2024 Nobel Kimya Ödülü, yaşamın yapı taşları olan proteinlerin yapısını anlamaya yönelik devrimsel keşiflere imza atan üç bilim insanına verildi. David Baker, Demis Hassabis ve John Jumper, proteinlerin yapısını tasarlamak ve tahmin etmek için gerçekleştirdikleri çalışmalarla bu prestijli ödülü kazandılar.
Protein Tasarımının Gücü: David Baker ABD’li bilim insanı David Baker, yeni protein tasarımları ile biyoteknoloji alanında çığır açıcı adımlar attı. Baker’ın geliştirdiği yöntemler, tıp ve biyomühendislik alanında özel proteinlerin tasarlanmasını mümkün kılarak yeni ilaç, aşı ve nanomalzemelerin geliştirilmesine olanak sağlıyor.
Protein Yapısını Tahmin Eden Yapay Zeka: AlphaFold Google DeepMind’den Demis Hassabis ve John Jumper ise AlphaFold adlı yapay zeka modelini geliştirerek 50 yıldır çözülmesi beklenen bir soruna yanıt buldu: proteinlerin amino asit dizilimlerinden üç boyutlu yapılarının tahmin edilmesi. Bu sistem, bilim insanlarının milyonlarca proteinin yapısını doğru bir şekilde modelleyebilmesini sağlayarak biyolojik araştırmalarda yeni bir dönem başlattı.
Sonuç: Bilime Yön Veren Yenilikler Baker, Hassabis ve Jumper’ın çalışmaları, protein bilimi ve biyoteknoloji için benzersiz fırsatlar sunmakla kalmayıp, aynı zamanda gelecekte hastalıklarla mücadelede de önemli bir rol üstlenecek. Bu keşifler, biyolojinin karmaşık sırlarını çözmede insanlığın ne kadar ileri gidebileceğini gösteriyor.
2024 Nobel Tıp Ödülü (Fizyoloji veya Tıp Ödülü), hücrelerdeki genetik düzenleme mekanizmaları üzerindeki devrim niteliğindeki keşiflerinden ötürü Victor Ambros ve Gary Ruvkun’a verildi.
Nobel Tıp ödülünün bu yıl ki sahipleri olan V. Ambros ve G. Ruvkun, mikroRNA’nın varlığını ve bu küçük RNA parçalarının, hücre içinde gen ifadesini düzenleyerek çeşitli biyolojik süreçleri nasıl etkilediğini ortaya çıkardı. MikroRNA’nın keşfi, hastalıkların anlaşılması ve genetik tedavilerin geliştirilmesi açısından büyük önem taşıyor.
Ambros ve Ruvkun’un çalışmaları, genetik bilimi ve tıp alanında hastalıkların moleküler temelde anlaşılmasına katkıda bulunarak, gen tedavileri ve yeni nesil ilaçların geliştirilmesine olanak tanıyor. Özellikle kanser, nörolojik bozukluklar ve metabolik hastalıklar gibi alanlarda, mikroRNA’nın hedeflenmesi sayesinde daha etkili tedavi yöntemlerinin geliştirilmesi bekleniyor.
Bu keşif, Nobel Komitesi tarafından “gen ifadesinde devrim niteliğinde bir keşif” olarak nitelendirildi. Ambros ve Ruvkun’un bulguları, genetik araştırmalarında yeni ufuklar açarak biyomedikal bilimlere büyük bir katkı sunmuştur.
Feline Enfeksiyöz Peritonit (FIP), yıllardır kediler için ölümcül bir hastalık olarak biliniyordu. Ancak, GS-441524 ve remdesivir gibi antiviral ilaçlarla yapılan yeni tedavi yöntemleri sayesinde bu hastalık artık daha etkili bir şekilde yönetilebiliyor.
Feline Enfeksiyöz Peritonit (FIP), kedilerde yaygın olarak görülen enterik koronavirüsün (FCoV) mutasyona uğramasıyla ortaya çıkar. FCoV, çoğu kedide hafif bağırsak enfeksiyonlarına neden olur, ancak bazı durumlarda virüs mutasyona uğrayarak bağışıklık sistemi hücrelerine saldıran FIP virüsüne dönüşebilir
FIP, kedilerin bağışıklık sistemine saldıran bir koronavirüs tarafından oluşur ve özellikle yavru kedilerde sık görülür. 2019 yılında yapılan araştırmalar, bu antiviral ilaçların FIP’in çeşitli formlarını (ıslak, kuru, nörolojik, göz) tedavi etmede büyük başarı sağladığını göstermiştir.
FIP (Feline Enfeksiyöz Peritonit) tanısında laboratuvar bulguları oldukça önemli bir rol oynar.
Klinik belirtilerin yanı sıra, şu laboratuvar testleri FIP tanısına yardımcı olabilir:
Kan Tahlilleri: FIP’li kedilerde genellikle yüksek globulin, düşük albümin, ve artan protein seviyeleri görülür. Ayrıca, anemi ve beyaz kan hücrelerinde artış yaygındır. Röntgen ve Ultrason: Karın ve göğüs boşluklarında sıvı birikimini saptamada kullanılır. PCR Testi: Koronavirüsün (CoV) RNA’sını saptanabilir. Seroloji: Feline koronavirüse (FCoV) karşı antikor seviyelerini ölçer, ancak tek başına kesin tanı sağlamaz.
Bu bulgularla birlikte klinik değerlendirmesi, FIP tanısını doğrulamak için kritik önemdedir.
Tedavi Seçenekleri
İlk olarak Avustralya ve Birleşik Krallık’ta veteriner hekimler tarafından kullanılan bu tedaviler, şimdi birçok ülkede uygulanabilir hale gelmiştir. GS-441524, FDA’nın 2024 yılında yayımladığı rehber doğrultusunda özel kedi hastaları için bileşik olarak reçetelenebilmektedir.
Remdesivir molekülünün top ve çubuk modeliGS-441524’ün kimyasal yapısı
Zorluklar ve Gelecek
Kontrolsüz ve ruhsatsız FIP ilaçlarının oluşturduğu karaborsa, kedi sahiplerini güvensiz tedavi seçeneklerine yönlendirmiştir. Bu ilaçların dozajlarındaki tutarsızlıklar ve yetersiz kalite kontrolü, ciddi riskler doğurmakta ve kedilerin sağlığını tehlikeye atmaktadır.
FIP teşhisi halen zorlayıcıdır, çünkü hastalığı kesin olarak saptayacak bir test bulunmamaktadır. Ancak yeni tedavi yöntemleri sayesinde veteriner hekimler artık FIP tedavisinde daha net bir yol izleyebilir ve erken teşhisle hastalığın önüne geçebilirler. Viral dirence karşı dikkatli olmak ve aşırı tedaviden kaçınmak büyük önem taşımaktadır.
İleri okuma
Cosaro E, Pires J, Castillo D, Murphy BG, Reagan KL. Efficacy of Oral Remdesivir Compared to GS-441524 for Treatment of Cats with Naturally Occurring Effusive Feline Infectious Peritonitis: A Blinded, Non-Inferiority Study. Viruses. 2023 Aug 1;15(8):1680. doi: 10.3390/v15081680. PMID: 37632022; PMCID: PMC10458979.
Veteriner tıbbın dinamik dünyasında, dikkat çekici bir tedavi yöntemi öne çıkıyor: Platelet Zengin Plazma (PRP) terapisi. Vücudun kendi iyileşme mekanizmalarını kullanan bu yenilikçi yaklaşım, hayvan dostlarımız için rejeneratif tıpta yeni kapılar açıyor.
PRP Nedir?
Temelde, PRP terapisi, hastanın kendi kanından trombositleri yoğunlaştırmayı içerir. Pıhtılaşmada rol oynayan ve büyüme faktörleri açısından zengin olan küçük kan hücreleri olan trombositler, izole edilerek ve yoğunlaştırılarak, tendonlar ve bağlar gibi yaralı dokuların iyileşmesini hızlandırmak için kullanılıyor.
PRP’nin Etkisi: Dört Ayaklı Dostlarımızın İyileşmesi
Veteriner hekimler şimdi PRP terapisini, özellikle köpekler ve atlar üzerinde, çeşitli durumlar için kullanıyor. Kas yırtılmaları, bağ zorlanmaları ve hatta daha karmaşık durumlar olan büyük yaralar veya yanıklar, PRP ile önemli iyileşmeler gösteriyor. Ayrıca, kornea ülserleri gibi göz koşullarını tedavi etmedeki etkinliğiyle dikkat çekiyor.
Günümüzde veteriner hekimliği, iskelet-kas sistemi rahatsızlıkları (osteoartrit, tendon ve ligament yaralanmaları, kas hasarları) başta olmak üzere, yara iyileşmesi, post-operatif dönemdeki iyileşme süreçleri, diş ve ağız cerrahisi müdahaleleri, göz hastalıkları gibi birçok alanda Platelet Zengin Plazma (PRP) terapisini etkin bir şekilde kullanmaktadır. Bu yöntem, modern veteriner tıbbın gelişiminde önemli bir rol oynayarak, hayvanların sağlığına katkıda bulunuyor ve iyileşme süreçlerini hızlandırıyor.
PRP’nin Bilimi
PRP’nin başarısının arkasındaki sır, yüksek trombosit konsantrasyonunda yatıyor. Bu trombositler, doku onarımına yardımcı olan ve iltihabı azaltarak yaralanma yerine kök hücreleri çeken büyüme faktörleri salıyor. Bu süreç, vücudun doğal iyileşme mekanizmalarını harekete geçirerek daha hızlı ve daha etkili bir iyileşmeye yol açıyor.
PRP terapisindeki son gelişmeler, uygulamalarını genişletti. Artık veteriner hekimler, sadece kas-iskelet yaralanmaları için değil, atların acı verici bir toynak hastalığı olan laminit ve hatta travmatik beyin yaralanmaları gibi yeni tedavi alanlarında da kullanabiliyor.
PRP terapisinin etkinliği, birkaç faktöre bağlıdır: trombositlerin konsantrasyonu, aktivasyon yöntemi ve yaralanma yerine doğru teslimatı. Veteriner bilimciler, PRP’nin terapötik faydalarını en üst düzeye çıkarmak için bu parametreleri sürekli olarak iyileştiriyor.
Önümüzde Parlak Bir Gelecek
PRP terapisinin potansiyeline daha derinlemesine indikçe, bu tekniğin veteriner tıpta büyük bir sözü olduğu açık. Vücudun doğuştan gelen iyileşme gücünü kullanarak, PRP terapisi sadece bir tedavi yöntemi değil, hayvan dostlarımıza bakışımızda bir devrim.
PRP terapisi, veteriner tıpta kaydedilen olağanüstü ilerlemelerin bir örneğidir. Araştırmalar geliştikçe, bu terapi, hayvanlarda iyileşme ve iyileşme yaklaşımımızı dönüştürmeye hazır, evcil hayvan sahipleri ve onların dostları için umut ışığı sunuyor.
İlgili araştırma makaleleri
Alves JC, Santos A, Jorge P. Platelet-rich plasma therapy in dogs with bilateral hip osteoarthritis. BMC Vet Res. 2021 Jun 5;17(1):207. doi: 10.1186/s12917-021-02913-x.
Borş SI, Ibănescu I, Borş A, Abdoon ASS. Platelet-rich plasma in animal reproductive medicine: Prospective and applications. Reprod Domest Anim. 2022 Nov;57(11):1287-1294. doi: 10.1111/rda.14213.
McCarrel TM. Equine Platelet-Rich Plasma. Vet Clin North Am Equine Pract. 2023 Dec;39(3):429-442. doi: 10.1016/j.cveq.2023.06.007.
Meznerics FA, Fehérvári P, Dembrovszky F, Kovács KD, Kemény LV, Csupor D, Hegyi P, Bánvölgyi A. Platelet-Rich Plasma in Chronic Wound Management: A Systematic Review and Meta-Analysis of Randomized Clinical Trials. J Clin Med. 2022 Dec 19;11(24):7532. doi: 10.3390/jcm11247532.
Sharun K, Chandran D, Manjusha KM, Mankuzhy PD, Kumar R, Pawde AM, Dhama K, El-Husseiny HM, Amarpal. Advances and prospects of platelet-rich plasma therapy in veterinary ophthalmology. Vet Res Commun. 2023 Sep;47(3):1031-1045. doi: 10.1007/s11259-022-10064-z.
Viyana Üniversitesi ve Viyana Veterinerlik Üniversitesi tarafından yürütülen dikkat çekici bir araştırma, köpeklerin insanlar gibi vücut duruşlarını yorumlama yeteneklerine ışık tuttu. Communications Biology dergisinde yayımlanan bu çalışma, köpeklerin ve insanların birbirlerini ve çevrelerini nasıl algıladıklarına dair derinlemesine anlayış sağlıyor ve sosyal iletişimde temporal lobun merkezi rolünü vurguluyor.
Sosyal Algıda Anahtar Rol: Temporal Lob
İnsanlar ve primatlar, yüzleri ve bedenleri algılamada uzmanlaşmış temporal lob bölgelerine sahip. İlginç bir şekilde, köpekler de primat beyninden bağımsız olarak gelişen benzer bir yapıya sahip. Son yıllarda yapılan davranışsal araştırmalar, köpeklerin, insanlar gibi, yüz ifadelerini ve beden jestlerini, örneğin el işaretlerini, okumada usta olduklarını gösterdi.
Köpeklerle Yapılan Öncü MRI Çalışmaları
Magdalena Boch, Claus Lamm ve Ludwig Huber tarafından yönetilen araştırma ekibi, evcil köpeklerle manyetik rezonans görüntüleme (MRI) çalışmaları yapan dünyadaki dört gruptan biri. Ekip, köpekleri MRI ortamına alıştırmak için eğitim protokolleri geliştirdi. Köpekler sedasyona maruz kalmıyor ve istedikleri zaman MRI’dan çıkabiliyorlar.
İnsanlar ve Köpekler Arasında Karşılaştırmalı Analiz
40 insan katılımcı ve 15 evcil köpekle yapılan çalışma, köpeklerin, insanlar gibi, temporal lobda vücut duruşlarının görsel algısında uzmanlaşmış bir beyin bölgesine sahip olduğunu ilk kez kanıtladı. Ayrıca, köpek beynindeki diğer bölgeler de yüzleri ve bedenleri algılamada eşit derecede etkin. Ancak insanlardan farklı olarak, bu süreç köpeklerde sadece görsel beyin bölgeleriyle sınırlı değil; yüzleri ve bedenleri izlerken koku işlemeyle ilgili alanlarda da aktivasyon farklılıkları gözlemlendi.
İletişimde Yüzlerin ve Bedenlerin Önemi
İnsanlar için araştırma, yüz algılamada uzmanlaşmış zaten bilinen bölgeleri doğruladı. Magdalena Boch, insanların diğerleriyle iletişim kurarken genellikle yüze odaklandıklarını belirtiyor. Ancak, köpekler için yüzler önemli bilgi kaynakları olmasına rağmen, vücut duruşları ve bütünsel algının daha üstün bir rol oynadığı görülüyor.
Köpekler ve İnsanlar Arasındaki Bağ
Köpeklerin uzmanlaşmış beyin bölgeleri, köpek ya da insan resimlerine bakarken eşit derecede aktif oldu. Bu, köpekler ve insanlar arasındaki derin bağı vurguluyor. Ludwig Huber bu bağa dikkat çekerken, Claus Lamm, köpeklerle insanlar arasında sosyal algı ve bilgi işleme süreçlerinin benzer şekilde evrimleştiğini, yani konverjan evrimin yeni anlayışlarına ışık tuttuğunu belirtiyor.
Bu çığır açan çalışma, sadece köpeklerin zihni hakkında yeni bilgiler sunmakla kalmıyor, aynı zamanda köpekler ve insanlar arasındaki karmaşık ilişkiyi daha iyi anlamamıza yardımcı oluyor. Sosyal algının evrimsel paralelliklerini vurgulayarak, köpeklerle ortak geçmişimiz ve etkileşimlerimize dair benzersiz bir bakış açısı sunuyor.
Kaynak: Boch M, Wagner IC, Karl S, Huber L, Lamm C. Functionally analogous body- and animacy-responsive areas are present in the dog (Canis familiaris) and human occipito-temporal lobe. Commun Biol. 2023 Jun 27;6(1):645. doi: 10.1038/s42003-023-05014-7.
Miyokardiyal metabolizma, sürekli ve güçlü kasılması için gereken enerjiyi sağlamak üzere kalp kası veya miyokardiyum içinde meydana gelen karmaşık biyokimyasal süreçleri ifade eder.
Kalp, tüm organlarımız arasında en yüksek metabolik ihtiyaca sahiptir. Bu nedenle, miyokardiyal metabolizma biyokimyacılar için ilgi çekici bir alandır. Kalp, kas kasılmasını, sarkomer gevşemesini ve Na+/K+-ATPaz gibi süreçlerde görüldüğü gibi iyonların hücre zarı boyunca aktif taşınmasını kolaylaştırmak için yeterli ATP kaynağına ihtiyaç duyar. Bu enerji talebi oksijen mevcudiyetine bağlıdır. Yeterli oksijen kaynağı mevcut olduğunda, glikoliz aerobik olarak gerçekleşir ve trikarboksilik asit (TCA) döngüsüne ve elektron taşınmasına ilerler. Oksijenin sınırlı olduğu veya bulunmadığı durumlarda, anaerobik glikoliz gerçekleşir, piruvat aşamasında durur ve daha sonra laktata dönüştürülür. Bu laktat daha sonra karaciğere taşınır ve burada glukoneogenez yoluyla glukoza dönüştürülür. Kalp kasında Cori döngüsü, egzersiz sırasında veya belirli hastalık durumlarında olduğu gibi yüksek enerji talebi veya stres durumlarında aktif hale gelebilir.
Cori Döngüsümikokardiyal metabolizma için hayatidir
Cori döngüsü, özellikle enerji talebi arttığında veya oksijen mevcudiyeti sınırlandığında, kalp kası ve diğer dokularda enerji üretimi ve glikoz dengesinin korunmasında hayati bir rol oynar. Kalp kasında Cori döngüsü aşağıdaki aşamalardan oluşur.
Glikoliz: Glikoz, kalp kası hücrelerinin sitoplazması içinde bir dizi kimyasal reaksiyondan oluşan glikolize uğrar. Bu süreç piruvat ve az miktarda ATP üretir.Glikoliz: Glikoz, kalp kası hücrelerinin sitoplazması içinde bir dizi kimyasal reaksiyondan oluşan glikolize uğrar. Bu süreç piruvat ve az miktarda ATP üretir.
Laktat üretimi: Oksijenin az olduğu veya enerji ihtiyacının yüksek olduğu dönemler gibi belirli senaryolarda piruvat anaerobik glikoliz yoluyla laktata dönüştürülür. Daha sonra laktat kan dolaşımına salınır.
Laktat Alımı: Kalp kası içinde üretilen laktat, karaciğer, iskelet kasları ve hatta diğer kalp kası hücreleri dahil olmak üzere çeşitli dokular tarafından emilme kapasitesine sahiptir. Bu dokularda enerji kaynağı olarak kullanılabilir veya glikoza dönüştürülebilir.
Glikoz Rejenerasyonu: Karaciğer gibi laktat alan dokularda, laktatı tekrar glikoza dönüştürebilen glukoneogenez adı verilen bir süreç vardır. Bu glikoz daha sonra kan dolaşımına salınır ve kalp kası hücreleri tarafından alınır, burada bir enerji kaynağı olarak kullanılır ve Cori döngüsünü etkili bir şekilde tamamlar.
Kalbin enerji gereksinimleri oksijenin ötesinde substratların mevcudiyetinden de etkilenir. Kardiyak ATP’nin yaklaşık %70’i, yetişkin bir kalp için birincil enerji kaynağı olarak hizmet eden yağ asitlerinin beta-oksidasyonu yoluyla üretilir. Bu yağ asitleri şilomikronlardan kaynaklanır ve trigliseritlerin lipoprotein lipaz tarafından hidrolizi sonucu oluşur. Öte yandan karbonhidratlar fetal kalp için ve iskemi gibi stresli koşullar altında yetişkin kalbi için enerji kaynağı olarak hizmet eder.
Açlık gibi olağandışı durumlarda, amino asitler ve keton cisimleri de metabolizmada ATP üretmek için kullanılabilir. Substratların yanı sıra, ATP sentezini desteklemek için A, D, E ve K gibi yağda çözünen vitaminleri içeren ek bir besin gereksinimi vardır. Bu vitaminler şilomikronlarda ve dolaşımdaki lipoproteinlerde bulunur ve lipoprotein lipazın etkisiyle salınır. D vitamini bağırsaklardan kalsiyum emiliminde önemli bir rol oynar. TPP (tiamin), NAD (niasin) ve FAD (riboflavin) gibi koenzimlerin yanı sıra kalsiyum, sodyum, potasyum ve klorür gibi elektrolitler de ATP üretimi için gereklidir.
Şekil 1. ATP sentezi için üç ana substrat olan laktat, keton cisimleri, amino asitler ve hatta asetat belirli koşullar altında oksitlenebilir.
Bir miyokard hücresi içinde, miyokardiyal metabolizma, kan dolaşımından gelen glikoz ve miyokardda depolanan glikojen, piruvat kinaz enziminin yardımıyla glikolizden geçerek piruvat üretimine yol açar. Bu işlem sırasında substrat düzeyinde fosforilasyon gerçekleşir ve az miktarda ATP elde edilir. Bu piruvat daha sonra mitokondriye taşınır ve burada piruvat dehidrojenaz enzim kompleksi tarafından asetil-CoA’ya dönüştürülür. Ayrıca, asetil-CoA karaciğer tarafından sentezlenen ancak kullanılmayan keton cisimlerinden de üretilebilir ve ketotiyolaz enzimi bu süreçte rol oynar.
Şekil 2. ATP sentezi için gerekli bileşenler
Yağ asitleri sitoplazmada Asil-CoA’ya aktive edilir ve daha sonra mitokondriye taşınır, burada beta-oksidasyon yoluyla asetil-CoA’ya dönüştürülür. Bu asetil-CoA, oksaloasetat ile birleşerek TCA döngüsüne girer. TCA döngüsü içinde, substrat düzeyinde fosforilasyon bir kez daha gerçekleşir ve az miktarda ATP üretilir. ATP üretiminin yanı sıra, TCA döngüsü ayrıca elektron taşıyıcısı olarak görev yapan NADH+H+ ve FADH2 üretir. Bu elektronlar bir kompleksten diğerine geçerken protonlar intramembranöz boşluğa girer. Bu protonlar daha sonra ATP sentazdan geçerek yüksek hızda dönmesine neden olur ve bu da ATP oluşturmak için ADP ve Pi kombinasyonunu kolaylaştırır.
Bu yeni oluşan ATP, karaciğer tarafından üç amino asitten (glisin, arginin ve metiyonin) sentezlenen bir bileşik olan kreatin ile birleşir. Bu kombinasyon, miyokardiyal hücrelerin sitoplazmasında kreatin ve ATP’den sentezlenen kreatin fosfat oluşumuyla sonuçlanır. Daha da önemlisi, miyokardiyal kasılma sırasında olduğu gibi yüksek enerji ihtiyacı dönemlerinde hızla tekrar ATP’ye dönüştürülebilir. Miyokardiyumda bulunan kreatin kinaz enzimi, yüksek enerjili bir fosfat grubunun kreatin fosfattan ADP’ye transferini katalize ederek ATP’yi etkin bir şekilde yeniden üretir. Bu süreç, kalp hızının arttığı veya stresin yükseldiği zamanlarda miyokardiyal kasılma fonksiyonunu desteklemek için hızlı bir ATP kaynağı sunar.
Şekil 3. Miyokardiyal metabolizma yollarının bir özeti
Çeşitli hayvan türlerinin kalp hastalıklarına duyarlı olduğu bilinmektedir.
Köpekler: Boxer, Doberman Pinscher, Danua ve Cavalier King Charles Spaniel gibi bazı köpek ırkları, dilate kardiyomiyopati (DCM) ve mitral kapak hastalığı gibi belirli kalp rahatsızlıklarına yatkındır. DCM, kalbin zayıflaması ve büyümesi ile karakterize olup, kan pompalamada daha az verimli hale gelir ve yorgunluk, solunum güçlüğü ve sıvı tutulumu gibi semptomlara neden olur. Mitral kapak hastalığı, sol atriyum ve sol ventrikül arasındaki kapakçığın hatalı kapanmasını içerir ve kan sızıntısına yol açarak kalp odacıklarının genişlemesine ve öksürük, solunum sorunları ve kalp üfürümleri gibi semptomlara neden olabilir.
Kediler: Hipertrofik kardiyomiyopati (HCM), özellikle Maine Coon, Ragdoll ve Sphynx gibi ırkları etkileyen yaygın bir kedi kalp rahatsızlığıdır. HCM, kalp duvarlarının kalınlaşmasını içerir, pompalama verimliliğini azaltır ve uyuşukluk, solunum güçlüğü ve düzensiz kalp atışları gibi semptomlara neden olur.
Atlar: Atlar da atriyal fibrilasyon, kalp kapak hastalığı ve miyokardit gibi kalp hastalıklarından muzdarip olabilir. Atriyal fibrilasyon, kulakçıkları etkileyen anormal bir kalp ritmi anlamına gelir.
Kuşlar: Başta papağanlar ve güvercinler olmak üzere bazı kuş türleri kalp yetmezliği ve damar sertliği gibi kardiyovasküler hastalıklara karşı savunmasız olabilir.
Bu makale öğrencimiz Doğa İsmailoğlu’nun sunumundan hazırlanmıştır.
Referanslar
Heinrich Taegtmeyer (2012). Chapter 15 – Cardiomyocyte Metabolism: All Is in Flux, Editor(s): Joseph A. Hill, Eric N. Olson, Muscle, Academic Press, Pages 187-202, ISBN 9780123815101 https://doi.org/10.1016/B978-0-12-381510-1.00015-6.
Kodde IF, van der Stok J, Smolenski RT, de Jong JW (2007). Metabolic and genetic regulation of cardiac energy substrate preference. Comp Biochem Physiol A Mol Integr Physiol., 146(1):26-39. https://doi.org/10.1016/j.cbpa.2006.09.014
Memeli vücudundaki temel çift organlar olan böbrekler, sağ böbrek sağ kanatta ve sol böbrek sol kanatta olmak üzere, sırt karın bölgesinin her iki tarafında simetrik olarak yer alır.
Bu olağanüstü organlar, kan dolaşımından atık ürün filtreleme gibi çok önemli bir işlevi yerine getirerek vücudun iç ortamının korunmasında çok önemli bir rol oynar. Bu karmaşık süzme işlemi, kan glomerulus olarak bilinen özel bir yapıdan geçerken gerçekleşir. Dikkat çekici bir şekilde, böbreklerin spesifik anatomik konfigürasyonu, farklı türler arasında kayda değer farklılıklar gösterebilir ve bu da hayvanlar alemindeki yaşam formlarının dikkate değer uyarlanabilirliğini ve çeşitliliğini yansıtır.
Şekil 1. Sol böbreğin gösterimi
Nefron Birimi
Yapısal ve işlevsel olarak karmaşık bir birim olan nefron, böbreğin fizyolojik operasyonlarının temel yapı taşı olarak hizmet eder. Nefron biyolojisinin ilgi çekici bir yönü de nefronların bolluğundaki türler arası kayda değer çeşitliliktir. Nefronlar genel olarak iki ana kategoride sınıflandırılabilir: kortikal veya kortikomedüller nefronlar ve juxtamedüller nefronlar. Ağırlıklı olarak dış ve orta kortikal bölgelerde bulunan birincisi, glomerüllerin varlığı ile karakterize edilir ve medulla ile korteks arasındaki birleşme noktasına, hatta medullanın dış bölgesine kadar uzanan Henle kulpları ile ilişkilidir. Buna karşılık, juxtamedullary nefronlar, adından da anlaşılacağı gibi, renal korteks içinde medullaya daha yakın konumdadır. Bu nefronlar glomerüller ile de ayırt edilir ve medullanın derinliklerine uzanan Henle kulplarına bağlanır, bazı Henle kulpları renal pelvise kadar ulaşır. Nefron dağılımı ve konfigürasyonundaki bu yapısal çeşitlilik, böbrek sisteminin türler arasındaki dikkat çekici adaptasyon kabiliyetinin altını çizerek, her organizmanın kendine özgü taleplerini karşılamak için fizyolojik işlevlerini hassas bir şekilde ayarlamasına olanak tanır.
Şekil 2. Böbreğin Fonksiyonel Birim Bileşenleri
Böbrekler, atık filtrasyonundaki rollerinin yanı sıra, kan basıncını, kırmızı kan hücresi üretimini ve mineral metabolizmasını düzenlemek için kritik öneme sahip hormonların salgılanmasına kadar uzanan çok yönlü bir işlev görür. Bu hormonlar, yani renin-anjiyotensin sistemi (RAS), eritropoietin (EPO) ve 1,25-dihidroksi-vitamin D3, bedensel homeostazın çeşitli yönlerini korumak için çok önemlidir.
Renin-anjiyotensin-aldosteron sistemi (RAAS), fizyolojik süreçlerin karmaşık bir etkileşimini düzenler. Vücudun elektrolit dengesini, sıvı dengesini ve kan basıncı regülasyonunu aktif olarak yönetir ve böylece kardiyovasküler sağlıkta hayati bir rol oynar.
Böbrekler tarafından üretilen bir diğer önemli hormon olan Eritropoietin (EPO), vücudun düşük oksijen seviyelerine verdiği yanıtta kilit bir oyuncu olarak görev yapar. Yüksek irtifa gibi durumlarda veya kronik akciğer rahatsızlıkları olan bireylerde EPO, kemik iliğini kırmızı kan hücrelerinin üretimini artırması için uyarır. Böbrekler hipoksiye daha fazla EPO salgılayarak yanıt verir ve kanın oksijen taşıma kapasitesini artırır. Tıbbi uygulamada, EPO genellikle anemiyi gidermek için terapötik bir ajan olarak reçete edilir.
Vücuttaki kalsiyum ve fosfor seviyelerinin korunması 1,25-dihidroksi-vitamin D3 tarafından büyük ölçüde etkilenir. Bu hormon, diyet kaynaklarından kalsiyum ve fosfor emilimini kolaylaştırmak için bağırsakları etkileyerek, kemiklerde kalsiyum birikimini ve emilimini düzenleyerek ve paratiroid hormonunun (PTH) üretimini kontrol ederek birçok cephede etkilerini gösterir. PTH, normal kan kalsiyum seviyelerinin korunmasının ayrılmaz bir parçasıdır ve böbreklerin mineral metabolizmasındaki rolünü daha da vurgular.
Bu hayati işlevleri yerine getirmek için, vücuttaki tüm hücreler gibi böbrek hücreleri de enerjiye ihtiyaç duyar. Aslında böbrekler, sadece kalp tarafından geçilerek en çok enerji gerektiren organlardan biri olarak öne çıkmaktadır. Bu yüksek enerji gereksinimi, önemli mitokondriyal içeriklerine ve oksijen tüketimlerine bağlanmaktadır. Böbrekler yüksek bir dinlenme metabolizma hızına sahiptir ve enerji ihtiyaçlarını karşılamak için bol miktarda mitokondri gerektirir.
Kan dolaşımından alınan glikoz, böbrek hücreleri için birincil enerji kaynağı olarak hizmet eder. Glikoza ek olarak, böbrek hücreleri yağ asitleri ve amino asitler de dahil olmak üzere alternatif enerji substratlarını da kullanabilir. Bu metabolik çok yönlülük, böbreklerin değişen enerji taleplerine uyum sağlaması ve çok yönlü fizyolojik rollerini sürdürmesi için gereklidir.
Glikoz: ATP Sentezi için Temel Yakıt
Aerobik solunum, adenozin trifosfat (ATP), su ve karbondioksit (CO2) üretmek için oksijenin titizlikle tüketildiği temel bir hücresel süreçtir. Aerobik solunum sırasında üretilen ATP’nin aslan payı, elektron taşıma zincirinin (ETC) karmaşık işleyişinin ve elektronların bu sistem içindeki sıralı hareketinin doğrudan bir sonucudur. Süreç, aerobik solunumun ilk adımı olan ve temel yakıt olan glikozun piruvata dönüştürülmesini içeren glikoliz ile başlar.
Mitokondriyal matriks içinde, piruvat dehidrojenaz kompleksi piruvatı enzimatik olarak trikarboksilik asit (TCA) döngüsünü besleyen önemli bir substrat olan asetil-CoA’ya dönüştürür. Bu döngü, işlenen her glikoz molekülü için altı molekül nikotinamid adenin dinükleotid (NADH+H+), iki molekül flavin adenin dinükleotid (FADH2) ve altı molekül karbondioksit ve su üretimiyle sonuçlanır.
İç mitokondriyal membranda, ETC’nin kompleks I ve kompleks II’si devreye girerek sırasıyla NADH+H+ ve FADH2‘den türetilen elektronları alır. Bu elektronlar, kompleks IV’e ulaşana kadar bir kompleksten diğerine geçerek elektron taşıma zinciri boyunca karmaşık bir yolculuğa çıkarlar. Kompleks IV’te oksijen son elektron alıcısı olarak görev yapar ve böylece terminal ürün olarak su oluşumunu kolaylaştırır.
Özellikle, iç mitokondriyal membranda bulunan temel bileşenler olan koenzim Q ve sitokrom c, elektronların sırasıyla kompleks I/II’den kompleks III’e ve kompleks III’ten kompleks IV’e aktarılmasına aracılık ederek elektron akışının kesintisiz ilerlemesini sağlamada çok önemli bir rol oynar.
Nihayetinde, adenozin difosfatın (ADP) ATP’ye dönüşümü dinamik bir enzim kompleksi olan ATP sentaz tarafından katalize edilir. Bu enzim, elektron taşıma zinciri tarafından üretilen enerjiyi ATP sentezini yönlendirmek için kullanır ve Şekil 3’te gösterildiği gibi aerobik solunumun genel sürecinde merkezi bir oyuncu haline getirir.
Şekil 3. Oksidatif Fosforilasyon – Aerobik Solunumda ATP Üretimi için Elektron Taşıma Zinciri (ETC) Üzerinden Elektron Akışını İçeren Temel Süreç.
Yağ Asitleri: Verimli Yakıtlar Olarak Böbreğe Güç Verir
Proksimal tübül hücreleri ATP üretimi için en verimli mekanizma olan aerobik solunuma güvenir, çünkü iyon taşıma süreçlerine güç sağlama gerekliliği nedeniyle enerji talepleri büyüktür. Özellikle, yağ asitleri proksimal tübüller için önemli bir enerji kaynağı olarak ortaya çıkmaktadır, çünkü tek bir palmitat molekülü bir glikoz molekülüne kıyasla daha yüksek ATP çıktısı sağlamaktadır.
Proksimal tübül hücreleri yağ asitleriyle ilgili iki temel işlevden birini yerine getirebilir: ya sitoplazmalarında yağ asitlerini sentezler, karnitin mekiği yoluyla mitokondriye aktarmadan önce koenzim A ile aktive ederler ya da CD36 olarak da bilinen trombosit glikoprotein 4 gibi özelleşmiş taşıma proteinlerini kullanarak yağ asitlerini alabilirler.
Böbreğin proksimal tübül hücrelerinde yağ asitlerinin ATP’ye dönüşümü karmaşık ve hayati bir süreçtir. Yağ asitlerinin alınmasından veya sentezlenmesinden sonra, bu moleküllerin enerji elde etmek için metabolize edilmesi gerekir. Yağ asitleri ilk olarak karnitin mekiği aracılığıyla mitokondriye taşınır ve burada bir dizi enzimatik reaksiyona girer. Bu reaksiyonlar, yağ asitlerinin karbon zincirlerini aşamalı olarak kısaltan bir süreç olan beta-oksidasyon yoluyla yağ asitlerini parçalar. Sonuç olarak, yağ asitlerinin parçalanmasından asetil-CoA molekülleri üretilir. Asetil-CoA daha sonra mitokondride merkezi bir metabolik yol olan sitrik asit döngüsüne (Krebs döngüsü olarak da bilinir) girer. Sitrik asit döngüsünde, asetil-CoA yüksek enerjili elektronlar ve diğer ara ürünler üretmek için daha fazla işlenir. Bu yüksek enerjili elektronlar ETC’ye aktarılır ve burada sonuçta ATP üretimine yol açan bir dizi redoks reaksiyonunu yönlendirirler. Bu ATP daha sonra böbrek hücreleri tarafından besinlerin geri emilimi ve vücuttaki sıvı ve elektrolit dengesinin düzenlenmesi de dahil olmak üzere çeşitli temel işlevleri yerine getirmek için kullanılabilir.
Şekil 4. Renal proksimal tübül hücreleri içinde yağ asitlerinin taşınması ve aktivasyonu. Proksimal tübüller iyon transportunu beslemek için yüksek ATP talebine sahiptir, bu da aerobik solunumu tercih edilen enerji üretim yöntemi haline getirir. Yağ asitleri, bir molekül glikoza kıyasla tek bir palmitat molekülünden daha fazla ATP üretme kabiliyetleri nedeniyle bu hücrelerde birincil enerji kaynağı olarak hizmet eder.
Böbrek Hücreleri için Yakıt Olarak Amino Asitlerin Rolü
Amino asit taşıyıcıları proksimal tübülün luminal membranında bol miktarda bulunur ve bu nefron segmenti içindeki geri emilimleri, geri emilen bu amino asitlerin bazıları glukoneojenik substratlar olarak işlev görebileceğinden son derece önemlidir.
Böbrek sisteminin karmaşık yapısında, glomerulus serbest amino asitlerin geçmesine izin veren seçici bir filtre rolünü üstlenirken, proksimal tübül öncelikle bu amino asitlerin geri emilmesi sorumluluğunu üstlenir. Geri emilim sürecinin kendisi difüzyon, kolaylaştırılmış difüzyon ve sodyuma bağlı aktif taşıma gibi mekanizmaları içeren çok yönlü bir etkileşimdir. Ayrıca, bazolateral amino asit taşıyıcıları, her biri renal amino asit kullanımının genel verimliliğine katkıda bulunan spesifik fizyolojik işlevlere hizmet ederek geri emilim sürecini düzenlemede etkilidir.
Alternatif olarak, amino asitler de oksidatif bir yolculuğa çıkabilir ve daha sonra farklı kavşaklarda trikarboksilik asit (TCA) döngüsüne girebilir. Kayda değer bir enerji kaynağı, lösin, valin ve izolösin içeren dallı zincirli amino asitlerde (BCAA) bulunur.
Dal zincirli α-ketoasit dehidrojenaz (BCKDH) kompleksi, BCAA’ların metabolik yolunda çok önemli bir rol oynar ve dal zincirli aminotransferazlar (BCAT) tarafından BCAA’nın ilk transaminasyonunu takiben oksidatif bir dekarboksilasyon reaksiyonu başlatarak dal zincirli α-ketoasitler verir. BCAA’ların katabolizmasından kaynaklanan metabolitler, TCA döngüsünün oksidatif yollarından geçerek süksinil-CoA veya asetil-CoA oluşumuna yol açar. Özellikle böbrek, kalp ve kahverengi yağ dışında, hem BCAT hem de BCKDH’nin ekspresyonu ve aktivitesinin belirgin bir şekilde gözlendiği tek doku olarak durmakta ve böbreğin BCAA’ların güçlü oksidatif akışındaki ayırt edici rolünün altını çizmektedir.
Şekil 5. Amino asitlerin Krebs döngüsüne metabolik bağlantısı
Böbrek Hücrelerinde Enerji Metabolizmasının Hormonal Düzenlenmesi
İnsülin: Pankreas tarafından sentezlenen endokrin bir hormon olan insülin, glikoz metabolizmasının titizlikle kontrol edilmesinde çok önemli bir role sahiptir. Etkisi böbreklere kadar uzanır ve burada glikoz alımını ve kullanımını uyarır, böylece optimal kan glikoz seviyelerinin korunmasına yardımcı olur.
Kortizol: Böbreküstü bezleri tarafından üretilen bir steroid hormonu olan kortizol, metabolik süreçlerin ve enerji dengesinin karmaşık bir şekilde düzenlenmesinde etkilidir. Böbrek çerçevesinde kortizol, yeni glikozun üretildiği bir süreç olan glukoneogenezi teşvik eder ve proteinlerin ve yağların katabolizmasını artırarak bu molekülleri enerji üretimine yönlendirir.
Epinefrin ve Norepinefrin: Her ikisi de böbreküstü bezlerinden kaynaklanan ve “savaş ya da kaç” tepkisiyle yakından ilişkili olan epinefrin ve norepinefrin böbrek fonksiyonlarını etkiler. Bu hormonlar böbrekler tarafından glikoz salınımını uyarır ve stres veya zorlu durumlar sırasında ortaya çıkan acil enerji gereksinimlerini karşılamak için vücudun depolanmış glikoz rezervleri olan glikojenin yıkımını artırır.
Bu makale öğrencimiz Deniz Usta’nın sunumundan hazırlanmıştır.
Referanslar
Bhargava P, Schnellmann RG (2017). Mitochondrial energetics in the kidney. Nat Rev Nephrol., 13(10):629-646. doi: 10.1038/nrneph.2017.107.
Gewin LS (2021). Sugar or Fat? Renal Tubular Metabolism Reviewed in Health and Disease. Nutrients., 13(5):1580. doi: 10.3390/nu13051580.
Reece WO, Rowe EW (2017). Functional Anatomy and Physiology of Domestic Animals. 5th edition. Wiley-Blackwell
Sahay M, Kalra S, Bandgar T (2012). Renal endocrinology: The new frontier. Indian J Endocrinol Metab., 16(2):154-5. doi: 10.4103/2230-8210.93729.
Singh S, Sharma R, Kumari M, Tiwari S (2019). Insulin receptors in the kidneys in health and disease. World J Nephrol., 8(1):11-22. doi: 10.5527/wjn.v8.i1.11.
