Glikojenez ve Glikojenoliz Prof.Dr.Sabahattin Muhtaroğlu

Glikojenez Glukozdan glikojen sentezi demektir. Glikojen glukozun depolanmış şeklidir. Karaciğer % 8(yetişkinlerde 100-120 gram), kas dokusu %1 oranında glikojen içerir. Vücuttaki kas kitlesi karaciğerden daha fazladır, dolayısıyla kastaki glikojen miktarı karaciğerden fazladır. Glukozun fazla çözünürlüğü ve ozmotik olarak aktifliği, depolanmasını zorlaştırmaktadır.

Depolanabilmesi için çözünmeyen polimerlere dönüşmesi gerekir. Organizmanın enerji gereksinimi olmadığı zaman fazla glukoz bu iki organımız tarafından glikojene dönüştürülerek depolanır Glikojenez bir sentez reaksiyonudur ve enerji gerektirir. Enerji UTP den sağlanır. Enerji yüklü glukoz molekülleri, enzimler aracılığı ile primer glikojen molekülüne 1 4 ve  1 6 bağları yaparak bağlanır ve sentez gerçekleşir

UDP-glucose

Glikojen sentezi organizmanın tüm hücrelerinde yapılmakla birlikte, bu işteki en faal iki organımız kana glukoz sağlamakla yükümlü karaciğer ve kasılma için enerji depolayan kas dokusudur.

Karaciğer-kas-Glikojen Karaciğer gerektiği zaman(açlık durumunda) glikojeni serbest glukozlara parçalar ve kan glukozuna katkı yapar. Kas, kan plazmasına katkıda bulunmaz, ancak çalışan kas, kendi metabolik enerjisini üretmekle yükümlüdür.

fosfoglukomutaz Glikojen sentezinin ilk aşamasında glukoz-6-fosfat, fosfoglukomutaz ile tersinir olarak glukoz-1-fosfata dönüştürülür. Glukoz-6-fosfat  Glukoz-1-fosfat

UDP-glukoz pirofosforilaz Bundan sonra glikojenezin temel reaksiyonu gelişir. Glukoz-1-fosfat, UDP-glukoz pirofosforilaz tarafından UTP katkısıyla UDP-glukoz a çevrilir. Glukoz-1-fosfat+UTPUDP-glukoz+ PPi

pirofosfataz Bu reaksiyon sonunda açığa çıkan pirofosfat molekülünün pirofosfatazla ekzergonik olarak 2 fosfata çevrilmesi nedeniyle bu reaksiyon tersinir değildir. PPi  2Pi (G0'=-25 kJ/ mol)

Glikojen sentaz Glikojen sentaz, glikojenin α-1,4 bağlarını yapmaktan sorumludur. Bu enzim glikojen sentezini başlatmaz. Sadece var olan zinciri uzatabilir. Bu yüzden glikojen deposu tümüyle tükenmemiş bir hücrede bulunan bir glikojen parçası primer rol üstlenebilir. Glikojen parçasının yokluğunda ise glikogenin adlı özel bir protein glukoz kalıntılarının alıcısı olarak rol üstlenebilir.

UDP-glukozdan glikogenine ilk glukozun transferini “glikojen sentezini başlatma” enzimi sağlar. Bundan sonra birkaç glikozil birimini glikogenin kendisi büyüyen 1-4 glikozil zincirine ekleyebilir. Bu kısa zincir diğer glukoz kalıntıları için alıcı rolü üstlenir.

Glikogenin Glikogenin; Glukoz artıklarının alıcısı gibi davranan bir proteindir. Yapısındaki tirozin amino asitinin hidroksil grubu, glikozil ünitelerinin eklendiği yerdir. 1 4glikozidik bağı,aktive edilmiş glukozun 1. Karbonuna bağlı anomerik hidroksil grubu ile glikozil artığının 4. Karbonu arasında oluşur.

Bu işlem sonunda glikojen molekülü bir glukoz ünitesi kadar uzar. Glikojen(glukoz)n + UDP-glukoz  Glikojen(glukoz)n+1 + UDP Glikojen sentaz: 16 bağı yapamaz.

Dallandırıcı enzim Bu iş, amilo (14),(16) transglikozidaz veya glikozil(46)-transferaz denilen (dallandırıcı enzim) enzimle başarılır. Bu enzim, düz glikojen zincirinin indirgen olmayan ucundan aldığı en az 6 glukozil ünitelik kısmı glikojen molekülüne aktarır

indirgen olmayan uc Glikojende her dal indirgen olmayan bir hidroksil grubu ile sonlanır. Oluşan yeni indirgenmemiş uç, önceki indirgenmemiş uç gibi artık glikojen sentaz tarafından uzatılabilir. Ayrıca bu durum glikojene suda daha iyi çözünme özelliği kazandırır ve sonuç olarak gerek glikojen sentaz ve gerekse glikojen fosforilaz glikojen üzerinde daha etkin hale gelir.

Glukozdan glikojen sentezi, bir glukoz residüsü başına 2 fosfoanhidrid bağı tüketir. * Hekzokinaz bir adet kullanırken, *UDP-glukoz içinde UTP gereklidir. nükleosid difosfat kinaz UDP+ATP UTP + ADP

GLİKOJENOLİZ Glikojenoliz glikojen yıkımı demektir. Son ürünü karaciğerde glukoz, kas dokusunda ise glukoz-6-fosfattır. Glikojenolizin ilk enzimi fosforilaz dır. Fosforilaz 14 bağlarını 1 nolu karbon atomuna Pi bağlayarak parçalar. Ürün glukoz-1-fosfattır. Glukoz-1-fosfat ta fosfoglukomutazla glukoz-6-fosfata çevrilir

Glikojen(glukoz)n + Pi Glikojen(glukoz)n-1 + Glukoz-1-fosfat Glukoz-1-fosfat Glukoz-6-fosfat Fosforilaz etkisi dallanma noktasına yaklaşık 4 glukozil rezidüsü kalınca durur.

glukan transferaz Bu noktada dal kırıcı enzim (glukan transferaz ismi de verilir) devreye girer. Dal kırıcı enzimin iki aktivitesi vardır. Bunlar sırasıyla glukotransferaz ve glukozidaz aktiviteleridir. Nitekim dal kırıcı enzim ilk olarak son üç glukoz rezidüsünü alır ve komşu düz zincirin C4 ne ekler (glukotransferaz etkisi).

Dallanma noktasında 16 bağı ile bağlı duran son glukoz ünitesi de glukozidaz etkisi (amilo 16 glukozidaz) ile yerinden koparılır. Bu enzimatik etkinin ürünü glukoz-1-fosfat değil sadece glukozdur.

Glikojenoliz sırasında açığa çıkan glukoz-6-fosfat karaciğerde glukoz-6- fosfataz la parçalanır. Serbestleşen glukoz kana geçer. Bir başka deyişle karaciğerde glikojenolizin amacı kana glukoz sağlamaktır. Benzer olay böbrekte de cereyan eder.

Oysa ki kas dokusunda glukoz-6-fosfataz bulunmadığı için bu organdan kana glukoz verilmesi söz konusu değildir. Kas hücresinde oluşan glukoz-6-fosfat, glukozdan enerji oluşumunu sağlayan glikoliz reaksiyonuna girer.

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 ise glikojen fosforilaz aktivitelerinin beraberce ancak birbirinin tersi olacak bir biçimde kontrolü ile gerçekleşir.

Glikojen Fosforilaz Bu kontrol kovalan modifikasyon ve allosterik kontrol (glukoz,G6P,ATP,ADP,AMP ve UDP) şeklinde 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).

glikojen sentaz 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 fosfataz-1 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.

Glikojen 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 harcayarak fosforilaz kinaz b yi aktifleştirir ve böylece fosforilaz kinaz a oluşur. Fosforilaz kinaz a da inaktif fosforilaz b yi aktif fosforilaz a ya çevirir.

Bu aşamalarda fosfat grubu bağlayarak aktifleşen enzimler, bu grubun(fosfatın) 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.

glikojen sentaz Aktifleşen inhibitör-1de 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.

İnsülin Özetle cAMP glikojen sentaz’ ı inaktif konumda tutar. cAMP, fosfodiesteraz ile parçalanır. İnsülin, fosfodiestereazı aktive eden bir hormondur . O halde insülin etkisi ile cAMP aktivitesinde azalma olurken glikojen sentezi artar, glikojen yıkımı ise azalır.

cAMP nin parçalanması.

Epinefrin 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. Glikojenez ve Glikojenoliz

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 kısmen hafif seyretmekte Tip ll ve lV ise erken çocukluk döneminde öldürücü olmaktadır.

Glikojen Depo Hastalıkları Tip adı eksik enzim 1a Von Gierke glıkoz-6-fosfataz ll pompe a-1,4 glikozidaz lll Forbes, Cori Amilo-1,6 glukozidaz V McArdle Miyofosforilaz Vl Hers Hepatofosforilaz Vll Tarui kas fosfofruktokinazı