1

ENZİM EKSİKLİĞİ VE

ANAEMİ

Prof. Dr. Nazmi Özer Tıbbi Biyokimya Anabilim Dalı

Temel Tıp Bilimleri Bölümü Tıp Fakültesi

Yakın Doğu Üniversitesi Lefkoşa, KKTC

2

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.

KAN’IN BİLEŞİMİ

3

Erişkin insanda 2-3 x 1013 eritrosit

bulunur. Kadının kanının µL’sinde

4 - 5 x 106 eritrosit varken

erkekte bu sayı 5 - 6 x 106

eritrosite çıkar. Diğer kan

hücrelerinin sayısı çok daha azdır;

Plateletlerin µL’deki sayısı 1,5 – 4

x 106 iken, akyuvarların sayısı

4 – 11 x 103 kadardır.

Platelet

Akyuvar

RBC

ALYUVARLAR, AKYUVARLAR & PLATELETLER

Eritrosit

4

- Alyuvarlar, prokaryotik hücre grubundadır çünkü çekirdekleri yoktur. - İskeletlilerdeki ana görevi akciğerden dokulara O2

taşımaktır. - Yüksek yerlerde yaşayan insanların alyuvar sayıları yüksektir çünkü yükseklerde O2’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.

ALYUVARLAR - 1

5

ALYUVARLAR - 2

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

6

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.

ALYUVARLAR - 3

7

- 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.

ALYUVARLAR - 4

8

- 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)

ALYUVARLAR - 5

9

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 (Fe3+) + NADH Hb (Fe2+) + NAD+

ALYUVARLAR - 6 Metabolizma: Anaerobik glikoliz

10

Glukoz

Glukoz

G-6-P

Laktat

NADP+

NADPH

2 GSH H2O2

2H2O GSSG

G6PD

6-PGA

Glikolitik yol

Pentoz Fosfat Yolu

(PPP)

Laktat

Oksidatif stres İlaçlar, Enfeksiyonlar Bakla (Fava)

GSH redüktaz

GSH peroksidaz

ERİTROSİTTE GLUKOZ METABOLİZMASI

11

1. NADPH üretmek (en önemli görevi),

2. Pentoz fosfatları üretmek ve,

3. Monosakkaritleri glikolize yönlendirmek (Triozları,

Eritrozları, Pentozları, Heksozları ve diğer yüksek

karbonlu monosakkaritleri).

ALYUVARLAR - 7

Metabolism: Pentoz Fosfat Yolu’nun işlevleri

12

NADPH, Pentoz Fosfat Yolunun (PPP) ilk iki

basamakta üretilir

- Birincisi, Glukoz-6-Fosfat Dehidrogenaz (G6PD)

- İkincisi, 6-Fosfoglukonat dehidrogenaz (6PGD)

NADPH ÜRETİMİ

13

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: Glutatiyon Redüktaz

ÜRETİLEN NADPH’IN KULLANIM YERLERİ

GR GSSG + NADPH + H 2GSH + NADP+

14

H3N+

HC CH2 CH2

COO−

C

O

NH

CH

CH2

SH

C

O

NH

CH2 COO−

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.

GSH’IN YAPISI VE TİYOL TAMPON SİSTEMİ

15

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

GSH’IN KULLANIM YERLERİ - 1

16

- GSH, eritrositte hemoglobin ve diğer proteinlerin

işlevsel sistein gruplarını redükte durumda tutar

-  GSH, eritrosit zarının sağlam kalması için elzemdir

-  GSH, H2O2 ve diğer peroksitlerin detoksifikasyonu için

elzemdir.

GSH’IN KULLANIM YERLERİ - 2

17

i. 2GSH + ROOH GSSG + H2O + ROH

ii. 2GSH + H2O2 GSSG + 2H2O

iii. H2O2 + 2H+ 2H2O

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), H2O2‘nin detoksifikasyonu için çok önemlidir ve katalaz bütün hücre tiplerinde yüksek derişimlerde bulunur.

GSH’IN KULLANIM YERLERİ - 3

18

GST X; İlaç veya Kimyasal

GS-X

NADP+

NADPH

GSH

GSSG 2H2O

H2O2

GR G6PD & 6PGD

GSHPx

GSH’IN KULLANIM YERLERİ - 4

19

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.

ENZİM EKSİKLİĞİNE BAĞLI NADPH ÜRETİMİNİN DURMASININ

SONUÇLARI NELERDİR ?

20

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.

ANEMİ

21

Bütün insan hücrelerinin yaşamak için oksijene

ihtiyaçları vardır;

Anemi‘de;

- Kan’ın dokulara O2 taşıma yeteneği azalır,

- Düşük O2 taşınımına bağlı Hipoksi’nin oluşur.

- Anemi’ye bağlı hipoksi de birçok olumsuz klinik

olayların ortaya çıkmasına neden olur.

ANEMİ VE KLİNİK SONUÇLARI

22

Anemi’de en sıklıkla görülen enzim eksiklikleri;

1. Glukoz-6-fosfat dehidrogenaz (G6PD)

2. Piruvat kinaz (PK)

3. Fosfoheksoizomeraz (PHI)

ERİTROSİT METABOLİZMASINDAKİ ENZİMLERİN EKSİKLİĞİ HEMOLİTİK ANEMİYİ TETİKLER

23

-  G6PD eksikliği Sferositik Anemi’ye, Favizm’e (Favism) neden olur.

- X-bağımlı mütasyondur.

- 400 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.

G6PD EKSİKLİĞİ SFEROSİTİK ANAEMİ’YE NEDEN OLUR - 1

G6PD G6P + NADP NADPH + 6PGA

24

G6PD EKSİKLİĞİ SFEROSİTİK ANAEMİ’YE NEDEN OLUR - 2

25

- 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

G6PD EKSİKLİĞİ SFEROSİTİK ANAEMİ’YE NEDEN OLUR - 3

26

G6PD MUTASYON HARİTASI İLE SITMA HARİTASI ÇAKIŞIR

27

- 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

OKSİDATİF STRES’İN OLUŞMASI VE SONUÇLARI

28

- 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

ERİTROSİTLER VE OKSİDATİF STRES

29

- 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

G6PD EKSİKLİĞİ VE İLAÇ-UYARIMLI ANEMİ

30

H2O2 2H2O

2GSH GSSG

NADP+ NADPH

G6P 6PGA

G6PD

GR

CAT

İlaçlar/Enfeksiyonlar

SulfoHb

Hb

Heinz cisimcikleri

Hemoliz

H2O2‘NİN OLUŞUMU, HEMOGLOBİN ÜZERİNE ETKİSİ VE ENZİMLERCE YOKEDİLMESİ

2H2O

GSSG

GSHPx

31

- 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.

PİRUVAT KİNAZ EKSİKLİĞİ VE ANEMİ - 1

PK PEP + ADP ⇒ ATP + Piruvat

32

-  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.

PİRUVAT KİNAZ EKSİKLİĞİ VE ANEMİ - 2

33

- PK eksikliği en çok görülen önemli bir hemolitik

anemi türüdür.

- Otozomal resessif taşıyıcılık olarak kalıtılır.

- PK eksikliği non-sferositik kronik hemolitik anemi

olarak tanımlanır.

PİRUVAT KİNAZ EKSİKLİĞİ VE ANEMİ - 3

34

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

35

- 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.

PİRUVAT KİNAZ EKSİKLİĞİ VE ANEMİ - 5

36

- 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 O2-Hb’den O2 daha kolay dissosiye olur. - Yenidoğan’ın (newborn) hemolitik anemi’sinin nedeni PK eksikliği, olabilir. - Elektroforez ya da kinetik ölçümler kullanılarak birçok PK varyantı saptanmıştır.

PYRUVATE KINASE DEFICIENCY AND ANAEMIA - 6

37

- 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.

FOSFOHEKSOIZOMERAZ EKSİKLİĞİ

38 TEŞEKKÜRLER!!