GLİKOJENOLİZİS Glikojen Yıkımı
advertisement
Hatırlatma GLİKOJENOLİZİS Glikojen Yıkımı Bir aldehit veya keton alkollerle 1:1 oranda sırasıyla hemiasetal ve hemiketal oluşturmak üzere reaksiyona girerler. Bu reaksiyon sonrasında karbonil karbonunda yeni bir kiral merkez oluşur. Yapıdaki ikinci alkolün değişimi ise bir asetal yada ketal oluşturur. İkinci alkol diğer bir şekere aitse, oluşan bağa glikozit bağı denir. Hatırlatma D-glukozun iki siklik formunun oluşumu. C-1 deki aldehit grup ve C-5’teki hidroksil grubu arasındaki reaksiyon iki stereoizomerli (α ve β anomer) hemiasetal verir (Hemiasetal karbon çevresindeki stereokimya değişir). α ve β anomerlerin birbirine dönüşümü mutarotasyon olarak bilinir. 1 Şekerler indirgen ajanlardır: Glukozun anomerik karbon atomunun oksidasyonu Fehling reaksiyonunun temelini oluşturur. Alkali koşullarda oluşan kuproz iyon (Cu+) kırmızı kuprozoksit olarak çöker. Hemiasetal (halka) formda, glukozun C-1’i Cu2+ ile okside olmaz. Ancak, halkanın açık formu (düz zincirli yapı) halka formu ile denge halindedir. Reaksiyon düz zincirli form üzerinden gider. Bir disakkarit iki monosakkaritten oluşur (burada iki D-glukoz molekülü). Burada sağdaki glukozun – OH grubuyla soldaki glukoz molekülünün molekül içi hemiasetal grubunun bir su çıkışı reaksiyonu sonucu O-glikozidik bağ oluşur. Bu reaksiyonun tersi hidroliz olup, glikozidik bağa suyun attağı ile gerçekleşir. Maltoz molekülünde bir adet indirgen uç (hemiasetal) bulunur. Mutarotasyon α ve β anomerlerin birbirine dönüşümü olarak bilindiğinden sağ uçtaki anomerik karbona bağlı olan bağlar dalgalışekilde veya tam yapıyı ortaya koyacak şekilde isimlendirilir. Nişaşta ve glikojen moleküllerinin elektron mikroskobu görüntüleri. a)Bir Kloroplast içerisindeki geniş nişaşta granülleri. Kloroplastlardaki nişaşta D-glukoz’dan fotosentetik olarak üretilir. b)Hepatositlerdeki glikojen granülleri. Bu granüller (~0.1m) sitozolde oluşur ve nişaşta granüllerine kıyasla (~1.0m) oldukça küçüktür. 2 •Nişaşta, glukozun amiloz ve amilopektin olmak üzere iki değişik polimerine sahiptir. •Amiloz, uzun dallanmamış glukoz (14) polimerinden oluşur. Bu tür zincirlerin molekül ağırlıkları birkaçbinden milyona kadar gider. •Amilopektinde oldukça yüksek molekül ağırlığına sahiptir (100 milyona kadar). •Ancak amilozdan farklı olarak yüksek derecede dallanma bulunmaktadır. •Amilopektinde de amilozda olduğu gibi (14) bağlanmaların yanısıra her 24 ila 30 rezidü arasında (16) bağ tipinden oluşan dallanmalar bulunmaktadır. Glikojen, hayvan hücrelerinin ana depo polisakkaritidir. Amilopektinde olduğu gibi glikojende (14) bağlanmaların yanısıra dallanmaları oluşturan (16) bağ tipleri mevcuttur. Glikojen’in amilopektinden en önemli farklılığı dallanmaların her 8 ila 12 glukoz rezidüleri arasında gerekleşmiş olmasıdır. Dolayısıyla, glikojen nişaştaya kıyasla daha kompakt bir yapı arzeder. Glikojen bolca karaciğerde yer alır ve karaciğerin yaş ağırlığının %7 sini oluşturur. Glikojen ayrıca kaslarda da yer alır. Karaciğer hücrelerinde glikojen büyük granüller halinde görünür. Glikojen granülleri ayrıca sıkı bağlanmış formunda glikojen sentezi ve degradasyonundan sorumlu enzimleri de içerir. •Glukojen molekülü dallanmadan kaynaklı olarak bol miktarda indirgen olmayan uç içerir. Ancak sadece bir tane indirgen uç içerir. Glikojen enerji kaynaklı olarak kullanıldığında indirgen olmayan uçtan başlayarak degrade edilir. •Degrade edici enzimler (fosforilaz) aynı anda değişik uçlardan degradasyon işlemine başladığı için polisakkaritin monosakkarite dönüşüm hızı oldukça yüksektir. •Neden Glukoz monomerik formda depo edilmez? •Karaciğer hücreleri glikojeni glukoz ekivalentince 0.4M olacak şekilde depo eder. Glikojenin gerçek konsantrasyonu ise (çözünmez, sitozolun osmolaritesine çok az katkı yapar) yaklaşık 0.01 M dır. •Eğer sitozol 0.4 M glukoz içermiş olsaydı, osmolarite inanılmaz birşekilde artacak ve hücre içine su girişi yüzünden hücrenin patlamasına neden olacaktı. •Gerçek nasıl? •Karaciğer hücrelerimizde bu glukoz eşdeğeri 0.4 M kabul edilirse, kan dolaşımımızdaki glukoz konsantrasyonu ise 5mM dır. Aradaki bu fark kan dolaşımından karaciğer hücresine (eğer yeterli glikojen depoları varsa) glukoz girişine izin vermez. Glukozun hücre içerisine girişine ilişkin serbest enerji değişimi oldukça yüksek ve pozitiftir. 3 Bitişik rijit sandalyelerin en kararlı konformasyonunda polisakkarit zinciri eğilir, yani doğrusal değildir! Amilozun üç boyutlu yapısı incelendiğinde ise, yapının sıkı olarak sarılmış sarmal konformasyonda olduğu gözlenmektedir. GLİKOJENOLİZİS • Metabolizmada ana yakıt kaynağı olan glukoz, ATP üretmek üzere • Glukoz hayvanlarda ise glikojen şeklinde depo edilir. Amilopektinden tek farkı dallanma noktasının 8-14 rezidüde bir yer almasıdır. glikolizis ile yıkıma uğrar. • Yüksek yapılı organizmalar, yakıt kaynağının tükenmesi durumunda metabolik ihtiyaçlar doğrultusunda kullanmak üzere glukozu yüksek molekül ağırlıklı glukanlar (glukoz polisakkaritleri) şeklinde polimerleştirerek depo ederler. • Glukoz bitkilerde α-amiloz [α(1→4) bağlı glukan] ve amilopektin [αamilozun α(1→4) bağına ek olarak 24-30 rezidüde bir α(1→6) dallanma içerir]’in bir karışımı olan nişasta şeklinde depo edilir. Glikojenin moleküler yapısı. 4 • Glikojen, 100-400 Å çapındaki 120,000’e kadar glukoz molekülü barındırabilen sitoplazmik granüllerde depo edilir. • Genellikle glikojen en fazla kullanıldığı kas (ağırlığının %1-2 kadarı) ve karaciğer hücrelerinde (ağırlığının %10 kadarı, vücudun ~12 saatlik enerji kaynağı) daha bol bulunur. Glikojenin dallanmış yapısını gösteren diyagram. Ratların iskelet kasındaki bir glikojen granülünün elektron mikrografı. Bu derste; glukoz moleküllerinin glukanın indirgen olmayan ucundan ardışık salınımlarına ilişkin mekanizmalar incelenecektir. Daha önce de belirtildiği üzere, glikojenin yüksek yapılı dallanmasının fizyolojik olarak kan dolaşımına çok hızlı glukoz molekülü salabilmesinden ötürü çok büyük önemi vardır. Peki neden yağlar gibi vücutta büyük kütleye sahip yapılar dururken glikojen depo edilir? • Karaciğer ve kas, glikojenin en fazla depo edildiği iki ana organdır. • Kaslarda ATP’ye ihtiyaç duyulduğunda glikojen, glikolizise girmesi için glukoz-6-fosfata (G6P) yıkılır. Cevap üç kısımdan oluşur: 1. Kaslar yağları glikojende olduğu gibi hızlı metabolize edemez (100 m koşucusunu düşünün) 2. Yağların yağ asidi kalıntıları anaerobik olarak metabolize edilemezler (100 m kelebek yüzücüsünü düşünün) • Karaciğerde, düşük kan glukozu konsantrasyonu glikojenin G6P’a yıkılmasını, G6P’ın hidroliz olarak glukoza dönüşmesini ve glukozun tekrar kana verilerek kan glukoz düzeyinin normale dönmesini tetikler. 3. Hayvanlar yağ asitlerini glukoza dönüştüremezler! Bu yüzden yağlar tek başlarına kan glukoz seviyesini düzenleyemezler! 5 GLİKOJEN ÜÇ ENZİMATİK REAKSİYONLA YIKIMA UĞRAR. GLİKOJEN ÜÇ ENZİMATİK REAKSİYONLA YIKIMA UĞRAR. • • Reaksiyon 1: Glikojen fosforilaz, glikojenin fosforoliz (fosfat grubunun yer değiştirmesi ile bağın kırılması)’ini katalizleyerek glukoz-1-fosfat (G1P) oluşturur. Reaksiyon 2: Glikojen dalkırıcı enzim Bu enzim glikojenin dallanmalarını uzaklaştırarak glikojenin daha üst düzey yıkılmasına olanak sağlamak için fosforilaz enzimine kolaylık sağlar. Bu enzim ayrıca 16 glikozidik bağlarıda kırabilir (dallanmanın olduğu ilk glukoz molekülü). Bu enziminde yardımıyla glikojen kalıntılarının yaklaşık %92 lik kısmı G1P ye dönüştürülür. • Bu enzim dallanma noktasından en az 5 birim kalıncaya dek glukozun açığa çıkmasını sağlar. • Geri kalan yaklaşık %8 lik kısım ise (dallanma noktalarındaki), dogrudan glukoza dönüştürülmüş olur. Bu reaksiyon konfigürasyonun değişimi ile ilerler ve bu durum kovalent glikozil-enzim araürününü de içeren çift yer değiştirme mekanizmasının göstergesidir. • Aynı zamanda reaksiyon sırasında enzim·Pi·glikojen üçlü kompleksini takiben korunmuş okzonyum iyonu araürününün oluştuğu düşünülmektedir. GLİKOJEN ÜÇ ENZİMATİK REAKSİYONLA YIKIMA UĞRAR. • Reaksiyon 3: Fosfoglukomutaz Bu enzim G1P yi G6P ye dönüştürür. Bu ürün aynı zamanda, glikolizin ilk adımında heksokinaz enzimince de oluşturulmaktadır. Oluşan G6P kaslarda glikolitik yoldan devam ederken, karaciğerde glukoza hidrolizlenerek kana verilir. Reaksiyon 1. Glikojen fosforilazın reaksiyon mekanizması. Fosforilaz reaksiyonu sonucunda glikojenin indirgen olmayan terminal glikozil birimine ait C1-O1 bağının kırılmasıyla G1P oluşur. Bağ kırılması ve ardından okzonyum iyonunun oluşumu, Pi tarafından glikozidik oksijenin protonlanmasıyla gerçekleşir (asit katalizi). Oluşan okzonyum iyonu anyonik Pi ile iyon çifti oluşturarak kararlı hale gelir (elektrostatik kataliz). Şimdi, bu enzimlerin yapı ve mekanizmalarına biraz daha yakından bakalım… Hemen ardından PLP’a ait fosforil grubunun Pi ‘tan proton almasıyla G1P oluşur (baz katalizi). 6 • Glikojen fosforilaz, 842 rezidülük altbirimleri birbirine eş dimerden oluşan glikojen yıkımının kontrol basamağını katalizleyen enzimdir. Glikojen fosforilaz reaksiyonunun okzonyum iyonu üzerinden gerçekleştiği 1,5-glukonolakton gözlemine dayanmaktadır. Bu molekül fosforilazın bir inhibitörüdür. 1,5-glukonolakton öngörülen okzonyum iyonu ile aynı yarı sandalye konformasyonuna sahiptir ve bu geçiş basamağı analogu fosforilazın aktif merkezinde okzonyum iyonunu taklit eder. Tavşan kasına ait glikojen fosforilaz a (solda) ve b (sağda)’nin X-ray yapısı. Fosforilaz, kofaktör olarak pridoksal-5´-fosfat içerir ve aktivitesi için gereklidir. Bu B6 vitamini türevi bir Schiff bazı ile Lys 679 üzerinden fosforilaza kovalent olarak bağlıdır. X-ray çalışmalarından PLP’ın fosfat grubunun enzimin aktif merkezine yakın yer aldığı ve bir asit-baz katalizörü olarak görev aldığı tahmin edilmektedir. 7 • Glikojenin dallanma noktalarını yıkan enzim, 1540 rezidülük • monomer yapısındadır. Reaksiyon 2: Glikojenin dallanma noktalarını yıkan enzim, glikojen fosforilaz reaksiyonunun tamamlanmasını sağlar. • • Glikojenin limit dallanma noktasından α(1 → 4) bağlı trisakkarid birimini başka bir dallanma noktasının indirgen olmayan ucuna Aynı zamanda α(1 → 6) bağlı glikozil birimlerini de glukoza transfer ederek bir α(1 → 4) transglikozilaz (glikozil transferaz) dönüştürür. olarak görev görür. • Sonuç olarak, glikojene ait glukoz rezidülerinin yaklaşık %92’si • Dallanma noktasında geriye kalan glikozil rezidüsünü ana zincire G1P’a dönüşmüş olur. • bağlayan α(1 → 6) bağını da aynı enzim hidroliz ederek glukoz ve Kalan %8’lik kısım ise dallanma noktalarından elde edilen glukozu dallanmamış glikojen açığa çıkmasını sağlar. Bu nedenle oluşturur. dallanma noktalarını yıkan enzim transferaz reaksiyonu ve α(1→6) glukozidaz reaksiyonu için iki ayrı aktif merkeze sahiptir. • Reaksiyon 3: Fosfoglukomutaz G1P’ı G6P’a dönüştürür. • G6P da ya glikolizis yolağına girer (kaslarda olduğu gibi) ya da glukoza hidroliz olur (karaciğerde olduğu gibi). α(1 → 4) transglikozilaz (glikozil transferaz) α(1→6) glukozidaz • Aktif fosfo-enzimden G6P’a bir fosforil grubu transferi sonucu glukoz-1,6-bifosfat (G1,6P) oluşur ve bu araürün enzimi tekrar fosforillleyerek G1P’a dönüşür. Dallanma noktalarını yıkan enzim tarafından katalizlenen reaksiyonlar. 8 Glikojen metabolizmasının Termodinamiği: “Sentez ve Yıkım Yollarını Ayırmak için Gereken İhtiyaç” Forforilaz enzimi için G0’ (standart biyokimyasal koşullar altındaki G) değeri +3.1 kJ/mol’dir. Bu veriye göre fosforilaz reaksiyonu 25 C’de [Pi]/[G1P]=3.5 olduğu zaman dengeye ulaşır (G=0). Hücre de bu oran ise 30 – 100 arasında değişir ki, bu da G değerini -5 ila 8 kJ/mol arasına getirir. Dolayısıyla glikojen yıkımı egzergonik bir reaksiyondur. Bunun tersi ise, yani G1P ve Pi’den glikojenin sentezi ise istemsiz-endergonik bir süreçtir. (1) C1 karbonuna ait OH grubu fosfoenzime atak yaparak defosfoenzim-G1,6P araürününü oluşturur. (2) Defosfoenzimdeki Ser-OH grubu C6 karbonundaki fosforil grubuna atak yaparak fosfoenzimi rejenere ederken G1P’ın açığa çıkmasını sağlar. Bu nedenle, glikojen sentezi ve yıkımı ayrı yolaklarla gerçekleşmelidir. Çünkü, her iki yolda kullanılan metabolitler benzerdir. Bu nedenle farklı enzimatik mekanizmaların rol oynaması gerekir (Fosfofruktokinaz-1 ve Fruktoz-1,6-bisfosfataz’da olduğu gibi) McArdle hastalığı -Nadir, kalıtımsal glikojen depo hastalığı, ılımlı bir egzersiz sonrası şiddetli krampların oluşumu GLİKOJENEZİS - Bu hastalardan alınan doku örneklerinin glikojen fosforilaz aktivitesinin olmadığı ve glikojen yıkımını gerçekleştiremediği görülmüştür. (Glikojen Sentezi) -Bu hastaların kaslarında ise normal düzeylerde glikojen depolarının olması, sentezin yıkımdan farklı bir mekanizma ile oluştuğunun bir diğer kanıtıdır. Glikojen sentezi yolunda rol oynayan enzimler; UDP-glukoz pirofosforilaz, glikojen sentaz, glikojen dallandırıcı enzimdir. İlaveten bir de Glikojenin isimli bir protein bulunmaktadır. 9 UDP-Glukoz Pirofosforilaz Reaksiyonu G1P’ın glikojen ve Pi ‘a direkt olarak dönüşümü tüm fizyolojik Pi konsantrasyonları altında termodinamik olarak istemsiz (pozitif ΔG) olduğundan glikojen biyosentezi için ek bir ekzergonik adıma ihtiyaç vardır. Bu adım, G1P’ın üridin trifosfat (UTP) ile birleşimi olan üridin difosfat glukoz (UDP-glukoz veya UDPG) oluşumuna dayanır. • UDP-glukoz pirofosforilaz UTP ve G1P’ın reaksiyonunu katalizler. • Bu reaksiyonda G1P’a ait fosforil grubu oksijeninin UTP’nin α fosfor atomuna atağı sonucu UDPG oluşur ve PPi açığa çıkar. • Bu fosfoanhidrit değişiminin ΔG°´ değeri beklenildiği gibi sıfıra yakındır. • Ardından, oluşan PPi ortamda bulunan inorganik pirofosfataz enzimi tarafından katalizlenen ekzergonik bir reaksiyonla hidroliz olur. • Bu nedenle UDPG oluşumuna ait toplam reaksiyon da ekzergoniktir. UDPG’nin yüksek enerjili hali uzayan glikojen zincirine kendiliğinden bir glukozil grubu vermesine olanak sağlar. • • • • • UDP-glukoz pirofosforilaz UTP ve G1P’ın reaksiyonunu katalizler. Bu reaksiyonda G1P’a ait fosforil grubu oksijeninin UTP’nin α fosfor atomuna atağı sonucu UDPG oluşur ve PPi açığa çıkar. Bu fosfoanhidrit değişiminin ΔG°´ değeri beklenildiği gibi sıfıra yakındır. Ardından, oluşan PP i ortamda bulunan inorganik pirofosfataz enzimi tarafından katalizlenen ekzergonik bir reaksiyonla hidroliz olur. Bu nedenle UDPG oluşumuna ait toplam reaksiyon da ekzergoniktir. Glikojen Sentaz Reaksiyonu •Glikojen sentaz reaksiyonu ile UDPG’ye ait glikozil birimi bir α(1 → 4) bağı oluşturmak üzere bir glikojen zincirinin indirgen olmayan ucundaki C4-OH grubuna transfer edilir. •Bu reaksiyonda da glikojen fosforilaz reaksiyonunda olduğu gibi bir okzonyum araürünü üzerinden ilerlediği düşünülmektedir. •Memeliler glikojen sentazın %70 benzerlikte iki izoformunu eksprese ederler; biri çoğunlukla kasta diğeri ise karaciğerde bulunur. •Bitkiler ve bakteriler ise nişasta/glikojen sentazlara sahiptirler fakat bu canlılar UDP-glukoz yerine glukoz donörü olarak ADPglukozu kullanırlar. UDP-glukoz pirofosforilaz tarafından katalizlenen reaksiyon. 10 • Glikojen sentaz reaksiyonu için ΔG°´ değeri -13.4 kJ/mol’dür • Glikojen sentaz iki glukoz rezidüsünü basit bir şekilde ve bu reaksiyon glikojen yıkımındaki istemli gerçekleşen glikojen fosforilaz reaksiyonunun gerçekleştiği koşullarda istemlidir. • • • Bu iki reaksiyon bir arada düşünüldüğünde glikojenin döngüsel olarak sentez ve yıkımı sürekli bir hareket makinasından çok gücünü UTP hidrolizinden sağlayan bir • motora benzetilebilir. • Tüketilen UTP, nükleozid difosfat kinaz tarafından • katalizlenen fosfat transferi reaksiyonu ile tekrar üretilir. • birleştiremez, sadece hazır bulunan bir α(1 → 4) bağlı glukan rezidüsünü genişletebilir. Peki glikojen sentezi nasıl başlar? Cevap, glikojen sentezinde bir glukoz rezidüsünün yarı-katalizli olarak «glikojenin» adı verilen 332 rezidülük homo-dimerik bir proteinin Tyr 194’e ait OH grubuna aktarılmasıyla başlar. «Glikojenin», glukan zincirini UDP-glukoz tarafından sağlanan ~9 rezidüye kadar genişleterek glikojen sentezinin başlaması için bir primer oluşturur. Glikojen sentaz bu noktadan sonra devreye girerek senteze devam eder. Glikojen granüllerinin analizi sonucunda bu iki enzimin 1:1 oranda bulundukları gösterilmiştir. Glikojenin iki farklı reaksiyonu katalizler. İlk olarak Tyr 194 üzerindeki hidroksil grubunun UDPglukozun glikozil artığındaki C1 karbonuna atağı ile glikozillenmiş Tyr rezidüsü oluşur. Ardından, terminal glukozun C4 hidroksil grubu başka bir UDP-glukoz molekülünün C1 karbonuna atak yapar ve bu sekans α(1→4) glikozidik bağı ile bağlı sekiz glukoz rezidüsü içeren bir glikojen molekülü meydana gelinceye kadar uzamaya devam eder. 11 Bir glikojen molekülünün yapısı. Merkez glikojenin molekülünden başlayarak, glikojen zincirleri (12 - 14 rezidülük) katmanlar halinde genişler. İç kısımdaki zincirlerin her birinde iki adet α(1→6) dallanma noktası bulunur. Dış katmandaki zincirlerde dallanma yoktur. Olgun bir glikojen partikülünde 12 adet katman bulunur (burada sadece 5 tanesi gösterilmiştir). 21 nm yarıçaplı ve Mr ~1 × 107 olan bir glikojen molekülü yaklaşık 55,000 adet glukoz rezidüsü içerir. Glikojen sentaz tarafından katalizlenen reaksiyon. 12 Glikojen Dallandıran Enzim •Glikojen sentaz sadece α(1 → 4) bağı oluşumunu katalizleyerek αamiloz meydana getirir. Dallanarak glikojen oluşumu 700 rezidülük monomerik bir enzim olan amilo-(1,4→1,6)-transglikozilaz (glikojen dallandıran enzim) tarafından katalizlenir. •Her bir dal ~7 glikozil rezidüsünden oluşan terminal zincir parçalarının aynı veya başka bir glikojen zincirindeki glukoz rezidüsünün C6-OH grubuna transferi ile meydana gelir. •Transfer edilen her bir parça en az 11 rezidülük bir zincirden gelmelidir ve yeni dallanma noktası diğer dallanma noktalarından en az 4 rezidü uzaklıkta bulunmalıdır. Glikojen’in dallanma reaksiyonu. Glikojen fosforilazın metabolik kontrolü GLİKOJENOLİZİS VE GLİKOJENEZİN METABOLİK REGÜLASYONU • • • • Glikojen biyosentezi, glikojen sentaz enzimi ve glikojen yıkımı da glikojen fosforilaz enzimi üzerinden allosterik efektörler, kovalent modifikasyon ve hormonal kontrol mekanizmaları aracılığıyla regüle edilir. Enzim hem allosterik etkileşimler hem de kovalent modifikasyon ile regüle edilir. Enzim katalizli modifikasyon prosesi ile fosforilazın iki formu arasında geçiş sağlanır: • Fosforilaz a, her iki altbiriminde de Ser 14’e bağlı fosforil grubu esterine sahiptir. • Fosforilaz b, fosforil grubuna sahip değildir. Fosforilazın allosterik inhibitörleri ATP, G6P ve glukozdur. Allosterik aktivatörü ise enzimin fosforile/defosforile formları ile farklı şekilde etkileşime girerek duyarlılığı yüksek bir kontrol sağlayan AMP molekülüdür. Enzimin ligand bağlanan bölgelerinin şematik gösterimi. 13 Glikojen fosforilaz aktivitesinin kontrolü. Enzim, enzimatik olarak inaktif T konformasyonu (üstte) veya katalitik olarak aktif olan R formu (altta) arasında geçiş yapabilir. Fosforilaz b’nin konformasyonu AMP, ATP ve G6P gibi efektörler tarafından allosterik olarak kontrol edilir ve fizyolojik koşullarda en çok T halinde bulunur. Buna karşılık, enzimin modifiye formu, fosforilaz a, bu efektörlere büyük oranda duyarsızdır ve glukoz düzeyi çok yüksek olmadıkça R halinde bulunur. Olağan fizyolojik koşullar altında, glikojen fosforilazın enzimatik aktivitesi, enzimin modifikasyon/demodifikasyon hızı ile belirlenir. Enzimin sadece T formunun modifiye/demodifiye edildiği unutulmamalıdır, bunun sonucu olarak efektörün bağlanması modifikasyon/demodifikasyon hızını etkiler. • Karaciğerde, glukoz fosforilaz a’nın allosterik inhibitörüdür ve T formuna geçmesini sağlar. Aynı zamanda fosforilllenmiş serinleri fosfataz tarafından hidroliz olmaya hazır hale getirir. Bu durum dengeyi fosforilaz b yönüne kaydırır. • Kasta, primer allosterik efektörler ATP, AMP ve G6P’dır. Kaslar kasılma sırasında ATP’yi kullandığında, AMP düzeyi yükselir ve artan AMP fosforilaz b’nin aktif olan R formuna geçmesini tetikler. • ATP bolluğunda veya G6P oluşturulduğunda, bu moleküller dengeyi T formuna geri çevirerek allosterik inhibitör olarak davranırlar. • Bu değişimler, glikojenin enerjiye ihtiyaç duyulduğu yüksek AMP, düşük [G6P] ve düşük [ATP] durumlarında yıkılacağını gösterir. Tam tersi durumda (düşük [AMP], yüksek [G6P] ve yüksek [ATP]) yani enerji ihtiyacı olmadığında glikojen yıkımı düşüktür. 14 Glikojen sentazın metabolik kontrolü • Glikojen sentazın aktivitesi glikojen fosforilazda olduğu gibi aynı tip kovalent modifikasyon ile düzenlenir. Aradaki fark cevabın tamamen ters olmasıdır. Glikojen sentaz, fosforile haldeyken inaktif, defosforile haldeyken aktif formundadır. • Hormonal sinyaller (glukagon veya epinefrin) glikojen sentazın cAMP bağımlı protein kinaz üzerinden fosforillenmesini stimule ederler. Glikojen sentaz fosforilaz kinaz ve glikojen sentaz kinaz gibi enzimler tarafından da fosforillenebilir. • Glikojen sentaz, fosforilazdan fosfat grubunu uzaklaştıran aynı fosfoprotein fosfataz tarafından defosforillenir. • Glikojen sentaz aynı zamanda allosterik olarak da kontrol edilir. ATP varlığında inhibe olurken, G6P aktivatör olarak davranır. Fakat, enzimin iki formu G6P’a farklı yanıt verir. • Fosforile (inaktif) formu «glikojen sentaz D» (G6P bağımlı) olarak adlandırılır çünkü sadece çok yüksek G6P konsantrasyonlarında aktiftir. • Defosforile formu «glikojen sentaz ɪ» (G6P bağımsız) olarak adlandırılır çünkü düşük G6P konsantrasyonlarında dahi aktiftir. Glikojen sentaz aktivitesi üzerinde insülin’in etkisi. İnsülinin karaciğer ve kaslardaki plazma membranı reseptörlerine bağlanmasıyla protein kinaz kaskadları uyarılır ve glikojen sentezi başlar. İnsülinin etkisiyle glikojen sentaz kinaz 3 (GSK3) inaktif hale gelirken, fosfoprotein fosfataz 1 (PP1) aktif hale geçer ve GLUT4 (glukoz taşıyıcı membran proteini) plazma membranına yerleşir. Glukozun hücre içine alımı ile birlikte glikojen sentezi için substrat sağlanır. Öte yandan, G6P glikojen sentazın inaktif formunu allosterik olarak aktive eder. 15 Glukagon ve epinefrin, sırasıyla, karaciğer ve kasta glikojen yıkımını aktive eden ve glikojen sentezini inhibe eden kaskad reaksiyonlarını aktive ederler. KAYNAKLAR Lehninger, Principles of Biochemistry, Fifth Edition Donald Voet and Judith Voet, Biochemistry, Third Edition Glikojen depolanmasında görülen kalıtsal hastalıklar. 16
