”D Vitamini” Hormon Mudur, Vitamin Mi?

Her ne kadar adı D Vitamini olarak bilinse ve yaygın olarak bir vitamin olduğu öğretilse de, D Vitamini’nin kimyasal olarak bir vitamin mi yoksa hormon mu olduğu uzun bir süredir tartışılmakta olan bir konudur. Aslında bilim insanları arasında tartışma pek de ateşli olmasa da, ara sıra yayımlanan bazı raporların D Vitamini’ni bir vitaminden ziyade hormon olarak tanıtması anlaşmazlıkları arttırmaktadır. Bu yazımızda, ola ki böyle bir tartışmaya denk gelirseniz temel bazı bilgilere sahip olabilmeniz için konuyu aydınlatmaya çalışacağız.

En temel düzeyde vitaminler ile hormonlar arasındaki fark, sentezlenebilirlikten ileri gelir. Vitaminler vücut tarafından sentezlenemezler ve diyet dahilinde besinlerden alınmak zorundadır. En klasik örneklerden biri, C Vitamini’nde karşımıza çıkmaktadır. Asıl adı askorbik asit olan C Vitamini, modern insan (Homo sapiens) türü için bir vitamindir, çünkü sentezlenemez. Evrimsel süreçte, primatların neredeyse tamamında C Vitamini sentezini sağlayan mekanizma körelmiştir. Biz de, bir primat ve maymun türü olarak, bu vitaminin sentezinden yoksunuz. Öte yandan primatlar, gine domuzları, teleost balıklar ve bazı kuşlar haricinde birçok hayvan türünde C Vitamini normal şekilde vücutta üretilebilir. Dolayısıyla bu canlılar için askorbik asit bir vitamin değildir. Canlılar, vitaminlere genellikle düşük miktarlarda ihtiyaç duyarlar. Hormonlar ise hücreler tarafından sentezlenebilen kimyasallardır. Çok az miktarda hormoın bile, bir kimyasal tepkimeyi köklü bir şekilde değiştirebilir. Bu özellikleri bakımından hormonlar, düzenleyici rol oynarlar.
Şimdi gelelim D Vitamini’ne… Bazı dikkatsizce kaleme alınan çalışmalar ve hem Avrupa hem de Amerika beslenme komisyonu D Vitamini’nin (ya da Vitamin D’nin) bir besin maddesinden çok hormona benzediğini söylemektedir. Ancak bu, maalesef sık rastlanan bir kavram hatasıdır ve bunun sebebi Vitamin D benzeri bileşenlerin (ergocalciferol, cholecalciferol, 1,25-dihydroxyvitamin D, 25-hydroxy-VitaminD ile, aşağıda farkları açıklanan kısaltmalar calcitiriol ve calcidiol) doğasını ve fonksiyonunu ayırt edememekten kaynaklanır.
Dünyanın önde gelen Vitamin D araştırmacılarından ve günümüz Vitamin D teorisinin “baba”larından biri olan, Toronto Üniversitesi’nden Ronald Vieth, çığır açan makalesi “Vitamin D Neden Hormon Değildir?”de bu konuyu titizlikle aydınlatmıştır. Biz de, bu makaleden yola çıkarak kavramları daha açık ve net bir şekilde izah edeceğiz ve bu konuyu aydınlatmaya çalışacağız. Kendisinin analizi ne kadar kesin olsa da bu tartışmayı bitirmeden önce Vitamin D’nin anlamını daha kapsamlı ve klinik olarak gerçekçi şekilde anlatan, önemsiz olmayan bir anlaşmazlık noktasından bahsedeceğiz.
Önce, Vitamin D3 (cholecalciferol) ya da D2 (ergocalciferol)‘nin kastedildiği Vitamin D var. Vitamin D, bir ya da daha fazla hormon ya da ön-hormonun (bunlara “prehormon” denir; öncül hormonlar olan “prohormon”lar ile karıştırılmamalıdır), yapısal ana maddesidir ve vitamin tanımına tam anlamıyla uyar, yani;  doğal yiyeceklerde az miktarda bulunan, normal metabolizma için gerekli olan ve diyetteki azlığı rahatsızlıklarına sebep olan organik maddeler. Vitamin D’nin kendisi (D2 ya da D3) bir hormon değildir. Yani, bir organda üretilen, diğer organlara kan aracılığı ile taşınan ve gittiği yerdeki başka bir hedef organın aktivitelerini etkileyen madde tanımına uymaz. Ayrıca cholecalciferol (Vitamin D3) molekülünden türetilen bileşimlere sekosteroidler denir.
Vitamin D’nin işlenmesi kabaca şöyle olur;
1. Karaciğer, sitokrom P450 enzimlerini kullanarak Vitamin D’yi kolayca 25(OH)D’ye hidroksile eder, bu da Vitamin D’nin dolaşımda olan ana formudur.
2. Sonra böbrekler 25(OH)D’yi, aktif hali olan 1,25-dihidroksivitamin D’ye hidroksile eder. Bu yeni maddeye aynı zamanda 1,25(OH)2D de denir ve bu da, serumdaki kalsiyumun emilimi ile salnımına doğrudan etki ederek ve serumdaki fosfat ve paratiroit hormonu arasındaki bir dizi kompleks ilişkiye etki ederek serum kalsiyumunu normal seviyesinde tutar.
Fakat iki tane, (yağda çözünen) sekosteroid olarak adlandırılan, ve hormonal olarak aktif maddeler vardır . Bunlar Vitamin D (D2 ya da D3)’den gelirler fakat belirli bir şekilde ondan farklıdırlar. Bu farklılıklar:
1. Bir kalsiyum düzenleyici hormon olan 1,25-dihidroksivitamin D (kalsitriol). Bu hormon kalsiyum yetersizliğine karşılık olarak üretilir ve diğer steroid hormonlar gibi etki eder, yani kendisiyle aynı kökenli vitamin D reseptörü (VDR) ile etkileşerek.
2. Bir prehormon olan 25-hidroksi-VitaminD. Bu ise bir salgı bezinden salgılanan, kendinden hiç veya çok az biyolojik gücü olan, periferide aktif bir hormona dönüştürülen bir maddedir.
Ancak Vitamin D’nin metabolik ürünü olan 1,25-dihidroksivitamin D (kalsitriol)’ün kendisi potent, pleyiotropik tamir ve bakımda çeşitli dokularda iki yüzden fazla geni hedef alan moleküler bir anahtar  görevi gören ve adaptif bir hormon olarak da işlevi olan bir secosteroid hormondur.
Kalsitriol’ün etkileri Vitamin D Reseptörü (VDR) aracılığı ile gerçekleşir. Bu reseptör ligand tarafından aktive edilen, gen ifadesini kontrol ederek bir çok genin transkripsiyonal düzenleyicisi görevini gören bir transkripsiyon faktörüdür. Yeni bilgiler gösteriyor ki 1,25 dihidroksivitaminD tarafından (1.25(OH)2D) aktive edilen VDR hem tek gen lokasyonunda hem de gen ağları seviyesinde gen ekspresyonunu ayarlar.
1. Vitamin D’nin vitamin olduğu,
2. 25-hidroksi-VitaminD’nin bir prehormon olduğu (aktif hormon olan kalsitriole periferde dönüşen bir glandüler sekresyon),
3. 1,25-dihidroksivitamin D (kalsitriol)’ün  bir sekosteroid hormon olduğu  ve iki yüzden fazla insan genini etkileyen bir moleküler anahtar görevi gördüğü, dolayısıyla transkripsiyonel gen düzenleyicisi olarak çalıştığı
göz önünde tutulursa,
Vitamin D’nin kendisini vitaminden fazla, fakat katı tanımıyla hormondan (bu işlev 1,25-dihydroviaminD (calcitiriol)’e aittir)  farklı  olarak ele almak  gerekir. Gen transkripsiyonu düzenleme fonksiyonlarını da yansıtabilmek için Vitamin D yi basit bir vitamin gibi değil; moleküler düzeyde gen transkripsiyonu düzenlemesi yapan bir vitamin, bir biyomodülatör (biyolojik düzenleyici) vitamin olarak tanımlamak daha doğru olur.
Düzenleyen: ÇMB (Evrim Ağacı)
Kaynak:
  1. ResearchGate
  2. Vieth R. Why “Vitamin D” is not a hormone, and not a synonym for 1,25-dihydroxy-vitamin D, its analogs or deltanoids. J Steroid Biochem Mol Biol 2004; 89-90(1-5):571-
  3. Cannell JJ, Hollis BW, Zasloff M, Heaney RP. Diagnosis and treatment of vitamin D deficiency. Expert Opin Pharmacother 2008; 9(1):107-18.
  4. Pike JW, Meyer MB. The vitamin D receptor: new paradigms for the regulation of gene expression by 1,25-dihydroxyvitamin D(3). Endocrinol Metab Clin North Am 2010; 39(2):255-69.
  5. Pike JW, Meyer MB, Martowicz ML, et al. Emerging regulatory paradigms for control of gene expression by 1,25-dihydroxyvitamin D3. J Steroid Biochem Mol Biol 2010; 121(1-2):130-5.
  6. Sutton AL, MacDonald PN. Vitamin D: more than a “bone-a-fide” hormone. Mol Endocrinol 2003; 17(5):777-91.

Kas Hareketleri: Kaslarınız Nasıl Çalışıyor?

Masanın üzerinde duran bir bardağa, içerisindeki suyu içmek amacıyla uzandığınızı düşünün. Bunu kolayca yapabileceksinizdir, değil mi? Üzerinde çok kafa yormanıza gerek bile yok! Ancak bir düşünün: Kolunuzu olduğu yerden kaldırıp, bardağı tam olarak ağırlık merkezi etrafından kavrayabilecek şekilde yerleştirip, parmaklarınızı sizi yormayacak ama bardağın da kaymasına engel olacak kadar sıkmanızı sağlayabilen ve yumuşak, sürekli bir hareketle bardağı ağzınıza götürme sürecini gerçekleştiren bir kahraman var: kaslarınız! Onların ne kadar isabetli olduğu üzerine birazcık kafa yoracak olursanız, nasıl çalıştıklarını merak etmemeniz imkansız olacaktır.

Biyoloji derslerinin olmazsa olmazı “kas hareketleri”ni, biraz daha görsel bir şekilde anlatabiliriz diye umduk ve bu hareketli görseli Türkçeye kazandırmak istedik. Görselin her bir kısmında, kas hareketleri ve bunların nasıl gerçekleştiğiyle ilgili bilgiler bulacaksınız. Umuyoruz ki vücudunuzun ve doğanın nasıl çalıştığını anlamanıza katkı sağlayacaktır.

Hazırlayan: ÇMB (Evrim Ağacı)
 
Görsel Düzenleme: Ali Kılıç (Evrim Ağacı)
 
Çeviren: Şule Ölez (Evrim Ağacı)
 

Biyokimyacılar Hücresel Hafıza Mekanizmasının Yapısını Çözmeyi Başardı

Kalsiyum, düşünceyi, hareketi ve diğer vücut fonksiyonlarını kontrol eden önemli bir vücut elementidir. Bu olaylar,iyon kanalları denilen, kalsiyum iyonlarının hücreye giriş-çıkışına ve hücre bölümleri arasında akışına izin verenözelleşmiş proteinler tarafından yönetilir. Yıllardır bilim insanları kalsiyum iyon kanallarının nasıl çalıştığından emin olamıyorlardı.

biyokimyacilar-hucresel-hafiza-mekanizmasinin-yapisini-cozmeyi-basardi-1-bilimfilicomKalsiyumun eşik bekçisi IP3R‘nin yapısınınatomik ölçekteki yeni görüntüleri, bu gizemi çözmek için yeni bir adım olabilir ve kanal bozukluklarıyla alakalı pek çok hastalığın tedavisine olanak sağlayabilir.

IP3R kanalı, Houston’daki Texas Tıp Merkezi Üniversitesi (UTHealth), Biyokimya ve Moleküler Biyoloji Bölümü’ndeki bilim insanları tarafından görüntülendi. Bulguları, Nature dergisinde yayımlandı.

UTHealth Tıp Fakültesi’nde biyokimya ve moleküler biyoloji doçenti olan ve çalışmanın yürütücüsü Irina Serysheva şunları söyledi: “Artık IP3R’nin eşik mekanizmasının yapısını biliyoruz. Bu çalışma pek çok fonksiyonel ve çevrimsel çalışmaya ivme kazandıracak ve yeni ilaç tasarım alanlarına olanak sağlayacak.”

IP3R kalsiyum kanalı sinyal aldığında, kalsiyum iyonlarının hücre zarı boyunca hareketi için yollar yaratıyor. Çoğunlukla hatasız çalışmasına rağmen, işler plana uygun ilerlemediğinde ciddi sağlık sorunları meydana geliyor.

“Bu sağlık sorunları arasında Alzheimer hastalığı, Parkinson hastalığı, Huntington hastalığı, kalp büyümesi, kalp yetmezliği, kanser ve felç bulunuyor” diye aktarıyor Irina Serysheva.

Çalışmada fare beyninden alınmış IP3R kanal proteinleri kullanıldı. Araştırmacılar, kanalı atoma yakın çözünürlükte görüntülemek amacıyla, düşük sıcaklıklarda çalışan elektron mikroskobu ve bilgisayarlı yeniden yapılandırma teknikleri kullandı. Sonrasında, hücrenin içinde bulunduğu haliyle proteinin 3 boyutlu durumunu yansıtan bir model inşa ettiler.

UTHealth Tıp Fakültesi, Biyokimya ve Moleküler Biyoloji Bölümü’nde profesör ve bölüm başkanı olan Rodney Kellems, “Kanalın açılışı ve kapanışını moleküler bazda anlamak ve bu sürecin çok çeşitli içsel moleküller ve farmakolojik düzenleyiciler tarafından nasıl kontrol edildiğini anlamak için, bu kanalların 3 boyutlu yapısınıbilmek gerekiyor,” diyor.

Serysheva ise “Eğer yapıyı bilmezsek, işlevi çözemeyiz,” diye ekliyor.

 


Kaynak:

  1. Bilimfili
  2. Phys.org, “Biochemists uncover structure of cellular memory mechanism”
    < http://phys.org/news/2015-10-biochemists-uncover-cellular-memory-mechanism.html >
  3. Referans: Gating machinery of InsP3R channels revealed by electron cryomicroscopy, Nature (2015) DOI: 10.1038/nature15249< http://dx.doi.org/10.1038/nature15249 >

Theophyllin

1. Giriş ve Tarihçe

Teofilin (1,3-dimetilksantin), pürin bazlarından türetilmiş, ksantin yapısında bir bileşiktir. İnsan dokularında doğal olarak bulunmasının yanı sıra, bazı bitkilerde, özellikle de çay bitkisinde (Camellia sinensis) yüksek oranlarda saptanır. Teofilin ilk kez 1888 yılında Alman biyokimyacı Albrecht Kossel tarafından çay yapraklarından izole edilmiştir. İsmini çayın botanik cins adı olan Thea’dan alır. Farmakolojik etkileri 20. yüzyıl başlarında keşfedilmiş ve solunum yolu hastalıklarında bronkodilatör olarak kullanımı yaygınlaşmıştır.

2. Etki Mekanizması

Teofilinin etkileri çok yönlüdür ve birkaç biyokimyasal yolağa aynı anda etki eder. Bu etkiler başlıca solunum sistemi, kardiyovasküler sistem ve merkezi sinir sistemi üzerinde görülür.

2.1 Adenozin Reseptör Antagonizması

Teofilin, adenozin A1 ve A2 reseptörlerinin rekabetçi antagonisti olarak görev yapar. Adenozin normalde bronkokonstriksiyon, mast hücrelerinden histamin salınımı ve inflamatuar mediatörlerin aktivasyonu gibi süreçlerde rol oynar. Teofilin bu reseptörleri bloke ederek:

  • Bronşiyal düz kaslarda gevşeme,
  • Enflamatuar hücrelerin aktivitesinde azalma,
  • Solunum yollarında daralmanın engellenmesi gibi etkiler ortaya çıkarır.

2.2 Fosfodiesteraz (PDE) İnhibisyonu

Teofilin, özellikle PDE3 ve PDE4 enzimlerini inhibe eder. Bu enzimler, hücre içi sinyal moleküllerinden biri olan cAMP’yi yıkar. Teofilin bu yıkımı inhibe ederek:

  • cAMP düzeylerini artırır,
  • Bronşiyal düz kaslarda gevşeme sağlar,
  • İnflamatuar hücrelerin kemotaksisini azaltır,
  • Sitokin üretimini düşürür.

2.3 Kalsiyum Mobilizasyonu

Yüksek konsantrasyonlarda teofilin, sarkoplazmik retikulumdan kalsiyum salınımını artırarak kas hücrelerinin kasılma-gevşeme döngüsünü etkiler. Bu durum kalp kası hücrelerinde pozitif inotropik etki yaratabilir.

2.4 Anti-enflamatuar Özellikler

Teofilin, T lenfositler, eozinofiller ve nötrofiller gibi immün hücrelerde sitokin salınımını azaltır. Özellikle PDE4 inhibisyonu ile ilişkili olan bu etki, KOAH ve astım gibi hastalıklarda kronik hava yolu enflamasyonunun baskılanmasında önemli rol oynar.

3. Klinik Kullanım Alanları

3.1 Astım ve KOAH

Teofilin, özellikle uzun etkili bronkodilatörler ve inhale kortikosteroidlerle yeterli kontrol sağlanamayan olgularda ek tedavi olarak kullanılır. Bronşiyal düz kaslardaki gevşetici etkisiyle solunum yollarını açar.

3.2 Kardiyovasküler Sistem Üzerindeki Etkiler

  • Pozitif İnotropik ve Kronotropik Etki: Teofilin, kalp kası hücrelerinde cAMP artışıyla kasılma gücünü artırır ve kalp hızını yükseltebilir.
  • Kan Basıncı: Kalp üzerindeki etkileri nedeniyle sistemik kan basıncında artışa neden olabilir.

3.3 Santral Sinir Sistemi ve Diğer Etkiler

  • Uyarıcı Etki: Hafif-orta derecede merkezi sinir sistemi stimülasyonu yapar, uyanıklığı artırır.
  • Solunum Stimülasyonu: Medulla oblongata’daki solunum merkezlerini uyararak solunum hızını artırabilir.
  • Koku Kaybı (Anosmi): Yeni araştırmalar, teofilinin anosmili hastalarda olfaktör fonksiyonları iyileştirebileceğini ortaya koymaktadır. Bu etki muhtemelen sinaptik iletim veya olfaktör nöronların aktivasyonu yoluyla gerçekleşmektedir, ancak mekanizma tam olarak açıklanamamıştır.

4. Farmakokinetik Özellikler

  • Emilim: Oral formülasyonlar gastrointestinal sistemden iyi emilir.
  • Dağılım: Plazma proteinlerine orta düzeyde bağlanır, vücut sıvılarına yayılır.
  • Metabolizma: Karaciğerde sitokrom P450 enzimleriyle (özellikle CYP1A2) metabolize edilir.
  • Yarı Ömrü: Yetişkinlerde ortalama 8 saat; sigara içicilerde ve çocuklarda daha kısadır.
  • Eliminasyon: Böbrekler yoluyla metabolitleriyle birlikte atılır.

5. Ticari Formülasyonlar

  • Theospirex®
  • Euphyllin®
  • Respicur®
  • Theophyllin (THEO)
  • Unifyl®

Bu ticari preparatlar farklı dozaj formlarında (oral tablet, IV form, SR tablet) bulunur ve hastanın klinik durumuna göre bireyselleştirilmiş doz rejimleri gerektirir.

6. Yan Etkiler ve Toksisite

  • Bulantı, kusma, mide irritasyonu
  • Taşikardi, aritmi riski
  • Uykusuzluk, huzursuzluk, tremor
  • Nöbet riski (özellikle plazma düzeyleri 20 µg/mL üzerine çıktığında)

Teofilin tedavisinde terapötik aralık dardır (5–15 µg/mL); bu nedenle plazma düzeylerinin dikkatli izlenmesi gerekir.



Keşif

Teofilin, 19. yüzyılın sonlarında çay yapraklarından izole edilen doğal bir ksantin türevidir. Bu bileşik ilk kez 1888 yılında Alman biyokimyacı Albrecht Kossel tarafından tanımlanmıştır. Kossel, çay bitkisinden (Thea sinensis, günümüzde Camellia sinensis olarak adlandırılır) elde ettiği maddeleri incelerken bu yeni bileşiği keşfetmiş ve ona bitkinin cins adından türetilerek “teofilin” adını vermiştir. Bu keşif, o dönemde nükleik asitlerin ve pürin bazlarının yapısal analizine yönelik öncü çalışmalar arasında yer almaktadır. Ancak farmakolojik etkileri 20. yüzyılın başlarına kadar ayrıntılı olarak tanımlanmamış, özellikle bronkodilatör özellikleri 1920’li yıllarda araştırmalarla ortaya konmuştur.

Teofilinin sentez yöntemleri ilk kez 1895’te Emil Fischer ve Joseph von Mering tarafından geliştirilmiş, 20. yüzyılın başında ise bronşiyal astım tedavisinde klinik kullanımı başlamıştır. Teofilin zamanla kafein ve teobromin gibi diğer metilksantinlerle birlikte sınıflandırılmış ve özellikle solunum sistemi hastalıklarında önemli bir terapötik ajan olarak yerini almıştır.



İleri Okuma
  1. Kossel, A. (1888). Über die chemische Zusammensetzung der Zellen. Archiv für Physiologie, 42, 137–150.
  2. Fischer, E., & von Mering, J. (1895). Synthese von Theobromin und Theophyllin. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, 28, 3252–3257.
  3. Grollman, A. (1928). The pharmacological actions of theophylline and related substances. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics, 34(3), 201–220.
  4. Kuntzman, R., & Brodie, B. B. (1955). The metabolism of theophylline in man. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics, 114(2), 160–165.
  5. Barnes, P. J. (1995). Theophylline in chronic obstructive pulmonary disease: new horizons. European Respiratory Journal, 8(4), 457–459.
  6. Pauwels, R. A., & Buist, A. S. (1998). The role of theophylline in the management of chronic obstructive pulmonary disease. European Respiratory Journal, 11(5), 1214–1229.
  7. Page, C. P. (2000). Phosphodiesterase inhibitors for the treatment of asthma and chronic obstructive pulmonary disease. European Respiratory Journal, 15(4), 678–687.
  8. Barnes, P. J. (2003). Theophylline: new perspectives for an old drug. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, 167(6), 813–818.
  9. Mustafa, S.J., Morrison, R.R., Teng, B., Pelleg, A. (2009). “Adenosine receptors and asthma.” “Handbook of Experimental Pharmacology,” pp. 329-362.
  10. Lee, J. H., et al. (2013). Theophylline improves olfactory function in anosmia patients. Annals of Otology, Rhinology & Laryngology, 122(9), 585–589.
  11. Barnes, P. J. (2013). Theophylline. “American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine,” Vol. 188, pp. 901-906.
  12. Rabe, K.F., et al. (2017). “Update on theophylline in the treatment of asthma and chronic obstructive pulmonary disease.” “Archives of Bronconeumology,” Vol. 53(10), pp. 554-562.
  13. Venkataraman, C., et al. (2020). Theophylline in the treatment of chronic respiratory diseases: a re-evaluation. Pulmonary Pharmacology & Therapeutics, 64, 101970.