Biyokimya: Vitaminler, mineraller, koenzimler

Biyokimya: Vitaminler, mineraller, koenzimler

26 Eylül 2007

1

301 BİYOKİMYA I

Hikmet Geçkil, Profesörİnönü ÜniversitesiBiyoloji Bölümü

Bölüm 9: Vitaminler. Mineraller, Koenzimler

Hikmet Geçkil

VİTAMİNLER, KOFAKTÖRLER VE KOENZİMLER

•Gecen yüzyılın başında vitaminler belki de en önemli araştırma konusunu oluşturdular.

•İnsan ve diğer omurgalıların sağlıklı yaşaması için oldukça önemli olan bu moleküller ne yazık ki bu canlılar tarafından sentezlenemezler ve dolayısı ile dışardan alınmaları gerekir.

•Çalışmalar sonucunda vitaminler polar olmayan (yağlar gibi) ve ancak organik solventlerde eriyebilen vitaminler ve suda eriyebilen vitaminler olarak iki gruba ayrılmışlardır.

Hikmet Geçkil 2


26 Eylül 2007

Yağımsı bir yapıları olan ve dolayısı ile yağlarda eriyebilen (suda erimeyen) başlıca vitaminler, bir önceki lipidler konusunda da gördüğümüz gibi, vitamin A, D, E, ve K’dir. Bunların hepsi izoprenoid bileşikleridir. Izoprenoidler, izopren alt ünitelerinin kondensasyonu ile oluşmuş yapılardır.

CH2=C-CH=CH2

CH3

YAĞDA ERİYEN VİTAMİNLER

Hikmet Geçkil 3


26 Eylül 2007

Vitamin A (retinol) görme için önemli bir pigmenttir. Görme olayında görev yapan proteinlere bu vitamin tersinir olarak bağlanır ve ışık retinaya çarptığında sinir impulsu yaratacak bir seri kompleks reaksiyon oluşur.

Vitamin A bitkilerde bulunmaz, ancak, bir çok bitki karotenoid denen bir pigment içerir ki bu pigment bir çok hayvan tarafından (karaciğerde) enzimatik bir reaksiyonla A vitaminine ve A vitaminin aktif formları olan retinol, retinal ve retinoik asit’ e çevrilir.

A VİTAMİNİ

Hikmet Geçkil 4


26 Eylül 2007

Retinol ve retinal NAD veya NADP bağımlı dehidrogenaz veya redüktazlarla birbirlerine dönüştürülebilirken, retinaldan oluşan retinoik asit geri dönüştürülemez.

Bu nedenle retinoik asit büyüme ve farklılaşmada rol alırken, görmede fonksiyonu olan retinal’in veya üreme sisteminde önemli olan retionol’un yerini alamaz.

A VİTAMİNİ

Hikmet Geçkil 5


26 Eylül 2007

Göz retinasının rod (çubuk) hücrelerinde az ışıkta görmeyi sağlayan rodopsin vardır.

Retinal opsin proteinine bağlanarak rodopsini oluşturur.

Rodopsin ışığa maruz kaldığına ayrışarak (opsin ve retinala) rod hücrelerin membranındaki bir kalsiyum iyon kanal proteinini stimule eder (uyarır).

Bu durum hücreler içine kalsiyum iyonlarının akışını sağlar ve bu da sinirsel bir impulsla ışığın beyin tarafından algılanmasını sağlar.

A VİTAMİNİ

Hikmet Geçkil 6


26 Eylül 2007

Retinol bakımından zengin kaynaklar arasında karaciğer, yumurta, tereyağı ve süt sayılabilir.

Vitamin A’nın ve onu veren karotenlerin antioksidan ve antikanser özellikleri son yıllarda elde edilen önemli bulgulardandır.

Vitamin A eksikliği, gece körlüğünden anemiye kadar bir çok malfonksiyona neden olur.

Retinoik asit demir transferi için gerekli olan protein olan tranferrin’in sentezi için gereklidir.

A VİTAMİNİ

Hikmet Geçkil 7


26 Eylül 2007

Vitamin D’ (kolkalsiferol) nin hammaddesi kollesteroldur. Dolayısı ile D vitamini aynı zamanda bir steroid hormonu gibi fonksiyon

yapar (Bkz. Hormonlar). Fotokimyasal (güneş ışığının belli bir dalga boyunda, mor ötesi) bir

reaksiyonla, deride membranın yapısına giren veya serbest halde bulunan kollesterol D vitaminine çevrilir.

Dolayısı ile D vitaminin vücutta sentezi güneş ışığına gereksinim gösterir.

D VİTAMİNİ

Hikmet Geçkil 8


26 Eylül 2007

Yeterince güneş alan insanlarda bu vitaminin ayrıca besinlerle alınmasına gerek kalmaz.

Karaciğer, balık ve yumurta bu vitamin için iyi besin kaynaklarıdır.

Bu vitamin aynı zamanda böbrekte özel bir hormona çevrilerek (esasen bu vitamin bir hormon olarak da kabul edilebilir) kalsiyum ve fosfatın metabolizmasında (emiliminde) önemli rol oynar.

Bu nedenle vitamin D eksikliği çeşitli kemik hastalıklarına neden olabilir.

D VİTAMİNİ

Hikmet Geçkil 9


26 Eylül 2007

Tokoferol türevi lipidlerden biri olan E vitamini bir hidrokarbon zinciri ve aromatik halkadan meydana gelmiştir.

Yumurta, bitkisel yağ bu vitamin bakımından zengin kaynaklardır.

Lipidlerin oksidasyonunu engelleme fonksiyonları sayesinde, oksijenin oldukça reaktif formlarını (serbest radikaller gibi) parçalama özelliğine sahiptirler.

Dolayısı ile tokoferoller ve E vitamini iyi birer antioksidan olarak bilinirler.

E VİTAMİNİ

Hikmet Geçkil 10


26 Eylül 2007

Ticari olarak Tokoferol grubu lipidler bazı besinlerin bozulmasına karşı koruyucu olarak kullanılırlar.

E vitamini ve selenyum (bir metal kofaktör) sinergistik olarak fonksiyon yaparlar.

Selenyum glutatyon peroksidazin kofaktörüdür. Bu enzimin hidroperoksitlerin zararlı etkilerine karşı

membranları ve diğer hücre yapılarını koruma özelliği iyi bilinmektedir.

E vitamini

E VİTAMİNİ

Hikmet Geçkil 11


26 Eylül 2007

Vitamin K (menakinon) kanın pıhtılaşması için gerekli olup, yeşil bitkilerde bulunduğu gibi ince bağırsaktaki bakteriler tarafından da sentezlenirler.

Bu vitamin bir plazma proteini olan ve kan pıhtılaşmasında önemli protrombinin oluşumunda ve bunun trombine çevrilmesinde görev yapar.

Esasen, protrobin proteolitik (protein parçalayıcı) bir enzim olup, bir kan proteini olan fibrinojen’den bazı peptid bağlarını kırarak onu fibrin’e çevirir.

Fibrin, suda erimeyen bir protein olup kan pıhtılarını bir arada tutarak pıhtılaşmayı daha ileri basamaklara taşır.

Dolayısı ile K vitamini eksikliği, kan pıhtılaşmasında gecikmeye sebep olurken, çeşitli yaralanmalarda canlı ölüme kadar gidebilir.

Warfarin sentetik olarak üretilmiş ve K vitaminine analog olan bir maddedir.

K VİTAMİNİ

Hikmet Geçkil 12


26 Eylül 2007

Diğer iki izoprenoid turevi bileşik ubikinon ve plastokinon olup, sırası ile mitokondride ve kloroplastta elektron taşıyıcıları olarak görev yaparlar.

Memelilerde koenzim Q olarak da bilinen ubikinon 10 izopren ünitesinden meydana gelmiştir.

Hikmet Geçkil 13


26 Eylül 2007

Ayrıca, bakteri hücre duvarlarındaki kompleks karbonhidratların oluşması ve bazı proteinlere polisakkaritlerin bağlanması (glikoprotein) için şeker monomerlerinin aktive edilmesi gerekir.

Bu şeker üniteleri diğer bir izoprenoid olan dolikollerle olur.

Oldukça hidrofobik olan bu yapılar membran lipidleri ile ilişkiye girerek çeşitli şekerlerin membrana bağlanmasını sağlarlar.

Hikmet Geçkil 14


26 Eylül 2007

SUDA ERİYEN VİTAMİNLER

Suda eriyebilir özelliklerinin yanında, bu vitaminlerin yukarıda verdiğimiz yağda eriyebilen vitaminlerden ikinci önemli farkları ise çoğunun enerjitik reaksiyonlarda kullanılan koenzimlere dönüşmesidir.

Yani koenzimlerin çoğu vitaminlerin modifiye olmuş şekilleridir ve çoğu zaman enzimlere bağlı bulunduklarından enzimlerin prostetik grubu olarak da tanımlanırlar.

Hikmet Geçkil 15


26 Eylül 2007

Tiamin (B1 vitamini) kolayca bir koenzim olarak görev yapan tiamin pirofosfata (TPP) dönüşür.

Bu koenzim asetil CoA’yı veren piruvat dehidrogenaz ve alkol fermentasyonundan sorumlu piruvat dekarboksilaz tarafından katalizlenen önemli reaksiyonlara girer.

B vitaminleri

Hikmet Geçkil 16


26 Eylül 2007

Dolayısı ile tiamin eksikliğinde hücrede enerji üretimi önemli ölçüde etkilenir.

“Aktif aldehit grupları” bu koenzim tarafından taşınır ve bir karbon atomundan başka bir karbon atomuna transfer edilir.

Bu koenzim dolayısı ile bir karbonil gruba bitişik (örneğin, alfa-ketoasitlerde olduğu gibi) olan C-C bağlarını kırar.

Bu vitamin ayrıca pentoz fosfat yolundada kullanılır. Pentoz fosfat yolu enerji sağlayan önemli bir metabolik yol olmasa da

nükleik asitlerin yapısına giren riboz şekerini yaptığı, yağ asitlerinin sentezinde ve diğer biyosentez olaylarında kullanılan NADPH’yi yaptığı için hayati önemi vardır.

İleri derecedeki tiamin eksikliği çeşitli kas hastalıklarının olduğu beriberi hastalığına sebep olur.

B vitaminleri

Hikmet Geçkil 17


26 Eylül 2007

Riboflavin (B2 vitamini), flavin adenin dinükleotid (FAD) ve flavin mononükleotidin (FMN) prekursoru (öncü molekülü)’dur.

Her iki koenzim de bir çok redoks reaksiyonuna girerler.

Bu flavin koenzimler hem enerji üretimi ve hem de hücre solunumunda önemlidirler.

Flavoproteinlerin çoğu bir veya birden fazla metal (örneğin, molibden ve demir) taşır.

Böyle proteinlere metalloflavoproteinler denir.

B vitaminleri

Hikmet Geçkil 18


26 Eylül 2007

Riboflavin ve ko-enzimleri(a) Riboflavin, (b) FMN (siyah), FAD (siyah/mavi)

Hikmet Geçkil 19


26 Eylül 2007

Bir miktar niasin (B3 vitamini) veya diğer bir isimle nikotinik asit triptofandan sentezlenebildiğinden bazen bu madde vitamin olarak kabul edilmez.

Bu durum anacak hücrede gerekenden fazla triptofan bulunduğunda meydana geldiğinden (ki çoğu zaman bu böyle değildir) ve niasinin sentezi tiamin, piridoksin ve riboflavinin varlığını gerektirdiğinden diyetle hem triptofan ve hem de niasinin alınması gereklidir.

Bu vitamin yaygın olarak bilinen oksidasyo-redüksiyon reaksiyonlarında kullanılan koenzimler olan NAD ve NADP’ ye çevrilir.

B vitaminleri

Hikmet Geçkil 20


26 Eylül 2007

B vitaminleriNAD+ bağımlı dehidrogenaz enzimleri ileride de (biyoenerjitik ve metabolizma konuları) daha detaylı üzerinde duracağımız gibi, metabolizmanın oksidasyon-redüksiyon reaksiyonlarında rol alırlar (glikolizis, TCA ve ETZ).

Hikmet Geçkil 21


26 Eylül 2007

Piridoksin (B6 vitamini) koenzim piridoksal fosfata dönüşür. Bu koenzim ikinci dönem göreceğimiz gibi amino asitlerin katabolizması

(amino asitlerden enerji eldesi için), sentezi ve birbirine çevrilmelerinde rol alır.

Piridoksal fosfat ayrıca nörotransmitterlerden serotonin ve norepinefrinin sentezinde önemlidir.

Triptofanın NAD’ye çevrilmesi ve miyelin oluşumu için gerekli sfingolipidlerin sentezinde bu koenzim önemli rol oynar.

B vitaminleri

Hikmet Geçkil 22


26 Eylül 2007

Pantotenik asit ve biotin de önemli enerji veren vitaminlerdendir.

Pantotenik asit koenzim A (CoA)’nın bileşimine girer.

Dolayısı ile yağların, proteinlerin, karbonhidratların sitrik asit döngüsü üzerinden metabolize olması bu koenzime veya vitamine gereksinim gösterir.

Biotin, bir seri karboksilasyon reaksiyonlarında enzimlerin prostetik grubu olarak görev yapar. (örneğin, sitrik asit döngüsünün oluşumu ve glukoneogenesiz için gerekli okzaloasetatı veren piruvat karboksilazın yapısına girer).

B vitaminleri

Hikmet Geçkil 23


26 Eylül 2007

Biotinin diğer bir kullanımı, onun hem proteinleri ve hem de nükleik asitleri işaretlemede kullanılmasıdır.

Biotin bu moleküllere kovalent olarak bağlanabilir. Bu şekilde biyotinlenmis problar hazırlanır ve bu

biyotinlenmis hibridlerin tayini enzimatik veya kimyasal ışıldama (kemoluminesans) ile yapılabilir.

Belirleyici ajan olarak avidin (yumurta akından elde edilen bir glikoprotein) veya streptavidin (bakterilerden) kullanılır.

Bunların her ikisi de biotine kuvvetlice bağlanır.

B vitaminleri

Hikmet Geçkil 24


26 Eylül 2007

Folik asit tetrahidrofolat redüktaz enzimi ile tetrahidrofolata indirgenerek tek karbon metabolizmasında görev yapar.

Çeşitli tek karbonlu tetrahidrofolat türevleri biyosentetik reaksiyonlarda kullanılırlar (örneğin, kolin, serin, glisin, pürinlerin sentezi).

Folik asit eksikliğinin en önemli sonucu DNA sentezinin inhibisyonudur.

Pürin ve pirimidinlerin sentezinde rol alır.

Hikmet Geçkil 25


26 Eylül 2007

Kobalamin (B12 vitamini) pirol halkasında bir kobalt atomu taşır.

Bu vitamin eksikliği pernisiyöz anemi’ye neden olur (kırmızı kan hücrelerinin olgunlaşamaması ve nörolojik fonksiyon bozukluğu).

Tek karbon metabolizmasında önemli bir vitamindir.

B vitaminleri

Hikmet Geçkil 26


26 Eylül 2007

C vitamini (askorbik asit) glukoza oldukça benzeyen 6 karbonlu bir moleküldür.

Bu vitaminin esas önemli biyolojik fonksiyonu vücuttaki bazı önemli hidroksilasyon reaksiyonlarında redükleyici ajan olarak hareket etmesidir.

Bu vitamin olmadan protokollojenin yapısına giren lizin ve prolinin hidroksilasyonu gerçekleşmez.

Bu olmadan da protokollojen normal kollojen fibrillerini yapamaz.

İskorbüt hastalığına neden olur (diş eti rahatsızlığı ve mukoz membran oluşumu)

C vitamini

Hikmet Geçkil 27


26 Eylül 2007

Dolayısı ile C vitamini normal bağ dokusunun oluşması ve yaralanmaların iyileşmesi için gerekli bir faktördür.

Kollojenin oluşumundaki bu rolünden dolayı, vitamin C eksikliği kemik oluşumu bozukluğundan (kemiğin organik matriksi de kollojen içerir) kılcal damar kırılganlığına kadar (kollojen bu damarların dışını çevreler) bir çok malfonksiyona neden olur.

Sigaranın bu vitaminin serumdaki seviyesinin düşmesine neden olduğu kanıtlanmıştır.

Ayrıca bu vitamin iyi bir antioksidan ve antionkojenik (antikanser) maddedir.

C vitaminleri

Hikmet Geçkil 28


26 Eylül 2007

Koenzimler transfer ettikleri gruba göre sınıflandırılabilirler.

Hidrojenden (H) başka grupları transfer edenlere CoA, tiamin pirofosfat, biotin, lipoik asit örnek verilebilirken,

H transfer eden koenzimlere NAD, NADP, FMN, FAD, CoA ve lipoik asit örnektir.

Ko-enzimler

Hikmet Geçkil 29


26 Eylül 2007

Koenzim Reaksiyonu Vitamin kaynağı Biositin Karboksilasyon Biotin CoA Açil transferi Pantotenat Flavinler Oksidasyon-redüksiyon Riboflavin Lipoik asit Açil transferi - NAD(P) Oksidasyon-redüksiyon Niasin Piridoksal fosfat Amino grup trans. Piridoksin Tetrahidrofolat Bir karbonlu grup Folik asit transferi TPP Aldehit transferi Tiamin

Ko-enzimler

Hikmet Geçkil 30


26 Eylül 2007

Son olarak kalsiyum ve magnezyum da önemli makrominerallerdir ve metal kofaktörlerdir.

Vücutta en çok bulunan mineral kalsiyumdur ve büyük kısmı kemiklerde bulunur.

Bir çok enzim aktivitesi için, hormonal cevaplar ve kan pıhtılaşması için gerekli bir elementtir.

Ayrıca kas kasılmasında önemli fonksiyonu vardır.

Hikmet Geçkil 31


26 Eylül 2007

Science

Biyokimya: Vitaminler, mineraller, koenzimler