porfirinler, nükleik asitler
advertisement
PORFİRİNLER, NÜKLEİK ASİTLER Doç.Dr. Mustafa ALTINIŞIK ADÜTF Biyokimya AD 2009 Porfirinler Porfirinler, porfirin halka sistemi içeren renkli maddelerdir Porfirin halka sisteminin en basit temel maddesi pirol halkasıdır. Dört pirol halkası metenil (=CH-, metin) köprüleri ile birbirine bağlanırsa porfin halka sistemi oluşur. Porfin halka sistemindeki pirol halkalarına çeşitli yan zincirlerin eklenmesiyle porfirin halka sistemi oluşur Porfirin halka sistemindeki pirol halkalarının N atomlarına Fe, Mg, Co, Zn, Ni, Cu gibi metallerin iyonlarının bağlanmasıyla metaloporfirinler diye tanımlanan çeşitli porfirin bileşikleri oluşur. En yaygın olarak bulunan biyolojik metalloporfirinler demir ve magnezyum içerenlerdir. Eritrositlerde bulunan ve kana kırmızı rengini veren hemoglobinin yapısında bulunan hem, önemli bir demir-porfirin bileşiğidir. Bitkilerin yeşil rengini veren klorofil, magnezyum-porfirin bileşiğidir Hemoglobin Kanda eritrositlerde bulunan, kana kırmızı rengini veren, demir-porfirinli bir bileşik proteindir %g olarak kandaki hemoglobin konsantrasyonunun normal değeri yetişkin erkek için %14-18 g yetişkin kadın için %12-15 g çocuk için %12-13 g yeni doğan için % 21 g Hemoglobin miktar tayini Hemoglobin miktar tayini deneyinde önce hemoglobin, K3Fe(CN)6 çözeltisi ile ferrihemoglobin şekline dönüştürülür Daha sonra ferrihemoglobin CN ile reaksiyonlaştırılarak stabil olan siyanmethemoglobine çevrilir Oluşan siyanmethemoglobin kolorimetrik olarak ölçülür ve standart ile karşılaştırılarak hemoglobin miktarı bulunur Hemoglobin molekülü 4 hem ve 1 globin içerir Hemoglobindeki 4 hemin her biri bir protoporfirin III ve bir Fe2+ içerir Hemoglobin, molekülünde içerdiği toplam 4 adet Fe2+ sayesinde akciğerlerden dokulara O2 molekülü taşıyabilmektedir. 1 hemoglobin molekülü toplam 4 adet O2 molekülü bağlayarak taşıyabilir Hemoglobinin protein komponenti olan globin, glisince fakir bazik amino asitlerce zengin bir proteindir; 4 polipeptit zincirden yapılmıştır Çeşitli hemoglobin tiplerinde bulunabilen polipeptit zincirleri -zincir, -zincir, -zincir, -zincir olmak üzere dört tiptir. Bir hemoglobin molekülünde bu zincirlerden iki tür bulunur Fizyolojik hemoglobinler (normal hemoglobinler) • HbA1: Globininde 2 ve 2 polipeptit zinciri içeren fizyolojik hemoglobindir. HbA1, erişkin bir şahsın eritrositlerinde bulunan hemoglobinin %97-98’ini oluşturur • HbA2: Globininde 2 ve 2 polipeptit zinciri içeren fizyolojik hemoglobindir • HbF: Globininde 2 ve 2 polipeptit zinciri içeren, primitif hemoglobin (HbP) diye de bilinir. yeni doğanda total hemoglobinin %70-90’ını oluşturur HbA1’in globininin -polipeptit zincirindeki -amino grubuna enzimatik olmayan bir reaksiyonla kovalent bir şekilde karbonhidrat bağlanması sonucu glikozile hemoglobinler oluşur HbA1a (HbA3), HbA1b, HbA1C, HbA1d, HbA1e bilinen glikozile hemoglobinlerdir Glikozile hemoglobin oluşumu, yaş ve açlık kan şekeri artışıyla birlikte artar Anormal hemoglobinler ve hemoglobinopatiler • Hb S: HbA1’in -zincirlerindeki 6. amino asit glutamik asit değil de valin olan hemoglobindir. orak hücreli anemi ( Hb S hastalığı) olarak tanımlanan hemoglobinopatinin ortaya çıkmasına neden olur • Hb H ve Hb Bart: Hb H, globini -zinciri içermeyen, 4zinciri içeren hemoglobindir; Hb Bart ise globini -zinciri içermeyen, 4-zinciri içeren hemoglobindir. -talasemili hastaların kanında saptanırlar Hemoglobin bileşikleri • • • • • • • Oksihemoglobin (HbO2) Karbaminohemoglobin Karboksihemoglobin (HbCO) Methemoglobin Sulfhemoglobin Azotmonoksit hemoglobin Siyanhemoglobin Oksihemoglobin (HbO2) Hemoglobin molekülündeki 4 Fe2+’e akciğerlerde birer O2 molekülü bağlanması sonucu oluşan hemoglobin bileşiğidir Akciğerlerde oksijenasyon olayı sonucunda hemoglobine bağlanan oksijen, diğer dokularda deoksijenasyon olayı sonucunda hemoglobinden ayrılır Oksijenize hemoglobin (oksihemoglobin) parlak kırmızı, deoksijenize hemoglobin (deoksihemoglobin) koyu kırmızıdır. kanın oksijenlenmesinde bir azalma ve bunun sonucu olarak deoksijenize olmuş hemoglobinde artış, deri ve mukozalara karakteristik mavimtrak bir renk verir ki bu durum siyanoz olarak tanımlanır Karbaminohemoglobin Hemoglobindeki globinin serbest -amino gruplarına reversibl olarak CO2 bağlanmasıyla oluşan hemoglobin bileşiğidir CO2, deoksijenize hemoglobine oksihemoglobinden daha çok bağlanır ve böylece dokulardan akciğerlere hemoglobin ile taşınabilir Kandaki CO2’in %15-20’si karbaminohemoglobin bileşimindedir %5’i plazmada serbest veya H2CO3 halindedir %75-80’i HCO3 şeklindedir Karboksihemoglobin (HbCO) Oksihemoglobindeki O2 yerine karbonmonoksit (CO) geçmesi suretiyle oluşan hemoglobin bileşiğidir Ortamda bulunan CO, oksijen taşımada kullanılabilecek hemoglobin miktarını azaltır; bu durumda kan akciğerlerde oksijenlenemez ve dokulara oksijen taşınamaz CO ile zehirlenmenin belirtileri, bilinç kaybı, tırnak dipleri ve mukoz membranların kiraz kırmızısı renk almasıdır. CO ile zehirlenmenin tanısı için kan NaOH ile karıştırılır; normalde koyu kahverengi renk gözlendiği halde CO ile zehirlenme durumunda kiraz kırmızısı renk gözlenir Methemoglobin Hemoglobindeki Fe2+ ’nin Fe3+ haline reversibl olarak oksitlenmesi sonucu oluşan kahverengi bir hemoglobin bileşiğidir Hemoglobine bazı oksidan etkenlerin etkisi sonucunda oluşur Sulfhemoglobin Oksihemoglobin ile H2S’ün reaksiyonlaşması sonucu oluşan yeşil-sarı renkli bir hemoglobin bileşiğidir Ölümden sonra proteinlerin kokuşması sonucu olarak dokularda H2S oluşur ki kadavraların kan toplanan yerlerinde görülen yeşil lekeler buralarda sulfhemoglobin oluşmasının sonucudur Azotmonoksit hemoglobin Nitritli dumanların solunması durumlarında oluşan pembe renkli bir hemoglobin bileşiğidir Siyanhemoglobin Siyanhemoglobin, HCN solunması sonucu oluşan bir hemoglobin bileşiğidir İnorganik siyanür bileşiklerinin ağızdan alınması sonucu siyanmethemoglobin oluşur Miyoglobin Miyoglobin, prostetik grubu hem olan bir kromoproteindir Başlıca kırmızı kaslarda özellikle kalp kasında yüksek konsantrasyonda bulunur 153 amino asitten oluşan bir polipeptit zinciri ve bir hem grubu içerir. Miyoglobinin hem grubundaki Fe2+, O2 ile reversibl olarak bağlanabilir. Miyoglobin, kasta bir çeşit oksijen deposu olarak işlev görür Kaslarda bol miktarda bulunan miyoglobin, kas yaralanmalarında kana geçer ve idrarla atılır ki, idrarla miyoglobin atılması miyoglobinüri olarak tanımlanır; klinik tanı açısından önemlidir Sitokromlar Sitokromlar, prostetik grup olarak bir demir-porfirin bileşiği olan hem içeren elektron taşıyıcı proteinlerdir Mitokondrilerin iç membranlarında bulunurlar Porfirin metabolizması Kemik iliğinde hemoglobin oluşturmak üzere, karaciğerde de sitokromları oluşturmak üzere porfirin (hem) sentezlenir Porfirin (hem) sentezi için temel prekürsör, glisin amino asidi ile süksinil-KoA’dır. Sekiz adet glisin ve süksinil-KoA’dan hem’in organik bölümü oluşur Mitokondride oluşan hem, mitokondri dışında, ribozomlarda sentez edilmiş olan globin ile birleşerek hemoglobin oluşturur Hemoglobin biyosentezinde pantotenik asit (vitamin B5), piridoksal fosfat (vitamin B6), vitamin B12, folik asit, demir, bakır rol alır Porfirin metabolizması bozuklukları İnsanlarda porfirin biyosentezinde görevli bazı enzimlerde genetik defekt olması, eritrositlerde, vücut sıvılarında, karaciğerde spesifik porfirin prekürsörlerinin birikmesine yol açar; porfiriyalar diye bilinen bazı genetik hastalıklar ortaya çıkar. Kongenital eritropoetik porfiriya hariç tüm porfiriyalar otozomal dominant kalıtılırlar Porfirialarda defektli enzim gerisindeki porfirinler ve prekürsörleri vücut dokularında ve vücut sıvılarında birikir. Porfirialarda biriken bileşiklerin toksik yapısına bağlı olarak her bir porfiriyaya özgü semptom ve belirtiler ortaya çıkar Hemoglobinin yıkılımı Normal insan vücudunda her gün eritrositlerin parçalanmasıyla yaklaşık 6,5-7 gram kadar hemoglobin serbestleşmektedir Eritrositlerin parçalanmasıyla serbestleşen hemoglobin, retiküloendoteliyal sistemde (RES) yani başlıca karaciğer, dalak ve kemik iliğinde yıkılır ve bilirubin oluşturur Hemoglobinin hem kısmının yıkılmasıyla oluşan bilirubin, indirekt bilirubin (ankonjuge bilirubin) olarak bilinir. İndirekt bilirubin, suda çözünmez, idrara geçmez ve safra ile atılmaz. İndirekt bilirubin, liposolubldur; membranlardan kolaylıkla geçerek dokulara diffüze olabilir İndirekt bilirubinin karaciğerde glukuronik asitle konjugasyonu veya çok az oranda sülfatlanmasıyla direkt bilirubin (konjuge bilirubin) oluşur. Direkt bilirubin, suda çözünür ve safra ile atılır. Direkt bilirubin normalde kanda bulunmaz veya çok az bulunur; ancak safra ile atılımının engellendiği durumlarda kanda artabilir ki kandaki düzeyi %1,5 mg’ı aştığında idrarda saptanır Serum total bilirubin düzeyinin normal değeri Doğumdan hemen sonra miadında doğan bebekte %0,44,0 mg arasında, prematüre bebekte %8 mg’dan düşük Doğumdan üç gün sonra miadında doğan bebekte %1,010,0 mg arasında, prematüre bebekte %12 mg’dan düşük 1 aylık bebekte %0,1-0,7 mg arasında Erişkinde %0,2-1,0 mg arasında Hiperbilirubinemiler • Serbest (indirekt) bilirubin düzeyindeki artışlar Yenidoğan sarılığı Gilbert hastalığı Crigler-Najjar sendromu tip I Crigler-Najjar sendromu tip II • Konjuge (direkt) bilirubin düzeyindeki artışlar Kolestaz Dubin-Johnson sendromu Rotor sendromu Yenidoğan sarılığında serum bilirubin düzeyi 48.saatte %10 mg değerine kadar çıkabilir ve 7-10 günde normal düzeye iner Gilbert sarılığında serbest bilirubin düzeyleri %1,23,0 mg kadardır, %5 mg değerini nadiren aşar Crigler-Najjar sendromu tip I, nadir görülür, genellikle hayatın ilk 15 gününde ölümle sonuçlanır. Serbest bilirubin düzeyi %20 mg’ı aşar ve bazen %50 mg’a ulaşır Crigler-Najjar sendromu tip II’de serum bilirubin düzeyi %6,0-20,0 mg arasında değişir Kolestazda plazmada konjuge bilirubin artar ve idrarla bilirubin atılır Dubin-Johnson sendromunda plazma bilirubin düzeyi %3,0-10,0 arasındadır ve karaciğerde melanin benzeri bir pigment birikir Rotor sendromunda Dubin-Johnson sondromundakine benzer bulgular vardır, ancak karaciğerde pigment birikimi olmaz Nükleik asitler Nükleik asitler, bir hücrede meydana gelen her şey için önceden planlayıcıdırlar • Deoksiribonükleik asit (DNA) • Ribonükleik asit (RNA) Nükleotidlerin polimerleridirler Nükleotidler Nükleotidlerdeki bazlar, pirimidin ve pürin bazlarıdırlar ve RNA’da adenin, guanin, sitozin, urasil bazları; DNA’da adenin, guanin, sitozin, timin bazları bulunur Nükleotidlerin fonksiyonları 1) nükleik asitlerin alt üniteleridirler 2) hücrede kimyasal enerjiyi taşırlar 3) birçok enzim kofaktörlerinin komponentleridirler 4) sellüler haberleşmede aracıdırlar DNA (deoksiribonükleik asit) DNA, canlı hücrelerde genetik bilginin saklandığı kromozomal bileşendir DNA’da saklı olan genetik bilgi, replikasyon suretiyle kalıtılabilmekte, transkripsiyon olayı ile RNA’ya aktarıldıktan sonra translasyon olayı ile protein haline çevrilebilmektedir DNA’nın yapısında adenin, guanin sitozin ve timi bazlarıyla deoksiriboz ve fosfat bulunur 1953’te James Watson ve Francis Crick tarafından ileri sürülen üç boyutlu DNA yapısı modeline göre DNA, sağa dönen çift heliks (ikili sarmal) oluşturmak üzere aynı eksen etrafında iki helezon şeklinde DNA zincir kangalından (polinükleotid zinciri) oluşmuştur Bölünme evresinde olmayan ökaryotik hücrelerde nükleustan izole edilen kromozomal materyal kromatin olarak tanımlanır. Hücre çekirdeğindeki DNA molekülleri, hücrenin bölünme evresinde, kompleks katlanmalarla kromozom denen yapılar haline gelirler. İnsan somatik hücrelerinde 46 (23 çift) kromozom bulunur Kromozomların, örneğin göz rengi gibi tek bir karakter veya fenotipi (görünen özellik) belirleyen veya etkileyen bölümleri gen olarak tanımlanır. Moleküler tanımlamaya göre bir gen, bir enzimi belirleyen veya şifreleyen genetik materyal segmentidir Bir hücrenin farklı kromozomları üzerindeki bütün genlerin ve genler arası DNA bölümlerinin toplamı, sellüler genom olarak tanımlanır. DNA’da kodlayıcı segmentler ekson olarak adlandırılırlar, kodlayıcı olmayan segmentler ise intron olarak adlandırılırlar Ekstrakromozomal DNA’lar • • • • Viral DNA molekülleri Bakterilerin birçok türünde plazmid Mitokondriyal DNA Fotosentetik hücrelerin kloroplastları da DNA içerir DNA’nın kimyasal özellikleri • Çift heliks yapılı DNA, denatüre edilebilir ve denatüre olan DNA renatüre olabilir • Farklı türlere ait DNA’lar hibridler (melezler) oluşturabilirler • DNA, nonenzimatik transformasyona uğrayabilir • DNA moleküllerindeki belli nükleotid bazları sıklıkla enzimatik olarak metillenirler DNA’nın yapısında genetik bilginin kodlandığı yerde meydana gelen kalıcı değişiklikler, mutasyonlar olarak tanımlanır DNA’da mutajenik yani mutasyon oluşturan değişikliklerin en önemli kaynağı, oksidatif hasardır RNA (ribonükleik asit) DNA’daki genetik bilgiyi bir fonksiyonel proteine dönüştürmekte aracı rol oynayan nükleik asittir RNA molekülü çift sarmallı değil tek zincir şeklindedir; bazen firkete modeli gibi çeşitli modeller oluşturabilir RNA çeşitleri • Haberci RNA (messenger RNA, mRNA): Protein sentezi için gerekli genetik mesajı nükleustaki DNA’dan sitoplazmadaki ribozomlara taşıyan RNA’lardır. Protein sentezi için kalıp görevi görür. mRNA üzerindeki, her biri bir amino aside uyan üçlü baz gruplarına kodon denir • Taşıyıcı RNA (transfer RNA, tRNA): Sekonder yapıları yonca yaprağı şeklinde olan RNA’dır. Protein sentezine girecek amino asitleri sentez yerine taşır. Yapılarında mRNA’daki kodonlarla eşleşen antikodon içerirler • Ribozomal RNA (rRNA): ribozomların yapısındaki RNA’dır. Svedberg ünitesi (S) olarak belli sedimantasyon katsayılarına sahip olan çeşitli rRNA’lar kombine olarak ribozomları oluştururlar Bir mRNA molekülünde adenin (A), guanin (G), sitozin (C) ve urasil (U) bazları ile 64 üçlü grup yani 64 kodon bulunabilir Metiyonine uyan AUG kodonu, hem prokaryotlarda hem ökaryotlarda; valine uyan GUG kodonu, yalnızca prokaryotlarda başlama kodonudur; protein sentezinin başlamasını şifrelerler tRNA’da bir antikodondaki bazlar, protein sentezi için kalıp görevi gören mRNA’nın üzerinde bulunan, tRNA ile taşınan amino aside uyan kodondaki bazların tamamlayıcısıdırlar Nükleik asitlerin reaksiyonları DNA’nın nükleotid dizisi, organizmanın protein moleküllerinin tümünün sentezinde bilgi kaynağıdır DNA molekülü, sakladığı genetik bilgilerin sonraki nesillere aktarılması için kendi kopyasını oluşturur (replikasyon) Bir protein molekülüne ait olarak DNA’da saklanan genetik bilgiler, önce bir RNA molekülünün sentezi suretiyle kopyalanır veya yazılır (transkripsiyon) Transkripsiyonla RNA’ya kopyalanmış olan genetik bilgiler daha sonra okunarak bir protein molekülü haline çevrilir (translasyon). Transkripsiyon ve translasyon olaylarının toplamı gen ifadesi (gen ekspresyonu) olarak adlandırılır DNA’nın replikasyonu DNA’nın replikasyonu, DNA molekülünün, sakladığı genetik bilgilerin sonraki nesillere aktarılması için kendi kopyasını oluşturmasıdır. Bugün kabul gören görüşe göre DNA’nın replikasyonu semikonservatifdir; bir DNA molekülünün iki kolundan her biri yeni bir DNA kolu sentezi için bir kalıp olarak görev görür ve sonuçta meydana gelen iki yeni DNA molekülü yeni ve eski kollar içerirler Transkripsiyon Transkripsiyon, DNA’da saklanan genetik bilgilerin bir RNA molekülü (mRNA, tRNA, rRNA) şeklinde kopyalanması veya yazılması olayıdır. Çift kollu DNA molekülünde bir kol, bazı genler için kalıp kol olarak bazı genler için ise kalıp olmayan kol olarak görev görebilir. Bir DNA molekülü üzerinde çeşitli kalıp kollar bulunur Translasyon Translasyon, transkripsiyonla RNA’ya kopyalanan genetik bilginin bir protein veya polipeptit zinciri haline dönüştürülmesidir Protein sentezinin üç komponenti mRNA, tRNA ve ribozomlardır. mRNA, proteinin amino asit sırasını belirleyen kodu (şifre) içerir. tRNA, her amino asit için en az bir tane olmak üzere bulunur. Ribozomlar, sitoplazmada serbest veya endoplazmik retikulumun sitozolik yüzüne tutunmuş olarak bulunurlar Translasyon sonunda yeni sentezlenen polipeptit zincir, biyolojik olarak aktif forma dönüşmek için postranslasyonel modifikasyonlar olarak tanımlanan çeşitli değişikliklere uğrar 1) Amino-terminal ve karboksil-terminal modifikasyonlar 2) Sinyal dizisinin çıkarılması 3) Bazı özel amino asitlerin modifikasyonu 4) Karbohidrat yan zincirlerin bağlanması 5) İzoprenil grupların eklenmesi 6) Prostetik grupların eklenmesi 7) Proteolitik işlem 8) Disülfid çapraz bağlarının oluşması ve zincir katlanması Nükleotid metabolizması Hücre içeren besinlerle nükleik asitler alınır. Pankreas ribonükleazı, RNA’yı hidroliz eder. Deoksiribonükleaz, Mg2+ ile Mn2+ iyonları varlığında etki gösterir ve spesifik olarak DNA’yı hidroliz eder. Mononükleotidler, bağırsak fosfatazları veya nükleotidazları tarafından nükleozid ve fosfat’a ayrılırlar Pürin nükleotidlerinin biyosentezi Pürin nükleotidleri, prekürsör amino asitler, riboz-5-fosfat, CO2 ve NH3’tan de novo olarak sentezlenebilir Pürin nükleotidlerinin de novo sentezi üç basamakta incelenir: 1) 5-fosforibozil-1-pirofosfat (PRPP) oluşması 2) PRPP’tan inozin monofosfat (IMP) oluşması 3) IMP’tan adenozin monofosfat (AMP) ve guanozin monofosfat (GMP) oluşması Pürin halkasındaki atomlar, glutamin, glisin, N10-formil H4folat, CO2 ve aspartattan sağlanmaktadır Vücutta serbest bazlar ve nükleozidlerden yeniden pürin nükleotidleri oluşturulabilir Pürin nükleotidlerinin yıkılımı 5-nükleotidaz etkisiyle fosfat grubunun ayrılmasıyla başlar; pürin nükleozid fosforilaz etkisiyle sürdürülür; son olarak ksantin oksidaz etkisiyle ürik asit oluşur Pirimidin nükleotidlerinin biyosentezi Pirimidin nükleotidlerinin de novo sentezi, iki devreye ayrılarak incelenebilir: 1) Üridin monofosfatın (UMP) oluşması 2) UMP’ın diğer pirimidin nükleotidlerine dönüşmesi Pirimidin halkasının atomları, aspartat, CO2 ve glutaminden sağlanır Vücutta serbest bazlar ve nükleozidlerden yeniden pürin nükleotidleri oluşturulabilir Pirimidinlerin yıkılımı -alanin, CO2, NH3 ve -aminoizobutirat, pirimidin katabolizmasının son ürünleridir Pürin metabolizması bozuklukları • Gut: Kanda ürat ve idrarda ürik asit artışı ile karakterize. Ürik asit sentezini azaltmak için allopurinol, atılımını artırmak için probenecid yararlı • Lesch-Nyhan sendromu: Hipoksantin guanin fosforiboziltransferaz (HPRT) yokluğu nedeniyle aşırı ürik asit üretimi ile karakterize • Adenin fosforiboziltransferaz (APRT) eksikliği nedeniyle kanda ve idrarda 2,8-dihidroksiadenin artışı • Adenozin deaminaz (ADA) ve pürin nükleozid fosforilaz (PNP) eksikliği nedeniyle lenfosit (sırasıyla B ve T lenfosit) disfonksiyonu • Myoadenilat deaminaz (AMP deaminaz) eksikliği nedeniyle yorgunluk ve egzersize bağlı kas ağrısı • Ksantin oksidaz yetmezliği Pirimidin metabolizması bozuklukları Orotik asidüri: Orotat fosforibozil transferaz ve orotat monofosfat dekarboksilaz enzimlerinin her ikisinin veya sadece orotat monofosfat dekarboksilaz eksikliğine bağlı olarak ortaya çıkar (tip I ve II) İdrar ile aşırı orotik asit atılmaktadır Gelişmenin gerilemesi ve megaloblastik anemi ile karakterizedir
