Prof.Dr.Sabahattin Muhtaroğlu 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)

İşte bu olay glukoneojenez olarak bilinir. 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 Karboksilaz Fosfoenol Piruvat Karboksikinaz Fruktoz 1,6 bisfosfataz Glikoz 6 Paz Ayrıca Mitokontri ve sitoplazma arasındaki metabolit giriş çıkışı malat taşıyıcısı aracılığı ile gerçekleştirilir.

Hormona duyarlı lipaz PK  ACoA  ATP  NADH Glukagon GLUKOZ G-6P Glukokinaz Glukagon GLUKOZ G-6P Hormona duyarlı lipaz Glukoz 6-fosfataz F-6P Fruktoz 1,6-bifosfataz Fosfofruktokinaz-1 F-1,6-BiP Yağ asidi G L İ S E R O Dihidroksiaseton fosfat Gliseraldehit 3 fosfat Yağ asidi Yağ asidi OAA PEP TAG Fosfoenolpirüvat karboksikinaz PK Pirüvat Malat Pirüvat  ACoA  ATP  NADH PDH Pirüvat karboksilaz ACoA sitrat Malat OAA Malat dehidrogenaz İzositrat dehidrogenaz

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 reaksiyondur Asetil 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.

GLUKOZ Glukoz-6-fosfat Glukoz-6 fosfataz Fruktoz-6-fosfat Fruktoz 1,6-bifosfataz Fosfofruktokinaz-1 Fruktoz-1,6-bifosfat Gliseraldehit 3 fosfat Dihidroksiaseton fosfat 2 X NADH+H 2 X GTP 2 X GDP 2 X ATP PEP-CK OAA Fosfoenol pirüvat 2 X NADH+H Pirüvat kinaz Malat dehidrogenaz 2 X NAD Pirüvat Malat 2 x ATP Pirüvat 2 x ADP Pirüvat karboksilaz 2 X NAD 2 X NADH+H Malat Oksaloasetat Malat dehidrogenaz

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 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 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 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 artması Pirüvat 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. Dolayısıyla Früktoz-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.