İnorganik Bileşiklerin Metabolizması

... konulu sunumlar: "İnorganik Bileşiklerin Metabolizması"— Sunum transkripti:

1 İnorganik Bileşiklerin Metabolizması
Dr.V.Kenan ÇELİK

2 Biyokürede bulunan bioelementler başlıca iki gruba ayrılır:
MİKRO (eser) ELEMENTLER (mg,µg) Fe, Cu, Co, Zn, Mn, Mo, Se, Cr, Br, F,I MAKRO ELEMENTLER (g) Na, K, Ca, Mg, P, Cl, S Organizmada görevleri pek fazla anlaşılmamış, biyolojik bileşiklerin yapısında yer alan elementlere de (Ultra-iz-elem.) rastlanmaktadır. Genellikle µg ve nanogram (ng) düzeyinde bulunurlar. Başlıcaları: Ag, Al, As Au, Ba, Ce, Li, Ni, Pb, Si, Sn, Sr, Ti, V

3

4 Elementlerin proteinlere bağlanma gücü ve işlevi
Na+ ,K+ Elektrostatik yük taşıyıcısı Zayıf Mg2+,Ca2+ Tetikleme ve denetim meka-nizmaları ile yapısal stabili-zasyon Ilımlı Fe 2+,Cu2+ Mo 2+ Redoks aracısı olarak Çok yüksek

5 MAKRO ELEMENTLER Kalsiyum (Ca): -(46Ca – 48Ca) izotopları olsada en kararlı izotopu 40Ca dır. - Yetişkin bir kişide ~1 kg (25 mol) - % 99’u Ca10(PO4)6(OH)2 (hidroksi apatit) olarak kemikte depolanır. -Hücreler arası sıvıda ~ 1 g (25 mmol) -Kanda 300 mg (7.5 mmol) -Fizyolojik fonksiyonlara yanıtı , kıkırdak doku kemik- oluşum yüzeyine lokalize olmuş ~ 5 g (125 mmol) Ca havuzu sağlar.

6 MAKRO ELEMENTLER Ca: Fonksiyonu: - Kemik ve dişlerin önemli bileşeni, -Kanın pıhtılaşmasında, -Sinir impulslarının iletimi ve kas fonksiyonlarında, -Süt ve yumurta üretiminde esansiyeldir, -Hücre yapısının idamesine - Kan basıncının idamesine de yardım eder.

7 Kasta Kalsiyum: I

8 Kasta Kalsiyum: II

9 Göz de Ca

10 Gözde kalsiyum

11 Tad almada Kalsiyum

12 Sinapslar ve Kalsiyum: I

13 Sinapslar ve Kalsiyum: II

14 IP3 Reseptör pathwayi (sinyal iletimi)

15 Toksisite Semptomları (hiperkalsemi)
Günlük gereksinim ~~ 500 mg olan Ca süt ve süt ürünlerinden yumurtadan ve bir çok besinden kolaylıkla sağlanır. Midede serbest HCl etkisi ile çözünen Ca, ortamdaki safra asitleri ve yağlarla küçük damlacıklar halinde emülsifiye olarak ince barsaktan emilir.(% oranında) Eksiklik semptomları (hipokalsemi) Çocuklarda büyümenin gerilemesi Yetişkinlerde kemik kaybı (osteoporez) Obesite Diabet Hipertansiyon Kolerektal kanser Toksisite Semptomları (hiperkalsemi) Genellikle aşırı Ca atılır, bu nedenle toksik etki çok nadir. Hiperparatiroid (HPT) hiperkalsemi nedenidir.

16 Kalsiyum metabolizmasının Kontrolü
Paratiroid Hormon Vitamin D Güneş ışını/diet Kalsitonin Tiroid C-hücreleri (Fosfat dengesi)

17 PTH salınımını Ca düzenler
Paratiroid bezi şef hücre Ca reseptörü iki sinyal iletim sistemine sahiptir. Inositol trifosfat (IP3) PTH salınımını azaltır cAMP PTH salınımını artırır

18 Kalsitonin Kalsitonin, tiroid bezi C hücreleri veya parafolliküler hücrelerden salınan bir tripeptit hormondur. Ca plazmada yükseldiğinde preprohormon olarak sentezlenir ve salınır Kalsitonin kemik osteoklast hücrelerine etki ederek kemik yapımına yönlendirir Net etkisi sonucu plazma da Ca ve PO4 azalır

19 D vitamin sentezi D3 vitamini dietten sağlanabilir yada derideki öncülünden yapılabilir Aktif formuna (1,25-(OH)2-D3 ) ardışık enzimatik reaksiyonlarla karaciğer ve böbrekte dönüştürülür (PTH tarafından stimüle edilir) D3 vitamini incebarsak Ca alımını stimüle eder, kemik yapımını ve PO4’ün böbrekten reabsorpsiyonunu artırır.

20

21 Kemik büyümesi ve Kalsiyum metabolizması

22 Kalsiyum Metabolizması
Blood

23 MAKRO ELEMENTLER Fosfor (P): - Yetişkin bir insanda ~ 620 g (~ 20 mol) - % 85 kalsiyuma bağlı (hidroksiapatit) - Plazma da HPO42- / H2PO4- (4/1) oranında pH =7.40, pH artıkca bu oran azalır -İdrarda (pH=4.5) bu oran 1/1000 Fonksiyonları: - Kemik, diş ve vücut sıvılarının bileşeni - DNA, RNA -Enerji metabolizması (ATP) -Asit-Baz dengesi -Metabolizmanın düzenlenmesi (kovalent modifikasyonlar)

24 Fosfor fazlalığı (hiperfosfatemi)
Fosfolipid ve Fosfoprotein yapısınındaki fosfor organik fosfordur, Enerji metabolizmasında açığa çıkan fosfor (Pi) inorganik fosfordur. Plazma: inorganik fosfor düzeyi 4 mg/ dL Organik fosfor düzeyi 20 mg / dL Fosfor eksikliği (hipofosfatemi) Kaslarda zayıflık Kemik ağrısı Fosfor eksikliği pek görülmez Hemen hemen tüm gıdalarda vardır Fosfor fazlalığı (hiperfosfatemi)

25 Kan Fosfat Regülasyonu
Filtrasyonda daha fazla Fosfat iyonu tutulur ve İdrarla atılır Kanda fosfat iyon düzeyinin artması Böbreğin reabsorbsiyon yeteneğinin Artmasından kaynaklanır Kan fosfat düzeyi artışı Kan fosfat düzeyi azaltılır Kan fosfat İyonu (Normal) Kan fosfat İyonu (Normal) Homeostaz İdame ettirilir Kan fosfat düzey azalışı Kan fosfat düzeyi artar İdrarda atılım azalır Böbrekte fosfat reabsorpsiyonu artar

26 Kan Fosfat Regülasyonu:
Fosfat metabolizması kalsitrol (1 α, 25-(OH)2 D3 ) , PTH ve Kalsitonin aracılığı ile düzenlenir. Kalsitrol böbrek tübülüs hücrelerinde FOSFAT’ın geri emilimini uyarır PTH ise inhibe eder. Böbrek hücrelerinde bulunan FOSFATAZ lar dolaşımdan gelen fosfor esterlerini primer ve sekonder fosfatlara çevirerek atılımlarını sağlar. Fecesle çok az fosfat atılır.

27 Makro Elementler Magnezyum (Mg):
-Yetişkin bir insanda ~ 24 g Mg (~ 1 mol) vardır -Total Mg’un çoğu (% 65-75) kemiklerdedir. -% 25’i kaslardadır. - Günlük gereksinim 0.3 g Fonksiyonları: - Kemik ve diş mineralizasyonu -Protein,yağ ve nükleik asit sentezi -Fosfat gruplarının hidrolizi ve taşınımı -Kas kasılımı ve kanın pıhtılaşmasını inhibe -Sinirsel iletim -İmmün sistem etkinliği

28 Mg Yetersizlik semptomları (hipomagnezemi): -Zayıflık ve konfüzyon
-Sinirsel rahatsızlıklar, kas kasılması-titreme (0.5 mM’ın altında) -Halüsinasyon -Yutma zorlukları -Çocuklarda büyüme yetmezliği Aşırı Mg semptomları (hipermagnezemi): -Şiddetli diabet asidozu ve Addison’s hastalığına bağlı dehidratasyonlarda görülmüştür, -Emilimin artığı durumlarda -Kan basıncı düşmesi -Kordinasyon bozukluğu -Koma ve ölüm

29 Mg Düzenlenme: -Başlıca organ böbrektir
-PTH lümen üzerine etkiyerek üriner kaybı azaltır -Glukagon, kalsitonin ve ADH henle kulpunda taşınımı etkiler -Hemoliz ve ağır egzersizler serum düzeyini düşürür -Yüksek Ca ve Na üriner kaybı arttırır

30 MAKRO ELEMENTLER Sodyum (Na):
-Ekstraselüler sıvı katyonlarının ~ % 90’nını (154 mM total katyon) oluşturur. -Ekstraselüler sıvı kompartmanında osmotik basıncın ve suyun normal dağılımında rol alır -Na+’ nın plazma düzeyi 142 mEg/L hücre içi bu değer 8.7 mEg/L -Günlük gereksinim 1-2 mmol,

31 Na dengesi : emilim ve atılım

32 Na Günlük alım azaldığında, böbrekten atılımda azalır
Eksikliğinde (hiponatremi), -uzun sürerse-kemik ve kıkırdak yapısında bozukluklar ortaya çıkmakta -Kas krampları, Mental apati, Aşırılığı (hipernatremi), -Addison hastalığında yüksek asidoz ve kronik böbrek yetmezliği nedendir. -Toksisite semptomu yüksek kan basıncı

33 MAKRO ELEMENTLER -Sinir iletimi -Kas kasılımı Potasyum (K):
-Hücre içi katyondur, plazma konsantrasyonunun (4-5 mM) ~23 katı eritrositlerdedir (105 mM) -Hücre içi yüksek [K]’ i Na/K-ATPaz sistemi ile idame ettirilir. -Günlük gereksinim mmol Fonksiyonları: -Kan basıncını düşürebilir -Sıvı dengesi -Protein sentezi -Sinir iletimi -Kas kasılımı -Kalp atışının idame ettirilmesinde hayatidir.

34 K Eksikliği (Hipokalemi), -Kas zayıflığı, -Paralizis (felç), konfüzyon (bulanıklık) -Ölümle sonuçlanabilir -Kronik açlık, postoperatif terapi, insülin tedavisi, alkalozis, primer ve sekonder aldesteronzim, Cushing’s veya Bartter’s sendromları hipokalemi nedenleridir. Aşırılığı (hiperkalemi), -İntravenöz K uygulanımı -Şiddetli yanık, doku hipoksisi, diabetik ketozis ve şok -Renal yetmezlik Hiperkaliüri: İdrarla aşırı K atılımı -Uzun süreli açlık, primer böbrek hastalıkları, tübüler negrozis, metabolik asidoz-alkaloz nedenleridir.

35 MAKRO ELEMENTLER Klor (Cl):
-Ekstraselüler sıvı bileşeni olarak Anyon/Katyon dengesinde, osmotik basınçta, mide asit bileşeni olan ekstraselüler anyondur. -Plazma konsantrasyonu 103 mM, eritrosit içi mM Eksikliği (hipokloremi): -Çocuklarda büyüme güçlüğü -Kas krampları, Mental apati, -Anyon/Katyon dengesinde bozukluk -Pyelonefrit, Addison’s hastalığı, Uzun süreli kusma Aşırılığı (hiperkloremi): -Dehidratasyon, renal tübüler asidozis, -Uzunsüreli diare.

36 Midede asit oluşumu Parietal hücreler izotonik solüsyon olarak HCl (150 mmol/L, pH <1) salgılar Plazmadaki derişiminden [H+] > 106 kat daha fazladır.

37 MAKRO ELEMENTLER Kükürt (S):
-Organizmada aminoasitlerin (Cys, Sistin) yapısında –SH (tiol) , mukopolisakkaritlerin yapısında SO4= olarak yer alır. -Proteinlerin üçüncül yapısında (insülin),Biotin,tiamin yapısında -Dietle alınan SO4= iyonları hiç yararlanılmadan atılır. -Endojen kaynaklı SO4= grupları ve iyonları S grubu içeren amino asitlerin karaciğerde oksitlenmeleri sonucu açığa çıkar. -Bu gruplar fosfoadenozil fosfosülfat (PAPS) biçiminde aktif hale getirilerek Sülfokinaz aracılığı ile mukopolisakkarit ve sülfolipidlerin sentezinde yer alır. -Ayrıca birçok toksik ilaç ve bileşik sülfonlanma yoluyla Detoksifikasyon işlemlerinde kullanılır.

38 İZ (mikro,eser veya oligo) ELEMENTLER:
Biyolojik dokulardaki MAJOR elementlerin miktarı mg iken MİNÖR elementlerin miktarı µg , ULTRAESER elementlerin ise ng dır. Demir Fe Bakır Cu Kobalt Co Çinko (Zn) Manganez (Mn) Molibden (Mo) Selenyum (Se) Kadmiyum (Cd) Krom (Cr) Brom (Br) Flor (F) İyod (I)

39 İZ (mikro,eser veya oligo) ELEMENTLER:
Demir (Fe): -Tüm doku ve organlar için esansiyel elementir. -Demir emilimi en fazla % 10 oranında gerçekleşir. Bu oranın küçük olmasında “MUKOZAL BLOK” adı verilen doğal bir direnç olduğu ileri sürümekte. -Ca iyonları Fe emilimini inhibe eder. -Toplam demirin % 77’si porfirin sentezinde( %55 Hem,%15 doku enzimleri, %7 miyoglobin ) -Ferritin olarak çeşitli dokularda %20, plazma transferrin yapısında %3 Organizmanın gereksindiği günlük 27 mg Fe’in 20 mg kadarı hem yıkımından geri kalanı depolardan çok azı ise emilimden sağlanır. Fe yetmezliği genellikle çocuk, genç bayan ve yaşlı insanlarda görülür. -eksikliği anemi nedenidir. Sideroblastik anemi: etiyolojisi bilinmemekle birlikte Fe çokluğu ile karakterizedir,anormal hem sentezi vardır ve mitokondride Fe birikir. -Pernisiyoz anemi, B12 vitamin eksikliği ile görülür.

40

41

42 Transferrinden Reseptör-aracılı Demir alımı
Int J Biochem & Cell Biol 31: , 1999

43 Ferritin 4500 Fe/mol

44 Crichton et al. J. Inorganic Biochem 91: 9-18, 2002

45 Mikrozomal ilaç metabolize eden sistem
Drug CYP R-Ase NADPH NADP+ CYP Fe+3 OH Drug e- Drug PC CYP Fe+3 OH Drug CYP-Fe+2 Drug CO CO hu CYP Fe+2 Drug e- O2 CYP Fe+2 Drug O2 2H+ H2O Mikrozomal ilaç metabolize eden sistem

46 İZ (mikro,eser veya oligo) ELEMENTLER:
Bakır (Cu): -Serbest oksijen radikal avcısıdır, birçok metallo enzimlerin integral bileşenidir. Sitoktom oksidaz: ETS de son basamak. Dopamin hidroksilaz: Katekolamin sentezi Tirozinaz: Melanin pigment sentezi Süper Oksit Dismutaz (SOD): Süper oksit anyonun yıkımı Lizil oksidaz: Kollojende çapraz bağ oluşumu -Cu emilimi başlıca mide ve barsakta olmaktadır. 1- L-aa’lerle kompleks (Sülfidril gruplarınca zengin- merkaptid bağı ) oluşturarak mukozaya geçer. 2- Yüksek molekül ağırlıklı bir protein aracılığı ile -Absorblanan Cu albümine bağlanarak kciğere taşınır.

47 Cu Kciğerden plazmaya salınan Cu’ın çok küçük miktarları Cu-aa kompleksi şeklinde olsada, büyük çoğunluğu (%95) SERÜLOPLAZMİN-Cu şeklindedir. Serüloplazmin, Fe’in depolanması için Fe2+ →Fe3+ oksidasyonunu katelizleyen “FERROOKSİDAZ” aktivitesine sahiptir. Eritrositlerde önemli Cu-proteini “eritrokuprein” dir. Büyük çoğunluğu Kciğerde olmakla beraber beyin, kalp, ve böbrekte de bulunur. Çok küçük miktarlarda ise kas ve kemikte bulunur. Cu yetmezliği: Yetersiz yada Cu’ca fakir dietle beslenme, kronik diare ile gelişebilir. -Menke’s sendromu: Cu’ın transportunda ve depolanmasında genetik bir defekt mevcuttur. Dolaşık saç, deri ve saçta pigment kaybı, nöbet, serebral dejenerasyon ve vasküler defekt ile karakterizedir.

48 Cu Wilson’s disease: Cu birikimi hastalığı, genetik kökenli. Kciğer, beyin, böbrek ve kalpte Cu derişimi artmıştır. İdrarla atılımda fazladır, buna rağmen serüloplazmin sentezi azalmıştır. Cu zehirlenmesi: Cu-içeren solüsyonların kontaminasyonu sonucu bulantı, kusma, ve epigastrik yanma, diare gibi belrtilerle karakterizedir.

49 İZ (mikro,eser veya oligo) ELEMENTLER:
Kobalt (Co): - B12 vitamininin temel bileşenidir. -Günlük gereksinimi 0,1-1,0 mg dır. -Dietle alınan Co barsak mikroflorası tarafından kobalamin sentezinde kullanılabilir… -Birada köpük oluşturulmasında Co kullanılır, ağır bira içicilerinde toksik etki oluşturur. Co eksikliği: -Bilinç kaybı, -Kilo kaybı -Anemi

50

51

52 İZ (mikro,eser veya oligo) ELEMENTLER:
Çinko (Zn): -Fonksiyonları: .Deri bütünlüğü .Yara iyileşmesi .Pankreatik fonksiyon .İnsülinin salgılanması ve aktivasyonu .Spermatogenezis -90 dan fazla enzim için kofaktör *Karbonik anhidraz: Asit-Baz dengesi *Karboksi peptidaz: Diet protein sindirimi *Süper Oksit Dismutaz (SOD) *Aldolaz: Glukoz yıkım-sentezi *DNA ve RNA polimerazlar: *Alkol dehidrogenaz……………

53 Zn Ca 2+ ve PO4 2- iyonları Zn 2+ emilimini inhibe eder. Şelat oluşturan ajanlar (EDTA vb) emilimi artırır. Günlük gereksinim mg dır.Kırmızı et önemli Zn kaynağıdır. Absorblanan Zn albümine ve α2-makroglobülin bağlanarak taşınır. Birçok dokuda 1/3’ ü sisteinden oluşmuş küçük bir protein olan “metallothionin” e bağlanarak depolanır. Zn yetmezliği: -Ülser ,ülseratif kolit, bölgesel enterit gibi hastalıklarla karakterizedir. -Kortikosteroidler ve penisilamin gibi ilaçlar eksikliğine nedendir. -Zn eksikliği ,çocuklarda büyüme güçlüğü, deri lezyonları, hipogonadizm yanında üreme işlev bozukluğu sebebidir.

54 İZ (mikro,eser veya oligo) ELEMENTLER:
Manganez (Mn): -Fonksiyonları: .Fetal gelişim .Laktasyon .İskelet gelişimi .Hidrolazlar, kinazlar, dekarboksilazlar ve transferazların aktiviteleri. .Protein ve polisakkarit sentezinde “Glikozil transferaz” aktivitesinde .Kolesterol sentezi .Mn 2+, 3+ değerlikte olduğunda piruvat karboksilaz, SOD ve konkavalin A gibi metallo enzimlere korpore olmaktadır.

55 Mn Bütün dokulara yayılmış Mn mg dır.Günlük gereksinim 3-8 mg dır. Ca, P, ferrik sitrat ve soya proteini Mn emilimini azaltır. Kronik Mn zehirlenmesi ağır maden işcilerinde, ilaç sektöründe, seramik-cam sanayinde, parkinson benzeri nörolojik ve sizofreni gibi psikiyatrik semptomlar görülmektedir. EDTA ve L-dopa verilerek bu etkiler azaltılabilmektedir. Eksikliğinde, Düşük nedenidir, fertilizasyonda azalma, büyüme güçlükleri….

56 İZ (mikro,eser veya oligo) ELEMENTLER:
Molibden (Mo): -Ksantin oksidaz, aldehit oksidaz ve sülfit oksidaz aktivitesi için gereklidir. -Safra ve idrarla atılır. -Günlük gereksinim µg dır. -Diet SO4 2- ve Cu 2+ iyonları emilimi azaltır.

57 İZ (mikro,eser veya oligo) ELEMENTLER:
Selenyum (Se): -Glutatyon peroksidaz (GSH-Px) aktivitesi için gereklidir. -Detoksifikasyon aktivitesi ile antikarsinojenik bir etkiye sahiptir. -Düşük serum düzeyi ve yüksek serum düzeyleri karsinojenik etki göstermektedir. -Serum düzeyleri coğrafik yapıya göre farklılık göstermektedir ng / dL

58 İZ (mikro,eser veya oligo) ELEMENTLER:
Kadmiyum (Cd): -Günlük 15 µg dan fazla alındığında böbreklerde birikerek böbrek arteriollerini ve glomerüleri bozmaktadır. -Aşırılığında ölümcül olabilir.

59 İZ (mikro,eser veya oligo) ELEMENTLER:
Krom (Cr): -Glukoz toleransının normal olarak idame ettirilmesiyle ilgili olduğu ileri sürülmektedir. -Bu işlevini insülinin etkisini artırarak yaptığı… -Günlük gereksinim µg arasındadır. -Cr 5+ değerliği çok toksiktir.

60 İZ (mikro,eser veya oligo) ELEMENTLER:
Brom (Br): -En fazla bulunduğu doku hipofizdir -MSS de yatıştırıcı etki gösterir. -Yüksek dozlarda ve uzun süreli alındığında ruhsal bozukluklara yol açabilmektedir -İdrarla atılır.

61 İZ (mikro,eser veya oligo) ELEMENTLER:
Flor (F): -Diş ve kemikte floroapatit şeklinde depolanır. -Eksikliğinde dişlerde çürüme artar. -Aşırılığında Ligament ve tendonlarda kalsifikasyon deformiteleri görülür. -Yetişkinlerde plazma değeri n / mL

62 İZ (mikro,eser veya oligo) ELEMENTLER:
İyod (I): -Sularda ve denize yakın topraklarda iyodür ( I - ), deniz havasında ise moleküler iyod ( I2 ) şeklinde bulunur. -Normal değeri 8-18 mg / dL. Günlük gereksinim 25 mg dır. -Emilimle tiroid bezinde depolanan iyod, triglobülin yapısındaki tirozin kalıntılarına bağlanarak monoiyodo tirozin (MİT) ve diiyodo tirozin (DİT) yapısına katılır. -MİT ve DİT birleşerek triiyodotrionin (T3 ) ve tiroksin ( T4 ) tiroid hormonlarını oluşturur. -Plazmadaki tiroid hormonları α-globülin yapısında tiroksin-bağlayıcı globülin (TBG) ile taşınmaktadır. -Metil propil türevleri, tiyoüre ve tiyourasil gibi toksik bileşikler hormon sentezini inhibe eder.(Guatr oluşumu), tiyosiyanatlar (-SCN) iyodun tiroid girişini engeller.

63 Anne ve inek sütündeki mineraller (100 mililitre)
Element Anne İnek Anne/inek Sütü Sütü oranı Bakır (mcg) Demir (mcg) Sulfur (mg) Potassium (mg) Chlorine (mg) Magnesium (mg) Calcium (mg) Sodium (mg) Phosphorous (mg)

64 Daha fazla ve yeni bilgiler için