Biyoelementler 1 PDF

BİYOELEMENTLER I Doç. Dr. Cem HOROZOĞLU Haliç Üniversitesi Tıp Fakültesi Tıbbi Biyokimya ABD BİYOELEMENTLER • Canlı organizmada organik yapıya katılan C, H, O, N ile birlikte Na, K, Cl, Ca, P, Mg, Cu, Fe, Co, I, Se, Mn, Mo, Cr, F, S, ve Zn gibi elementlerinde varlığı kül analizleriyle tespit edil...

BİYOELEMENTLER I Doç. Dr. Cem HOROZOĞLU Haliç Üniversitesi Tıp Fakültesi Tıbbi Biyokimya ABD BİYOELEMENTLER • Canlı organizmada organik yapıya katılan C, H, O, N ile birlikte Na, K, Cl, Ca, P, Mg, Cu, Fe, Co, I, Se, Mn, Mo, Cr, F, S, ve Zn gibi elementlerinde varlığı kül analizleriyle tespit edilmiştir. • Biyokimyasal ve fizyolojik birçok süreç/reaksiyon için oldukça önemli olan bu moleküllerin her biri organizmada farklı oranda bulunmaktadır. Aynı zamanda her birinin biyolojik proseslerdeki katkısı farklıdır. • Organizmada bulunma durumlarına göre bu elementler makroelementler ve mikroelementler (eser elementler) olmak üzere iki temel sınıf altında incelenmektedir. Makro/mikroelementler 1.Makroelementler: 100mg/günden daha fazla gereklidirler. Organizmada yüksek oranda bulunurlar. Ca, P, Na, K, Cl, Mg, S 2.Mikroelementler (Eser Elementler) : 100 mg/günden daha az miktarlar gereklidir. Vücut sıvı ve dokularında µg/dL ve mg/kg düzeylerinde bulunurlar. Fe, Cu, Zn, Mn, Cr, Se, Mo, Co ve I Esansiyel eser elemetler 2.1. Ultraeser elementler Bunlardan Cr, Co, Mo ve Se ultraeser elementlerdir. (vücut sıvılarında; ng/dL; dokularda µg/kg) Eser elementlerin eksikliğinde klinik bulgu veya hastalığın ortaya çıkması eser elementin esansiyel olduğunu gösterir. Fe, I, Co, Se, Cu, Zn, Mn, Cr ve Mo esansiyel olan eser elementlerdir. Al, As, Hg, Pb, Cd ve Ni toksik elementlerdir. Kalsiyum (Ca) Vücutta en yüksek konsantrasyonda bulunan katyondur. Erişkinde total vücut Ca’u 1200 g’dır. Serum kalsiyum konsantrasyonu 9-11mg/dL’dir. Bunun; %99’u kemiğin ve dişlerin yapısında kristalize hidroksiapatit daha az miktarda amorf kalsiyum tuzları olarak bulunur. Ca+2 plazmada üç ayrı şekilde bulunur: 1.İyonize olan ve difüze olabilen Ca+2, total kan kalsiyumunun %50’sini oluşturur. Konsantrasyonları PTH (Parathoromon) ve Kalsitriol (Aktif D vitamini) tarafından düzenlenir. Kalsiyum (Ca) 2.Proteine bağlı Ca+2 , total kalsiyumun %40’ını oluşturur. % 80 albumin, % 20 globulinlere bağlıdır. 3.Kompleks kalsiyum: Küçük inorganik ve organik anyonlar (sitrat, bikarbonat, laktat ve fosfat) ile bağlanmış olan Ca+2 , total kalsiyumun %10’unu oluşturur. Kalsiyum (Ca) Hücre dışı sıvının yüksek Ca konsantrasyonlarına karşılık hücre içi Ca konsantrasyonları çok düşüktür. Az miktardaki Ca hücre fonksiyonlarının kontrolünde yaşamsal öneme sahiptir. Hücre içi Ca düzeyleri hücre membranına yerleşik Ca+2-ATPaz enzimi tarafından sürdürülür. Kalsiyum (Ca) Kemiğin yapısal içeriğinin ; • % 10’u su • % 20’si organik (kollajen, osteokalsin, kondroidin sülfat) • %70 anorganik maddelerden oluşur. Kristal yapıdan sorumlu olan anorganiklerin %99’u hidroksiapatitdir. (kalsiyum karbonat, kalsiyum fosfat, kalsiyum florür, kalsiyum hidroksit ve sitrat içeren kristal yapı) Kollajen liflerinin arasına hidroksiapatit kristalleri yerleşir ve depolanır. Kemik dokusu dinamik ve canlı bir yapıdır. Ca ve P kemik ve kan arasında gereksinime göre ve hormonal etki ile geçiş yapabilmektedir. KALSİYUMUN FONKSİYONLARI 1) Kas kasılmasında, 2) Kapiller ve membran geçirgenliğinde, 3) Kan pıhtılaşmasında (FIV), 4) Lipaz, Ca+2, Mg+- ATPaz , süksinat dehidrogenaz enzimlerinin kofaktörü, 5) Kalp ve kas-sinir sisteminin uyarılmasında (sinir impulslarının normal iletisinde), 6) Kalsiyum tuzları halinde kemik ve dişlerin temel anorganik bileşenidir.(kemik mineralizasyonu) KALSİYUM METABOLİZMASININ HORMONAL DÜZENLENMESİ Başlıca 3 hormon tarafından düzenlenir: 1,25-dihidroksikolekalsiferol: Kemikten kalsiyum çıkışını sağlayarak kan kalsiyum düzeyini arttıran bir hormondur. İncebağırsaklardan Ca ve P emilimini arttırır. Parathormon (PTH): Kan kalsiyum miktarını arttırır (osteoklast aracılı kemik rezorpsiyonu). 1,25dihidroksikolekalsiferol sentezini uyararak dolaylı yoldan da kan Ca düzeyini arttırır ve kemikten Ca serbestleşmesini sağlar. Böbreklerden kalsiyum geri emilimini ve fosfor atılımını sağlar. Kalsitonin: Kanda Ca miktarını düşürücü ve kemiğe kalsiyum yerleştirici etkisi vardır. (Kemik rezorpsiyonu inhibe edilerek ve böbrekte kalsiyum reabsorpsiyonu inhibe edilir) KALSİYUM METABOLİZMASININ HORMONAL DÜZENLENMESİ Hipokalsemi Ca Hiperkalsemi Ca Kalsiyum Metabolizması ile İlgili Bozukluklar: 1. Osteoporoz: Postmenopozal kadınlarda yaygındır. Kemikte mineral ve matriks kaybı ile kendini gösterir. 2. Raşitizim ve Ostemalazi: Kemik mineralizasyonunda D vitamini eksikliği sonucunda ortaya çıkan klinik tablo çocuklarda raşitizim, yetişkinde osteomalazi olarak adlandırılır. Osteoporoz ve osteomalazi ayırıcı laboratuvar bulgusu; Serum alkali fosfataz aktivitesinin osteoporozda normal, raşitizm ve osteomalazi de yükselmiş olmasıdır. KALSİYUM METABOLİZMASININ HORMONAL DÜZENLENMESİ 3. Renal Raşitizim: Ailesel hipofosfatemi veya D vitaminine dirençli raşitizme sebep olur. 4. Paratiroid bezinde bozukluk: Hiper ve hipoparatiroidizm de Ca metabolizması etkilenir. Kandaki Ca miktarında minimum düzeydeki bir değişiklik bile ciddi bozukluklara yol açabilir. Bu yüzden kandaki miktarı %9 mg altına ve %11 mg ‘ı aşmamalıdır. Kanda Ca’un %7 mg altına düşmesi TETANİ görülür. Kanda Ca’un %11 mg üstüne çıkması bulantı, kusma, aritmi, kaslarda gevşeklik, böbrek ve idrar yolu taşlarının oluşumuna yol açar. SODYUM (Na) Ekstrasellüler sıvının başlıca katyonlarındandır. Sodyumun serumdaki normal konsantrasyonu : 135-145 mmol/L Vücuttaki Na’un %70’i ekstrasellüler ortamda bulunur. Geri kalanı kristalin kemik yapısı için de bulunur (değiş-tokuşa uğramaz minimum!). Na, incebağırsaktan emilir ve bağırsak hücrelerinin membranında ki Na +K+ –ATPaz enzimi aracılığıyla üç sodyum iyonu dolaşıma verilirken, iki potasyum iyonu hücre içine alınır. Na büyük çapta idrarla, birazı terle , az miktarda da dışkı ile atılır. SODYUMUN FONKSİYONLARI 1)Asid –baz dengesinde; 2)Na +K+ –ATPaz pompasının çalışmasında; 3)Osmotik basıncın düzenlenmesinde görev alır. 4)Kasların uyarılmasında ve membran geçirgenliğinde görev alır. (Aşırı tuzsuz beslenen kişilerde kas krampları görülmesi, sodyumun bu fonksiyonundan ileri gelir…) 5)Klorür ve bikarbonat iyonları ile birlikte asid –baz dengesinin sürdürülmesine katkıda bulunur. 6)Glukozun ve aa’lerin hücreye transportunda ortamda Na bulunması gerekmektedir. SODYUMUN FONKSİYONLARI Vücutta sodyumun 1/3’ü kemik ve kıkırdaklarda bağlı halde bulunmakta ve sabit fraksiyonu oluşturmakta, kalan 2/3’ü değişebilir (dinamik) sodyum havuzu olarak başlıca ekstrasellüler sıvıda bulunmaktadır. Na metabolizması, aldosteron ve atriyal natriüretik peptid (ANP) tarafından düzenlenir; Aldosteron; böbrek tubülüslerinden K+ , H+ atılmasını ve Na+ geri emilimini artırır. ANP; kalbin sağ atriumundan salınır, idrarla Na atılmasını artırır. HİPERNATREMİ ve HİPONATREMİ Hipernatremi (kanda sodyum miktarı artışı) ; Besinsel olarak aşırı tuz alımı, Akut ve kronik böbrek yetmezliği, Konjestif kalp hastalıklarında, Şok, Ağır yanıklar gibi böbrek kan akımının azaldığı durumlarda ve Cushing sendromu gibi endokrin hastalıklarda ortaya çıkar. Hiponatremi (kandaki sodyum miktarı azalması); Aşırı terleme, Kusma, İshal gibi nedenlerle fazla Na kaybında, Diyabetik glukozüri, Tubüler disfonksiyon gibi idrarla sodyumun fazla atıldığı durumlarda, Su retansiyonu (tutulması), Adrenal korteks yetmezliği (Addison hast.) gibi endokrin hastalıklarda görülür. POTASYUM (Kalium, K) Serum Potasyum düzeyi 3.5 – 5.0 mmol/L İntrasellüler sıvının başlıca katyonlarındandır. Besinlerle alına K ince bağırsaktan kolaylıkla emilir ve plazmaya geçer. Toplam vücut K’u 300 mmol kadardır, bunun büyük kısmı hücre içinde bulunur (iskelet ve kalp kası, sinir dokusu, eritrositler) Hücre dışı K konsantrasyonları ise düşüktür. POTASYUMUN FONKSİYONLARI 1)K, kas kasılmasında etkilidir. Kalp kasına etki ederek kalbin ritmik çalışmasını sağlar. 2) Asid –baz dengesinde, ozmotik basıncın düzenlenmesinde vucuttaki su miktarının kontrolünde görev alır. 3) Bir çok enzimin aktivatörüdür. 4) Fosforilasyon reaksiyonlarında çok önemlidir. POTASYUMUN FONKSİYONLARI 5) Hücre içi ve dışı sıvılar arasındaki sodyum ve potasyum dağılımı hücre membranına yerleşmiş olan Na +K+ –ATPaz enzimi tarafından sağlanır. (3 Na+ iyonunun hücre dışına, 2 K + iyonunun hücre içine) 6) K, Mg ve Ca iyonları ile etkileşerek iskelet ve kalp kasının kasılması ve sinir iletisinde görev alır. 7) Vücutta yanık veya travmaya bağlı bir doku hasarı oluştuğunda K iyonları hücre dışına çıkarak Na iyonları içeriye girer. Bu durum hiperpotasemiye yol açar. K metabolizmasının düzenlenmesi ve bozuklukları Aldosteron tarafından sağlanır. Böbrek tubulüslerinden Na geri emilimini artırırken, K emilimini azaltarak idrarla atılmasını kolaylaştırır. Potasyumun serum düzeylerinin 5.5 mmol/L ‘nin üzerine çıkamasına ‘hiperpotasemi’(hiperkalemi) denir. En sık böbrek yetmezliğinde görülür. Fazla K alımına bağlı olarak ***İntrasellüler kompatmandan ekstrasellüler’e geçiş (hemoliz, ağır doku hasarı, ciddi açlık vb) ***Renal K tutulumu (akut ve kronik böbrek yetmezlikleri) ***Merkezi sinir sisteminde depresyon (mental konfüzyon, halsizlik, işitme kaybı, ekstremitelerde paralizi, solunum kaslarında zayıflık) ***Uzun süreli hiperkalemide kalp durabilir. K metabolizmasının düzenlenmesi ve bozuklukları Hipokalemi (Hipopotasemi); Serum K düzeyi, 3 mmol/L ‘nin altına inmiştir. Az K alımı: - Kronik açlıkta, çeşitli hastalıklarda ve ameliyat sonrası potasyumsuz sıvıların uzun süre intravenöz verilmesi. K kaybı: - Kusma, diyare, absorbsiyon bozukluğu, diüretik tedavi gibi… Ekstrasellüler kompartmandan intrasellüler’e kayma: - Alkaloz, hipotermi K metabolizmasının düzenlenmesi ve bozuklukları Kas-sinir sistemini uyarıcı etkisi nedeniyle potasyum fazlalığında tetani, azaldığında çizgili kaslarda felçler , kalp kasında ise bozukluklar ortaya çıkmaktadır. K vücuttan böbrekler yolu ile atılır. Böbreğin K atma kapasitesi çok yüksek olduğundan sağlıklı insanda hiperpotasemi kolayca gelişmez. KLOR (Cl) Serum normal Cl konsantrasyon aralığı 98 – 107 mmol/L Hücre dışı sıvısının en yüksek konsantrasyonda bulunan anyonudur. Cl, Na ve K ile birlikte ; - Su ve asid-baz dengesinde, - Osmotik basıncın düzenlenmesinde görev alır. Midedeki HCl’in oluşturulmasında önemlidir. Tükürükte ve bağırsak salgılarında fazla bulunan klorür, α-amilaz enziminin kofaktörüdür. Bağırsak sıvısında Cl da yüksek miktarda bulunur. Cl’nin vücuttaki alınımı ve atılımı Na ile birlikte olur. Cl metabolizma bozuklukları Na metabolizma bozukluklarına eşlik eder. HİPOKLOREMİ VE HİPERKLOREMİ Plazmada klorür iyonlarının normal değerin üstüne çıkmasına hiperkloremi, altına düşmesine hipokloremi denir. Hipokloremi; Aşırı terleme, Kusma: Cl- ve H+ kaybı, Diyare, kronik piyelonefrit, laktik asidoz. Hiperkloremi; Dehidratasyon, Akut böbrek yetmezliği. MAGNEZYUM (Mg) Bütün hücrelerde yer alan bir intrasellüler sıvı katyonudur. Mg 300’den fazla enzimin kofaktörüdür. Substratı ATP ve Mg olan fosfotransferaz enzimlerinin aktivatörüdür. Mg, DNA replikasyonu, transkripsiyon ve translasyon için gereklidir. Histonlarla beraber DNA’nın fosfat gruplarına bağlanarak ;DNA çift sarmalini stabilize eder ve ribozomal bütünlük için gereklidir. Serumdaki Mg miktarı 0.7 - 1 mmol/L MAGNEZYUM (Mg) Mg iyonları serumda artınca narkoz etkisi gösterir, %20 mg’lık düzeye ulaşırsa derin komaya yol açar. Azalınca tetani görülür. İdrarda aşırı Mg böbrek taşı oluşumuna yol açar. Kanda Mg miktarı üremide artar. Üremik hastalardaki güçsüzlük ve uyku hali Mg yüksekliğinden kaynaklanır. Mg metabolizması; PTH ve aldosteron tarafından düzenlenir. PTH böbreklerden Mg geri emilimini, aldosteron ise atılımını sağlar. FOSFOR (P) P, insan vücuduna fosfoprotein, nükleoprotein, fosfolipid içeren besinlerle alınır. P hücre içi ve hücre dışı kompartmanlar arasında neredeyse eşit olarak dağılır. Hücre içinde P, fosfolipidler ve proteinler gibi makromoleküllerde yapısal organik bir bileşen olarak bulunur. Az bir kısmı serbest anorganik fosfat halinde ve yüksek enerji gerektiren reaksiyonlarda kullanılır. Hücre dışı fosfatın %85’i kemik ve dişlerde, %15’i plazma ve hücre dışı sıvılarda dağılmıştır. Plazmada 2.7 – 4.5 mg/dL fosfor bulunur. FOSFOR (P) İnsanda kemik ve dişlerin yapısında ve primer ve sekonder şeklinde tampon sistemlerde yer alırlar. Kreatin fosfat ve ATP ‘de enerji kaynağı olarak ve fosfolipidlerde yapıtaşı olarak önemlidir. Organizmada C/P oranı önemlidir. 2.3 bisfosfogliserat , hemoglobinin oksijene olan afinitesini düzenler. Fosfor metabolizması; PTH ve 1.25 dihidroksikolekalsiferol tarafından düzenlenir. Erişkinlerde plazma düzeyi 2.5-5.0 mg/dl’dir. FOSFORUN FONKSİYONLARI 1) Lipid (fosfolipidler), protein (fosfoproteinler), nükleotid ve nükleik asidlerin yapısına katılır. 2)Organizmada enerji transferi ve depolanmasını sağlar. 3) Monosakkaritlere (glukoz-6-fosfat) ve proteinlere bağlanarak çeşitli metabolik yolların sürdürülmesi ve düzenlenmesine katılır. 4) Primer ve sekonder fosfatlar plazmanın önemli tampon bir sistemini oluşturur. FOSFORUN FONKSİYONLARI • Hipofostatemi: Solunumsal veya metabolik alkaloz, Hiperparatiroidizm, Hiperkalsemi ile birlikte malignite (fosfatüri), Renel tübüler defekt • Hiperfosfatemi: Azalmış böbrek atılımına, Hücre içinden hücre dışı sıvıya artamış fosfat hareketine veya artmış fosfor ve vitamin D alımına bağlıdır. • Böbrek yetmezliği (en sık), Hiperparatiroidizm, Hipokalsemi, Hipomagnezemiye yol açar. KÜKÜRT (SÜLFÜR, S) Vücutta çok miktarda bulunur. Büyük bir kısmı kükürtlü aa’ler ve polisakkaritlerin yapısında bulunur. Organizmaya giren sülfat kükürdünden organizma yararlanamaz. Çünkü SO4 (sülfat)‘daki kükürt intestinal absorbsiyona uğramaz. Organizmada bulunan başlıca kükürtlü bileşikler; • Sistein • Metiyonin • Sistin gibi kükürtlü aa’leri içeren proteinler • Glikozaminoglikanlar (hiyaluronik asid hariç) • Tiamin, Biotin, alfa-lipoik asid, gibi kükürtlü vitaminler • Biyolojik amin olan taurin KÜKÜRDÜN FONKSİYONLARI Yapısında kükürt bulunana maddeler ve metabolizmada görevleri • TCA siklusu bileşenlerinin oluşumunda (Asetil Coa) • Antikoagülant etkili (heparin) • Bağ, kıkırdak dokusu amorf madde yapısında (kondridin sülfat) • Antioksidan etki (Glutatyon) • Nörolojik fonksiyonlarda görevli aa yapısında (Taurin)