Kas Dokusu Biyokimyası

Kas Dokusu Biyokimyası

• Kas dokusu, vücut kütlesinin %40'ını oluşturarak destek yapıyı meydana getirir.
• İskelet ile birlikte çalışarak vücudun hareketini sağlar.
• Üç ana kas hücresi türü bulunur.

Kas Hücresi Çeşitleri

• İskelet kası, somatik sinir sistemi tarafından uyarılır ve istemli kontrol altındadır.
• Kalp kası, otonom sinir sistemi tarafından uyarılır ve istemsiz çalışır.
• Düz kas da otonom sinir sistemi tarafından uyarılır ve istemsizdir.

Kasların Enerji Kaynakları

• ATP, kasların temel enerji kaynağıdır.
• Depo glikojeni, kan glukozu ve yağ asitleri enerji üretiminde kullanılır.
• Kreatin fosfat, yüksek enerjili fosfat sağlayarak enerji depolar.

Çizgili Kas Yapısı

• Çizgili kaslar, sarkolemma adı verilen bir zar ile çevrelenmiştir.
• Çok çekirdekli kas liflerinden oluşur.
• Sarkoplazma, kas hücresinin sitoplazmasıdır ve miyofibril demetlerini içerir.
• Sarkoplazmada glikojen, ATP, fosfokreatin bileşikleri ve glikoliz enzimleri bulunur.

Çizgili Kasın Yapısal Birimleri

• A bandı (anizotropik band), polarize ışıkta çift kırılım gösterir.
• I bandı (izotropik band), polarize ışıkta değişiklik göstermez.
• H bandı, A bandının merkez bölgesidir.
• Z çizgisi ve sarkomer (iki Z çizgisi arasındaki bölge) diğer önemli yapısal bileşenlerdir.

Miyofilamentlerin Özellikleri

• Miyofibriller, kalın ve ince olmak üzere iki tip filamentten oluşur.
• Kalın filamentler esas olarak miyozin içerir.
• İnce filamentlerde aktin, tropomiyozin ve troponin proteinleri bulunur.
• Kalın ve ince filamentler çapraz köprüler aracılığıyla etkileşir.
• Kas kasıldığında H bölgesi ve I bandı daralır, ancak filamentlerin boyu değişmez.

Kas Proteinleri

• Kasın büyük bir kısmı (%75) su, %20'si ise proteindir.
• Aktin ve miyozin, kasın ana proteinleridir.
• Tropomiyozin ve troponin, çizgili ve kalp kasında bulunur.
• Aktin, ince filamentin temel proteinidir ve toplam kas proteininin %20-25'ini oluşturur.
• G-aktin (globüler aktin) ve F-aktin (fibröz aktin) olmak üzere iki formu vardır ve miyozine bağlanma bölgesi içerir.
• Aktin, tropomiyozin ve troponin ile birlikte ince filament yapısını oluşturur.

Miyozin

• Kas proteininin %55'ini oluşturur ve kalın filamentleri meydana getirir.
• En az 12 alt grubu bulunur, örneğin Miyozin II, kas kasılmasında rol oynar.

Miyozin Yapısı

• Miyozin, fibröz yapıda birbirine dolanmış iki sarmaldan oluşur.
• Globüler baş kısmı aktin ve ATP bağlanma bölgelerini içerir.
• Miyozin, 2 ağır zincir ve 4 hafif zincirden meydana gelir.
• Hafif zincirlerden 17 kDa olanlar yapısal stabilitede, 20 kDa olanlar ise kas kasılmasının düzenlenmesinde rol oynar.

Miyozinin Parçalanması

• Tripsin, miyozini hafif meromiyozin (LMM) ve ağır meromiyozin (HMM) olarak parçalar.
• LMM, suda çözünmez ve ATPaz etkinliği yoktur, F-aktine bağlanmaz.
• HMM, suda çözünür, ATPaz etkinliğine sahiptir ve F-aktine bağlanır.
• HMM'nin papain ile sindirilmesiyle S-1 ve S-2 alt parçaları oluşur.
• S-1, ATPaz etkinliğine sahipken S-2, ATPaz etkinliğine sahip değildir ve fibröz yapıdadır.

Tropomiyozin ve Troponin

• Tropomiyozin, α ve β zincirleri içeren fibröz bir proteindir.
• F-aktine bağlanır ve aktin üzerindeki miyozin bağlanma bölgelerini kısmen kapatır.
• Troponin, küçük ve globüler bir proteindir.
• Hem tropomiyozine hem de aktine bağlanarak miyozinin aktine bağlanmasını düzenler.

Troponin Alt Birimleri

• Troponin kompleksi çizgili kasa özgüdür.
• Troponin T (TpT), tropomiyozine ve diğer troponinlere bağlanır.
• Troponin I (TpI), miyozin ve F-aktin etkileşimini bloke eder.
• Troponin C (TpC), 4 molekül Ca2+ iyonu bağlar.

İskelet Kasında Kalsiyumun (Ca2+) Rolü

• Dinlenme halinde sarkoplazmada Ca2+ konsantrasyonu düşüktür (10⁻⁸ - 10⁻⁷ mol/L).
• Sarkoplazmik retikulum içinde Ca2+, kalsekestrin proteinine bağlı olarak bulunur.
• Uyarı geldiğinde, sarkolemma üzerindeki T tübül sistemi aracılığıyla sarkoplazmik retikulumdan Ca2+ iyonları sitoplazmaya salınır.
• Ca2+ iyonları, troponin C'ye (TpC) bağlanır.
• Ca2+ iyonlarının sarkoplazmik retikulum içine geri pompalanması gevşemeyi sağlar.

Kas Kasılması Mekanizması

• S-1 miyozin başının aktin filamentlerine bağlanıp ayrılması ile kas kasılması gerçekleşir.
• Bu süreç için gerekli enerji ATP'den sağlanır.
• Hücre içi ATP seviyesi düşükse, miyozin başına ATP bağlanamaz ve kas gevşemez, bu da ölüm sonrası rigor mortis'e neden olur.

Çizgili Kasın Kasılma Mekanizmasının Aşamaları

1. Motor nöron uyarılır.
2. Nörotransmitterler salınır ve reseptörlere bağlanır.
3. Membranda Na+ ve K+ geçirgenliği artar, aksiyon potansiyeli oluşur.
4. T tübülleri depolarize olur ve sarkoplazmik retikulumdan Ca2+ salınır.
5. Ca2+ iyonları TpC'ye bağlanır, aktin ve miyozin arasında çapraz bağlar oluşur, filamentler kayar ve kas kasılır.

Kalp Kası Özellikleri

• İskelet kası gibi çizgili yapıdadır ve aktin, miyozin, tropomiyozin, troponin içerir.
• T tübül sistemi gelişmiştir, ancak sarkoplazmik retikulum daha azdır.
• Kasılma için hücre dışı Ca2+ gereklidir ve cAMP aracılığıyla protein kinazlar aktive edilerek hücre içi kalsiyum düzeyleri ayarlanır.

Düz Kas Özellikleri

• Aktin, miyozin, tropomiyozin içerir, ancak troponin bulunmaz.
• Miyozin hafif zincirleri iskelet kasından farklıdır ve kasılmada Ca2+ iyonları rol oynar.
• Miyozinin aktine bağlanmasını engelleyen hafif bir zincir (p-hafif zincir) içerir.

Düz Kas Kasılması

• Ca2+, kalmodulin ile bağlanarak miyozin hafif zincir kinazını aktive eder.
• Miyozin hafif zincir kinazı, p-hafif zincirini fosforilleyerek miyozin ve aktinin etkileşmesini sağlar.
• Kaldesmon proteini, Ca2+ bağımlı olarak düz kas kasılmasının düzenlenmesinde rol oynar.
• Düşük Ca2+ konsantrasyonunda kaldesmon, tropomiyozin ve aktine bağlanarak miyozinin etkileşimini engeller.
• Ca2+ konsantrasyonu arttığında Ca2+-kalmodulin kompleksi kaldesmona bağlanır ve aktinden serbestleşmesini sağlar.
• Aktin miyozine bağlanır ve kasılma gerçekleşir. Kaldesmon fosforillenip defosforillenebilir ve fosforillendiğinde aktini bağlayamaz, bu da kas kasılmasına yol açar.

Ca2+'dan Bağımsız Mekanizma

• Rho kinaz, miyozin hafif zincir fosfatazını fosforile ederek inhibe eder.
• Ayrıca Rho kinaz miyozin hafif zincirini doğrudan fosforiller ve düz kasın kasılmasını sağlar.

Düz Kasta Gevşeme

• Sarkoplazmik Ca2+ seviyesi 10⁻⁷ mol/L'nin altına düşerse düz kasta gevşeme başlar.
• Hafif zincir protein fosfataz (miyozin fosfataz) fosfat gruplarını p hafif zincirinden ayırır ve düz kas gevşemesini başlatır.

Kasta Enerji Üretimi (Genel)

• Aerobik ortamda ATP üretimi oksidatif fosforilasyon ile gerçekleşir ve oksijen (O₂) kastaki miyoglobinden sağlanır.
• Substrat olarak kan glukozu, glikojenden elde edilen glukoz ve yağ asitleri kullanılır.
• Kreatin fosfat yüksek enerjili fosfat sağlayıcısıdır.
• Anaerobik ortamda şiddetli egzersiz sonucu ATP tükenince kreatin fosfat, ADP'den ATP yapımında rol alır.
• Oksijen yetersizliğinde anaerobik glikoliz ile enerji elde edilir.

Enerji Kaynakları (Kasa Göre)

• İskelet kasında hafif işte enerjinin %60'ı yağ asitleri ve keton cisimlerinden sağlanır.
• Ağır veya uzun süreli işte enerjinin %60'ı kas glikojeni ve kan glukozundan sağlanır.
• Kalp kasında dinlenme halinde enerji yağ asitleri, keton cisimleri ve laktattan sağlanır.
• Ağır iş yükü veya açlık durumunda enerji glikojen kaynaklı glukozdan elde edilir.
• Düz kasta yavaş kasılmada enerji yağ asitleri, keton cisimleri ve az miktarda glukozdan elde edilir.

İskelet Kası Lifleri

• Tip 1 lifler miyoglobin ve mitokondri içerir, kırmızı renklidir, aralıksız kasılmadan sorumludur, aerobik glikoliz ile enerji üretir ve maraton koşan atletlerin bacak kaslarında oranı fazladır.
• Tip 2 lifler miyoglobin içermez, az sayıda mitokondri içerir, beyaz renklidir, kısa süreli kasılmadan sorumludur, anaerobik glikoliz ile enerji üretir ve kısa mesafe koşucularının bacak kaslarında oranı fazladır.

Sinir Dokusu Biyokimyası

• Duyular, çevre ve organizma arasındaki iletişimi sağlar.
• Özelleşmiş hücreler içerir.
• Nöronlar, hücre gövdesi, dendritler ve aksondan oluşur.

Nöron Çeşitleri (Fonksiyonlarına Göre)

• Duyusal nöronlar duyuların alınmasını sağlar.
• Motor nöronlar beyinden gelen komutları kas ve salgı bezlerine iletirler.
• Ara nöronlar duyu nöronlarından gelen bilgileri motor nöronlara aktarırlar.

Glial Hücreler ve BOS

• Nöronlar dışında, sinir dokusunda yalıtımı sağlayan glial hücreler bulunur (Schwann hücresi, oligodendrosit, mikroglia, ependimal hücre ve astrosit).
• Beyin-omurilik sıvısı (BOS), beynin dört ventrikülünde ve subaraknoid aralıkta sentezlenir.
• BOS, omurilik kanalı ile beyin etrafında dolaştıktan sonra beyin zarında bulunan kanallardan geri emilir.
• Günde ortalama yarım litre BOS üretilir ve emilir.
• Renksizdir, az miktarda glukoz ve protein içerir.

BOS'un Görevleri

• Merkezi sinir sistemini akut kan basıncı değişimlerine ve mekanik travmalara karşı korur.
• Kimyasal habercilerin taşınmasını ve metabolik atıkların uzaklaştırılmasını sağlar.
• Beyin çevresindeki kimyasal ortamı dengede tutar.

Beynin Enerji Kaynakları

• Glukoz, beynin temel enerji kaynağıdır.
• Uzun süreli açlık durumunda keton cisimleri de enerji kaynağı olarak kullanılır.
• Glukoz, GLUT-1 ile hücreler arası sıvıya, ardından GLUT-3 ile nöron içine taşınır. Glial hücrelere ise GLUT-1 ile taşınır.

Amino Asit ve Nükleotid Taşınımı

• Protein ve neurotransmitter yapımında yer alan amino asitler, beyin kapillerlerinde farklı taşıyıcı sistemlerle beyine taşınır (nötral, asidik, bazik amino asitler için ayrı taşıyıcılar).
• Pürinler, pirimidinler ve nükleozidler kan-beyin bariyerini aşarak beyine girebilir.

Beyinde Amonyak Metabolizması

• Beyinde karbamoil fosfat sentetaz I bulunmadığı için üre sentezi gerçekleşmez.
• Oluşan amonyak, astroglial hücrelerde glutamin sentetaz aracılığıyla glutamata katılarak glutamine dönüştürülür.

Sinir Uyarısının İletimi

• Sinapslar, iki nöronun ilişki kurduğu ve impuls iletiminin gerçekleştiği bölgelerdir.
• Uyarı presinaptik bölgeye geldiğinde nörotransmitterler sinaptik boşluğa salınır ve sonraki nöronu uyarır.
• Uyarı iletimi, elektriksel ve kimyasal uyarılar aracılığıyla gerçekleşir.
• Elektriksel uyarı hızlı ve uzun mesafelere iletim sağlarken, kimyasal uyarı iki nöron arasında gerçekleşir.
• Elektriksel uyarı ile nöronun iç ve dış ortamında geçici akım değişikliği meydana gelir.

Membran Potansiyeli

• İstirahat halindeki sinir hücresinin iç kısmı negatif, dış kısmı pozitif olacak şekilde elektriksel bir dağılım gösterir ve yaklaşık 60-70 mV'luk bir elektriksel potansiyel farkı oluşur. Bu duruma istirahat membran potansiyeli denir.
• Membran lipidleri, iyonların geçişinde bariyer oluşturarak bu dağılım farkının oluşmasına neden olur.
• Hücre içine veya dışına iyon giriş çıkışı bu potansiyel farkı bozar.
• Depolarizasyon yük farkının azalması, hiperpolarizasyon ise yük farkının artmasıdır.

Aksiyon Potansiyeli ve İyon Kanalları

• Aksiyon potansiyeli, akson boyunca meydana gelen elektriksel değişim dalgalarıdır.
• İyon kanalları, sinir uyarısı sonucunda potasiyel farkta hızla geçici değişiklik oluşmasını sağlar ve iki türde bulunur.
• Sürekli açık olan (non-gated) iyon kanalları dış faktörlerden bağımsız çalışır.
• Açılıp kapanabilen (gated) iyon kanalları elektrik, mekanik ve kimyasal uyarılara duyarlıdır.
• İyon kanalları membrandan özgül iyonların geçişini, sitozolik derişimlerini ve membran potansiyellerini düzenler.

İyon Dağılımı ve Potasyum-Sodyum Pompası

• Sinir membranlarının her iki tarafındaki iyonlar dengeli dağılım göstermez.
• Hücre dışında Na⁺ ve Cl⁻ yoğun olarak bulunurken, hücre içinde K⁺ ve organik anyonlar yoğun olarak bulunur.
• İyonların hücre içi ve dışı dağılımında kimyasal konsantrasyon farkı ve membrandaki yük farklılığı etkilidir.
• Klor iyonu hücre dışında yoğundur ve hücre içine doğru hareket etme eğilimindedir, ancak hücre içindeki negatif yük fazlalığı bu hareketi engeller.
• Na⁺ ve K⁺ iyonları arasındaki dağılımı korumak için Na⁺-K⁺ pompası kullanılır.
• NA⁺-K⁺ pompası hücre dışına Na⁺ çıkışını, hücre içine K⁺ girişini sağlar ve ATP harcar.

Sinir Hücresinde Uyarı İletimi

• Sinir hücresine uyarı geldiğinde membranın istirahat potansiyeli değişir.
• Depolarizasyon ile voltaja duyarlı Na+ kanalları açılır, membranın Na+ geçirgenliği artar ve K+ iyonları K+ kanalları ile dışarı çıkarılır.
• Membranın repolarizasyonu, depolarizasyon sırasında Na+ kanallarının yavaşça kapanması veya inaktivasyonu ve voltaja duyarlı K+ kanallarının geç açılması ile sağlanır.

Nörotransmitterler

• Nörotransmitterler, sinaptik boşluğa salınan ve postsinaptik membranda potansiyel değişikliğe yol açan moleküllerdir. Uyarıcı ya da inhibe edici etkiler oluştururlar.
• Postsinaptik reseptör aktivasyonu ile gerçekleşen iki tip kimyasal iletim vardır.
• Transmembran protein yapısındaki reseptöre nörotransmitter bağlandığında reseptörün konformasyonu değişir.

Reseptör Tipleri

• Reseptör, nörotransmitter bağlandığında voltaja duyarlı kanalların açılmasına veya kapanmasına neden oluyorsa iyonotrofiktir.
• Uyarıcı sinaptik etki durumunda Na⁺ ve K⁺ kanalları açılır.
• İnhibitör sinaptik etki durumunda Cl⁻ kanalları açılır.
• Reseptör, nörotransmitter bağlandığında hücre içi ikinci haberci (cAMP, inozitol trifosfat) kaskadını başlatıyorsa metabotrofiktir.
• Nörotransmitterler hücre gövdesinde sentezlenir, akson ucuna transfer edilir ve veziküller içinde depolanır.

Asetilkolin

• Asetilkolin, kolin asetiltransferaz enzimiyle kolin ve asetil KoA'dan sentezlenir.
• Asetilkolin sentezleyen nöronlara kolinerjik nöronlar denir.
• Uyarı presinaptik nöronun ucuna ulaştığında, voltaj kapılı Ca²⁺ kanalları açılır ve Ca²⁺ salınımı ile asetilkolin içeren veziküller sinaptik aralığa salınır.

Asetilkolinin Etkisi ve Yıkımı

• Asetilkolin, reseptörüne bağlanarak hücre içine Na⁺, dışına K⁺ akışına neden olur ve depolarizasyona yol açar.
• Sinaptik aralıktaki asetilkolin miktarı, repolarizasyonun gerçekleşmesi için asetilkolin esteraz enzimiyle düşürülür.

Katekolaminler

• Epinefrin, norepinefrin ve dopamin katekolamin ailesinin üyeleridir ve tirozinden sentezlenirler.
• α ve β-adrenerjik reseptörlere bağlanırlar.
• Periferik sinir sisteminde uyarıcı ve inhibitör etkileri vardır, merkezi sinir sisteminde solunumu stimüle eder ve psikomotor aktivasyonu etkiler.
• Katekolaminler, katekolamin-O-metiltransferaz (COMT) ve monoamin oksidaz (MAO) enzimleri ile inaktif bileşiklere dönüştürülürler.
• Parkinson hastalığında dopamin üretimi azalır ve L-dopa verilerek tedavi edilir.

Serotonin

• Serotonin (5-HT veya 5-hidroksi triptamin) iki aşamalı olarak triptofandan sentezlenir.
• Merkezi sinir sisteminde, trombositlerde ve enterokromaffin hücrelerde bulunur.
• Kardiyovasküler, solunum ve bağırsak sistemleri üzerine etkilidir.
• Serotonine yanıt vazokonstriksiyondur.
• Monoamin oksidaz tarafından 5-hidroksiindol asetik aside (5-HIAA) dönüştürülür ve idrarla atılır.

Histamin

• Histidin amino asidinin dekarboksilasyonu ile oluşur.
• İnflamatuvar ve alerjik reaksiyonlarda kuvvetli bir vazodilatördür.
• Mast hücrelerinde ve bazofillerde sentezlenir.
• Alerjiye cevap olarak salgılanır.
• Beyindeki fonksiyonu tam olarak aydınlatılmamış olmasına rağmen kan basıncı, ağrı, uyanıklık ve susama ile ilişkili olduğu düşünülmektedir.

GABA

• Gama-amino bütirik asit, inhibitör bir nörotransmitterdir.
• Glutamat dekarboksilaz enzimi ile glutamatın dekarboksilasyonu sonucu oluşur.
• GABA-A ve GABA-B reseptörleri ile etkileşir.
• Düşük düzeyde üretilmesi epileptik nöbetlere neden olabilir.
• GABA'nın transaminasyonu ile süksinit semialdehit oluşur, bu molekül süksinata dönüşerek sitrik asit döngüsüne katılır. Bu döngüye GABA şantı denir.
• Glutamat, aspartat, glisin, taurin diğer nörotransmitterlere örnek olarak verilebilir.