Bağ ve kemik dokusu biyokimyası Prof.Dr. Ümit TÜRKOĞLU 1
Hareket Dilimi Bağ dokusu Kemik dokusu Kas dokusu 2
Doku: Aynı fonksiyon ve yapı biçimini gösteren hücreler, hücreler arası madde ile bir araya gelip bütünleşerek dokuyu oluştururlar. Bu dokular da, bütün organların yapı materyallerini oluştururlar 4 tip doku Epitel = örtü Bağ = destek Kas = hareket Sinir = kontrol
Bağ Dokusu 4
Bağ Dokusu Vücutta en çok bulunan ve en yaygın dağılım gösteren doku Tendon, ligament, yağ dokusu, kıkırdak ve kemik. Başlıca işlevleri: Organizmanın iç kısımlarına yerleşerek; organizmayı dış ortamdan gelecek basınçlara karşı dirençli kılar Hücreler arası boşluğu doldurarak dokuların şekillenmesini sağlar Damarlar gibi çeşitli dokulara esneklik kazandırır 5
Başlıca iki ana bileşenden oluşur Hücreler ve Ekstrasellüler matriks
Bağ dokusu elemanları, protein ve proteoglikanlar bağ dokusu hücrelerince sentezlenirler; Fibroblastlar (genel yaygın bağ dokusu hücreleri) Kondroblastlar (kıkırdak) Osteoblastlar (kemik) Bunlar dışında bağ dokusu; Kan ve lenf damarları Makrofaj ve mast hücreleri gibi çeşitli hücreleri de içerir. 7
Ekstrasellüler Matriks Bağ dokusu hücrelerinin gömülü bulunduğu madde ESM de 3 tip makromolekül bulunur: 1. Yapısal proteinler (kollajen, elastin,fibrilin) 2. Özelleşmiş proteinler (fibronektin, laminin) 3. Proteoglikanlar (GAG + proteinler) 8
Yapısal proteinler Matriks Fibrilleri Kollajen fibrilleri: Büyük fibrillerdir Kollajenden oluşur En yaygım Doku esneklik ve dayanıklılığını sağlar. Elastik fibrilleri: Elastinden oluşur Ara fibrillerdir Gerilme ve esnetmeyi sağlar Retiküler Fibriller: küçük fibriler yapılar, kollajen ile aynı kimyasal yapıya sahip, dallanmış fibrillerdir. Dalak, lenf nodu gibi organların iskelet yapısını oluşturur
Yapısal Proteinler 10
Kollajen Ekstrasellüler matriksin temel proteinidir Fibröz bir proteindir Dokuların deformasyona direnç göstererek şeklini korumasını sağlar Vücuttaki total proteinin % 30 unu, vücut ağırlığının % 6 sını oluşturur 11
Kollajen yapısı Fibröz yapı 3 polipeptid zincirinden oluşur. Her bir zincir 1000 a.a içerir. m.a 95 kda Polipeptid zincirin her bir dönüşü 3 a.a kalıntısı içerecek şekilde sol dönüşlü bir a-heliks yapar. 12
3 sola dönüşlü polipeptid zinciri ters yönde (sağ dönüş) bir araya gelir. Oluşan yapı; 1.4 nm çapında ve 300 nm uzunluğunda üçlü heliks Üçlü heliks yapı, zincirler arası H+ bağları ile stabilleşir. 13
Her bir a zinciri (prokollajen) genel formülü: (-Gly-X-Y) 333 tür Gli-Pro-Y veya Gli-X-Hip X ve Y genellikle prolin ve OH-prolin Tek polipeptik zincirin dönüş noktalarında 3. aa olarak yerleşen Gly, süperheliks yapıda içe dönük bulunur. 14
Biyosentez; Başlıca intrasellüler (hücre-içi) ve ekstrasellüler (hücre-dışı) aşamalar içerir: İlk basamak; Fibroblast RER lümeninde pro - kollagen polipeptid sentezi Pro molekülü amino ucunda yaklaşık 100 aa, (pro-ilk yunanca) karboksi ucunda yaklaşık 300 aa lik ekstra kalıntı içerirler. SER un lumeninde pro-kollagenin prolin ve hidroksiprolin kalıntıları hidroksillenir. OHprolin ve OH- lizin (Hidroksilasyon) 15
Hidroksilasyon (posttranslasyonel modifikasyonu) Prolin, prolil hidroksilaz ve askorbik asit ve a- ketoglutarat kofaktörü ile hidroksiprolin i oluşturur. Lizin, lizil hidroksilaz ve kofaktörler ile hidroksilizini oluşturur. 16
Prokollagen yapısına galaktozil transferaz ve glukozil transferaz enzimleri ile glikoz ve galaktoz eklenir. (glikozlasyon) Üç prokollagen zinciri bir araya gelerek üçlü heliks yapı oluşur. Üçlü heliks yapı Golgi lümeninden ekstrasellüler matrikse salınır. 17
Ekstrasellüler basamaklar; ESM de prokollagen amino ve karboksi ucundaki propeptidler peptidazlarla uzaklaşır Tropokollagen oluşturulur. Tropokollagen molekülleri bir araya gelir. Çapraz bağlar ile kollagen fibril yapısı stabilleştirilir. 18
Çapraz bağ oluşumu Bazı lizil ve hidroksilizil kalıntıları oksidatif dezaminasyona uğrar, reaktif aldehit grupları (allizin, hidroksiallizin) oluşur Lizil oksidaz (Cu 2+ içerir, aktivitesi için O 2 ve piridoksal fosfat gerekir) lizil kalıntısının e-nh 3 grubunun aldehit grubuna oksidasyonunu katalizler. Komşu aldehit grupları arasındaki non-enzimatik kondensasyon sonucu kovalent çapraz bağ oluşur. 19
Elastin Deri, kan damarları ve akciğerler gibi esnek olması gereken dokuların ESM inde bulunur Dokuya esneklik, gerilebilme (mekanik kuvvete karşı) özelliği kazandırır. En fazla ligamanlar, büyük arter duvarları ve ses tellerinde, daha az oranda deride, tendonlarda bulunur Aortanın kuru ağırlığının %50 sini oluşturur 20
Elastin yapısı Prolin ve glisinden zengindir Glikozillenmemiştir, hidroksilizin içermez Tropo-elastin molekülleri ekstrasellüler alana verildikten sonra yoğun biçimde çapraz bağlanır. Elastin lifleri ve tabakaları meydana gelir 21
Sentez 70 kda luk tropoelastin monomeri olarak sentezlenir. Yapısındaki prolinlerin bir kısmi prolil hidroksilaz ile hidroksillenerek OH-proline dönüşebilir. Bu şekilde Golgi vakuollerinden hücre dışına salınır. Hücre dışında tropoelastin molekülleri çapraz kovalent bağlar oluşturarak elastine polimerleşirler. 22
Fibrillin Başlıca, göz, aorta gibi elastik dokularda bulunan bir bağ dokusu elemanı Sisteinden zengin, çok sayıda zincir içi di-sülfit bağı içeren büyük bir glikoproteindir Ca 2+ bağlayıcı Epidermal growth faktör benzeri bölgeye sahip, 23
Özelleşmiş proteinler 24
Bağ dokusu özelleşmiş proteinleri Kollajen dışındaki bağ doku proteinleri çok sayıda özelleşmiş bölgeler içerir. Matriks makromolekülleri ve hücre yüzeyrp için bağlanma bölgeleri Böylece hücrelerin bağlanması ve matriks organizasyonu sağlanır 25
Fibronektin Bütün omurgalılarda bulunan bir glikoproteindir İki büyük alt birimin bir ucunda disülfit bağlarıyla bağlanmasından oluşan bir dimerdir Her alt birim fonksiyonları farklı bölgelere (domen) bölünmüştür Hücre yüzeyindeki reseptörlere bağlanan bölge, integrinler tarafından tanınan RGD (arginineglycine-aspartate: Arg-Gly-Asp) tripeptid dizisine sahiptir 26
Fibronektin Çok sayıda izoformu vardır Kan ve diğer vücut sıvılarında çözünmüş halde bulunan plazma fibronektini; pıhtılaşma, yara iyileşmesi ve fagositozda rol oynar Diğer izoformlar hücre yüzeylerinde ve ESM de, çözünürlüğü olmayan fibriller halinde bulunur. Hücrelerin matrikse bağlanmasının yanısıra embryoda hücre göçünü yönlendirir (fetal fibronektin) 27
İntegrinler Hücrelerin ESM e bağlanmakta kullandıkları başlıca reseptörlerdir Bir integrin molekülü, a ve denilen transmembran yerleşimli iki glikoprotein alt biriminden meydana gelmiştir ESM e güçlü bağlanma için, hücre iskeleti ile etkileşir 28
İntegrinler: hücre-hücre ve hüce-matriksi etkileşmesi sağlayan heterodimerik yüzey membran reseptörleridir. Glikoprotein yapısındadırlar.. Bugüne dek, farklı 14 adet alfa ve 8 adet beta zincirinin değişik kombinasyonu ile 20 adet integrin olduğu tanımlanmıştır. 29
Laminin Di-sülfit bağları ile bağlı 3 uzun polipeptid zincirden (a,, g) oluşan esnek bir protein. Bazal laminada bulunur Bir çok bağlanma bölgesi içerir 30
Proteoglikanlar 31
Proteoglikanlar Bağ dokusu fibröz proteinlerinin yerleştiği jel kıvamında temel maddenin başlıca bileşeni Yapısında; %95 oranında karbonhidrat, % 5 kadar protein yer alan kompleks yapılardır. Yapıdaki polisakkarit zincirlerine glikozaminoglikan (eski adı ile mukopolisakkaritler ) denir. GAG ın proteinlere kovalent bağlanması ile proteoglikanlar oluşur 32
Proteoglikanların başlıca 6 GAG bileşeni vardır: Hyalüronik asit Kondroitin sülfat Dermatan sülfat Keratan sülfat Heparin Heparan sülfat 33
GAG GAG; tekrarlayan disakkarit ünitelerinden oluşur. Bir komponent daima amino-şekerdir (bu nedenle GAG denir). Amino şekerler N-asetil deriveleri olarak bulunur. Diğer bileşeni ise (keratan sülfat hariç galaktoz) üronik asit, L-glukuronik asit (GlcUA) veya 5 - epimeri L-İduronik asit (IdUA)dir. Hyalüronik asit hariç GAGlar sülfat grupları içerir O- esterleri veya N-sülfat (heparin ve heparan sülfat) yaparlar. 34
GAG Disakkarit Sülfat yeri Yerleşim Hyalüronik a 4GlcUAa1-3GlcNAca1 - Göz, eklem sıvısı Kondroitin S 4GlcUAa1-3GlcNAca1 GalNAc Kıkırdak, kemik tendon Dermatan S 4IdUAa1-3GalNAca1 IdUA,GalNAc Deri, damarlar Heparan S 4IdUAa1-4GlcNAca1 GlcNac Hücre yüzeyi Heparin 4IdUAa1-4GlcNAca1 GlcNH 2, IdUA Mast hüc, KC Keratan S 3Gala1-4GlcNAca1 Glc,NAc Kıkırdak, kornea 35
Proteoglikanların işlevleri Ekstrasellüler matriksin önemli bir yapısal komponenti Kollagen, elastin, fibronektin, laminin vb diğer matriks proteinleri ile etkileşim gösterir Polianyonik yapısı ile Na+, K+ gibi katyonları bağlar ESM in eleği olarak görev alır Hücre migrasyonunu kolaylaştırır (HA) Kıkırdağı basıya karşı dayanıklı kılar (HA,CS) Sklerada yapısal görevi vardır (DS) Kornea transparanlğını sağlar (KS,DS) Antikoagülan görev yapar (Heparin) Plasma meembran bileşeni olarak yer alıp, rp- hücreler arası iletişim kurucu olarak görev yaparlar (HS) 36