1. GĐRĐŞ ve LĐTERATÜR ÖZETĐ
1.5. Bitkilerde Lipit Peroksidasyonu
Tuzlu topraklar ürün verimini oldukça azaltır. Verimdeki düşüş bitki büyümesinin inhibisyonuyla, lipit metabolizmasındaki değişikliklerle ve yeni proteinlerin senteziyle ilişkilidir. Membran lipitleri seçici geçirgenliğin, akışkanlığın ve membran bağlı enzimlerin aktivitelerinin düzenlenmesinde temel rol oynarlar. Pek çok bitkide lipid
değişimleri (strerol, fosfolipid ve gilikolipid) tuz stresinin bir sonucu olarak görülür (Elkahoui ve ark., 2004).
Biyolojik membranların temel yapısı protein ve lipitlerden oluşur. Protein miktarı membranın görev ve fonksiyonlarına göre artış gösterir. Membran lipitleri genellikle amfipatik moleküllerdir yani hem hidrofobik hem de hidrofilik bölgeler içererek su moleküllerinden uzaklaşır veya polar bölgeler su ile birleşir (Hallıwell ve Gutterıdge, 1998).
Yağ asitleri membran gliserolipitlerinin temel bileşenlerindendir. Biyolojik membranlardaki yağ asitlerinin çoğu bir veya çoklu çift zincirli doymamış yağ asitleridir. Membran lipitlerinin fizyolojik özellikleri yağ asidinin yapısındaki çift bağın sayısına bağlıdır. Doymamış yağ asitleri tek bağları çift bağa dönüştüren yağ asiti desatürazlar ile doymuş yağ asitlerinden sentezlenir (Sakamoto ve Murata, 2002).
Membran yüzeylerindeki hidrofobik lipitler iyonların ve büyük moleküllerin geçişine bir bariyer olarak davranır. Membran bütünlüğü ve integral membran proteinlerinin fonksiyonları membran yapısı ve akışkanlığı ile sürdürülür. Tuza hassas bitkiler genellikle 18:3 seviyesinde azalış gösterirler. Toleranslı bitkilerde ise ω-3 desatürazın aşırı ifadesiyle doymamış yağ asidi oranı düzenlenerek 18:3’de artış meydana gelir (Upchurch, 2008).
Akıcı mozaik zar modeline göre bir biyolojik membran, protein ve lipit merkezli çift boyutlu yapıdır. Lipit bilayer tüm hücre ve organel membranlarının temel yapısını teşkil eder. Hücre membranları dinamik, akıcı ve moleküllerinin çoğu membranda hareket halindedir. Akışkanlık membranın kolay hareketi sağlar. Biyolojik membranların akışkanlık özelliği hücrenin birçok fonksiyonundan bağımsızdır. Hatta membran akışkanlığında küçük değişiklikler fonksiyon bozukluklarına ve patolojik işlemlere neden olabilir. Akışkanlık özelliği genellikle lipit blayerin her iki tarafına yerleşmiş olan fosfolipit moleküllerindeki çoklu doymamış yağ asitlerinin (PUFA) varlığıyla belirlenir (Catala, 2009).
1.5.1. Peroksidasyon
Hücrelerde meydana gelen oksidatif stres nükleik asit, protein, karbohidratlar ve lipitler gibi biyomoleküllerde hasara neden olur. Bu hedefler arasında, lipitlerin peroksidasyonu biyolojik sistemlerde serbest radikal ürünlerin yayılmasına neden olur (Catala, 2009). Hücrelerin metabolik aktiviteleri ve çesitli çevresel stres etmenleri sonucunda oluşan serbest oksijen türleri (ROS); yağ asitlerinden bir proton çıkararak karbon merkezli organik alkil radikallerinin (R˙), (RCOO˙), (RO2˙) ve (RO˙) oluşmasına ve lipit peroksidasyonu zincir tepkimelerinin baslamasına neden olarak yapısal ve fizyolojik bazı değişimlere yol açmaktadır (Eryılmaz, 2007).
PUFA’lar yapılarında çift bağ bulundurduklarından okside olma eğilimindedirler (Hogg ve Kalyanaraman, 1999). Karbon atomları arasında çift bağın varlığı bu C atomlarını farklı atomlarla bağ yapma isteğini artırır bu da H˙’nin ayrılmasını sağlar. Bir biyolojik molekülden H atomunun ayrılması ardında eşleşmemiş elektron çifti bırakır (Halliwell ve Chirico, 1993). PUFA içeren membran lipitleri peroksidasyona karşı çok hassastır. Metilen ( ̶ CH2 ̶ ) grubundan yalnızca bir elektron içeren hidrojen atomunun ayrılması karbonda ( ̶ ˙CH ̶ ) eşleşmemiş elektron çifti bırakır.
PUFA’ların ˙OH ile başlangıç reaksiyonu lipit radikalinin (L˙) oluşmasına neden olur. Lipit radikali de moleküler oksijenle etkileşime girerek lipit peroksil radikalini (LOO˙) oluşturur. LOO˙, lipit hidroperoksit (LOOH) ve ikinci bir lipit radikali oluşturmak için komşu yağ asidinden hidrojeni çıkarabilir. Oluşan LOOH Fe⁺2 gibi indirgeyici metallerle indirgenir ve lipit alkoksil radikali (LO˙) oluşur. Hem alkoksil hemde peroksil radikalleri yeniden hidrojen atomlarının çıkarılmasıyla lipit peroksidasyon reaksiyon zincirini uyarır (Catala, 2009).
Lipid peroksidasyonu sırasında polar oksijen kısım (hidroperoksi kısım) çoklu doymamış yağ asitlerinin hidrofobik kuyruklarına sokulur. Bu işlemin iki sonucu vardır; 1- Hidroperoksi grup varlığında hidrofobik lipid/lipid ve lipid/protein etkileşimleri bozulur. Bu durum biyomembranlarda ve lipoproteinlerde yapısal değişime neden olur.
2- Hidroperoksi lipidler diğer membran ve/veya lipoprotein bileşenlerde ikincil modifikasyonları indükleyen serbest radikal oluşumunun kaynağıdır (Doğan, 2005).
Şekil 1.5. Lipit Peroksidasyonu (Gutteridge, 1995)
Lipit peroksidasyonu membran bütünlüğüne zarar verir, akışkanlık ve seçici geçirgenliğin değişmesine, iyon taşınımının ve metabolik işlemlerin inhibisyonuna sebep olur. Lipit peroksidasyonuyla meydana gelen mitokondri hasarı yeniden ROS üretimine neden olur. LOOH indirgeyici metallerin veya askorbatın varlığında aldehit ürünlerinin yeniden aktivasyonu için kırılabilir. Lipit peroksidasyonu sonucunda lipid hidroperoksidler, lipid epoksidler, epoksi alkoller, malondialdehid (MDA), etan, pentan, , 4- hidroksi -2-nonenal (4-HNE), 4-hidroksi-2-heksanal (4-HHE) ve akrolein oluşur (Catala, 2009; Doğan, 2005). Biyolojik sistemlerde MDA üreten tek mekanizma lipid peroksidasyonudur. Malondialdehit lipid perokidasyonunun ana ürünü değildir,
ancak tipik parçalanma ürünüdür ve lipid peroksidasyonunun belirlenmesinde yaygın olarak kullanılır (Doğan, 2005).
Çoklu doymamış yağ asitlerine reaktif oksijen türlerinin saldırması sonucu zincirleme reaksiyonlar meydana gelir. Reaksiyonun başlaması için tetikleyici etmen olarak genellikle OH˙⁻ radikali kabul edilmektedir. Lipit peroksidasyonu; başlama, ilerleme, yıkım ve sonlanma olmak üzere dört aşamada oluşmaktadır (Eryılmaz, 2007).
1.5.2. Lipit Peroksidasyonu Başlama Evresi
OH˙⁻ radikalinin, yağ asitinin (LH) metilen kısmından bir hidrojen atomunu (H) koparmasıyla bir lipit radikali (L˙) meydana gelmektedir.
OH˙⁻ + LH H2O + L˙ (1.15)
O2˙ ise bazı linoleik, linolenik ve araşidonik yağ asitlerinden H˙’ ni ayırır.
̶ CH2̶ + O2˙ ̶ ĊH ̶ + H2O (1.16)
1.5.3. Lipit Peroksidasyonu Đlerleme Evresi
Karbon merkezli lipit radikaline moleküler oksijenin hızla bağlanmasıyla lipit peroksil radikali (LOO˙) oluşmaktadır.
L˙ + O2 LOO˙ (1.17)
Lipit peroksil radikal başka bir lipit molekülünden bir hidrojen atomu ayırarak lipit peroksit meydana gelmektedir (Abuja ve Albertini, 2001).
1.5.4. Lipit Peroksidasyonu Yıkım Evresi ve Oluşan Çeşitli Organik Radikaller
Tek elektron üzerinden yeniden yapılanma lipidin parçalanması ile sonuçlanarak çeşitli organik alkil radikalleri meydana gelmektedir.
1.5.4.1. Organik Peroksit Radikali (RCOO˙)
Organik peroksit radikalleri, lipitlerin yıkımında ortaya çıkan toksik ürünlerden biridir.
1.5.4.2. Peroksil Radikali (ROO˙)
Peroksil radikali, yeni bir lipit peroksidasyonunu tetikleyerek zincirleme tepkimelerin başlamasına neden olan oldukça toksik özelliklere sahip lipitlerin yıkım ürünüdür.
1.5.4.3. Alkoksil Radikali (RO˙)
Alkoksil radikalleri, peroksil radikalinden bir oksijen atomunun çıkması sonucunda oluşmaktadır. Lipit peroksidasyonu sonucunda ayrıca jasmonik asitler, alkoller, etan, etilen ve aldehitler gibi çesitli sekonder ara ürünler de oluşmaktadır. Bunlardan özellikle malondialdehit (MDA), çesitli mutajenik ve genotoksik etkileri ile en zehirli ürünlerden birisidir (Eryılmaz, 2007).
1.5.5. Lipit Peroksidasyonu Sonlanma Evresi
Bir radikal, protein ya da serbest radikal yakalama yeteneğindeki bileşik ile reaksiyon girmesi sonucu sonlanma meydana gelir ve stabil son ürün oluşur. Zincir reaksiyonu, askorbat (C vitamini) ve α-tokoferol (E vitamini) gibi antioksidanlar tarafından sonlandırılabilmektedir.
L˙ + Vit E LH + Vit E˙ (1.19)
Lipit peroksidasyonu kendisini tetikleyerek yeniden lipit radikalleri ve peroksitleri oluşturabilmektedir. Hidroperoksitlerin ve sekonder peroksidasyon ürünlerinin konsantrasyonları arttıkça plazma membranlarının akışkanlığı ve membran geçirgenliği değişmekte, membran potansiyeli azalarak, hücre dışındaki çeşitli iyon ve maddelerin hücre içine geçişi kolaylaşarak sonuçta hücrenin yapısında ve işlevlerinde çeşitli bozukluklar ortaya çıkmaktadır.
Lipit peroksidasyonu; çok tehlikeli bir zincir reaksiyonu olarak doğrudan membran yapısına, dolaylı olarak da reaktif aldehitler üretmek suretiyle diğer hücre bileşenlerine zarar vermektedir. Peroksidasyonla oluşan ve mutajenik, genotoksik, karsinojenik etkileri ortaya çıkarılan malondialdehit (MDA); membran kısımlarının çapraz bağlanmasına ve polimerizasyonuna yol açmaktadır. Bu durum, membranın yapısında deformasyona neden olarak iyon transportu, enzim aktivitesi ve hücre yüzey bileşenlerinin agregasyonu gibi önemli hücresel özelliklerin değişimine neden olmaktadır. Aktifleşmiş oksijen türlerinin membranlarada oluşturduğu hasar; bitki dokularında bozukluklar ortaya çıkmakta ve bitkinin direncine, stresin derecesine göre hücre ölümü meydana gelmektedir (Eryılmaz, 2007).
Lipit peroksidasyon ürünlerinin tamamı zararlı olmayıp, peroksidasyon ürünleri bitki dokularının yaralanmaya verdiği cevapta faydalı rol oynaya bilir. Hasarlı bitki dokularının lipid peroksit ürünleri ve karbonlu bileşikleri hasar yüzeyinde bulunan bakteri ve fungal sporları öldürmede bitkiye yardımcı olabilir (Gutteridge, 1995).