Porfirin ve Hemoglobin Metabolizma Bozuklukları Prof.Dr. M.Koray GÜMÜŞTAŞ Cerrahpaşa Tıp Fakültesi Biyokimya Anabilim Dalı

Normal Hemoglobin Türleri Embriyonik hemoglobinler Hb Gower 1 z2 ,e2 (zeta, epsilon) Hb Gower 2 a2 ,e2 (alfa, epsilon) Hb Portland z2 ,g2 (zeta, gamma) Fetal hemoglobin HbF a2 ,g2 (alfa, gamma) Yetişkin hemoglobinleri HbA a2 , b2 (alfa, beta) HbA2 a2 , d2 (alfa, delta)

Embriyonik Hemoglobinler Zeta zincir a zincirin embriyonik analoğudur. Epsilon ile kombine olarak Hb Gower 1 veya gamma ile kombine olarak Hb Portland’ı oluşturur. e zincir gamma, beta ve delta zincirlerin embriyonik analoğudur. Alfa ile kombine olarak Hb Gower 2’yi oluşturur. Her 3 embriyonik hemoglobin 3 aydan daha düşük gestasyonel yaşta embriyo ve fetusta bulunur.

Fetal Hemoglobin (HbF) Fetus ve yeni doğanın başlıca hemoglobinidir. Doğum sonrası 12.ayda %5’ten aza iner 12-24.aylarda %3’ün altına iner. Erişkinde %0,1’den azdır. HbA Erişkinlerin başlıca hemoglobinidir HbA2 Yetişkinlerde %1,5-3 arasında bulunur. Delta zincir sentezi fetal hayatın son döneminde başlar. Sadece normoblastlarda meydana gelir (retikülositlerde yok)

Hemoglobin A1c Hemoglobinin nonenzimatik bir şekilde glukoz bağlayarak glikozillenmiş şeklidir. Ortalama 120 günlük glukoz konsantrasyonunun bir göstergesi olarak diabetin takip ve regülasyonunda önemli rol oynar.

Hemoglobin Bileşikleri Oksihemoglobin HbO2 Karbonmonoksit hemoglobin HbCO Sulfhemoglobin HbH2S Karbhemoglobin HbCO2 Methemoglobin Fe+++

HbCO (Karbonmonoksit hemoglobin) CO oksihemoglobinde O2 yerine geçer. Fe++ bağlanır. O2’ye oranla hemoglobine daha kolay ve sıkı bağlanır. Kömür, havagazı, eksoz gazlarında CO vardır. %60 düzeyinde HbCO oluşumu ölümle sonuçlanır. HbCO2 (Karbhemoglobin) Organizmada metabolizma sonucu oluşan CO2’nin büyük kısmı bikarbonat (HCO3-) şeklinde taşınır. Bir kısmı ise hemoglobindeki globin proteinin amino grubuna bağlanır. Hb – NH2+CO2  Hb NHCOO-+H+ CO2 bağlanması hemoglobinin O2’ye olan afinitesini azaltır.

HbH2S (Sulfhemoglobin) H2S ile oluşturduğu bileşik S demire bağlanır. Şiddetli kabızlık durumlarında bağırsak bakterileri etkisi ile yüksek oranda H2S oluşabilir. Yine kadavra ve kokuşmuş organik maddelerde de yüksek oranda oluşur.

Hemoglobindeki Fe++’nın Fe+++ oksidasyonu sonucu oluşur. Methemoglobin Hemoglobindeki Fe++’nın Fe+++ oksidasyonu sonucu oluşur. O2 bağlayamaz. 6.bağa O2 yerine H2O bağlanır. Normalde %1’den az oranda bulunur. Bu oran hemoglobinin otooksidasyonu ile oluşur. Hb+2O2  Hb+3+O2- H2O2 ve diğer serbest radikallerin oluşumu oksidasyon nedenidir. Oluşan methemoglobin indirgenir.

Oluşan methemoglobin indirgenir. Hb+3+indirg.sitok.b5  Hb+2+oksit.sitok.b5 Oksit.sitok. b5 + NADH İnd. sitok. b5 +NAD Methohemoglobin miktarı total hemoglobinin %10’unu aşarsa, kanın O5 ile doyma gücü azalır. %35’ini aşarsa siyanoz başlar. %70 üzeri ölüm oluşur. a veya b zincirdeki genetik bir mutasyon ile de oluşabilir. Sitb5 redük

Hemoglobinopatiler Bu gün 500’den fazla değişik yapıda hemoglobin tipi bilinmektedir. Normal yetişkinlerde globin yapısında 2a ve 2b zincir vardır. a ve b zincir sentezleri farklı genler tarafından düzenlenir. 16.kromozomda 2 a geni 11. kromozomda 1b, 1d, 2g genleri Bu genlerdeki mutasyonlar hemoglobulinin biyolojik fonksiyonunu etkiler.

Hemoglobin yapısındaki polipeptid zincirlerinin aminoasid dizilişi sırasının bozulması hemoglobinin yükünü etkiler. Bu durum hemoglobinin elektroforezindeki göçme hızını etkiler. Bu özellikden faydalanılarak anormal hemoglobinlerin teşhisinde elektroforetik yöntemden faydalanılır. Aynı zamanda günümüzde bu ayırım yapılmasında HPLC tekniğinde de faydalanılmaktadır.

Orak Hücre Sendromu Bu kişilerde a polipeptid zinciri normal yapıdadır. b polipeptid zincirinde 6.aminoasid glutamik asid yerine valin gelmiştir. Anne ve baba heterozigot ise istatistiksel olarak çocukların ¼’ü SS (Homozigot), ¼’ü normal AA, yarısı ise orak hücre taşıyıcısı AS (trait) olur. Taşıyıcı olanlar klinik belirti vermez. Homozigot olanlarda [HbSS] deoksijenasyon sırasında eritrositlerdeki hemoglobin S polimerizasyona uğrar. Hbs çözünürlüğü az olduğundan çökmeler olur. Uzun lifsel yapılar şeklini alır. Eritrositlerin şekli bozularak orak şeklini alır.

Orak Hücre Sendromu Klinik Belirtileri Doğumdan 6 ay sonra belirtiler başlar (Bu sırada HbF yerine HbS oluşumu başlar) Hemolitik anemi görülür. Eritrosit ömrü 10-15 gün Ağrı krizleri oluşur. Vücudun değişik bölgelerinde (karın, göğüs, sırt, eklem) ani ağrılar meydana gelir. Zamanla birçok organda tahribat görülür.

HbC b zincirindeki 6. amino asid glutamik asid yerine lizin gelmiştir. Hücreler oraklaşmaz, homozigot olanlarda daha hafif hemolitik anemi görülür.

b zincirinde 26.aminoasidde değişim vardır. HbE b zincirinde 26.aminoasidde değişim vardır. Homozigotlarda mikrositer anemi görülür. Hemoglobin Istanbul b zincirindeki 92.aminoasid histidin yerinede glutamin gelmiştir. Yalnız a peptid zincirindeki değişiklikler Bunlarda b’da değişiklik olmaz, yalnız a diziliş farklılığı vardır, daha seyrek görülür. Toronto, Honolulu, Osaka....

Hemoglobin M Burada mutasyonlar hem a hem de b peptid zincirinde görülür. Histidin-tirozin değişimi olur. Tirozin hemdeki Fe+++ bağlanarak methemoglobini stabil hale getirir. O2 bağlanması mümkün olmaz. Bu tiplerde iki peptid normal hem bağlar, diğer iki peptid demiri 3 değerlikli hemin şeklinde bağlar. Sonuçta 2 mol O2 taşıyabilir. Heterozigotlarda görülür.Homozigotlar yaşayamaz.

Talasemiler Globin zincirlerinden birinin yapımının durması durumudur. Hemoglobin yapımının azalması ile mikrositer ve hipokrom anemi görülür. Majör veya minör tipleri vardır. Majör homozigotlarda, minör heterozigotlarda görülür. a talasemi: a Globin zincirinin sentezi durmuş ya da azalmıştır. b talasemi:b-Globin zinciri sentezi durmuş veya azalmıştır.

a Talasemi a globin zincirinin sentezi durmuş veya azalmıştır. Kişilerde 4a globin geni (16 kromozomda 2 tane) bulunduğundan talasemi değişik düzeylerde olabilir. Bir gen bozuksa kişi sessiz taşıyıcı olur belirti vermez. İki gen bozuksa a talasemi trait görülür. Üç gen bozuksa hemoglobin H hastalığı görülür. Dört gen bozuksa Hidrops fetalis görülür. Bu durumda fetal ölüm olur. Nedeni HbF sentezi için a globin genine ihtiyaç vardır.

b Talasemi b globin zincirinin sentezi durmuş veya azalmıştır. 11.kromozomda b globin zinciri sentezi için 1 gen vardır. Normal hemoglobinde 2 b zinciri vardır. b talasemi minör 1 b zinciri var. b talasemi majör zincir yok. Minörlerde belirti görülmez, majörler doğumdan sonra 1 veya 2 yılda anemik duruma gelirler.Kan transfüzyonu yapılır.

Porfirialar Porfirialar; hem biyosentezindeki enzim defektleri ile meydana gelen bir grup hastalıktır. Enzim defektleri sonucu porfirin veya porfirinin ön maddelerinin dokularda birikimi meydana gelir. Porfirialar enzim defektlerinin eritrosit veya karaciğerde oluşuna göre sınıflandırılabilir: 1)Eritropoetik porfiria 2)Hepatik porfiria

ALAdehidrataz eksikliği porfiria (Hepatik) Glisin+Süksinil CoA Amino levülinik asit Porfobilinojen ALA sentaz ALA dehidrataz ALAdehidrataz eksikliği porfiria (Hepatik) Otozomal ressesif Fotosensitivite yok Karın ağrısı Nöropsikiyatrik semptomlar İdrarda amino levülinik asid artışı

Akut intermittant porfiria (Hepatik) Otozomal dominant Porfobilinojen Hidroksibilan Üroporfinojen I sentaz Akut intermittant porfiria (Hepatik) Otozomal dominant Fotosensitivite yok Karın ağrısı Nöropsikiyatrik bozukluklar Ateş Kusma Kabızlık İdrarda ALA ve PBG atılımı yüksek oranda

Konjenital eritropoetik porfiria (Eritropoetik) Otozomal Ressesif Hidroksibilan Üroporfirinojen III Üroporfinojen II sentaz Konjenital eritropoetik porfiria (Eritropoetik) Otozomal Ressesif İdrarda ve dışkıda üroporfirin I ve koproporfirin I atılımı artar İdrar kırmızı renk görülebilir. Dişlerde kırmızı-kahverengi görünüm Dalak büyümesi ve hemolitik anemi Çocukluğun erken dönemlerinde fotosensitivite

Koproporfirinojen III Dekarboksilaz Porfiria Kutana Tarda (Hepatik) Otozomal dominant Porfiriaların en yaygın tipi Fotosensitivite İdrarda üroporfirin I ve III çıkar Familial olanı Tip I Sonradan edinileni tip II-III Nedeni Aşırı alkol alımı Aşırı demir alımı Aşırı östrojen alımı

Koproporfirinojen III Protoporfirinojen III Koproporfirinojen Oksidaz Herediter Koproporfiria (Hepatik) Otozomal nominant Nöropsikiyatrik bozukluk Fotosensitivite İdrar ve dışkıda Koproporfirin III artar Karın ağrısı

Protoporfirinojen III Protoporfirin III Protoporfirinojen Oksidaz Variegata porfiria (Hepatik) Otozomal dominant Nöropsikiyatrik semptomlar Fotosensitivite Dışkıda proto ve koproporfirinojen İdrarda akut dönemlerde ALA ve porfobilinojen artar

Eritropoetik porfiria (Eritropoetik) Otozomal dominant Fotosensitivite Protoporfirin III Hem Ferrokatalaz Eritropoetik porfiria (Eritropoetik) Otozomal dominant Fotosensitivite Eritrosit hücrelerde, plazmada protoporfirin birikimi Dışkı ve safrada protoporfirin

Fotosensitivite Porfirinojen birikimi ve bunların oksidasyonu sonucu porfirin türevlerinin oluşumudur. Porfirin türevleri 400 nm dalga boyundaki ışıkda duyarlılığa neden olur. Porfirinler 400 nm ışıkda uyarıldıkları zaman O2 ile reaksiyon oluşarak radikaller oluşturur. Sonuçta özellikle lizozomlar hasarlanır. Lizozomlar deride yaralara neden olacak yıkıcı enzimler salgılar.

Hem Katabolizması Erişkin bir kişide hemoglobin konsantrasyonu ~ 15 g/dL düzeyindedir. ~ 70 kg’lık erişkinde günde yaklaşık 6 gr hemoglobin yıkılır. 1 gr hemoglobin yıkılımı ile ~ 35 mg yıkılım ürünü olan bilirubin oluşur. Oluşan bilirubinin %80-85 kadarı yaşlı eritrositler içindeki hemoglobinin yıkılımı ile oluşur. Bu eritrositlerin büyük kısmı dalaktaki retikülo endoteliyal hücrelerde yıkılır.

Hem Katabolizması Organizmada bilirubin oluşumunun diğer kaynakları hem içeren diğer yapılar (sitokrom, myoglobin, enzimler) dir. Hemoglobin Globin Protoporfirin Fe++ Aminoasidler Demir depoları Biliverdin Bilirubin

Bilirubin Metabolizması Bozuklukları Nedenleri Bilirubinin aşırı yapımı Karaciğerin bilirubin alımındaki azalma Hepatik konjugasyonun azalması İntrahepatik veya ekstrahepatik nedenlerle bilirubinin safra ile atılımının azalması

Bilirubin Metabolizması Bozuklukları Bilirubinin normal kan değeri 0.2-1 mg/dL’dir. Bilirubinin kan değeri 1 mg/dL’yi aştığı zaman hiperbilirübinemi ortaya çıkar. Kan bilirubin düzeyi 2.5 mg/dL’yi açtığı zaman dokulara geçmeye başlar ve sklera, deri sarı renkli görünüm kazanır. Bu durum sarılık (ikter) olarak adlandırılır.

Hiperbilirübinemiler Unkonjuge Hiperbilirubinemi Unkonjuge Hiperbilirubinemi’ye yol açan faktörler A)Unkonjuge bilirubin yapımının artması B)Karaciğer tarafından alımın azalması İlaçlar Uzun süreli açlık C) Bilirubin konjugasyonundaki azalma (Glukronil transferaz aktivitesinin azalması)

Bilirubin Konjugasyonundaki Azalma 1-Gillbert’s Sendromu Glukuronil transferaz aktivitesi düşük 2-Crigler Najjar Tip I (Konjenital non hemolitik sarılık) Otozomal resesif Kalıtsal olarak bilirubin UDP-Glukuronil transferaz enzim defekti vardır. Serum bilirubin düzeyleri 20 mg/dL’yi aşar. Doğum sonrası ilk 15 ay içerisinde ölüm görülür. 3-Crigler Najjar Tip II UDP-glukuronil transferaz enzim defekti var. Fakat aktivite tamamen yok değil ve Tip I’e göre daha ılımlı Serum bilirubin düzeyi 20 mg/dL’yi aşmaz.

4-Neonatal Sarılık (Fizyolojik Sarılık) Eritrosit Yıkılımı fazla Hepatik konjugasyon mekanizması tam gelişmemiş durumda Prematürelerde serum bilirubin düzeyinin 10 mg/dL, normal bebeklerde 25 mg/dL’yi geçmesi patolojik Artan unkonjuge bilirubin olması nedeni ile idrar ile atılamaz. 20-25 mg/dL’yi geçer ise kan-beyin engelini aşar (Kerni ikterus) Mental geriliğe yol açabilir. Ferobarbital uygulanabilir. Fototerapi uygulanır.

Konjuge Hiperbilirubinemi A)Bilirubinin safra kesesine aktarımının bozulması B)Safra kesesinin boşaltımının bozulması A)Karaciğerden safra kesesine aktarımın bozulması 1-Genetik Bozukluklar Dubin-Johnson sendromu (kronik idiopatik sarılık): Otozomal resesif, konjuge bilirubinin safra kesesine sekresyonunda rol oynayan proteini kodlayan gendeki mutasyona bağlı. 2- Edinsel Bozukluklar Hepatoselüler hastalıklar (viral ya da ilaca bağlı hepatitler)

Konjuge Hiperbilirubinemi B)Safra kesesinin boşaltım bozuklukları (Ekstra hepatik sarılık) Taş, tümör gibi nedenlerle safra kanallarının tıkanması

Direkt ve indirekt artar Serum bilirubin İdrarda Bilirubin Urobilin Ürobilinojen Hemolitik sarılık İndirekt artma (-) (+) Hepatosellüler sarılık Direkt ve indirekt artar (+++) Tıkanma sarılık

Dışkıda Urobilinojen Hepatosellüler sarılık (azalır) Tıkanma sarılık (az miktarda olabilir) Hemolitik sarılık (artar)