ile karaciğer hücresinde Ca düzeyi artar. • Bu durumda fosforilaz b kinaz, fosforilasyon olmaksızın Ca tarafından allosterik olarak • aktive edilir ve glikojen yıkımı gerçekleşir. Glikojen Depo Hastalıkları • Glikojen metabolizmasında yer alan bir veya birden fazla enzimin eksikliğine bağlı olarak normal veya anormal glikojen birikimiyle karakterize bir grup hastalıktır. Glikojen karaciğer ve kaslarda birikmektedir. • İnsidansı olukça düşüktür(1/40.000) • Birkaç farklı tipi bilinmektedir • Tip l,lll,V ve Vl kismen hafif seyretmekte • Tip ll ve lV ise erken çocukluk döneminde oldürücü olmaktadır. Glikojen Depo Hastalıkları • • • • • • • Tip 1a ll lll V Vl Vll adı Von Gierke pompe Forbes, Cori McArdle Hers Tarui eksik enzim glıkoz-6-fosfataz a-1,4 glikozidaz Amilo-1,6 glukozidaz Miyofosforilaz Hepatofosforilaz kas fosfofruktokinazı 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 alyuvarlaryaşamları için glukoza son derece bağımlıdır. • • • • Glukoz yokluğu bu hücrelerde ciddi bozukluklara yol açacağı için, bu durumda bile organizma kendi kaynaklarını kullanarak glukoz sentezler. İşte bu olay glukoneojenez olarak bilinir. Yağ dokusunda ve eritrositlerde bol miktarda meydana gelen laktat, yağların yıkımı ile oluşan gliserol, amino asitlerin parçalanışı sırasında açığa çıkan glikojenik karbon iskeletleri ve propiyonat (glikojenik olan yegane yağ asidi) glikoneojenez için kaynak oluştururlar. • Karaciğer ve böbrek hücreleri glukoneojenez için gerekli tüm alt yapıya sahiptir .Olay bu hücrelerin mitokondrilerinde başlar ve sitoplazmalarında sonlanır. • Glukoneojenez reaksiyonları genel olarak • incelendiğinde, bunların, glukoz yıkımının irreversıbl aşamalarının tersine çevrildiği • özel reaksiyonlar ile bazı glikoliz reaksiyonlarının tersine işlemesinden oluştuğu • anlaşılır. Pirüvat • Pirüvat, glukoneojenez de merkezi bir yer işgal eder. • Laktat ve alaninin glukoneojeneze girişleri pirüvat üzerinden gerçekleşir. şimdi çok önemli bir kaynak olan laktat ın glukoza dönüşümünü izleyerek glukoneojenez reaksiyonlarını • inceliyelim. 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 • mitokondriyi 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. • Bu reaksiyon glukoneojenez in 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 glukoneojenez i yavaşlatır. • Glukokortikoid hormonların da glukagona benzer etkileri vardır. • Fosfoenolpirüvat karboksikinaz mitokondride de bulur. • Bu nedenle OAA fosfoenolpirüvat 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 gliserol3-fosfata çevrilir ve daha sonra da gliserol-3fosfat dehidrogenaz tarafından dihidroksiaseton fosfata dönüştürülür. • 5- Früktoz-1,6-bifosfat ın früktoz-6fosfata dönüşümü farklı bir enzimle gerçekleştirilir. • Bilindiği gibi bu aşama irreversibl olup geriye dönüşüm ancak früktoz-1,6bifosfataz 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 • irreversibl dir.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. • Laktat kas dokusunda bol miktarda meydana gelir. Anoksik şartlarda çalışan kas dokusu daha fazla laktat sentezler. Bu şekilde kas dokusunda oluşan laktat kana karışr, karaciğere gelir ve glukoneogenezle glukoza dönüştükten sonra kanla kas dokusuna ulaşır ve tekrar laktata haline gelir. Bu siklik olaya CORİ döngüsü denir. • 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. • glukoz sentezlenir. Bu amino asit karacigerde transaminasyonla NH2 grubunu kaybederek pirüvata dönüşür. • Pirüvattan glukoneojenezle glukoz meydana gelir. Glukoz kanla kas dokusuna ulaşır. • Glukoz burada enerji temin etmek amacı ile kullanılabileceği gibi, oksidasyonu sırasında oluşan pirüvattan alanin sentezide mümkün olur. Bu olaya alanin-glukoz siklüsü denir. • Yağların yıkımı ile geride kalan gliserol de glukoneojenez için önemli bir kaynak • oluşturur. • Yağ asitlerinden bazıları okside oldukları zaman 3 karbonlu propiyonik aside dönenler 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. • Organizmamız 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. Düzeyi artan asetil-koA • Pirüvat karboksilaz ı aktive ederek glukoneogenezi hızlandırırken glikolizi yavaşlatır. • Bir diğer modülatör früktoz-2,6-bifosfat tır. Daha önce de değinildiği gibi bu madde glikolizin kontrol enzimi olan fosfofruktokinaz1 i aktive , glukoneogenezin kontrol enzimi olan früktoz-1,6- bifosfatazı inhibe eder. • Früktoz-2,6-bifosfat fazlalığında glikoliz hızlanır, glukoneojenez yavaşlar, azlığında • ise glikoliz yavaşlar glukoneojenez hızlanır. • • • Glukoneogenezin uzun etkili düzenlenmesi hormonal olarak gerçekleşir. • Glukagon en etkili glukoneojenetik hormondur. Bu hormon cAMP aracılığı ile gen stimülasyonu yapar ve fosfoenolpirüvat karboksikinaz sentezini artırarak glukoneojenezi hızlandırır. • Öte yandan organizmada früktoz-2,6-bifosfat düzeyi hormonal olarak ta düzenlenir. Bilindiği gibi hipoglisemi glukagon salgılanmasına yol • açar. • Bu hormon hücrede cAMP düzeyini yükseltir ve buna bağlı olarak fosforilasyon olayları artar ve tandem enzim de früktoz-2,6bifosfataz aktivitesi kazanarak 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. Mitokondri
