Prof.Dr.Sabahattin MUHTAROĞLU Erciyes.Üniversitesi Tıp Fakültesi Biyokim ve Klinik Biyokimya ABD Kayseri-2009
Karbohidrat Metabolizması
Karbonhidratlar, önemli gıda maddelerinin en başında yer alır. Yaklaşık olarak günlük enerji ihtiyacının % 50 si karbonhidratlarla karşılanır. Yetişkinde günlük enerji gereksiniminin 2400 kcal olduğu düşünülürse; 1g karbonhidrat 4 kcal verdiğine göre bir günde yaklaşık 300 g karbonhidrat almamız gerekir. WWW.biyokimya-pinari.com
Özellikle
beyin dokusu enerji ihtiyacı açısından büyük ölçüde karbonhidratlara bağımlıdır ve kan glukozunun düşüklüğü (hipoglisemi) bu organda ciddi fonksiyon bozukluklarına yol açar (Beynin 1 saattaki glukoz ihtiyacı 6 g dır).
WWW.biyokimya-pinari.com
WWW.biyokimya-pinari.com
Karbohidratlar-Enerji-Yapım Enerji sağlaması dışında karbonhidratlar laktozun, mukopolisakkaridlerin, glikoprotein ve glikolipidlerin yapısına katılırlar. Ayrıca karbonhidrat metabolizmasının zaman zaman protein ve lipid metabolizmaları ile beraber yürüdüğünü, karbonhidratlardan amino asit ve yağ sentezlendiğini, tersine amino asitlerin deaminasyonu ile oluşan karbon iskeletlerinden glukoz sentezlendiğini göreceğiz.
ana besin maddesi arasındaki bu metabolik ilişki şekil da görülmektedir.
Glukoz Glukoz, karbonhidrat metabolizmasının temel maddesidir.
Türü ne olursa olsun organizmaya giren her karbonhidrat sonunda glukoza çevrilir. Bu nedenle '' Karbonhidrat metabolizması deyince akla glukoz metabolizması gelir. '' şeklinde düşünmek yerinde bir görüş olur.
WWW.biyokimya-pinari.com
Glukoz SSS & RBC için Zorunlu Enerji Kaynağı SSS/Beyin –
Primer enerji kaynağı olarak glukoza bağımlı
~120g glukoz/gün
RBC – –
Glukoza bağımlı mitokondria den yoksun
WWW.biyokimya-pinari.com
Photosynthesis: Sun’s energy becomes part of glucose molecule
6 CO2 + 6 H20 + energy (sun)
C6H12O6 + 6 O2
KARBOHİDRAT METABOLİZMASININ BAŞLICA METABOLİK YOLLARI
1) Glikojenez: Glukozdan glikojen sentezi. 2) Glikojenoliz: Glikojenin yıkılması. Bu olayın karaciğerdeki son ürünü glukoz, kas dokusundaki son ürünü glukoz-6-fosfattIr. 3) Glikoliz ( Embden-Meyerhof Yolu) : Glukozun pirüvat veya laktata kadar yıkılması.
4) Pirüvat Metabolizması: Pirüvatın asetil-KoA ya dönüşümü 5) Trikarboksilik Asit Siklüsü ( Krebs Siklüsü) : Asetil-KoA içindeki asetil kısmının CO2 ye parçalanması ve bu sırada redükte koenzimlerin oluşumu. 6) Pentoz fosfat Yolu: Glukozun bir başka şekilde oksidasyonu ile NADPH ve pentoz sentezi.
7)
Glukoneojenezis: Karbonhidrat olmayan maddelerden glukoz sentezi 8) Glukuronik asit Yolu: Glukozdan glukuronik asit sentezi. Karbonhidrat metabolizmasının temel metabolik yolları şekil de topluca gösterilmiştir.
KARBOHİDRATLARIN SİNDİRİMİ VE EMİLİMİ
Diyette bulunan karbonhidratlar çoğunlukla polisakkarid ve disakkarid (nişasta, laktoz ve sukroz), daha az oranda da monosakkarid (glukoz ve früktoz) formunda Bulunurlar. Karbonhidratların bağırsaktan emilebilmeleri için monosakkarid haline çevrilmeleri şarttır. WWW.biyokimya-pinari.com
Sindirim ve Emilim Karbonhidratların
parçalanma işlemi ağızdan itibaren başlayabilir. Tükrükte bulunan α-amilaz polisakkarid parçalayan bir enzim olmasına rağmen, çiğneme süresinin kısalığı nedeniyle fazla etkin değildir. Midenin asit pH sı bu enzimin daha fazla çalışmasına olanak vermez.
Pankreastan çok aktif bir başka α-amilaz salgılanır. Gerek tükrük gerekse pankreas amilazı, α- 1,4 glikozid bağına sahip polisakkaridleri bir bağ atlayarak parçalar ve aktivitesi zincir sonuna yahut dallanma noktasına 2 glukoz ünitesi kalınca durur.
α- amilaz Böylece α- amilaz etkisi sonunda yaklaşık Olarak; % 40 oranında maltoz, % 30 oranında α- 1,4 ve α- 1,6 bağı içeren α- dekstrin % 25 oranında α- 1,4 bağı ile bağlanmış 3 glukozlu maltotrioz, % 5 oranında da 4-9 glukoz içeren polisakkarid molekülleri meydana gelir.
İnce bağırsak mukozasının fırçamsı kenarı tarafından salgılanan diğer hidrolitik enzimlerle karbohidrat sindirimi sürdürülür ve tamamlanır. Bu enzimlerden α- glukozidaz her defasında bir tane olmak üzere α1→4 bağı parçalar. α-dekstrinaz, α1→6 bağını koparır ve serbest glukoz üniteleri meydana gelir.
Yine bağırsak mukozası kaynaklı β- galaktozidaz veya laktaz laktozu, sükraz ise sükrozu parçalar ve sonunda glukoz, galaktoz ve früktozdan ibaret monosakkaridler meydana gelir.
İncebağırsakta Sindirim Sukraz Sukroz Glukoz + Fruktoz Maltaz Maltoz Glukoz + Glukoz
Laktaz Glukoz + Galaktoz
Monosakkaridlerin ince bağırsaktan emilimleri
Bunun için 3 yol vardır. Bunlar aktif transport, taşıyıcı moleküllerle yürütülen kolaylaştırılmış diffüzyon ve basit diffüzyon dur. Monosakkaridlerin transportunda SGLT1 ve GLUT5 isimli glukoz taşıyıcıları (glucose transporter) rol oynar.
SGLT1 taşıyıcıları, ince bağırsak hücresinin serozal tarafına yerleşmiş Na+,K+-ATP az sistemine (sodyum pompası) bağımlı olarak çalışır ve monosakkarid, enerji harcanarak düşük konsantrasyondaki bağırsak lumeninden alınır ve yüksek konsantrasyonlu ekstraselüler ortama aktarılır.
Glukoz
ve galaktoz emilimi tek yönlü olarak çalışan bu yolla gerçekleşir. GLUT5 ise sodyum pompasına bağlı olmaksızın, konsantrasyon farkına dayalı olarak monosakkaridlerin iki yönlü kolaylaştırılmış diffüzyonundan sorumludur. Früktoz ve bir kısım glukoz bu yolla taşınır.
Basit
diffüzyonda ise taşıyıcı protein yoktur, olayı yönlendiren konsantrasyon gradientidir. Basit diffüzyon glukoz ve früktoz emiliminde kullanılır.
Carbohydrate absorption
Hexose transporter
apical
basolateral
Sodyum pompası, ATP nin parçalanması suretiyle elde edilen enerjiyi sodyumun aktif olarak hücre dışına (ekstraselüler kompartman) transferi için kullanır ve böylece bağırsak hücresi sitoplazmasında Na+ konsantrasyonu düşer.
Olayı
dengelemek üzere bağırsak lumeninde bulunan Na+ taşıyıcı protein aracılığı ile bağırsak hücresine girerken beraberinde glukozu da taşır (simport olayı). Glukozun böbrek tubuluslarındaki geri emiliminde de bağırsaktakine benzer olaylar tekrarlanır.
GLUKOZ VE HÜCRE Bağırsaklardan
emildikten sonra vena porta aracılığı ile sistemik dolaşıma katılan glukoz, galaktoz ve fruktoz hücre düzeyinde tek monosakkarid (glukoz) üzerinden metabolize edilir. Früktozun glukoza dönüşümü bağırsak ve karaciğerde, galaktozun glukoza dönüşümü ise yalnızca karaciğerde gerçekleşir.
Glukoz Taşıyıcı Molekül
İnce Bağırsak karbohidrat
Monosakkaritler
Portal ven
Karaciğer
Dolaşım ile dokulara dağılır
Aktif Transpor t
Glukoz-6-Fosfat, glukoz molekülünü hücre içinde tutan bir tür kapandır ve glukozun hücre dışına çıkışını engeller. Fosforilasyon için 2 ayrı enzimin bulunuşu glukozun karaciğer ve diğer organlar tarafından kullanılış önceliğini belirlemeye yöneliktir. Bu uygulama her iki enzimin Km değerlerinin bilinmesi ile açıklık kazanır.
Hekzokinazın
glukoz için Km değeri 0.05 mmol/L, glukokinazın ise 10 mmol/L dir Bu durum, glukozun; kan glukozu yüksek iken karaciğer, kan glukozu düştükten sonra diğer organlar tarafından kullanılması anlamına gelir.