Tıp-2 Lipidlerin Metabolizması
advertisement
LİPİDLERİN METABOLİZMASI Prof.Dr.M.Ferit Gürsu F.Ü.Tıp Fak.Biyokimya Anabilim Dalı • • • • • • Solunum zorluğu, myopati,beyin hasarı ve gelişme geriliği problemleri ile hastaneye getirilen bir bebekte KC biyopsisinde Asetil CoA karboksilaz aktivitesi saptanamazken, propiyonil CoA karboksilaz aktivitesinin normal düzeyde olduğu görülüyor. Bebek KH ağırlıklı beslendiği zaman idrarda yoğun asetik asit saptanıyor. Bu çocukta asetil CoA karboksilaz aktivite yetmezliğinin sonucu??? Biyotin eksikliği olma ihtimali??? Asetik asitin idrarda bulunma nedeni?? Solunum zorluğunun kaynağı??? Yağ asitlerinin biyosentezi Sitoplazmada de novo yağ asidi biyosentezinin ilk basamağı asetil CoA’nın irreversibl bir reaksiyonda malonil CoA’ya karboksilasyonudur. Asetil CoA karboksilaz, prostetik grup olarak biotin içerir. Aktivitesi, palmitoil CoA tarafından azaltılır; sitrat tarafında arttırılır. Malonil CoA, karnitin açiltransferaz I’i inhibe eder; beta 4 oksidasyon bloke olur. Yağ asitlerinin biyosentezi • İnsülin hücreye glukoz girişini arttırarak, glikoliz ve pentoz fosfat yolunu hızlandırarak asetil CoA ve NADPH miktarını dolayısıyla lipogenezi ve asetilCoA karboksilazı aktive eder. • Epinefrin ve glukagon cAMP konsantrasyonunu arttırarak protein kinaz aktivasyonu sonucu asetilCoA karboksilazın fosforilasyonunu arttırır ve lipogenez inhibe olur. • Karbonhidratca beslenme asetil CoA miktarını arttıracağından lipogenez hızlanır. 7 acetyl CoA + 7CO2 + 7ATP 7 malonyl CoA + 7ADP + 7Pi Acetyl CoA + 7 malonyl CoA + 14NADPH palmitate + 14 NADP+ + 8CoASH + 7CO2 acetyl-S-CoA HS-CoA Pant SH Cys SH Pant 1 CO2 malonyl-S-CoA HS-CoA Cys SH Pant 2 S C O CH3 Cys S S C O C CH2 3 Pant Cys S SH C O CH3 H2O Pant Cys S SH C O O HC 5 OH S SH CH3 4 -Ketoacyl-ACP Reductase 5 -Hydroxyacyl-ACP Dehydratase 6 Enoyl-ACP Reductase HC CH3 O O CH3 Cys O SH C Pant C S CH2 CH3 NADPH CH CH2 CH2 C 4 NADP+ Cys C O 1 Malonyl/acetyl-CoA-ACP Transacylase COO 2 Malonyl/acetyl-CoA-ACP Transacylase 3 Condensing Enzyme (-Ketoacyl Synthase) NADPH Pant NADP+ 6 Pant Cys S SH C CH2 CH2 CH3 O Malonyl-S-CoA HS-CoA Pant Cys S SH C O 7 Pant Cys SH S C 2 O Pant Cys S S C O C CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 COO CH2 CH3 CH3 7 Condensing Enzyme 2 Malonyl/acetyl-CoA-ACP Transacylase (repeat). CH3 O Yağ asitlerinin biyosentezi Palmitat, yağ asidi sentaz tarafından sentez edilen en uzun zincirli yağ asididir. Daha uzun zincirli doymuş yağ asitlerinin ve doymamış yağ asitlerinin sentezi başka reaksiyonlarda gerçekleşir. 10 Yağ asitlerinin biyosentezi Memelilerde yağ asitlerinin desatürasyonu, karaciğerdeki mikrozomal enzimler sayesinde gerçekleşir. Palmitatın desatürasyonu ile palmitoleat 16:1(9) oluşur; stearatın desatürasyonu ile oleat 18:1(9) oluşur. 11 Yağ asitlerinin biyosentezi Memelilerde linoleat 18:2(9,12) ve -linolenat 18:3 (9,12,15) sentez edilemezler. Linoleat ve -linolenat, diğer ürünlerin sentezi için gerekli prekürsörler olduklarından, memeliler için esansiyel yağ asitleridirler; diyetteki bitkisel gıdalarla alınmaları gerekir. 12 REGULATION OF FATTY ACID BIOSYNTHESIS DENETİM Short Term Citrate C16-C18 acyl CoAs Insulin Glucagon cAMP-mediated phosphorylation Dephosphorylation Allosteric activation Allosteric inhibition Stimulation Inhibition Inhibition Stimulation Long Term PALMITATE BIOSYNTHESIS High carbohydrate diet Fat-free diet High-fat diet Fasting Glucagon Stimulation by increased enzyme synthesis Stimulation by increased enzyme synthesis Inhibition by decreased enzyme synthesis Inhibition by decreased enzyme synthesis Inhibition by decreased enzyme synthesis Trigliseridler gliserol-3-fosfat ve yağ açil CoA prekürsörlerinden sentezlenir. Gliserol-3-fosfat, iki yolda oluşturulur; ya glikoliz sırasında oluşan dihidroksiaseton fosfattan NADH bağımlı sitozolik gliserol-3fosfat dehidrojenaz etkisiyle meydana gelir ya da gliserolden ATP bağımlı gliserol kinaz etkisiyle meydana gelir. Trigliserid sentezi, hormonlar vasıtasıyla düzenlenir. İnsülin, glukozun trigliseride dönüşümünü uyarır; glukagon ve epinefrin asetil CoA’dan yağ asidi oluşumunu inhibe ederler. 15 • • • • • • • • 13 yaşında kız çocuğu kas ağrıları şikayetleri ile hastanemize başvurdu. Dikkatli bir muayenede ekstermitelerde kas zayıflaması olduğunu ortaya çıkardı. Kasa özgü enzimlerin plazma düzeyi CK ve LDH yüksek bulundu. Egsersiz testi uygulandığında bacak ve kollarda şiddetli ağrı oluştuğundan test kesildi. Karnitinaçiltransferaz enzim eksikliği laboratuvarda belirlendi ve hastaya ağır kas eğsersizlerinden kaçınması önerildi. Karnitinin temel işlevi??? Karnitin açiltransferazın görevi??? Yağ asidi oksidasyonunun bozulup bozulmayacağı ?? Lipoliz Lipoliz, hormona duyarlı triaçilgliserol lipaz tarafından katalizlenir ve düzenlenir. 18 Sistemik dolaşım Hormon duyarlı lipaz FA FFA P GLİSEROL FA FFA A A A FFA FA Gliserol karaciğere gönderilir. Gliserolü kullanabilen tek organ karaciğerdir. Yağ asitlerinin oksidasyonu Dış mitokondriyal membranda oluşan yağ açil-CoA bileşikleri, iç mitokondriyal membrandan geçemezler; bunların mitokondriyal matrikse alınmaları karnitin gerekir. 20 >12C MALONİL KoA Yağ-açil-KoA Açil KoA sentetaz KAT-1 KoA Açil-karnitin Karnitin KAT-2 Yağ açil KoA sentetaz <12C Yağ-açil-KoA ATP KoA + AMP + PP Karnitin Yağ-açil-KoA KoA -OKSİDASYON İnsanda iki çeşit karnitin eksikliği oluşabilir: Sistemik karnitin eksikliği (SCD): • Hastalarda karnitin sentezi bozulmuştur veya böbrek karnitin kaçakları artmıştır. • Bu tablo yenidoğanlarda özelliklede prematürelerde izlenir. • Diyaliz hastalarında eksiklik oluşur. • Organik asidüri vakalarında organik asitlerle konjuge şekilde atılarak eksiklik oluşur. • Karaciğer ve kalp etkilenir. Hastalarda azalmış glukoneogeneze bağlı hipoglisemi, hiperamonyemi, hipoprotrombinemi ve akut ansefalopati atakları izlenir. Kas karnitin eksikliği (MCD): • Bozukluk üretilen karnitinin kanda defektif transportudur. Karnitinin plazma düzeyleri normaldir. Kas doku özellikle etkilenir. Kasda uzun zincirli yağ asitlerinin kullanımı azalmıştır. Plazma yağ asidi düzeyleri artar. Yetersiz ATP üretimine bağlı olarak kas lifi hasarı ve myoglobinüri izlenir. Açil KoA dehidrogenaz eksikliği, genellikle yaşamın erken evresinde tespit edilir ve sıklıkla çocukluk döneminde ölümle sonuçlanır.En fazla rastlanılan enzim eksikliği uzun ve orta uzunluktaki yağ asitlerine özgün olan açilCoA dehidrogenaz yetmezliğidir. Mitokondrideki yağ asidi β-oksidasyonu ilerlemez; biriken yağ asitleri ω-oksidasyona uğrar ve sonuçta dikarboksilik asitler oluşur. Biriken dikarboksilik asitler plazmaya salınır; bunun sonucunda dikarboksilik asidemi ve metabolik asidoz görülür.hekzanoil glisinbirikimi.. Aktiflenmiş yağ asidinin (yağ açil-CoA) mitokondriyal matrikse taşınması süreci, yağ asitlerinin oksidasyonunun düzenlenmesinde hız sınırlayıcıdır. 26 CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 C=O O Kaynaklar: Valin, izolösin, metionin, treonin aa’leri Kolesterol yan zincirleri Tek sayıda karbon içeren yağ asitleri PROPİONİL KoA CO2 + ATP ADP PROPİONİL KoA KARBOKSİLAZ METİLMALONİL KoA METİLMALONİL KoA MUTAZ SÜKSİNİL KoA VİT B12 TCA Metilmalonik asidemi ve asidürinin 2 tipi vardır: • Metilmalonil CoA mutaz eksikliği • Vit B12’nin koenzim formuna dönüşüm bozukluğu. Her iki tiptede gelişme geriliği ve metabolik asidoz meydana gelir. Yağ asitlerinin oksidasyonu mitokondrilerden başka peroksizomlarda da gerçekleşir: -Peroksizomlarda 20-26 karbonlu veya dallı zincirli veya hidroksillenmiş yapıya sahip yağ asitleri okside edilir. -Yağ açil-CoA’ların peroksizoma girmeleri için karnitine gerek yoktur. -Yağ asitleri tümüyle asetil-CoA’ya yıkılmaz; zincir kısalması olur. -İşlem sırasında yüksek enerjili bağlar elde edilmez. -Enzimler farklıdır. -FADH2 reoksidasyona uğrayarak H2O2 oluşur. 29 Peroksizomal oksidasyon: • Peroksizomlar en fazla KC ve böbrek olmak üzere hemen hemen tüm hücrelerde bulunan ve tek katlı bir zar ile çevrilmiş organellerdir. – Peroksizomlar, hidrojen peroksit üreten oksidazları ve hidrojen peroksidi inaktive eden katalazı içermektedir. – Peroksizomal -oksidasyonun diğer bir rolü, safra asidi oluşumunda kolesterol yan zincirlerinin kısaltılmasıdır. – Kolik asid ve plazmalojen üretimine katılır. – Çok uzun zincirli doymuş, düz zincirli yağ asidlerinin (C24, C26) oksidasyonu peroksizomlarda olmaktadır. Oluşan AçilKoA’larda karnitine gereksinim göstermeden peroksizom membranından transfer edilebilir. – 20 karbonlu dallı zincirli yağ asidi olan fitanik asidin yıkımına katılan fitanik asid monooksijenazda peroksizomal bir enzimdir. Dallı zincirli yağ asitlerinin (fitanik asit, “3,7,11,15 tetrametil hekzadekanoik asit”) ilk yıkılma yeri peroksizomlardır. Refsum hastalığı (fitanik asit depo hastalığı) genellikle 20 yaşından önce, nadir olarak daha geç yaşta başlayan, gece körlüğüne yol açabilen retinitis pigmentosa, anosmi, iktiosis, serebeller ataksi ve periferik nöropati ile belirlenen bir hastalıktır. Karaciğer ve böbreklerde ileri derecede nötral yağ birikimi vardır. Plazmada fitanik asit miktarı çok artmıştır. 20 karbonlu, dallanmış zincirli bir asit olan fitanik asidin diğer yağ asitlerinden daha büyük bir yapıya sahip olması hücre membranlarında hasara yol açar. Bu durum sinirlerin dejenerasyonuna neden olur. Hastalık otozomal resesif geçer. Hastalığın belirtileri ateşli hastalıklarda, gebelikte ve cerrahi girişimler sırasında şiddetlenme gösterir. Klinik bulguların yanısıra serebro spinal sıvıda protein artışı ve plazmada fitanik asit artışı (> 25 (mikrogr/ml) tanıda önemlidir. Hastalık bazı toplumlarda, örneğin Norveçliler’de daha sıktır. Tedavi için fitanik asit prekürsörlerînin diyetten uzaklaştırılması önerilir. Bu besinler hayvansal et, beyaz ekmek, beyaz pirinç, patates, yumurta sarısı, süt ürünleri, hayvani yağlar, klorofil içeren besinlerdir. İNFANTİL REFSUM HASTALIĞI İnfantil refsum hastalığı vücutta peroksizomların azalması veya yokluğu ile karakterize bir hastalıktır. Plazma ve dokularda fitanik asit birikir. Bu hastalık beyinde sinir fibrilerinin ve myelin kılıfın gelişimini etkileyen lökodistrofi diye adlandırılan genetik hastalıklar grubundan bir hastalıktır. Semptomlar göz ile ilgili olan retinitis pigmentosa ve nistagmus, büyüme geriliği, ataksi, hepatomegali, hipokolestrolemi, mild fasial dismorfizmdir. Bu hastalık erken bebeklik döneminde başlar. İnfantil refsum hastalığı için standart bir tedavi protokolü yoktur. Tedavi semptomatik ve suportiftir.Prognoz kötüdür. • Genetik hastalıklar olan Zellweger sendromu ve adrenolökodistrofi peroksizom oluşum bozukluğu ile giden hastalıklardır. Zellweger sendromunda hiç peroksizoma rastlanılmamaktadır. Peroksizomlardaki beta oksidasyon da dahil tüm peroksizoma özgü işlevler durur.Uzun zincirli yağ asidlerinin birikimi ile de hastalarda KC ve Santral sinir sistemi bozuklukları ortaya çıkmaktadır. Zellweger sendromu, yada bir başka deyişle Serebrohepatorenal sendrom, infantil Refsum hastalığı ve neonatal adrenoleukodistrofi ile beraber peroksizomal fonksiyon bozukluğunun görüldüğü belli başlı üç lökodistrofi hastalığından en ağır olanıdır. Zellweger sendromu hastaları genellikle intrauterin büyüme geriliği tarzında prenatal dönemde bulgu vermeye başlar. Hastalarda tipik olarak hepatomegali (karaciğer büyümesi) , ciddi nörolojik bozukluklar ve kanda demir ve bakır düzeylerinin aşırı yüksekliği dikkati çeker. Bunun yanısıra hastalarda sıklıkla sarılık, gastro-intestinal kanamalar, görme bozukluğu, tipik bir yüz yapısı ve emme refleksinde (dolayısıyla beslenmede) güçlük vardır. Hasta bebek bilhassa solunum yolu enfeksiyonlarına ve karaciğer yetmezliği gibi sistemik komplikasyonlara meyillidir. Destekleyici tedaviye rağmen hastalığın seyri çok ağırdır ve genellikle klinik tablosunun belirginleşmesiyle beraber hastalar yaklaşık altı ay içerisinde kaybedilir. (Ortalama yaşam beklentisi 3 aydır.) Zellweger sendromu tipik olarak otozomal resesif geçiş gösterir. Hastalığın her hangi bir etnik veya cinsiyet tercihi yoktur ve ortalama görülme insidansı yaklaşık 100,000 canlı doğumda birdir (1:100,000). Zellweger sendromunda hücre içerisinde peroksizom organellerinin biyogenezinde rol alan birinci kromozomun kısa koluna yerleşik (1p22-21) PXR1 reseptörünü kodlayan “Peroksizomal Membrane Protein 1” geni veya sekizinci kromozomun uzun koluna yerleşik (8q21.1) PAF1 “Peroksizomal Aktive edici Factor 1” geninde fonksiyon kaybına yol açan mutasyonlardır. PXR1 reseptörü lipid metabolizması ve hücre içi metabolik oksidasyon reaksiyonlarında rol alan peroksizomal enzimlerin organel içine taşınması için gereklidir. Dolayısıyla, bu gendeki mutasyonlar peroksizomlarda görev yapan birçok enzimin fonksiyonunu hep birden etkilediğinden böylesine ağır bir tabloya yol açmaktadır. Zellweger sendromunda moleküler tanı hastalığın nadir görülmesinden ve hastalığa yönelik henüz etkin bir gen tedavisi protokolu mevcut olmamasından dolayı yanlızca araştırmaya yönelik genetik analiz kapsamında doğrudan PXR1 ve/veya PAF1 genlerinin çoğaltılması ile ilgilidir. Ancak klinik ve biyokimyasal testler ile tanı konmuş vakalarda peroksizom fonksiyonunun araştırılmasına yönelik doku kültürü alınması ve DNA bankası oluşturulması bunun yanı sıra aileye genetik danışmanlık hizmetlerinin sunulması kuvvetle önerilmeli ve aileye psikolojik destek imkanı sağlanmalıdır. Yağ asitlerinin oksidasyonu Yağ asitlerinin oksidasyonu, mikrozomlarda gerçekleşir. Molekülün karboksil ucundan her seferinde 1 karbon ayrılır. CoASH ve yüksek enerjili fosfatlar oluşmaz. Her seferinde 1 NADH elde edilir ve 1 karbon eksik yağ asidi oluşur. Moleküler oksijen, demir ve vitamin C gereklidir. Beyinde fosfolipidlerin yıkılışında izlenebilmektedir. 36 Yağ asitlerinin oksidasyonu Yağ asitlerinin oksidasyonu, birçok dokuda endoplazmik retikulumda, karaciğerde mikrozomlarda gerçekleşir. Moleküler oksijen, NADPH ve sitokrom P-450 gereklidir. Önce karbonu oksitlenerek dikarboksilik asit oluşur; oluşan dikarboksilik asit de veya oksidasyonla yıkılır. 37 Kolesterol yüksekliklerinde Tüberoz ksantomlar en çok dirsek ve kalçada ortaya çıkan, yumuşak nodüllerdir. Serum Kolesterol ve KKH Arasındaki İlişki Framingham Kalp Çalışması 1000 kişide KKH insidansı 125 Total kolesterol düzeyinde sağlanan 100 %1 oranında her 75 azalma, KKH’da %2 50 azalmaya neden 25 olur. <204 205-234 235-264 265-294 Serum kolesterol düzeyi (mg/dl) >295 Castelli, Am J Med 1984, 76: 4-12 Ateroskleroz arter duvarında kolesterol birikiminin neden olduğu patolojik bir olaydır.Arter duvarına penetre olan kolesterol çoğunlukla plazma LDL den gelir ve hiperkolesterolemi ateroskleroz için majör risk faktörüdür. İnsanlarda sentezlenen ve diyetle alınan kolesterolün toplamı membranların, safra tuzlarının ve steroidlerin sentezi için gerekenden fazla olursa patolojik kolesterol birikimi olabilir. Kolesterol, insanlarda kardiyovasküler sistem hastalıklarının insidansı ile yüksek kan kolesterol düzeyi arasındaki kuvvetli ilişki nedeniyle en çok sözü edilen lipiddir. 40 Amerikan sağlık kuruluşları aç karnına LDL düzeyleri ile kalp hastalığı riski arasındaki bağlantılara ilişkin yukarıdaki kılavuzu oluşturmuşlardır. Asetil KoA (C2) Asetil KoA (C2) Kolesterol sentezi hız kısıtlayıcı basamağı Tiolaz KoA MEVALONAT (C6) Asetasetil KoA (C4) HMG-KoA Sentaz Asetil KoA KoA HMG-KoA redüktaz 2 NADP+ 3-hidroksi3-metilglutaril KoA (C6) 2 NADPH+H+ Mevalonat (C6) ATP ADP 5-fosfomevalonat (C6) ATP ADP 5-pirofosfomevalonat (C6) Kolesterol sentezinde ilk ortaya çıkan isoprenoid birim ATP ADP CO2 İsopentenil pirofosfat (C5) Dimetilallil pirofosfat (C5) İsopentenil pirofosfat (C5) PP Dimetilallil pirofosfat + İsopentenil pirofosfat Geranil pirofosfat + İsopentenil pirofosfat Farnesil pirofosfat + Farnesil pirofosfat Geranil pirofosfat (C10) PP Farnesil pirofosfat (C15) 2 (NADPH+H+) SQUALEN (C30) 2 NADP+ O2 Squalen epoksit (C30) Squalen (C30) NADPH+H+ Lanesterol (C30) NADPH+H+ NADP Halkalaşmanın başladığı nokta Tam halkaların ilk görüldüğü nokta ve ilk ortaya çıkan steroid bileşik 3 metil grubu NADP KOLESTEROL (C27) Kolesterol biyosentezinin düzenlenmesi Kolesterol sentez yolunda hız sınırlayıcı basamak, HMG-CoA redüktaz tarafından katalizlenen, HMGCoA’nın mevalonata dönüşümü basamağıdır. HMGCoA redüktaz, henüz tanımlanmamış kolesterol türevleri ve mevalonat tarafından allosterik olarak inhibe edilir. Yüksek intrasellüler kolesterol, HMG-CoA redüktazı inhibe eder ve aynı zamanda yeni enzim moleküllerinin sentezini yavaşlatır. 46 HMG-CoA redüktaz, hormonal olarak da düzenlenir. glukagon, fosforilasyon suretiyle HMG-CoA redüktazın inaktivasyonunu uyarır. İnsülin ise defosforilasyon suretiyle HMG-CoA redüktazın aktivasyonuna yardım eder. 47 Yüksek intrasellüler kolesterol, depolanma için kolesterolün esterleşmesini artıran açil-CoA-kolesterol açil transferaz (ACAT) enzimini aktive eder. 48 AsetilCoA Atarvostatin Lovastatin Mevostatin Provastatin Sinvastatin HMG CoA HMGKoA Redüktaz + (-) İnsülin Glukagon MEVALONAT Kolesterol esterleri ACAT KOLESTEROL Lipoproteinler Reseptör aracılı endositoz Kolesterolün akıbeti 1 Omurgalılarda kolesterol sentezinin çoğu karaciğerde gerçekleşir. Karaciğerde sentezlenen kolesterolün az bir kısmı hepatositlerin membranlarına katılır, fakat çoğu safra asitleri veya kolesterol esterleri şeklinde karaciğerden ayrılır. 50 Kolesterolün akıbeti 2 Karaciğerde sentezlenen ve diyetle alınan kolesterolün akibetleri farklıdır. 51 Kolesterol sentezi ara ürünlerinden olan isopentenil pirofosfat bir çok maddenini öncülüdür: Karotenoidler İsopentenil pirofosfat İsopentenil-tRNA Farnesil pirofosfat Isopren Birimleri Vitamin K Vitamin E Ubiquinon Vitamin A Dolikol 53 Smith-Lemli-Opitz Sendromu • Kolesterol biyosentez bozukluğu • 7-dehidrokolesterol redüktaz eks. • Mental gerilik, mikrosefali • Konjenital anomaliler – Dismorfik yüz, yarık damak, – Konjenital kalp hastalığı – Genital yapıda sorun,cinsel org.anomaliler – Ekstremite anomalileri, polidaktili, sindaktili • Otistik davranış (%46-53) • Hipokolesterolemi • Diyetle kolesterol desteği klinik bulgularda düzelme 55 Keton cisimleri Kanda asetoasetat ve -hidroksibutirat seviyesinin artması, kan pH’ını düşürür ve asidozis denen duruma neden olur. Tedavi edilmemiş diyabetlilerin kanında ve idrarında keton cisimlerinin fazla yükselmesi, ketozis ve ketonüri olarak tanımlanır. Asidozis ve ketozisin birlikte olması ketoasidozis olarak tanımlanır. 57 Tedavi edilmemiş diyabette insülin yetersizliği nedeniyle ekstrahepatik dokular glukozu kandan yeterince alamazlar; enerji gereksinimini karşılamak için yağ asidi oksidasyonu artar ve bunun sonucunda fazla miktarda oluşan asetil-CoA’nın bir kısmı keton cismi biyosentezine sapar. Aseton, toksiktir ve uçucudur; nefesle atıldığından nefese karakteristik bir koku verir ki bu koku, bazen hastalığın şiddetinin tanısında yararlı olur. 61
