Lizozomlar: Hücrenin İntihar Torbaları

Lizozom-Header

Hücrenin önemli bir organeli olan lizozomlar 1955 yılında Belçikalı biyokimyacı Christen de Duve tarafından keşfedilmiştir. Sürekli dondurulup çözdürülen hücrelerin salgıladığı bir enzimin farklı organelden geldiğini ortaya çıkarmış ve bu organele Lizozom adını vermiştir. Bu organellerin, bakteri ve yıpranmış hücrelerin parçaları gibi farklı tipteki materyallerin ayrıştırılmasında önemli işlevleri olduğunu keşfetmiştir. Bu keşfi nedeniyle 1974 Nobel Tıp ödülüne layık görülmüştür 1.

Lizozomlar, hücreler ölmek üzereyken hücreleri çözme işlevine hizmet eden organellerdir (otofaji). Lizozomlar hücrenin atıklarını ortadan kaldıran sistemi olarak bilinir ve hem hücrenin dışından hem de hücre içindeki eski bileşenlerden sitoplazmada istenmeyen maddeleri sindirerek hareket ederler. Hemen hemen tüm ökaryotik hücrelerde bulunan fosfolipid yapısında tek katmanlı membranı bulunan sitoplazmik organellerdir. Golgi cisimciğinde üretilirler. Büyüklükleri ve şekilleri bulundukları hücreye bağlı olarak değişkenlik gösterir. Ancak şekilleri genel olarak dairesel yapıdadır. Tek katmanlı membranın yapısında, lümen ile organel arasındaki transport sistemleri, elektrojenik proton pompası ve membran proteinleri yer almaktadır 2. Bunlar, endozomal/lizozomal sistemin başlıca degradatif kompartımanı ve proteinler, glikokonjugatlar, lipidler ve nükleik asitler gibi çeşitli makromoleküllerin yapı bloklarına ayrıldığı endositik yolakların terminal kısmıdır. Hücreler içerisinde makromoleküllerin yıkımı ve geri dönüşümünü etkileyen membran dinamikleri, homeostazın korunmasında kritik bir rol oynar. Degredasyona uğramış makromoleküller endozomal/lizozomal sisteme bu yolakların terminal kısmından girebilir 3.

Lizozomların 60’tan fazla farklı enzim içerdikleri bilinmektedir. Sitoplazmanın pH’sı 7.4 iken lizozomlar içerisindeki optimal pH 4.5-5’tir. İçeriğindeki enzimler asit hidolaz sınıfıdır ve asidik ortamda aktifken bazik ve nötral ortamlarda aktivite göstermezler. Bu özellikleri sayesinde hücreye genel olarak bir koruma sağlarlar. Lizozomal enzimlerin kontrolsüz bir şekilde sitoplazmaya sızarak hücrenin sindirilmesi önlenmiş olunur. Lizozomal enzimlere nükleazlar, proteazlar, glikozidazlar örnek olarak verilebilir. Lizozomlar içindeki asidik ortamın korunmasında, lizozomal membranda bulunan hidrojen (proton) pompası rol oynar. Proton pompası, aktif transport ile sitozolden lümene hidrojen iyonlarını pompalayarak asidik ortamı sabit halde tutar. Lizozomal membranlarda çok sayıda glikoprotein bulunmaktadır. Özellikle membranın lümene bakan yüzündeki proteinler yüksek oranda glikozillenmiştir. Glikoproteinler glikokaliks yapısı oluşturarak lizozomu asit hidrolazların etkisinden korur 4.

Başlıca Görevleri
Lizozomal enzimler protein, DNA, RNA, polisakkaritler ve lipidleri hidrolize ederler. Bunun yanında hücre içine giren bakteri, virüs otomatik parçalama işlemiyle sindirmekten sorumludurlar. Hücre hasar gördüğünde, lizozomlar patlayabilir ve enzimler kendi hücrelerini sindirebilirler. Bu nedenle, lizozomlar hücrenin intihar torbaları olarak da bilinir. Ancak bu özellik, bir hücre hasar gördüğünde veya hücrenin bölümleri artık fonksiyonelliğini kaybettiği zaman devreye girer. Yani, yaşlı hücreleri ve gerekli olmayan yapıları, moleküllerin tekrar kullanılabilmesi amacıyla parçalar. Apoptoz; programlanmış hücre ölümüdür. Bu sistem sayesinde vücut için gerekli olmayan hücreler ya da görevini tamamlayanlar hücre içinde programlanarak sindirilir. Lizozomların ve lizozomal proteazların, apoptoz sırasında hücreler için intihar eden hücre ölüm yollarına katıldığı bilinmektedir. Polimerleri parçalayabilmenin yanı sıra, lizozomlar diğer organelleri kaynaştırır ve hormon, protein, karbonhidrat, lipid gibi büyük yapıları veya hücresel birikintileri sindirebilir. Lizozomlar, içinde yer alan proteinleri diğer proteinlerden ayıran ve onların lizozoma yönlenmesini sağlayan özellik, sentezden sonra golgi cisimciğinde uğradıkları modifikasyon ile kazandıkları mannoz-6-fosfat (M6P) rezidüleridir. Trans-golgide yer alan M6P reseptörleri yeni sentezlenen lizozomal enzimlerin lizozomlar içinde toplanmasını sağlar 5.

Lizozomların genel olarak dört farklı etki şekli vardır. Bunlar:

1.Ekzositoz: Lökosit ve makrofajlar, doku harabiyeti olan yere hücum ederler. Burada hücre içine alınan partikülleri lizozomlar sindirir.
2.Otofaji: Bu olayda, hücrenin zarar gören ve işlevini yapamaz hale gelen komponentleri lizozom içine alınmakta ve sindirilmektedir.
3.Otoliz: Lizozom membranının açılarak hücrenin kendini parçalamasıdır. Canlı hücreler zarar gören yapılarını mümkün olduğu kadar onarmaya çalışırlar. Bu onarım durduğu anda ilk zarar görecek yer lizozom membranıdır. Ölümden kısa bir süre sonra kokuşmanın başlama nedeni, lizozom membranlarının parçalanması ve enzimlerinin serbest kalmasıdır.
4.Pinositoz: Tiroid bezi hücreleri lümendeki kolloid maddeyi (tiroglobulin) pinositoz yoluyla alırlar. Pinositotik vezikül lizozom ile birleşerek lizozomun hidrolazları tiroglobulini parçalar ve tiroid hormonu sentezlenerek salınır 6.

Hastalıklarla İlişkisi
Lizozomal enzim defektleri ile ilgili hastalıklarda, hücre içinde yıkılmış komponentler çözünmemiş ürünler olarak birikerek fonksiyon bozukluğuna yol açarlar. Bu durumun yol açtığı klinik durumlara Lizozomal Depo Hastalıkları denir. 30’dan fazla hastalık tanımlanmıştır. Mutasyona uğramış genler nedeniyle bu hastalıklar ortaya çıkmaktadır. Lizozomal depo hastalıkları hayvan ve insanlarda farklılıklar gösterir ve farklı açılardan büyük öneme sahiptirler.

Hayvanların Lizozomal Depo Hastalıklarına örnek verilecek olursa; Alfa–mannosidoz evcil hayvanlarda görülen en yaygın ve ekonomik yönden de öneme sahip olan bir Lizozomal Depo Hastalığıdır. Otozomal resesif kalıtımla geçtiği bilinmektedir 7.

GM1 gangliosidoz, lizozomal beta–galaktosidaz enziminin eksikliği sonucu şekillenen, GM1 gangliosidlerin intralizozomal birikimi ile karakterize ölümcül nörodejeneratif ve nörovisseral bir hastalıktır. Hastalığın otozomal resesif kalıtımla geçtiğine dair çalışmalar bulunmaktadır. İlk kez 1971 yılında Siyam kedisinde tanımlanmış ve bunun çocuklarda meydana gelen GM1 gangliosidoz ile aynı özellik taşıdığı bildirilmiştir. GM1 gangliosidoz kedi, köpek ve koyun gibi hayvanlarda görülmektedir 8.

Sonuç olarak , hücrenin intihar torbaları olarak bilinen lizozomlar diğer organeller ile bir uyum içinde çalışmakta ve canlı organizmanın bütünlüğünün korunmasında önemli görevleri yürütmektedir.

Kaynaklar
1. “Christian de Duve-Facts”. Nobelprize.org. Nobel Media AB 2014. Web. 10 Aug 2018. http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1974/duve-facts.html.
2. Lodish H, Berk A, Kaiser CA, et al. Molecular Cell Biology. 5th ed. (Lodish H, Berk A, Kaiser CA, et al., eds.). New York, US: W. H. Freeman, Macmillian Learning; 2016.
3. Hu YB, Dammer EB, Ren RJ, Wang G. The endosomal-lysosomal system: From acidification and cargo sorting to neurodegeneration. Transl Neurodegener. 2015;4(1):1-10. doi:10.1186/s40035-015-0041-1
4. Aksoy ZB, Soydemir E. Lizozomal Aktivite. Güncel Gastroenteroloji. 2016;20(4):345-352.
5. Dinçel GÇ, Kul O. Evcil Hayvanların Lizozomal Depo Hastalıklarında Patogenez ve Patolojik Bulgular. Gümüşhane Univ J Heal Sci. 2015;4(4):614-637.
6. Schwake M, Schröder B, Saftig P. Lysosomal Membrane Proteins and Their Central Role in Physiology. Traffic. 2013;14(7):739-748. doi:10.1111/tra.12056
7. Jolly RD, Walkley SU. Lysosomal storage diseases of animals: an essay in comparative pathology. Vet Pathol. 1997;34(6):527-548. doi:10.1177/030098589703400601
8. Warren CD, Alroy J. Morphological, biochemical and molecular biology approaches for the diagnosis of lysosomal storage diseases. J Vet Diagnostic Investig. 2000;12(6):483-496. doi:10.1177/104063870001200601

Biyokimya.vet ekibinden Dr. öğrencisi Veteriner Hekim Sevgi Gençosman “Araştırmada ve Tıbbi Uygulamada Kullanılan Moleküler Laboratuvar Teknikleri” kursuna katıldı.

Son yıllarda hücre düzeyinde araştırmaların gerçekleştirilebilmesi, birçok hastalığın moleküler mekanizmasını ortaya çıkarma, anlama ve tedavi yöntemlerinin geliştirilebilmesine moleküler tekniklerin kullanımı önemli bir yer tutmaktadır. Dolayısı ile biyokimya alanında ihtisas yapan herkesin bu teknikleri öğrenmesi gereklidir.

Türk Biyokimya Derneği (TBD) ile Gazi Üniversitesi Tıp Fakültesi Tıbbi Biyokimya Anabilim Dalı’nın ortak çalışmalarıyla bu yıl TBD Akademi altında ilki düzenlenen “Araştırmada ve Tıbbi Uygulamada Kullanılan Moleküler Laboratuvar Teknikleri: Uygulamalı Eğitim Kursu” başlıklı eğitim 10-14 Eylül 2018 tarihleri arasında Gazi Üniversitesi Tıp Fakültesi Tıbbi Biyokimya Anabilim Dalı Öğretim Üyesi Prof. Dr. Aylin Sepici Dinçel’in ev sahipliğinde gerçekleştirildi. Lisansüstü düzeyi kapsayan bu kursa Yakın Doğu Üniversitesi Veteriner Fakültesi Biyokimya Anabilim Dalı araştırma görevlisi ve Biyokimya.Vet ekip üyesi olan Veteriner Hekim Sevgi Gençosman’da katılarak moleküler teknikler alanında bilgi ve beceri kazanmak adına önemli bir adım attı.

Kursun genel kapsamı temel moleküler teknikler olup bunlar arasında DNA/RNA izolasyonu, elektoforez tekniği ve kullanım alanları, PCR kullanım alanları ve uygulaması, Western Blot tekniği, primer ve prop tasarımı ile veri analizleri hakkında eğitim gerçekleştirilmiştir. Bu teknikler hem teorik hem de uygulamaları olarak anlatılmıştır.

Eğitim kursu sonunda temel moleküler teknikler ve kullanım alanları hakkında bir bakış açısı kazanan Sevgi Gençosman hem YDÜ Veteriner Fakültesi’ni hem de Biyokimya.Vet’i Ankara’da bu beş günlük süreçte temsil etmiş ve eksiksiz katılımıyla eğitim sonunda sertifika almaya hak kazanmıştır.

Köpeklerde karaciğer hastalıklarının laboratuvar tanısında yeni bir belirteç: miR-122

miR-122

Karaciğer hastalıkları, köpeklerde yaygın olarak görülmektedir ve önemli bir mortalite nedenidir. Bu nedenle teşhis ve özellikle erken teşhis oldukça önemlidir.

Günümüzde karaciğer hastalıklarının tanısı amacıyla laboratuvar testlerinden yardım alınmaktadır. Ancak bu testlerin birçoğunun duyarlılığı ve spesifitesinin yüksek olmadığı da bilinmektedir. Bu durum sonuçlar ve şüpheli klinik vaka arasında ilişki kurulmasını zorlaştırılmaktadır. Dolayısı ile araştırıcıların daha duyarlı ve spesifik yeni bir belirteç arayışları devam etmektedir. İşte bunlardan biri de son zamanlarda dikkati çeken mikroRNA-122 (miR-122)’ dir.

MikroRNAlar 18-28 nükleotidden oluşan, protein kodlamayan küçük RNA molekülleridir. Kan dolaşımda bulunan çeşitli tipleri vardır ve bunlar organ spesifitesi göstermektedir. İnsanlarda 940 tipi tanımlanmıştır. Protein ekspresyonunda düzenleyici rolleri olduğu bilinmektedir. Miktar ölçümleri PCR tekniği ile yapılabilmektedir. Özellikle miR-122 tipi hepatositlerde yüksek oranda bulunmaktadır ve toplam mikroRNA’ların %70’ini oluşturmaktadır 1. Dolayısı ile karaciğer spesifik olarak kabul edilmektedir ve ilk kez doku spesifik olarak tanımlanan miRNA’dır 2.

Primat ve deney hayvanlarında yapılan çeşitli çalışmalar olmasına rağmen köpeklerde kısıtlı sayıda çalışma bulunmaktadır. Bunlardan dikkati çeken biri de Oosthuyzen ve ark.nın (2018) yaptığı çalışmadır 3. Çalışmada sağlıklı, karaciğer hastalığı ve karaciğer dışı hastalığı olan köpeklerin serum örneklerinden miR-122 konsantrasyonları ve rutinde altın parametre olarak kullanılan ALT enzim aktiviteleri ölçülerek karşılaştırma yapıldı. Araştırıcılar elde ettikleri bulguları değerlendirdiğinde sağlıklı köpekler ile karaciğer-dışı hastalığı olan köpekler arasında anlamlı bir fark bulmadı. Bunun yanında karaciğer hastalığı olan köpeklerde ise miR-122 ve ALT seviyelerinin daha yüksek olduğu, paralellik gösterdiği ve karaciğer hastalığının yüksek doğrulukla tanımlanabildiğini tespit ettiler. Ayrıca, sağlıklı köpekler için kan dolaşımındaki miR-122 için referans aralığını da belirlediler.

Çalışma sonucunda, miR-122’nin köpeklerde karaciğer hastalığı için potansiyel bir tarama aracı olarak kullanılabileceği ve spesifik tanıda umut verici bir adım olduğu belirtildi. Ayrıca MiR-122’nin, ALT enzim aktivitesinin referans aralıklarında olduğu zaman karaciğer hastalığını doğru bir şekilde tespit edip edemeyeceğinin kesin olarak belirlenmesi gerekliliği ve daha fazla yapılacak çalışmalar ile karaciğer hastalığı şüphesi olan köpeklerin tanısal değerlendirme ve tedavi yolunda değerli bir araç olabileceği vurgulandı.

Kaynaklar
1-Tanase CP, Ogrezeanu I, Badiu C. MicroRNAs. Mol Pathol Pituit Adenomas. 2012:91-96. doi:10.1016/B978-0-12-415830-6.00008-1
2-Jopling CL. Liver-specific microRNA-122. RNA Biol. 2012;9(2):137-142. doi:10.4161/rna.18827
3-Oosthuyzen W, Ten Berg PWL, Francis B, et al. Sensitivity and specificity of microRNA-122 for liver disease in dogs. J Vet Intern Med. 2018;(May):1-8. doi:10.1111/jvim.15250

Karbonhidratların en küçük yapı birimlerini tanıyalım

Karbonhidratların en küçük yapı birimleri monosakkaritlerdir ve polihidroksi alkollerin aldehit veya ketonlu türevleridirler.  Hidrolize edildiklerinde daha basit moleküllere ayrılmaları mümkün değildir.

Basit şekerler veya monozlar olarak da bilinirler. Karbonhidratların en küçük yapı birimleridirler. Zincir veya halkalı yapıya sahip olup, latince olarak isimlendirirken adlarının sonuna «–oz» soneki getirilir.Yapılarında bir adet aldehit veya keton grubu vardır. Bu gruplara karbonil grubu da denir. Aldehit grubu içeren monosakkaritlere Aldoz, keton grubu içerenlere Ketoz ismi verilir. Monosakkaritler içerdikleri karbon atomu sayısına göre de isimlendirilirler. Örneğin 3 C atomu içeriyorsa trioz adını alır.

Doğada ve organizmada en yaygın olarak bulunan monosakkaritler 3, 5 ve 6 karbonlulardır. 4 ve 7 karbonlu olanlar ise ara metabolizmada sentez edilir, seyrek rastlanır.

Monosakkaritlerin Sınıflandırılması

Monosakkaritler içerdikleri karbon atomu sayısı ve Aldehit veya Keton grubu içermelerine göre sınıflandırılır. Bunun yanında yüksek yapılı organizmalarda D-izomerleri biyolojik açıdan yararlanılabilir formlarıdır.
C sayısıD-AldozlarD-Ketozlar
C3 TriozlarGliseraldehitDihidroksiaseton
En basit yapılı aldozdur. Karbonhidrat metabolizmasında ara metabolittir.En basit yapılı ketozdur. Karbonhidrat metabolizmasında ara metabolittir. Deri bronzlaştırıcılarda da kullanılır.
C4 TetrozlarEritrozEritruloz
HMS yolağı ara metabolitidir.Cild bronzlaştırıcı kozmetik ürünlerde kullanılır. Aminoasitler ile tepkimeye girer. Keratinin kararmasına neden olur.
Treoz
Doğada bulunur.
C5 PentozlarRibozRibuloz
HMS yolağı ara metabolitidir. Nükleotidlerin sentezi için gereklidir.HMS yolağı ara metabolitidir.
KsilozKsiluloz
İlk olarak ağaçdan izole edildi. Odun şekeri olarak da bilinir. Yenilebilir birçok bitkinin tohumunda bulunur. Tatlandırıcı ksilitol, ksilozun şeker alkolüdür ve üronik asit geçidinde yer alır. Heparan sülfat ve kondroitin sülfat sentez yolağında yer alır.HMS yolağı ara metabolitidir.
Arabinoz
Doğada diğer monosakkaritlerin aksine daha çok L-izomeri bulunur. Hemiselüloz ve pektinin yapısında bulunur.
Liksoz
Doğada nadiren bulunur. Ör. bakteriyel glikolipidlerin yapısında.
C6 HeksozlarGlikozFruktoz
Temel enerji kaynağıdır. Karbonhidrat metabolizması bileşenidir.Sakkaroz yapısında glikoz ile birlikte bulunur. Glukoz ve galaktoz ile birlikte gıdalarla alınan temel monosakkaritlerden biridir. Karbonhidrat metabolizması bileşenidir.
MannozPsikoz
Karbonhidrat metabolizması bileşenidir. Bazı proteinlerin glikozilasyonunda rol alır. Doğada az bulunur. İçecekler, yoğurt, dondurma ve fırınlanmış ürünlerde düşük kalorili tatlandırıcı olarak kullanılır.
GalaktozSorboz
Enerji üretimi için kullanılır. Süt şekeri yapısında katılır. Membran lipidlerinin yapısına katılır.Tatlılığı sakkaroza eşdeğerdir. Ticari askorbik asit üretiminde kullanılır.
AllozTagatoz
Afrika çalısı Protea rubropilosa'nın yapraklarında 6-O-sinnamil glikozit olarak ortaya çıkan nadir bir monosakkarittir.Süt ürünleri, meyveler ve kakaoda doğal olarak bulunan bir tatlandırıcıdır ve gıda endüstrisinde kullanılır.
Altroz
Doğal olmayan bir monosakkarittir.
Guloz
Doğada nadirdir.
İdoz
Üronik asidi olan idüronik asit önemlidir. Heteropolisakkaritlerin yapısında bulunur (kondroitin sülfat).
Taloz
Doğal olmayan bir monosakkarittir.
C7 HeptozlarSedoheptuloz
Doğada bulunan birkaç heptozdan biridir. Çeşitli meyve ve sebzelerde bulunur. Örneğin havuç, kayısı, elme ve domates. Yapılan çalışmalarda pro-inflamatuvar belirtiçleri azalttığı gösterilmiştir. Ayrıca HMS yolağı ara metabolitidir.
Mannoheptulose
Doğada kabayonca, avokado ve çuhaçiçeğinde bulunur.

Prag, Çek Cumhuriyeti’nde düzenlenen 43. FEBS kongresindeydik.

2018febs

Bu yıl Prag, Çekya’ da 7-12 Temmuz 2018 tarihleri arasında “Biyokimya Forever” sloganı ile 43. sü düzenlenen FEBS (The Federation of European Biochemical Societies) kongresinde iki adet çalışma ile yer aldık ve Yakın Doğu Üniversitesini temsil ettik.

Dünyanın bir çok farklı ülkesinden katılımcının yer aldığı kongrede biyokimya bilimine gönül vermiş çok sayıda saygın bilim insanı ile bir arada olma şansını yakaladık. Toplam 5 gün süren kongrede aynı anda 5 farklı salonda oturumlar gerçekleştirildi. Bunun yanında 1500’e yakın poster ile çeşitli araştırmalar paylaşıldı. Bir çok yeni bilgilerin paylaşıldığı kongrenin açılış oturumunu 2013 Nobel Tıp Ödülü sahibi James Edward Rothman “Recent studies of the mechanism of Neurotransmitter release” isimli sunumu gerçekleştirdi. Kongrede ayrıca Sir Hans Krebs adına düzenlenmiş özel oturumda akıllarda yer edindi. Hollandalı bilim adamı Albert Heck kütle spektrometri ve proteomik çalışmaları hakkında önemli bilgiler aktardı.

Yakın Doğu Üniversitesi Diş Hekimliği Fakültesi ile birlikte gerçekleşterdiğimiz “Protective effect of alpha lipoic acid on apical periodontitis­induced cardiac injury” ve YDÜ Veteriner Fakültesi Doğum ve Jinekoloji Anabilim Dalı ile birlikte gerçekleştirdiğimiz “Monitoring of changes in serum antioxidative system parameters in different gestation periods of cows” başlıklı çalışmalarımızı sırası ile Salı ve Çarşamba günleri 12:30-14:00 saatleri arasında araştırmacılar için ayrılan poster seanslarında sunduk. Çalışma özetlerimiz ayrıca FEBS OpenBio’nun çevrimiçi ekinde yayınlandı. Bunun yanında FEBS OpenBio ekinde yer alan özetler, Web of Science tarafından yayınlanan Conference Proceedings Citation Index’de yakın zamanda taranmaya başlayacaktır.

Kongre dışı zamanlarda da Prag şehrini gezerek keşfetmeye çalıştık. Sizler için seçtiğimiz resimleri görmek istiyorsanız tıklayınız.

The Team