ENZİM EKSİKLİĞİ VE ANAEMİ

Transkript

1 ENZİM EKSİKLİĞİ VE ANAEMİ Prof. Dr. Nazmi Özer Tıbbi Biyokimya Anabilim Dalı Temel Tıp Bilimleri Bölümü Tıp Fakültesi Yakın Doğu Üniversitesi Lefkoşa, KKTC 1

2 KAN IN BİLEŞİMİ Kan iki bileşenden oluşur; i. Katı faz: Hücreler; Alyuvar (= Eritrosit = kırmızı kan hücresi), Akyuvar (= Lökosit) ve trombosit (=Platelet) hücrelerinden oluşur. ii. Sıvı faz: proteinler, metabolitler ve iyonlar Alyuvarlar haematitler ya da eritrositler olarak da bilinirler. Eritrosit, Yunanca dan gelir erythros kırmızı, kytos basık, yassı ve cyte da hücre anlamına gelir. 2

3 ALYUVARLAR, AKYUVARLAR & PLATELETLER Erişkin insanda 2-3 x eritrosit bulunur. Kadının kanının µl sinde 4-5 x 10 6 eritrosit varken erkekte bu sayı 5-6 x 10 6 eritrosite çıkar. Diğer kan hücrelerinin sayısı çok daha azdır; Plateletlerin µl deki sayısı 1,5 4 x 10 6 iken, akyuvarların sayısı 4 11 x 10 3 kadardır. RBC Eritrosit Akyuvar Platelet 3

4 ALYUVARLAR Alyuvarlar, prokaryotik hücre grubundadır çünkü çekirdekleri yoktur. - İskeletlilerdeki ana görevi akciğerden dokulara O 2 taşımaktır. - Yüksek yerlerde yaşayan insanların alyuvar sayıları yüksektir çünkü yükseklerde O 2 in parsiyel basıncı düşüktür. - Bir alyuvarda 270 milyon Hemoglobin molekülü bulunur. - Erişkin bir erkeğin eritrositleri 2.5 gram demir içerir bu da vucuttaki bulunan toplam demirin %65 ine denktir. 4

5 ALYUVARLAR - 2 İnsan hücrelerinin yarı çapı 5-30 µm arasında değişir. İnsan alyuvar diskinin yarı çapı da 6-8 µm dir. 5

6 ALYUVARLAR - 3 Alyuvar yapımı, Eritropoiez olarak adlandırılır. Eritrositler, büyük kemiklerin kemik iliğinde, sürekli ve saniyede 2 milyon adet üretilir. Embriyo da ise, alyuvar üretimi için, ana yer karaciğerdir. Retikülositler Eritrositler Her ikisi de aynı boya ile, Romanowsky boyası ile boyandığında retikülositler biraz daha büyük ve mavimsi görünürler. 6

7 ALYUVARLAR Alyuvar üretimi böbrek tarafından sentezlenen eritropoietin (EPO) tarafından uyarılır. Bu hormon sporda doping için de kullanılmaktadır. - Alyuvarlar, Kemik iliğini terketmeden hemen önce ve hemen sonra retikülosit olarak bilinir ve retikülositler dolaşımdaki alyuvarların %1 ini oluşturur. - Retikülositler kök hücrelerden türerler, çekirdekleri yoktur ama protein sentezleme kapasiteleri vardır. 7

8 ALYUVARLAR Retikülositler 7 gün içinde eritrositlere dönüşürler ve dolaşımda yaklaşık 120 gün (üç ay) kalırlar. - Eritrositler yaşlanınca zarlarında yapısal değişlikler oluşur bu da fagositler tarafından algılanır ve daha sonra dalak, karaciğer ve kemik iliğinde fagositozla ortadan kaldırılırlar. - Eritrositlerde karbohidratlarla ilgili iki metabolik yol bulunur; i. Glikoliz ii. Pentoz fosfat yolu (PPP) (= Heksoz Monofosfat şantı, HMS) 8

9 ALYUVARLAR - 6 Metabolizma: Anaerobik glikoliz Eritrositler anerobik glikoliz yapar ve oksitlenen her mol glukoz başına net 2 mol ATP ve 2 mol NADH sentezlenir. Bu NADH ların çok büyük bir kısmı, glikoliz son ürünü olan pyruvat ın, laktat a çevrilmesi için (NAD + rejenerasyonu) kullanılırken, çok azı da Met-Hb inin Hb e çevrilmesi için kullanılır. Üretilen ATP iki amaç için kullanılır; 1. Zarların esnekliğinin korunması, 2. Eritrositlerin konkav şeklinin korunması. Üretilen NADH da iki amaç için kullanılır; 1. NAD + nin rejenerasyonu: Pyr + NADH NAD + + Laktat 2. Met-Hb (Fe 3+ ) + NADH Hb (Fe 2+ ) + NAD + 9

10 ERİTROSİTTE GLUKOZ METABOLİZMASI Glukoz Oksidatif stres İlaçlar, Enfeksiyonlar Bakla (Fava) Glukoz Glikolitik yol Laktat G-6-P Pentoz Fosfat Yolu (PPP) NADP + G6PD 6-PGA NADPH 2 GSH H 2 O 2 GSH GSH redüktaz peroksidaz GSSG 2H 2 O Laktat 10

11 ALYUVARLAR - 7 Metabolism: Pentoz Fosfat Yolu nun işlevleri 1. NADPH üretmek (en önemli görevi), 2. Pentoz fosfatları üretmek ve, 3. Monosakkaritleri glikolize yönlendirmek (Triozları, Eritrozları, Pentozları, Heksozları ve diğer yüksek karbonlu monosakkaritleri). 11

12 NADPH ÜRETİMİ NADPH, Pentoz Fosfat Yolunun (PPP) ilk iki basamakta üretilir - Birincisi, Glukoz-6-Fosfat Dehidrogenaz (G6PD) - İkincisi, 6-Fosfoglukonat dehidrogenaz (6PGD) 12

13 ÜRETİLEN NADPH IN KULLANIM YERLERİ 1. Biyosentez: Birçok biyosentetik olayda indirger güç sağlayıcı olarak görev alır (Örneğin; Yağ asiti sentezi v.b.) 2. İndirgeme: GSSG nin (Okside Glutatiyon) GSH a (Redükte Glutatiyon) aşağıda görülen tepkime ile çevrilmesi; GR GSSG + NADPH + H 2GSH + NADP + GR: Glutatiyon Redüktaz 13

14 GSH IN YAPISI VE TİYOL TAMPON SİSTEMİ H 3 N + H C CH 2 CH 2 COO O C N H CH CH 2 O C N H CH 2 COO SH γ-glutamyl-cysteinyl-glycine Glutathione Tiyol tamponu [GSH] / [GSSG], ph gibi, canlı hücrelerin yaşayabilmesi için kritik bir öneme sahiptir. GSH, hücrenin zararlı ajanlara karşı korunmasında merkezi bir görev üstlenir. 14

15 GSH IN KULLANIM YERLERİ - 1 Oluşan GSH aşağıdaki tepkimelerde kullanılır: i. Vit E nin indirgenmesi (Zarın korunması) ii. Vit C nin indirgenmesi (dehidroaskorbatın askorbat a çevrilmesi) iii. Eritrositlerdeki proteinlerin tiyol gruplarının indirgenmesi iv. Konjugasyonla ilaç ve kimyasalların detoksifikasyonu 15

16 GSH IN KULLANIM YERLERİ GSH, eritrositte hemoglobin ve diğer proteinlerin işlevsel sistein gruplarını redükte durumda tutar - GSH, eritrosit zarının sağlam kalması için elzemdir - GSH, H 2 O 2 ve diğer peroksitlerin detoksifikasyonu için elzemdir. 16

17 GSH IN KULLANIM YERLERİ - 3 i. 2GSH + ROOH GSSG + H 2 O + ROH ii. 2GSH + H 2 O 2 iii. H 2 O 2 + 2H + GSSG + 2H 2 O 2H 2 O Yukarıdaki iki tepkime glutatiyon peroksidaz (GSHPx) tarafından katalizlenir. GSHPx aktif bölgesinde bulunan selenosisteine kovalan bağlı selenyum (Se) içerir ve Se GSHPx enzim aktivitesi için elzemdir. Üçüncü tepkime GSH la ilgili değildir. Katalaz (CAT), H 2 O 2 nin detoksifikasyonu için çok önemlidir ve katalaz bütün hücre tiplerinde yüksek derişimlerde bulunur. 17

18 GSH IN KULLANIM YERLERİ - 4 X; İlaç veya Kimyasal GST GS-X NADP+ GSH H 2 O 2 G6PD & 6PGD GR GSHPx NADPH GSSG 2H 2 O 18

19 ENZİM EKSİKLİĞİNE BAĞLI NADPH ÜRETİMİNİN DURMASININ SONUÇLARI NELERDİR? NADPH ın üretilememesi, GSH rejenerasyonunun yapılamamasına ve bu da bütün GSH-bağımlı işlevlerin engellenmesine neden olur. - GAL3P dehidrogenaz oksitlenir, Glikoliz durur, - NADH ve ATP üretimi azalır, - NADH ın azalması met-hb birikmesine neden olur, ve - Hb denatüre olur ve Heinz cisimcikleri olarak birikir. 19

20 ANEMİ Anemi (anæmia/anaemia), Yunanca an-haîma kelimesinden türemiştir anlamı kansız demektir. Yani, Alyuvar ya da Hemoglobin (Hb) eksikliği demektir. Anemi (ya da anemia), kanın oksijen taşıma kapasitesinin azalması ile ilgili bir hastalık olarak tanımlanır. Düşük oksijen taşıma kapasitesi aşağıdakilerden birinin sonucu olabilir; i. Eritrosit sayısının azalması, ii. Eritrosit yapılarındaki abnormallik (bozulma), iii. Hb in anormal olması, ya da iv. Eritrositteki diğer proteinlerde anormallikler olabilir. 20

21 ANEMİ VE KLİNİK SONUÇLARI Bütün insan hücrelerinin yaşamak için oksijene ihtiyaçları vardır; Anemi de; - Kan ın dokulara O 2 taşıma yeteneği azalır, - Düşük O 2 taşınımına bağlı Hipoksi nin oluşur. - Anemi ye bağlı hipoksi de birçok olumsuz klinik olayların ortaya çıkmasına neden olur. 21

22 ERİTROSİT METABOLİZMASINDAKİ ENZİMLERİN EKSİKLİĞİ HEMOLİTİK ANEMİYİ TETİKLER Anemi de en sıklıkla görülen enzim eksiklikleri; 1. Glukoz-6-fosfat dehidrogenaz (G6PD) 2. Piruvat kinaz (PK) 3. Fosfoheksoizomeraz (PHI) 22

23 G6PD EKSİKLİĞİ SFEROSİTİK ANAEMİ YE NEDEN OLUR - 1 G6P + NADP G6PD NADPH + 6PGA - G6PD eksikliği Sferositik Anemi ye, Favizm e (Favism) neden olur. - X-bağımlı mütasyondur varyant ı tanımlanmıştır. - Ayrıca, sıcağa-dayanıksız mutantları da bulunmuştur. - Dünyada ikiyüz milyon insan G6PD mutasyonu taşır. - Klinik bulgu düşük [NADPH] ye bağlı hemoliz dir. - Bu en yaygın genetik hastalıktır. 23

24 G6PD EKSİKLİĞİ SFEROSİTİK ANAEMİ YE NEDEN OLUR

25 G6PD EKSİKLİĞİ SFEROSİTİK ANAEMİ YE NEDEN OLUR Eritrositlerde NADPH ın ana görevi GSSG yi indirgemektir - Normal enzim homozigotları sıtma dan ölür - Mutant homozigotlar ise yetersiz NADPH nedeni ile ölür - Yalnızca heterozigot enzim içeren kişiler yaşayabilir - G6PD mutayon haritası ile sıtma haritası çakışır 25

26 G6PD MUTASYON HARİTASI İLE SITMA HARİTASI ÇAKIŞIR 26

27 OKSİDATİF STRES İN OLUŞMASI VE SONUÇLARI - Oksidatif stres aşağıdaki nedenlerden oluşur; i. Enfeksiyon ii. İlaçlar iii. Bakla (Fava) - Oksidatif stres sonucu reaktif oksijen türevleri (ROS) oluşur - G6PD eksikliğinde ROS oluşur bu da eritrositlerin hemolizine neden olur - Oksidatif stres Hemoglobin den Heinz cisimciklerinin oluşmasına ve damardışı (extravascular) hemolize neden olur 27

28 ERİTROSİTLER VE OKSİDATİF STRES - ROS nedeni ile zar yapıları bozulmuş eritrositler dalakta bulunan makrofajlar tarafından yok edilirler - Favizm i (G6PD eksikliği) olan kişiler bakla (Vicia fava) yediklerinde akut hemoliz krizine girerler - Bakla, Akdeniz bölgesinde yaygın olarak üretilen bir sebzedir ve içinde bol miktarda oksidan madde bulunur 28

29 G6PD EKSİKLİĞİ VE İLAÇ-UYARIMLI ANEMİ - Sıtma tedavisinde kullanılan primaquine, sulfonamidler eritrositlerin hemolizine (parçalanmasına) neden olurlar - Bu ilaçlar, GSH yokluğunda (= NADPH yokluğu), ROS üretirler ve oksidatif stres e neden olurlar - ROS zarda bulunan lipitleri oksitleyerek zar yapısının bozulmasına (distortion) neden olur 29

30 H 2 O 2 NİN OLUŞUMU, HEMOGLOBİN ÜZERİNE ETKİSİ VE ENZİMLERCE YOKEDİLMESİ İlaçlar/Enfeksiyonlar 2H 2 O GSHPx H 2 O 2 CAT 2H 2 O Hb GSSG 2GSH GSSG SulfoHb GR NADPH G6PD NADP + Heinz cisimcikleri Hemoliz 6PGA G6P 30

31 PİRUVAT KİNAZ EKSİKLİĞİ VE ANEMİ - 1 PK PEP + ADP ATP + Piruvat - Piruvat Kinaz (PK) Glikoliz de ikinci enerji üretim basamağını oluşturur ve eksikliği ciddi sonuçlara neden olur. - Tetramerik yapıdadır ve her bir altbirimin Mr ı 60 kda dır. - Üç izozimi vardır; Eritrositler de, R-formu; Karaciğer de, L- formu; Böbrek ve karaciğer de K (M2) formu; Kas ta ise M-formu bulunur. R ve L formları ayni kinetik davranışı gösterir. 31

32 PİRUVAT KİNAZ EKSİKLİĞİ VE ANEMİ L- ve R-formlarının, allosterik aktivatörü fruktoz-1,6-difosfattır (FDP) ve sigmoidal kinetik gösterirler. - K (M2) formu da sigmoidal kinetik gösterir ancak daha az sigmoidaldır. - M-formu hiperbolik kinetik gösterir ve FDP aktivasyonuna duyarsızdır. - Piruvat Kinazların K + aktivatörü, MgATP kompleksi ise inhibitörüdür - PK, Glikolizin üçüncü kontrol basamağında yer alır. 32

33 PİRUVAT KİNAZ EKSİKLİĞİ VE ANEMİ PK eksikliği en çok görülen önemli bir hemolitik anemi türüdür. - Otozomal resessif taşıyıcılık olarak kalıtılır. - PK eksikliği non-sferositik kronik hemolitik anemi olarak tanımlanır. 33

34 PİRUVAT KİNAZ EKSİKLİĞİ VE ANEMİ - 4 Halka içinde, karakteristik dikenli hücre Prickle cell görülüyor 34

35 PİRUVAT KİNAZ EKSİKLİĞİ VE ANEMİ PK eksikliği eritrositlerde [ATP] düşmesine neden olacaktır. - Düşük [ATP] zar iyon gradientinin ve zar yapısının bozulmasına neden olacaktır. - PK eksikliği olan hastalarda, spleenomegaly gözlenir. - Şimdiye değin 300 den fazla PK eksikliği rapor edilmiştir. - Hepsi, orta ya da ciddi hemolitik anemi gösterirler. -Tedavi; kan transfüzyonu ve dalağın çıkarılmasıdır. 35

36 PYRUVATE KINASE DEFICIENCY AND ANAEMIA Eritrosit hemolizatlarında PK aktivitesi ölçümü çok kolaydır. - PK eksikliğine sahip hastalar, Glikoliz bloke olduğu için [2,3-BPG] yükselir ve anemi yi iyi tolere ederler, çünkü O 2 - Hb den O 2 daha kolay dissosiye olur. - Yenidoğan ın (newborn) hemolitik anemi sinin nedeni PK eksikliği, olabilir. - Elektroforez ya da kinetik ölçümler kullanılarak birçok PK varyantı saptanmıştır. 36

37 FOSFOHEKSOIZOMERAZ EKSİKLİĞİ - PHI (Fosfoglukoizomeraz, PGI) aşağıdaki tepkimeyi katalize eder; G-6-P F-6-P - PGI, Glikoliz ve PPP a G6P sağlar - Bu nedenle, PGI eksikliği G6PD ve/veya Piruvat kinaz eksikliği gibi görünür. - PGI, tek gen enzim i, dimer yapıda ve altbirim Mr ı 60 kda dur. - PGI eksikliği yenidoğan (newborn) hemolitik hastalığı ile ilişkilidir. - PGI nin, elektroforetik ve kinetik varyantları gösterilmiştir. - Birçok PHI varyantının sıcağa dayanıksız (thermolabile) oldu gösterilmiştir. 37

38 TEŞEKKÜRLER!! 38