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.
Yağ dokusu, enerji metabolizmasında önemli bir rol oynayan bir bağ dokusu türüdür ve adiposit hücrelerini içerir. Küçük kan damarları ile yakından ilişkili olan adipositler, genellikle fibröz septa ile çevrili lobüller içinde tek tek veya gruplar halinde bulunur. Adipoz doku farklı hücre tipleri içerir. Dokunun sadece üçte biri adipositlerden oluşur. Geri kalanını fibroblastlar, makrofajlar, stromal hücreler, monositler ve preadipositler oluşturur.
Yağ dokusu, bir kalori rezervuarı olarak hareket ederek sistemik enerji homeostazının kritik bir düzenleyicisidir. Besin fazlalığı koşullarında, yağ dokusu fazla besinleri nötr lipidler şeklinde depolarken, besin eksikliği koşullarında lipoliz yoluyla diğer dokulara besin sağlar.
Vücudun enerji ihtiyacını karşılamak amacıyla lipitlerin sentezlenmesi ve depolanmasında görev alan, hücre sayısı ve büyüklüğü açısından hacmi sürekli değişen dinamik bir dokudur. Fazla enerji, trigliserit formundaki lipit damlacıklarında depolanır.
İnsanlarda metabolik enerji depolamanın en yoğun şekli olan trigliseritler, karbonhidrat ve proteinlerden iki kat daha fazla enerji depolar.
Eş zamanlı olarak, yağ dokusundaki çeşitli stromal vasküler hücreler sayısal ve/veya işlevsel değişikliklere uğrayarak yağ dokusunun bir enerji deposu ve endokrin organ olarak işlevini sürdürmesine katkıda bulunur.
Üç tür yağ dokusu vardır
Beyaz yağ dokusu (White adipose tissue-WAT) insan vücudundaki baskın yağ türüdür. WAT’ın enerji depolama, ısı kaybını önleme, hayati organları koruma ve hormon salgılama gibi çeşitli biyolojik işlevleri vardır. Bazı hormonlar arasında leptin, adiponektin ve resistin bulunur.
Üçüncü ve en yeni adiposit türü olan bej adiposit dokusu, WAT’ın esmerleşmesi olarak bilinen bir süreç olan termojenik stimülasyona yanıt olarak WAT’ta ortaya çıkabilir. Son araştırmalar, WAT’ın kahverengileşmesinin daha fazla ilgiyi hak ettiğini ve WAT’ın kahverengileşmesini hedefleyen tedavilerin obeziteyi azaltmaya yardımcı olabileceğini göstermektedir. Bej adipositler WAT içinde bulunur ve soğuğa maruz kalma sırasında ısı üretmek için enerji harcar (soğuğa bağlı termojenez olarak adlandırılır). Aktive edilmiş bej yağ dokusunun kilo kaybını uyarabildiği ve obeziteye karşı direnci artırabildiği iyi bilinmektedir, bu da onu çekici bir terapötik hedef doku haline getirmektedir. Yaşlanma obezite için birincil risk faktörüdür ve bej yağ dokusu kaybıyla ilişkilidir, bu da enerji harcama kapasitelerinin kaybının artan yaşla birlikte obeziteye eğilimli bir fenotipe katkıda bulunabileceğini düşündürmektedir.
Hemen hemen her memelide kahverengi yağ dokusu (Brown adipose tissue-BAT) bulunur. Yeni doğanlarda ve kış uykusuna yatan memelilerde kahverengi yağ dokusu özellikle bol miktarda bulunur. Yetişkinlerde de bulunur ve metabolik olarak aktiftir, ancak yaygınlığı yaşla birlikte azalır. Bu bezin birincil işlevi termoregülasyondur. BAT hücrelerinin mitokondrilerinin, çok miktarda sitokrom bulunması nedeniyle kahverengi renkte olduğu gözlemlenmiştir. Kış uykusu bezi olarak da adlandırılır çünkü bu yağ depoları hayvanın kış uykusundan uyanması sırasında işlev görür.
Enerji Metabolizması
Lipidlerin metabolizması ve mobilizasyonu adipoz dokunun kontrolü altındadır. Lipogenez, karbonhidratların yağ asitlerine dönüştürüldüğü, trigliseritlerin (TG) biyosentezini ve adipositler içinde lipit damlacıklarının genişlemesini teşvik eden süreçtir. Tersine, lipoliz TG’yi oksitlenebilen veya serbest bırakılabilen serbest yağ asitlerine (FFA) ve gliserole parçalar.
Dolaşımdaki FFA’ların karaciğer, kaslar ve diğer dokular tarafından alınması, lipid mobilizasyonu için birincil yolu oluşturur. Hem lipogenez hem de lipoliz yolları beslenme faktörlerine ve insülin, norepinefrin ve glukagon gibi hormonlara karşı oldukça hassastır. Sonuç olarak, bu süreçlerin karmaşık bir şekilde düzenlenmesi, sistemik enerji homeostazının ve insülin duyarlılığının korunması için gereklidir.
Lipogenez ve Lipoliz
Lipogenez, asetil koenzim A’dan trigliseritlerin ve yağ asitlerinin sentezini tanımlamak için kullanılan terimdir. Buna karşılık, lipoliz trigliseritlerin parçalanmasını içerir ve yağ asitlerinin oluşumuna yol açar. Bu iki süreç arasındaki temel ayrım, temel yapılarında yatmaktadır. Özellikle lipoliz, yağların ve çeşitli lipit moleküllerinin hidrolizine odaklanır ve yağ asitlerinin üretimiyle sonuçlanır. Tersine, lipogenez, asetil koenzim A ve diğer öncüler gibi substratlardan yağ asitleri ve trigliseritlerin oluşturulmasını gerektirir.
Adipoz doku, sırasıyla lipogenez ve lipoliz adı verilen süreçlerle yağ asitleri olarak salınan TG’ler barındıran önemli bir enerji depolama rezervuarı olarak hizmet eder.
Sistemik gıda alımı lipojenik yolun aktivasyonunu tetikleyerek yağ dokusunda TG depolanmasını teşvik eder. Buna karşılık, açlık lipolitik yolu başlatarak TG’lerin parçalanmasını ve ardından yağ asitlerinin adipoz depolarından salınmasını sağlar. Bu karmaşık denge, asetil-koenzim A’dan (asetil-CoA) taze yağ asitleri oluşturma süreci olan lipogenezi ve TG sentezini içerir.
Glikoz metabolizması, yağ asidi sentezi için çok önemli bir bileşen olan asetil-CoA üretir. Bu süreç aynı zamanda lipogenezde hızı kontrol eden enzim olan asetil-CoA karboksilazın ekspresyonunu artırır ve pankreatik insülin salınımını tetikleyerek lipogenezi daha da ilerletir. Özünde, yağ dokusu bir enerji rezervuarı olarak işlev görür, yağ asidi akışlarını etkili bir şekilde azaltır ve lipotoksisite ve insülin direncini önler. Bu doku aynı zamanda plazma TG’lerinin temizlenmesini yöneterek diğer vücut dokularında birikmesini önler.
Sonuç olarak, yağ dokusunun lipit depolama kapasitesi, sistemik insülin direncinde ve lipitlerin karaciğer ve kas gibi organlara sızmasında önemli bir rol oynar. Aksine, lipoliz, depolanan TG’lerin adipositler içinde katabolik olarak parçalanmasını ve serbest yağ asitleri ile gliserolün açığa çıkmasını gerektirir.
Açlık lipolizi tetikleyerek hepatik glukoneogenez için gliserol ve oksidasyon için serbest yağ asitleri verir ve diğer organların enerji gereksinimlerini karşılar. Yağ asitleri bol ve karbonhidratlar az olduğunda, karaciğer keton cisimleri oluşturmak için yağ asitlerini daha fazla metabolize edebilir, bu süreç ketogenez olarak adlandırılır ve beyin için bir enerji kaynağı olarak hizmet eder. Lipogenez ve lipoliz arasındaki bu dinamik etkileşim, sistemik enerji dengesini ve insülin duyarlılığını korumak için çok önemlidir. Genel olarak, yağ dokusunun çok yönlü işlevleri, vücudun enerji homeostazında bir enerji rezervuarı ve düzenleyici olarak öneminin altını çizmektedir.
Yağ dokusu endokrin bir organ gibi hareket eder.
Beyaz yağ dokusu, temel adipokinlerin salgılanmasını sağlayarak lipid depolanması veya salınımı ve enerji dengesinde ikili bir rol oynayan çok önemli bir endokrin organ olarak ortaya çıkmaktadır. Bunlar arasında adipositler, glikoz ve lipid metabolizması homeostazı için çok önemli olan hassas bir dengeyi düzenleyen leptin, resistin ve adiponektin gibi polipeptitler salgılar. Adipositlerden yayılan bu adipositokinlerin karmaşık etkileşimi, optimal enerji seviyelerinin sürdürülmesine temelden katkıda bulunur.
Önemli bir oyuncu olan leptin, aşırı enerji alımı, insülin seviyeleri ve glikoz seviyeleri gibi faktörlere yanıt vererek değişen üretim oranlarına neden olur. Tersine, açlık, soğuğa maruz kalma, β-adrenerjik agonistler ve testosteron leptin salgılanmasının azalmasına yol açar. Yağ dokusu içinde sentezlenen kolajen benzeri bir plazma proteini olan adiponektin önemli bir rol oynar. Deri altı beyaz yağ dokusunda konsantrasyonu daha yüksekken, visseral beyaz yağ dokusu ve hipertrofik adipositler dolaşımdaki adiponektin seviyeleri ile ters orantılıdır. Kilo kaybı ve açlık dönemleri plazma adiponektin seviyelerinde bir artışı tetikler ve bu da kaslarda glikoz kullanımını aktive eder. Bu kaskad, karaciğer ve kaslarda yağ asidi oksidasyonunu artırır ve ardından inhibe edilmiş glukoneogenez nedeniyle glikoz üretimini engeller.
Uyarlanabilir termojenezin düzenlenmesi
Termogenin (uncoupling protein 1 veya UCP1), soğuk kaynaklı termojeneze özgü bir moleküldür ve kahverengi yağ dokusunda seçici olarak ifade edildiği için çok önemli bir rol üstlenir. Oksidatif fosforilasyonu ATP sentezinden uzaklaştırarak ve enerjiyi ATP üretimi yerine ısı üretimine yönlendirerek kayda değer bir metabolik değişim düzenler.
Soğuğa maruz kalma ve artan besin alımı, merkezi sinir sisteminden kaynaklanan norepinefrin ve UCP1’in yüksek ekspresyon seviyelerinin eşlik ettiği kahverengi yağ dokusu aktivitesinde bir artışı tetikler. Özellikle, β-adrenerjik antagonistler, tiroid hormonları, insülin ve cAMP analogları dahil olmak üzere bir dizi ajan da UCP1 ekspresyonunun artmasına katkıda bulunur.
Soğuğa ve besin mevcudiyetine yanıt olarak, sempatik sinir aktivitesi yağ dokusu içinde yoğunlaşır. Noradrenalin, β-adrenerjik reseptörlere ustalıkla bağlanır ve böylece trigliseritlerin hidroliziyle sonuçlanan bir dizi moleküler sinyali tetikler. Yağ asitlerinin serbest kalması ikili bir rol oynar, sadece UCP1’e enerji vermekle kalmaz, aynı zamanda soğuk kaynaklı termojenik yollarda termojenezi besler ve glikoz bozunma için özel karbon kaynağı olarak hizmet eder.
Özellikle, aktivasyon bej hücrelere kadar uzanarak termojenik yanıtı daha da artırır. Sonuç olarak, bu düzenlenmiş mekanizma tüm vücut enerji harcamasında bir artışa neden olurken aynı zamanda vücut yağ kütlesini azaltır. Özünde, bu karmaşık süreçlerin karşılıklı etkileşimi, enerji harcamasını artıran ve vücut yağ kütlesini azaltan metabolik bir senfoni düzenler.
Bu makale öğrencimiz Sude Sak’ın sunumundan hazırlanmıştır.
Referanslar
Bódis, K, Roden, M (2018). Energy metabolism of white adipose tissue and insulin resistance in humans. Eur J Clin Invest., 48:e13017. DOI: 10.1111/eci.13017
Choe SS, Huh JY, Hwang IJ, Kim JI, Kim JB (2016). Adipose Tissue Remodeling: Its Role in Energy Metabolism and Metabolic Disorders. Front Endocrinol (Lausanne), 7:30. DOI: 10.3389/fendo.2016.00030.
Mermer M, Tek NA (2017). Adipoz doku ve enerji metabolizması üzerine etkileri. Sdü Sağlık Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 8(3): 40-46. DOI: 10.22312/sdusbed.292229
Wang Z, Wang QA, Liu Y, Jiang L (2021). Energy metabolism in brown adipose tissue. FEBS Journal, 288(12): 3647-3662. DOI: 10.1111/febs.16015.
Zhu Q, Glazier BJ, Hinkel BC, Cao J, Liu L, Liang C, Shi H (2019). Neuroendocrine Regulation of Energy Metabolism Involving Different Types of Adipose Tissues. Int J Mol Sci., 20(11): 2707. DOI: 10.3390/ijms20112707.
Metabolizma, bir organizma içinde meydana gelen çeşitli kimyasal reaksiyonları ve yolları içeren karmaşık bir süreçtir. Bu reaksiyonlar yaşamın sürdürülmesi için gereklidir ve gıdanın enerjiye dönüştürülmesini, besin maddelerinin üretilmesini ve depolanmasını ve atık ürünlerin ortadan kaldırılmasını içerir.
Metabolizmanın düzenlenmesi, enerji alımı ve harcaması arasındaki dengenin korunması için çok önemlidir ve hormonlar bu süreçte kilit bir rol oynar. Hormonlar, endokrin bezler tarafından üretilen ve metabolizma da dahil olmak üzere çeşitli fizyolojik süreçleri düzenleyen sinyal molekülleridir.
İnsulin
İnsülin pankreas tarafından üretilir ve kandaki glikoz seviyelerini düzenlemekten sorumludur. Glikoz seviyeleri yükseldiğinde, enerji üretimi veya depolanması için hücreler tarafından glikoz alımını kolaylaştırmak üzere insülin salınır. İnsülin ayrıca fazla glikozun karaciğer ve kas hücrelerinde glikojen olarak depolanmasını da destekler.
Glukagon
Öte yandan glukagon da pankreas tarafından üretilir, ancak insülinin tam tersi bir etkiye sahiptir. Glukagon, glikoz seviyeleri düşük olduğunda kan dolaşımına glikoz salmak için karaciğerdeki glikojenin parçalanmasını uyarır. Ayrıca enerji üretimi için yağ asitlerini serbest bırakmak üzere yağ dokusundaki yağların parçalanmasını teşvik eder.
Kortizol
Kortizol, strese yanıt olarak böbreküstü bezleri tarafından üretilen bir steroid hormonudur. Karbonhidratların, proteinlerin ve yağların metabolizmasında önemli bir rol oynar. Kortizol, karbonhidrat olmayan kaynaklardan glikoz üretimi olan glukoneogenez için amino asitleri serbest bırakmak üzere kas hücrelerindeki proteinlerin parçalanmasını teşvik eder. Aynı zamanda yağ dokusundaki yağların parçalanmasını ve enerji üretimi için yağ asitlerinin salınmasını teşvik eder.
Kortizolün İşlevleri
Tiroid Hormonları: T4 ve T3
Tiroid bezi tarafından üretilen tiroid hormonları, metabolizmanın düzenlenmesinde kritik bir rol oynar. Hücrelerin enerji para birimi olan ATP üretimini teşvik ederek metabolizma hızını artırırlar. Tiroid hormonları ayrıca karbonhidrat, protein ve yağ metabolizmasında yer alan enzimlerin aktivitesini de artırır
Tiroid hormonları hem fizyolojik hem de patolojik olayları etkiler.
Leptin
Leptin, metabolizmanın düzenlenmesinde önemli rol oynayan bir başka hormondur. Yağ dokusu tarafından üretilir ve enerji dengesinin düzenlenmesinde rol oynar. Leptin iştahı bastırır ve enerji harcamasını artırarak kilo kaybını teşvik eder.
Ghrelin
Ghrelin, mide tarafından üretilen, iştahı uyaran ve gıda alımını teşvik eden bir hormondur. Ayrıca, enerji üretimi için yağların parçalanmasını artıran büyüme hormonunun salınımını teşvik ederek enerji dengesinin düzenlenmesinde rol oynar.
Adiponektin
Adiponektin, yağ dokusu tarafından üretilen, glikoz ve lipid metabolizmasını düzenleyen bir hormondur. Adiponektin, enerji üretimi için hücreler tarafından glikoz alımını teşvik ederek insülin duyarlılığını artırır. Ayrıca yağ dokusundaki yağların parçalanmasını ve enerji üretimi için yağ asitlerinin kullanılmasını teşvik eder.
Sonuç olarak, hormonlar metabolizmanın kontrolünde çok önemli bir rol oynamaktadır. İnsülin ve glukagon kandaki glikoz seviyelerini düzenlerken, kortizol enerji üretimi için proteinlerin ve yağların parçalanmasını teşvik eder.
Tiroid hormonları ATP üretimini teşvik ederek metabolizma hızını artırır.
Leptin ve ghrelin iştahı ve enerji dengesini düzenlerken, adiponektin glikoz ve lipid metabolizmasını düzenler.
Hormonların uygun şekilde düzenlenmesi, metabolik dengenin ve genel sağlığın korunması için gereklidir.
Bu makale öğrencimiz Barış Ataseven’in sunumundan hazırlanmıştır.
Oksidatif stres, vücuttaki reaktif oksijen türleri (ROS) veya serbest radikaller ile antioksidanlar arasındaki dengesizlik nedeniyle ortaya çıkan bir süreçtir. ROS, hücresel metabolizmanın bir yan ürünü olarak oluşan moleküllerdir.
Oksidatif stres sürecinde süperoksit anyonu (O2–), hidrojen peroksit (H2O2) ve hidroksil radikali (-OH) gibi çeşitli moleküller yer alır. Glutatyon, C ve E vitamini gibi antioksidanların yanı sıra proteinler, lipitler ve DNA gibi hücresel bileşenlere zarar verebilirler. Bu da çeşitli hastalıklara yol açabilir.
Şekil 1: Homeostaz sırasındaki denge ve oksidatif stres sırasındaki dengesizlik.
Oksidatif stres karaciğer, akciğerler, pankreas, bağırsaklar ve hatta gözler gibi birçok organda meydana gelebilir.
Karaciğer, detoksifikasyon ve metabolizmada önemli bir rol oynar ve bu süreçler reaktif oksijen türleri (ROS) üretebilir. Karaciğerdeki aşırı ROS üretimi, oksidatif stres ve karaciğer hücrelerinde hasara neden olabilir. Karaciğer, ROS’ları nötralize edebilecek antioksidan enzimler ve moleküller üretir. Ancak karaciğerin antioksidan savunması aşırı uyarılırsa, ROS birikmesine ve diğer organlarda oksidatif strese yol açabilir.
Karaciğer, antioksidan moleküller olan glutatyon ve C ve E vitaminlerine güvenir, ROS’ları nötralize eder ve hücresel bileşenlere zarar vermez. Oksidatif stresle ilişkili bazı karaciğer hastalıkları arasında viral hepatit, alkol almayan yağlı karaciğer hastalığı ve karaciğer fibrozisi bulunur.
Şekil 2: Oksidatif stresin karaciğerde neden olduğu faktörler ve bu stres sonucu meydana gelen durumlar.
Akciğerler, sürekli olarak çevresel toksinlere ve kirleticilere maruz kalmaları nedeniyle oksidatif stres açısından son derece hassastır. Akciğerlerdeki oksidatif stres, inflamasyona ve akciğer dokusunda hasara neden olabilir.
Pankreatik beta hücreleri, reaktif oksijen türleri (ROS) yüksek üretimleri ve düşük antioksidan kapasiteleri nedeniyle oksidatif strese son derece hassastır. ROS, pankreatik beta hücrelerine zarar verebilir. Bu, insülin salgısının ve glukoz metabolizmasının bozulmasına neden olur. Oksidatif stres, iltihaplanma ve pankreatik fibrozis gibi durumların oluşmasına neden olarak kanserin gelişimine katkıda bulunabilir.
Pankreas, insülin üreterek kan şekeri düzeyinin düzenlenmesinde rol oynar. Pankreasın işlev bozukluğu, insülin direnci ve diyabete yol açabilir. Bu, böbrekler, gözler ve kardiyovasküler sistem gibi diğer organları etkileyebilir.
Gözler de oksidatif strese karşı savunmasızdır. Bu, katarakt, kuru gözler ve glokom gibi birçok hastalığa neden olabilir. Reaktif oksijen türleri, lens ve retina hasarına neden olabilir, bu da bozulmuş görüşe ve artan körlük riskine yol açar. Ayrıca, yaşlandıkça, bu hasar birikerek katarakt gelişimine katkıda bulunur.
Şekil 3: Gözlerde oksidatif stres ile ilişkili hastalıklar.
Oksidatif stres ayrıca bağırsaklarda da meydana gelebilir. Burada, mikrobiyotik değişikliklere ve bağırsak bariyerinin disfonksiyonuna neden olabilir. Oksidatif stres bağırsaklarda disbiyozise neden olabilir. Bu sonucunda zararlı bakterilerin çoğalması meydana gelebilir. Faydalı bakterilerde bir azalma meydana gelir, bu da oksidatif stresi ve bağırsaklardaki inflamasyonu artırabilir. Oksidatif stres ayrıca zararlı maddelerin kan dolaşımına girmesini engelleyen bağırsak bariyerini de zararlı etkileyebilir. Bu sonucunda, bağırsak geçirgenliği artabilir. Bu, toksinlerin, bakterilerin ve diğer zararlı maddelerin kan dolaşımına sızmasına neden olur.
Bu makale öğrencimiz Aline Donker’in sunumundan hazırlanmıştır.
Referanslar
Li S, Tan HY, Wang N, Zhang ZJ, Lao L, Wong CW, Feng Y. The Role of Oxidative Stress and Antioxidants in Liver Diseases. Int J Mol Sci. 2015 Nov 2;16(11):26087-124.
Rapa SF, Di Iorio BR, Campiglia P, Heidland A, Marzocco S. Inflammation and Oxidative Stress in Chronic Kidney Disease-Potential Therapeutic Role of Minerals, Vitamins and Plant-Derived Metabolites. Int J Mol Sci. 2019 Dec 30;21(1):263.
Betteridge DJ. What is oxidative stress? Metabolism. 2000 Feb;49(2 Suppl 1):3-8.
Hsueh, Y.-J.; Chen, Y.-N.; Tsao, Y.-T.; Cheng, C.-M.; Wu, W.-C.; Chen, H.-C. The Pathomechanism, Antioxidant Biomarkers, and Treatment of Oxidative Stress-Related Eye Diseases. Int. J. Mol. Sci. 2022, 23, 1255.
Correia AS, Cardoso A, Vale N. Oxidative Stress in Depression: The Link with the Stress Response, Neuroinflammation, Serotonin, Neurogenesis and Synaptic Plasticity. Antioxidants. 2023; 12(2):470.
Eguchi N, Vaziri ND, Dafoe DC, Ichii H. The Role of Oxidative Stress in Pancreatic β Cell Dysfunction in Diabetes. Int J Mol Sci. 2021 Feb 3;22(4):1509
Vona R, Pallotta L, Cappelletti M, Severi C, Matarrese P. The Impact of Oxidative Stress in Human Pathology: Focus on Gastrointestinal Disorders. Antioxidants (Basel). 2021 Jan 30;10(2):201.
Rogers LK, Cismowski MJ. Oxidative Stress in the Lung – The Essential Paradox. Curr Opin Toxicol. 2018 Feb;7:37-43.
Amino asit metabolizması, amino asitleri üreten, parçalayan ve kullanan metabolik süreçler için kullanılan kolektif bir terimdir. Altı amino asit tarafından sağlanan amino grupları ve amonyak, kasların muazzam miktarlarda salgıladığı glutamin ve alanin sentezi için gereklidir.
Dinlenme halindeki kasta metabolize edilen 6 amino asit Lösin, İzolösin, Valin, Asparajin, Aspartat ve Glutamattır. İnsan metabolizmasında diğer hayati rolleri oynamanın yanı sıra, kaslar tarafından üretilen glutamin önemli bir enerji kaynağıdır ve bağışıklık sistemi ile mukozal hücrelerde DNA ve RNA sentezini düzenler. Organizmanın dengesini koruması için protein sentezi ve yıkımının her ikisi de gereklidir. Ayrıca, Asetil-KoA sadece lösin ve izolösin molekülünün bir kısmının dönüştürülmesiyle yapılabilir ve TCA döngüsü ara ürünleri ve glutamin diğer amino asitlerin karbon iskeleti kullanılarak sentezlenir.
Amino asit karbon iskeletlerinin parçalanması altı metabolitin oluşmasıyla sonuçlanır: asetil-KoA, asetoasetil-KoA, piruvat, alfa-ketoglutarat, fumarat ve oksaloasetat ve her birinin enerji metabolizmasında farklı bir kaderi vardır. Amino asitler, parçalanma ürünlerine ne olduğuna bağlı olarak ketojenik veya glukojenik olarak kategorize edilir. Bu nedenle Asetil-KoA ve asetoasetil-KoA ketojenik amino asitler olan lösin ve lizin tarafından üretilir. Birçok amino asit doğrudan enerji üreten substratlar olarak çalışır ve glikoz metabolizmasında yer alan çeşitli enzimlerin aktivitesini düzenler. Hem izole edilmiş hayvan hem de insan miyokardiyumu sonuç olarak gelişmiş kasılma performansı sergiler.
Kaslarda Amino Asit Metabolizmasının birçok farklı yolu ve sonucu.
Dallı zincirli amino asitler (BCAA’lar) iskelet kası anabolizması için birincil amino asit kaynağıdır ve enerji dengesinin korunması için çok önemlidir. İskelet kası vücudun BCAA’larının büyük kısmını okside eder, bunu kahverengi yağ dokusu, karaciğer, böbrekler, kalp ve diğer dokular izler. İskelet kası, sürecin ilk aşaması olan BCAA transaminasyonunun ağırlıklı olarak burada gerçekleşmesi nedeniyle BCAA katabolizmasına orantısız bir şekilde katılır.
Alanin amino asidi proteinlerin sentezi için gereklidir ve merkezi sinir sistemi ile kaslara enerji sağlar. Karaciğer, iskelet kasından salgılanan alanini glukoneogenez için bir substrat olarak kullanır, daha sonra alaninin amino grubu üre döngüsü tarafından üreye dönüştürülür ve daha sonra ortadan kaldırılır. Karaciğerde üretilen alanin türevi glikoz daha sonra iskelet kasına tekrar girebilir ve bir enerji kaynağı olarak hizmet edebilir.
Glikoz – Alanin döngüsü ve kas ile karaciğer arasındaki yollar.
Yeni amino asitler oluşturmak için bir amino grubunun bir keto aside eklendiği kimyasal bir süreç olan transaminasyon, amino asitlerin metabolizmasında çok önemli bir adımdır. Amino asitlerin büyük kısmı bozunma sırasında transaminasyona uğrar. Transaminazlar, alanin aminotransferaz (ALT) ve aspartat aminotransferaz (AST) gibi karaciğer hücrelerinde potansiyel hasarın belirteçleri olarak sıklıkla keşfedilen spesifik enzim örnekleridir.
Amino asit metabolizmasında önemli bir enzim olan aspartat transferaz (AST) karaciğer, kalp, pankreas, kaslar ve diğer biyolojik dokularda bulunur. AST, aspartat ve glutamat amino asitleri arasında bir reaksiyonu katalize eder.
Kaslarınız veya karaciğeriniz yaralandığında aspartat transaminaz adı verilen bir enzim salgılanır ve AST’nin ana kaynakları karaciğer dokuları, miyokard ve çizgili kaslardır. Tüm transaminazlarda olduğu gibi, aspartat transaminaz da farklı yan zincirlere sahip iki amino asidi (Asp ve Glu) tanır ve bunlar arasında ayrım yapabilir ve bunları bağlayabilir.
Dallı zincirli amino asitlerin hızlı oksidasyonu, kasta alanin senteziyle bağlantılı görünmektedir. Alanin, öncelikle hücresel enerji üretimi için ALT tarafından piruvata dönüştürülür, ayrıca karaciğerle en yakından ilişkili olduğu kabul edilen ALT enzimi böbrekler, iskelet kası ve kalp kası tarafından üretilir. Glikoz ve proteinin ara metabolizması, genellikle alanin aminotransferaz (ALT) olarak bilinen glutamat piruvat transaminaz enzimine bağlıdır. Piruvat ve glutamat oluşturmak için, alanin ve 2-oksoglutaratın tersinir transaminasyonunu katalize eder.
Özellikle üç amino asit olan lösin, alanin ve prolin, diğer amino asitler, karbonhidratlar veya peynir altı suyu proteini ile eşleştirildiklerinde kas onarımını artırabileceklerini, dayanıklılığı artırabileceklerini ve kas kütlesini daha etkili bir şekilde büyütebileceklerini göstermektedir. Glutamin vücuttaki birden fazla hücreyi beslediğinden, her tür egzersiz için en iyi toparlanma bileşenidir. Proteinin yapı taşları olan bu asitlerin kas iyileşmesine yardımcı olduğu kanıtlanmıştır. Proteinin ötesinde, glutamin ve BCAA’lar sporcuların iyileşmesi ve kas geliştirmesi için en önemli besinlerden ikisidir, ancak BCAA’lar kas büyümesini destekler ve yorgunluğu önler glutamin egzersiz sonrası kas iyileşmesine ve yeniden yapılanmasına yardımcı olur.
Rabdomiyoliz sürecinin önce kas sonra böbrekte gerçekleşmesi.
Kas distrofisi olanlarda, kusurlu genler vücudun uygun kas büyümesi için gerekli proteinleri üretmesini engeller. Rabdomiyoliz adı verilen ciddi bir tıbbi durum ölümcül olabilir veya kalıcı sakatlıkla sonuçlanabilir. Rabdo, kas dokusu hasar gördüğünde ortaya çıkar çünkü elektrolitler ve proteinler kan dolaşımına boşalır, örneğin Miyoglobin kan dolaşımına salgılanan ve daha sonra koyu renkli idrar üreten böbrekler tarafından vücuttan atılan bir proteindir.
Bu yazı öğrencimiz Tala Abdallah’ın sunumundan hazırlanmıştır.
Vickie E. Baracos, Animal Models of Amino Acid Metabolism: A Focus on the Intestine, The Journal of Nutrition, Volume 134, Issue 6, June 2004, Pages 1656S–1659S
Holeček, M. “The role of skeletal muscle in the pathogenesis of altered concentrations of branched-chain amino acids (valine, leucine, and isoleucine) in liver cirrhosis, diabetes, and other diseases.” Physiological research vol. 70,3 (2021): 293-305.
Choudhary, Ankur. “General Reactions of Amino Acid Metabolism.” Pharmaguideline, https://www.pharmaguideline.com/2022/01/general-reactions-of-amino-acid-metabolism
Wagenmakers, A J. “Protein and amino acid metabolism in human muscle.” Advances in experimental medicine and biology vol. 441 (1998): 307-19.
Mann G, Mora S, Madu G, Adegoke OAJ. Branched-chain Amino Acids: Catabolism in Skeletal Muscle and Implications for Muscle and Whole-body Metabolism. Front Physiol. 2021;12:702826. Published 2021 Jul 20.
Wagenmakers, A J. “Muscle amino acid metabolism at rest and during exercise: role in human physiology and metabolism.” Exercise and sport sciences reviews vol. 26 (1998): 287-314.
