METABOLİZMA DİLİMİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI DERSLERİ HEDEFLER: Bu dilim derslerinin sonunda öğrenci: Vücudun yaşam için gerekli enerjiyi sağladığı reaksiyonları bilmeli Aerobik ve anaerobik koşullarda enerji oluşumunun farkını kavramalı Temel besin maddelerinin özelliklerini ve vücutta nasıl bir dönüşüme uğradığını bilmeli Karaciğerin metabolizmadaki rolünü kavramalı Metabolik reaksiyonların dokuya özgü farklılıklarını bilmeli Vücudun depo maddelerini tanımalı, bunların nasıl oluştuğunu ve kullanıldığını öğrenmeli Vücuttan metabolizma sonucunda son ürün olarak atılan maddeleri bilmeli Önemli metabolik reaksiyonların hücrenin hangi fraksiyonunda yer aldığını öğrenmeli Metabolik reaksiyonlarda vitaminlerin koenzim olarak görevini kavramalı Öğünler arasında kan şeker düzeyinin nasıl korunduğunu bilmeli Glikoz homeostazisini sağlayan hormonları öğrenmeli Normal fonksiyon bozulduğunda ortaya çıkan hastalıkları tanımalı Diyabet ve glikojen depo hastalıkları ile tanışmalı Enzim defektine bağlı metabolizma hastalıklarını öğrenmeli Ketoasidoz ve metabolik asidozu bilmeli Glikoz homeostazisinin laboratuvar yöntemleriyle değerlendirilmesini bilmeli Karbonhidrat Metabolizması Konu Başlıkları Besinsel karbonhidratların sindirim ve emilimi, bu aşamada görülen bozukluklar Glikozun vücuda dağılımı, yıkım yolları: Glikoliz, indirekt ve direkt oksidasyonlar (pentozfosfat yolu), eritrositte glikolizin işleyişi, glikuronik asit yolu Glikoneojenez, glikojenez ve glikojenoliz reaksiyonları Etanol metabolizması Früktoz ve galaktoz metabolizması, sorbitol oluşumu Kan glikoz düzeyinin kontrolünde insülin, glukagon ve epinefrin hormonlarının rolleri Glikoz metabolizmasında allosterik kontrol Karbonhidrat metabolizmasında görevli enzimlerin genetik defektine bağlı hastalıklar Kan glikoz düzeyi ölçümünde genel laboratuvar bilgiler Kaynak kitap: Biyokimya (Nobel Tıp Kitabevi). Karbonhidrat Metabolizması (12. Bölüm). Derste bu kitaba ek olarak verilen bilgiler aşağıdadır.
KARBONHİDRAT METABOLİZMASI İLE İLİŞKİLİ BOZUKLUKLAR GLİKOLİZ Fosfogliserat mutaz Eksikliği: Glikoliz basamaklarında görevli bir enzim olan fosfogliserat mutaz, fosfatın aynı moleküldeki yerini değiştirir. COOH COOH HC OH Fosfogliserat mutaz HC O H 2 PO 3 HC O H 2 PO 3 H 3-Fosfogliserat HC OH H 2-Fosfogliserat Bu genetik bozukluk otozomal resesiftir. Kas dokusunu etkiler. Semptomlar çocuklukta veya adolesan döneminde ortaya çıkar. Klinik bulgular miyopati ve fiziksel aktivite sonrasında ortaya çıkan kas ağrıları ve kramplardır. Glikoliz kesintiye uğradığından bu yolla ATP sağlanamaz. Kas proteinlerinin yıkımına bağlı olarak miyoglobinüri görülebilir. Glikojen depo hastalığı tip X olarak da adlandırılmıştır (?). Piruvat Kinaz (PK) Eksikliği: Otozomal resesiftir. Eritrositlerde PK enzim aktivitesi düşüktür. Diğer dokularda enzim aktivitesi normaldir. Kronik hemolitik anemiye yol açar (Glikoz 6-fosfat dehidrojenaz eksikliğinden farkı). Eritrositlerde ATP oluşumu azalır ve hemoliz oluşur. Buna ek olarak inefektif eritropoiez (sentezde azalma) vardır. Bebeklerde indirekt bilirübin artışına bağlı sarılık görülür.(eritrositte 2,3-BPG ve 3-fosfogliserat konsantrasyonu artar. Oksidan maddeler hemolizi arttırmaz (Glikoz 6-fosfat dehidrojenaz eksikliğinden farkı). Hb doygunluk eğrisi sağa kayar. Eritrosit biçimi normaldir. Her zaman tedavi gerektirmez. Gerektiğinde kan transfüzyonu yapılır. Piruvat Dehidrojenaz Eksikliği: X-bağlı geçiş gösterir. Piruvat dehidrojenaz kompleksi aktivitesinde ve düzenlenmesinde bozukluk vardır. Enzim aktivitesi düşüktür. Çocukluk çağında görülür (erkekte ağır seyreder). Şekil.1. Piruvat dehidrojenaz enzimi eksikliğinde uygulanan tedavilerin etki mekanizması.
Klinik bulgularına göre metabolik ve nörolojik form olarak ayrılır. Metabolik form: Kronik laktik asidoz Nörolojik form: Letarji (aşırı yorgunluk, reaksiyon vermeme), hipotoni, epilepsi, spastisite, mental gerilik. Tedavide asetil KoA kaynağı oluşturmak üzere ketojenik diyet ve enzim kompleksinin koenzimleri (lipoik asit, tiamin) verilir (Şekil. 1). Dikloroasetat, PDH enziminin fosforillenerek inhibisyonunu engeller. PDH enzim aktivitesinin fosforilasyon ve defosforilasyon mekanizması Şekil. 2 de görülmektedir (geniş bilgi için: kaynak kitap). Şekil.2. Piruvat dehidrojenaz kinaz (PDH kinaz), PDH enziminin fosforillenmesini kataliz ederek inaktif hale geçmesine yol açar. PDH kinaz, NADH, ATP ve Asetil KoA konsantrasyonları yüksek ise inhibe olur. PENTOZ-FOSFAT YOLU Glikoz 6-fosfat Dehidrojenaz Eksikliği (Bu defekt ile ilgili kaynak: Karbonhidrat metabolizması, Bölüm 12, Biyokimya, Nobel Tıp Kitabevi) Wernicke-Korsakof Sendromu: Tiamin (B 1 vitamini) eksikliğinde görülür. Çoğunlukla kötü beslenmeye bağlı olarak alkoliklerde ve açlık grevindeki kişilerde sonradan beslenme başlayınca ortaya çıkar. Klinik bulgular: Nörolojik semptomlar verir (nistagmus, ataksi, amnezi, konfabulasyon, halusinasyon). Laboratuvar bulguları: Kötü beslenme göstergesi olarak hipoalbüminemi. B 1 eksikliği için eritrositlerde transketolaz aktivitesi ölçülür. GLİKOJEN METABOLİZMASI Fosfoglikomutaz Eksikliği: Glikojen depo hastalığı tip 14 olarak da adlandırılmıştır. Ancak sadece glikojen sentezinde değil, glikoproteinlerin biyosentezinde de aksama görülür. Klinikte CDGS (Congenital Disorders of Glycosylation Syndromes) adıyla bahsedilir. Otozomal resesif veya X-bağlı kalıtımla aktarılır. Konjenital glikozilasyon bozukluklarının sebebidir. Bu bozuklukta:
Glikoz 6-fosfat Glikoz 1-fosfat dönüşümü gerçekleşemez ve UDP-glikoz oluşamaz. Böylece yeni sentezlenen proteinlerde endoplazmik retikulumda N-glikozilasyon yapılamaz. Klinik bulgular: Karaciğer bozuklukları (steatozis, fibrozis, kanda ALT ve AST artışı) Miyopati (kanda kreatin kinaz artışı > 300 U/L) Hipoglisemi (< 40 mg/dl) (glikoz 1-Pglikoz 6-P oluşamaz) Büyümede gerilik Hipogonadizm Kardiyak bulgular Bifid (çatallı) uvula. Doğumu takiben farkedilen tek bulgudur. Tedavi: Galaktoz verilmesiyle semptomlar hemen düzelir. Galaktozdan, başka enzimler aracılığı ile UDP-glikoz oluşur (Şekil. 3). Böylece fosfoglikomutaz kullanılmasına gerek kalmaz. Şekil. 3. Galaktozdan UDP-glikoz oluşumu. GLİKOJEN DEPO HASTALIKLARI Genetik enzim defektlerine bağlı olarak görülürler (bakınız: Kaynak kitap, Bölüm 12, Glikojen metabolizması) Bazı hastalıklar yalnız karaciğeri (tip I, IV, VI ve IX), bazıları yalnızca kası (tip V ve VII), bazısı ise her iki dokuyu birlikte (tip II ve tip III) etkiler. Karaciğeri etkileyen tiplerde genellikle hepatomegali ve hipoglisemi, kas tiplerinde miyopati, egzersize bağlı kramplar ve bazen böbrek bozuklukları görülür. Glikojen Depo hastalıklarının bazı tiplerinde enzim defektinin olduğu basamaklar Şekil. 4 te görülmektedir. Glikojen depo hastalıklarında Romen rakamıyla gösterilen bir sınıflama yapılmıştır. (Son yıllarda bazı rakamlar değiştirilmiştir.) Tip 1: Glikoz 6-fosfataz eksikliği =Von-Gierke Hastalığı Tip 1b: Glikoz 6-fosfat translokaz eksikliği. Her ikisinde de açlıkta karaciğerden kana glikoz verilemez. Hipoglisemi, hepatomegali, hiperlipidemi, büyüme geriliği
Tip II: Lizozomal alfa-glikozidaz eksikliği= Pompe Hastalığı Hepatomegali, kas zayıflığı Tip III: Kas ve karaciğer Dallanmayı bozan enzim eksikliği= Cori Hastalığı Hipoglisemi, hepatomegali, hiperlipidemi, büyüme geriliği, miyopati Tip IV: Karaciğer Dallandırıcı enzim eksikliği= Andersen Hastalığı Hepatomegali, siroz Tip V: Kas Fosforilaz eksikliği= McArdle Hastalığı Egzersize bağlı kramplar, miyoglobinüri Tip VI: Karaciğer Fosforilaz eksikliği= Hers Hastalığı Hipoglisemi, hepatomegali, hiperlipidemi, büyüme geriliği Tip VII: Kas Fosfofrüktokinaz eksikliği = Tarui Hastalığı Kas zayıflığı, kramplar, miyoglobinüri, büyüme geriliği Tip IX: Karaciğer fosforilaz kinaz eksikliği Otozomal resesif veya X-bağlı geçiş gösterir. Fosforilaz kinaz, glikojenoliz için gerekli aktiflenmeyi sağlayan enzimdir. Bulgular (hepatomegali, hiperlipidemi, açlıkta ketonemi) erişkin yaşta kaybolur. Şekil. 4a. Glikojenoliz reaksiyonları
Şekil. 4b. Glikojen depo hastalıklarının çeşitli tiplerinde glikojenoliz aşamalarında görülen enzim kusurları Glikojen Depo Hastalığı tip 0: (Glikojen sentaz eksikliği) Otozomal resesiftir. Kas (GYS1) ve karaciğer (GYS2) tipleri vardır. Glikojen sentez edilemez. Karaciğer tipinde açlıkta hipoglisemi, ketoasidoz, serbest yağ asitlerinde artış; toklukta laktik asidoz ve hiperglisemi görülür. Tedavi: Proteinden zengin diyet ve pişmemiş mısır nişastası (gece boyunca hipoglisemiyi önler). GALAKTOZ METABOLİZMASI Galaktoz metabolizmasında görevli Galaktokinaz, Galaktoz 1-fosfat üridil transferaz, UDP-Galaktoz 4- epimeraz enzimlerinden herhangi birinde genetik eksiklik görülebilir (bakınız: Kaynak kitap, bölüm 12). Otozomal resesif geçen bu bozukluklarda ortak bulgu galaktozemidir. Bu nedenle hepsi galaktozemiler başlığı altında incelenir. Galaktoz 1-fosfat üridil transferaz eksikliğine klasik galaktozemi denir. Diğer enzimlere göre eksikliği daha sık görülür ve daha ağır seyreder. Nörolojik semptomlar ve katarakt oluşumunun yanında konuşma ve öğrenme zorluğu, sarılık, hepatomegali, galaktozüri görülür. Tedavisi, galaktoz ve laktozu diyetten hemen kaldırmaktır. Erken tanı çok önemli olduğundan yenidoğan tarama testleri ile enzim eksikliği saptanmalıdır. FRÜKTOZ METABOLİZMASI Aldolaz B eksikliği: Herediter Früktoz İntoleransı (HFI) denilen duruma yol açar. Früktoz ve sukroz besinle alınmadığı takdirde semptom görülmez. Aksi halde gelişme geriliği, böbrek ve karaciğer bozuklukları gibi klinik bulgular ortaya çıkar (bakınız: Kaynak kitap, Bölüm 12). Karaciğer früktokinaz eksikliği: Esansiyel früktozüri sebebidir. Klinik bir bulgu vermez.
Bu enzim defektleri otozomal resesiftir. Laboratuvarda plazma veya serum kullanılır. KANDA GLİKOZ ÖLÇÜMÜ Tam kanda glikoz plazma değerinden %10-15 daha düşüktür. Kapiller kanda venöz kandan yüksek, plazmadan düşük bir değer elde edilir. Glikoz, arter kanında venöz kandan daha yüksektir. Kan oda sıcaklığında pıhtılaşmaya bırakılırsa 1 saat sonunda glikoz 5-10 mg/dl azalır. Bunun sebebi glikolizdir. Laboratuvarda Glikozun Stabilliği Serum ayrıldıktan sonra glikoz 25 o C de 8 saate kadar stabil kalır (hücreler tamamen uzaklaştırılmışsa ve hemoliz yoksa). Serum, hemolizli ise kullanılmamalıdır. (0.5 g/dl < Hb) Oda sıcaklığında 24 saat stabil kalması için kan sodyum florür + Na 2 EDTA içeren tüplere alınır. NaF (2 mg/ml): Enolaz enziminin inhibitörüdür. Açlık kan glikozu: Plazma-serum 70-100 mg/dl Tam kan: 60-90 mg/dl Diyabet Tanı Kriterleri: 1. Açlık plazma glikozu: 126 mg/dl (farklı zamanlarda iki ölçüm ile). 2. Tokluk (rastgele) plazma glikozunun 200 mg/dl veya üstünde olması + Diyabetin klasik klinik semptomları. 3. OGTT sonrasında 2. saat plazma glikoz düzeyi 200 mg/dl veya üstünde olması. 4. HbA1c değerinin % 6.5 olması. Oral Glikoz Tolerans Testi (OGTT) Glikoz homeostazisini incelemek için başvurulan bir laboratuvar yöntemidir. OGTT ne zaman yapılır? 1) Açlık kan glikozu üst sınırda olanlarda 2) Açlık glikozu normal, ancak ailesel veya diğer nedenlerle diyabet için yüksek risk taşıyanlarda 3) Bir hastada sebebi anlaşılmayan nefropati, retinopati veya nöropati varsa 4) Gebelikte gestasyonel diyabet tanısı için OGTT ne zaman yapılmaz? Diyabet tanısı için gerekli kriterler oluşmuşsa yapılmaz. OGTT nasıl yapılır? 10 saatlik açlıkta uygulanır (16 saati bulmamalı). 75 g glikoz 250 ml su içinde verilir (limon eklenebilir).
Hasta sakin bir ortamda dinlenme halinde olmalıdır. 2. saat sonuna kadar 30 dakikada bir kan alınır. (Bazı laboratuvarlarda açlık, 1 ve 2. saat değerleri ölçülür. (Son yaklaşımlar sadece açlık ve 2. saat değerlerini ölçmek şeklindedir.) OGTT den elde edilen glikoz değerlerine göre kişide bozulmuş glikoz toleransı (IGT) veya normal glikoz toleransı (NGT) olduğu sonucuna varılır. NORMAL Glikoz Toleransı (NGT): 30-60 dakikada maksimum glikoz düzeyine ulaşılır. 2. saatte 140 mg/dl nin altındadır. Bozulmuş Glikoz Toleransı (IGT): Yükleme sonrasında maksimum düzeye daha geç (1-1.5 saatte) ulaşılır. 2. saat değeri 140-199 mg/dl arasındadır. Bozulmuş Açlık Glikozu (IFG): 100-126 mg/dl arası açlık glikoz değeri vardır. Bu tanım için OGTT yapılması gerekmez. İNSÜLİN DİRENCİ Dokularda insülinin etkisini göstermesi için gerekli miktarında artış olmasıdır. Örneğin bir birim insülinin göstermesi beklenen etki ancak 10 birim insülin ile oluşabilir. İnsülin Direnci olan kişide hiperinsülinemi ve hiperglisemi görülür. İnsülin direncinde rol alan faktörler: Bel çevresi Kan basıncı Açlık kan şekeri Dislipidemi Vücut ağırlığında yağ dokusu oranı Neden direnç gelişir? Çeşitli sebeplere bağlı olarak görülür. 1. İnsülin reseptör sayısı azalmıştır. 2. İnsülin reseptöründe mutasyon vardır. 3. Reseptöre karşı antikorlar oluşmuştur. 4. Reseptör sinyal yolunda defekt vardır. 5. Glikoz transport proteinlerinde eksiklik veya defekt vardır. Bulgular: Fiziksel yorgunluk, Beyin yorgunluğu, Uyku hali, Depresyon, Kilo alma Hiperglisemi, Hiperlipidemi, Hipertansiyon İnsülin direncine bağlı olarak hastada Metabolik Sendrom ve Tip 2 Diyabet gelişebilir.