ANTĐOKSĐDAN SAVUNMA SĐSTEMLERĐ

Biyolojik sistemler, ROS oluşumunu ve ROS kaynaklı hasarı önlemek için

"antioksidan savunma sistemleri" olarak da bilinen bazı korunma mekanizmaları geliştirmişlerdir. Antioksidanlar endojen ve ekzojen kaynaklı olup, oksidan moleküllerin neden olduğu hasarı, hem hücre içi hem de hücre dışı savunmayla etkisiz hale getirirler (30).

2.4.1. Süperoksit Dismutaz (E.C.1.15.1.1)

Süperoksit dismutaz (SOD); iki O2˙ radikalinin, O2 ve H2O2’ye dismutasyonunu katalizleyen, O2˙ ve sekonder ROS oluşumuna karşı savunmada ilk ve en önemli basamakta fonksiyon gören antioksidan bir enzimdir (20,31).

O2 ˙+ O2˙ O2 + H2O2

2H⁺

Şimdiye kadar tanımlanmış üç izoenzimi bulunmaktadır (32).

• SOD 1 (CuZn-SOD): Katalitik merkezinde Cu ve Zn atomlarını içerir, hücrede sitozol ve nükleusta bulunur.

• SOD 2 (Mn-SOD): Kofaktör olarak manganezi kullanır ve mitokondride yer alır.

• SOD 3: Ekstraselüler süperoksit dismutaz (EC-SOD) olarak adlandırılır.

SOD

13 2.4.1.1. Ekstraselüler Süperoksit Dismutaz

Đlk olarak 1982’de tanımlanmış olup; plazma, lenf ve sinoviyal sıvılarda yüksek konsantrasyonda bulunduğu tespit edildiğinden, EC-SOD olarak adlandırılmıştır (33).

Biyokimyasal ve moleküler özellikleri: Çoğu türde, birbirine disülfit köprüsüyle bağlı iki dimerden oluşan bir tetramer olarak bulunur. Her alt ünitesinde enzimatik aktivite için gerekli bir Zn ve bir de Cu atomu içerir. Propeptid olarak sentezlenen 240 amino asit içeren her alt üniteden, 18 amino asit (sinyal peptid)’in ayrılmasıyla matür protein oluşur. Matür bir proteinin alt ünitesinde üç fonksiyonel bölge bulunmaktadır (Şekil 6) (31,34).

1-Glikozilasyon bölgesi: Enzimin çözünürlüğüne katkıda bulunur.

2-Aktif bölge

3-Heparin bağlayan bölge: C-terminalde üç lizin ve altı arjinin olmak üzere pozitif yüklü dokuz amino asit içerir.

NH2 Şekil 6. EC-SOD’un Yapısı

Doku dağılımı türler arasında farklılık göstermekle birlikte ekstraselüler sıvılar dışında genellikle vasküler duvar, akciğer ve böbrekte yüksek konsantrasyonda bulunur.

Dokularda esas olarak hücre yüzeyine ve ekstraselüler matriksteki heparan sülfat proteoglikanlarına bağlanır. Vasküler duvarda düz kas hücreleri tarafından üretilen EC-SOD’un, dolaşımdaki konsantrasyonu oldukça az olmakla birlikte, plazma ile doku düzeyi arasında bir denge söz konusudur (34). Enzim, heparin/heparan sülfat proteoglikanlarına bağlanma ilgisi yönünden farklılık gösterir. Tip A, B ve C olmak üzere tanımlanan üç tipten en yüksek bağlanma özelliğine sahip olan tip C’dir. Bu tipin tüm alt üniteleri heparin bağlama bölgesine sahiptir (31,32).

Heparinin intravenöz enjeksiyonunun, EC-SOD’un endotel hücrelerinden ayrılmasına ve plazma konsantrasyonunun artmasına neden olduğu belirtilmektedir (31).

EC-SOD polimorfizmi: Japon, Đsveç ve Avusturalya popülasyonunun % 3-6’sında plazma EC-SOD konsantrasyonunun yüksek olması, enzimin heparin bağlayan bölgesinin 213. pozisyonunda bulunan arjininin glisinle yer değiştirmesi sonucu oluşan polimorfizme bağlanmıştır (32). Bu polimorfizm, EC-SOD’un tripsin benzeri

COOH

14

proteinazlara duyarlılığını azaltmakta ve endotel yüzeyine bağlanmasını bozmaktadır.

Bu polimorfizme sahip olup hemodiyalize giren diyabetik hastalarda, kardiyovasküler ve serebrovasküler hastalık riskinin arttığı gösterilmiştir (34).

2.4.1.2. Diyabet ve Ekstraselüler Süperoksit Dismutaz

Yüksek kan glukoz konsantrasyonu, EC-SOD’un heparin bağlayan bölgesinin glikasyonuna ve enzimin heparan sülfat proteoglikanlarına bağlanma yeteneğinin azalmasına neden olur. Bu durum arter duvarında, EC-SOD konsantrasyonunun azalması ve dolaşımda glike SOD düzeyinin artmasıyla sonuçlanır (Şekil 7) (31).

Şekil 7. Diyabette EC-SOD Glikasyonunun Sonuçları 2.4.2. Paraoksonaz 1

Đnsanlarda, 7. kromozomun uzun kolunda q 21.3 ile q 22.1 bölgesinde lokalize birbirine komşu üç ayrı paraoksonaz (PON) geni bulunmaktadır. PON proteinlerinin amino asit sekansları arasında % 60 benzerlik olduğu bildirilmektedir (35). Hem arilesteraz (E.C.3.1.1.2) hem de PON (arildialkil fosfataz; organofosfat hidrolaz;

paraokson hidrolaz; E.C.3.1.8.1) aktivitesine sahip bir ester hidrolaz olan PON1;

karaciğer, böbrek, kalp, ince bağırsak ve plazmada bulunmaktadır (35,36).

Kimyasal yapısı: PON1; 43 kDa ağırlığında, 354 amino asitten oluşan bir glikoproteindir. Ağırlığının % 15.8’ini oluşturan karbohidrat üniteleri 4 farklı konumda proteine bağlı olarak bulunur. Lösin içeriği yüksek olup; 42, 284 ve 353.

pozisyonlarda yer alan sistein artıkları PON1’in yapısal ve fonksiyonel özelliklerine katkıda bulunur (36,37). Protein yapısındaki tek disülfid bağı (Cys 42-353) polipeptid zincirinin siklik yapıda olmasını sağlar (Şekil 8) (37).

DĐYABET ^DĐYABET

Endotel

Düz kas hücreleri

15 Şekil 8. Paraoksonazın Yapısı

Karaciğerde sentezlenen ve dolaşıma verilen PON1’in yüksek dansiteli lipoprotein (HDL) yapısında yer aldığı bilinmektedir. Hidrofobik N-terminal bölgesi aracılığıyla HDL lipidlerine kolayca bağlanabilmekte; PON1’i bağlayan HDL alt birimleri, apolipoprotein A1 (apo A1) ve apo J’yi içerdiğinden, bağlanmada bu apolipoproteinlerin de rol oynadığı düşünülmektedir (38).

Fonksiyonları: PON1’in en iyi bilinen fonksiyonu; insektisid olarak kullanılan organofosfatları, sinir gazlarını ve aromatik karboksilik asit esterlerini hidroliz etme yeteneğidir (39). Organofosfatlardan paratiyonun aktif metaboliti olan paraokson (o,o-dietil-o-p-nitrofenil fosfat), sinaps ve nöromüsküler kavşakta bulunan kolinesterazları (psödokolinesteraz, asetilkolinesteraz) irreversibl olarak inhibe eder. Dolaşıma giren organofosfatların nörotoksik etkisi, paraoksonun PON1 ile hidrolizi sonucu engellenebilmektedir (40). Enzime adını da veren paraokson, PON1 aktivite tayininde sıklıkla kullanılmaktadır (41).

PON1’in ikinci önemli fonksiyonu, HDL ve düşük dansiteli lipoprotein (LDL)’in oksidasyonunu engelleyerek antioksidan özellik göstermesidir. Bu etkisini lipoprotein yapılarında oluşan (fosfo)lipid peroksitleri ve kolesteril linoleat hidroperoksitleri hidroliz ederek gerçekleştirir. Ayrıca peroksidaz aktivitesine de sahip olduğu bilinmekte ve yapısında 284. pozisyonda bulunan sisteinin LDL’yi oksidasyona karşı korumada önemli olduğu ifade edilmektedir (40,42).

HDL’nin oksidasyonu; periferal dokulardan karaciğere kolesterol taşıma fonksiyonunda (ters kolesterol taşıma) bozulmaya neden olmaktadır. LDL’yi

Lizin

16

oksidasyona karşı koruyan PON1’in aynı zamanda HDL oksidasyonunu da önleyici etkisi, ters kolesterol taşıma fonksiyonunun devamı açısından önemlidir (42).

PON1, endotel fonksiyonları üzerine koruyucu etkiye sahiptir. Semptomatik periferal arter hastalığı olan olgularda, düşük PON1 aktivitesinin endotel disfonksiyonu ile ilişkili olduğu bildirilmiştir. Yine bu hastalarda düşük PON1 aktivitesinin, HDL’nin LDL oksidasyonunu önleme yeteneğini azalttığı ve sonuçta yüksek okside LDL (oxLDL) düzeylerinin, NO’yu azaltarak endotel bağımlı relaksasyonun bozulmasına neden olduğu belirtilmektedir (43).

Tip 2 diyabet ve metabolik sendromda, C-reaktif protein (CRP) ve serum amiloid A (SAA) gibi enflamatuvar belirteçlerin artışı, HDL yapısında değişikliklere neden olmaktadır (Şekil 9) (44). Bu akut faz reaktanları HDL’nin antioksidan enzimleri PON1 ve platelet aktive edici faktör asetil hidrolaz (PAF-AH ) ile yer değiştirmekte ve sonuçta HDL yapısında SAA içeriği artarken; apo A1, PON1, PAF-AH azalmaktadır.

HDL, LDL’yi oksidasyona karşı korumada yetersiz kalmakta ve ateroprotektif özelliğini kaybederek proenflamatuvar bir moleküle dönüşmektedir (44,45).

Şekil 9. Tip 2 Diyabette HDL’nin Antioksidan Fonksiyonunun Kaybı

HDL yapısında meydana gelen değişiklikler, PON1’in bu lipoproteine bağlanma afinitesi ve stabilitesini etkileyebilir (35). Akut enflamatuvar olay nedeniyle PON1 aktivitesinde görülen akut düşüş LDL oksidasyonunu şiddetlendirir (40).

PON1 polimorfizmi: mRNA yapısında 55. pozisyonda metiyonin (M) veya lösin (L);

192. pozisyonda ise glutamin (Q) veya arjinin (R) bulunması sık görülen iki

17

192. pozisyonda arjinin bulunan homozigot bireylerde paraoksona karşı hidrolitik aktivitenin yüksek, glutamin bulunan homozigotlarda ise bu aktivitenin düşük olduğu belirlenmiştir (39). LDL’yi oksidasyona karşı koruma (peroksidaz aktivitesi) yönünden PON1’in Q izoziminin R’ye göre daha etkin olduğu belirtilmektedir (40).