KALSİYUM, FOSFAT, MAGNEZYUM, KÜKÜRT

Prof.Dr.Hafize Uzun

BİYOELEMENTLER

Vücutta bulunan elementler günlük gereksinimlerine

göre makro elementler (>100 mg ) ve mikro

elementler (<100 mg ) olarak sınıflandırılabilir.

Vücut sıvı veya dokularında konsantrasyonları çok düşük

düzeylerde bulunan (mg/dL ve mg/kg) mikro elementler

eser elementler olarak da tanımlanmaktadır.

Mineraller

Sodyum (Na) Potasyum (K) Klor (Cl) Magnezyum (Mg) Kalsiyum (Ca) Fosfor (P) Bakır (Cu) Demir (Fe) Çinko (Zn) Kobalt (Co) Molibden (Mo)Manganez (Mn)

Kadmiyum (Cd) Lityum (Li) Selenyum (Se) Krom (Cr) Nikel (Ni)Vanadyum (V)Arsenik (As)Silisyum (Si)Bor (B)Kükürt (S) İyot (I) Flüor (F)

Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl, HCO3, HPO4

2 önemli elektrolitlerdir.

RDA - Recommended Dietary Allowance 

ELEKTROLİTLERİN FONKSİYONLARI Metabolik olayları etkilerler. Ozmotik basıncın düzenlenmesinde rol

oynarlar. Suyun vücut sıvı bölüklerine dağılımında etkili

olurlar. Asit-baz dengesinin düzenlenmesinde

etkindirler. Kalp ve kas işlevlerinin düzenlenmesinde rol

oynarlar. Oksidoredüksiyon olaylarının düzenlenmesine

katkıda bulunurlar. Enzimlerin kofaktörü olarak görev alırlar.

KALSİYUM (Ca) Kalsiyum vücutta en yüksek konsantrasyonda

bulunan katyondur. Sağlıklı bir erişkinin total vücut kalsiyumu

1200 g’dır. %99’u mineralize olmuş, kemiğin ve dişlerin

yapısında kristalize hidroksiapatit [Ca10(PO4)6(OH)2] ve az miktarda da amorf kalsiyum tuzları olarak bulunur.

Fetusun kıkırdak yapısında kollajen-proteoglikan çok, Ca3(P04)2 azdır.

Çocukluk çağında kollajen liflerinin arasına Ca3(P04)2 kristalleri yerleşmeye başlar.

Yaş ilerledikçe mineralizasyon artarak hidroksiapatit kristalleri oluşur.

Kemik dokusu dinamik ve iyi vaskülarize olmuş canlı bir yapıya sahiptir.

Ca2+ ve PO43- iyonları kemik ve kan arasında

gereksinime göre ve hormonal etkiyle geçiş yapabilmektedir.

Vücutta iskelet sistemi başta olmak üzere yumuşak dokularda ve hücre dışı sıvılarda bulunur.

İskelet sistemi, hücre içi ve hücre dışı sıvılara kalsiyum sağlayan ana depo olarak fonksiyon görmektedir.

Ca2+ plazmada;

1. İyonize (serbest):İyonize olan ve difüze olabilen Ca2+, total kan kalsiyumunun %50’sini oluşturur. Fizyolojik olarak aktif olan, paratiroid hormon ve kalsitriol tarafından konsantrasyonu düzenlenen fraksiyondur.

2.Proteine bağlı: Proteine bağlı Ca2+ total kan kalsiyumunun %40’ını oluşturur; bağlanmanın %80’i albümin, %20’si globülinler ile olur.

3. Kompleks: Küçük inorganik ve organik anyonlar (sitrat, bikarbonat, laktat ve fosfat) ile bağlanmış olan Ca2+, total kan kalsiyumunun %10’unu oluşturur.

Plazma total Ca2+ konsantrasyonu:

2.15-2.57 mmol/L veya 8.6-10.3 mg/dL’dir.

KALSİYUMUN FONKSİYONLARI Kemiklerin ve dişlerin oluşumunda yapı taşı

olarak yer alır. Kapiller damarların ve membranların

geçirgenliğini azaltır Normal kas kasılması için gereklidir Kanın pıhtılaşması için gereklidir Hormonal etkinliklerin başlatılmasında ikinci /

üçüncü haberci Sinir impulslarının naklinde etkindir. Lipaz, ATPaz, süksinat dehidrojenaz gibi bazı

enzimlerin aktivatörüdür

KALSİYUM BAĞLAYICI PROTEİNLER (CaBP) En önemli görevi değişen sitozolik Ca2+

konsantrasyonunu kontrol etmek olmasına rağmen, CaBP’lerin tüm fonksiyonları tam olarak bilinmemektedir.

CaBP’ler hücrede Ca2+ taşınımı ve tamponlanmasında rol oynar,

Ayrıca iyon kanallarının aktivitesini düzenleyerek Ca2+ girişinin kontrolünü sağlarlar.

Bu proteinlerin eksikliği birçok patolojik duruma yol açar.

Kalmodulin

Dört Ca2+ bağlama bölgesi bulunur. Ca2+ iyonunun başlıca hücre içi reseptörü olan kalmodulin çeşitli protein kinazların aktivitesini kontrol etmektedir.

Kalretisulin Eritrositler dışında her hücre tipinde bulunur

ve başlıca görevi hücreiçi ve endoplazmik retikulum(ER) Ca2+ konsantrasyonunu düzenlenmektir. ER’den salınacak proteinlerin kalite kontrolünde görev alan bir şaperondur. Ca2+ bağlama ilgisi(afinitesi) düşük, ancak bağlama kapasitesi yüksektir.

Kalsekestrin İskelet ve kalp kası sarkoplazmik

retikulumunda en sık rastlanan CaBP’dir. Bu protein elli kalsiyum bağlama bölgesi içerir. Kalsekestrinin yüksek depolama kapasitesi kasılma için gereken Ca2+ ’nın 20mM’a kadar depolanmasını sağlar.

S100 proteinS100 protein ailesi ortak kalsiyum bağlayıcı en az

yirmi bir farklı proteinden oluşur. Bu protein iki kalsiyum bağlama bölgesi içerir. S100 proteinleri farklı hedef proteinlerle etkileşimlere girerek, protein fosforilasyonu, immun cevap, büyüme, farklılaşma, hücre iskeleti hareketi, enzim aktivitesi, Ca homeostazisi gibi çeşitli fonksiyonlarda önemli rol oynar. Bu ailenin S100 diye isimlendirilmesinin sebebi, %100 doygun Amonyum Sülfat solusyonunda eritilebilir olmasıdır.

CA2+ METABOLİZMASI Besinlerle alınan kalsiyum ince bağırsaklar

boyunca hem aktif transportla, hem de pasif difüzyonla emilir.

Kolondan da az miktarda kalsiyum emilimi gerçekleşir.

Emilimin %60' dan fazlası ince bağırsağın üst kısımlarında, özellikle duodenumda gerçekleşir.

Kalsiyumun bağırsaklardan aktif transportla emilimini kalsitriol düzenler.

1,25-dihidroksikolekalsiferol ince bağırsaklardan kalsiyum emilimini arttırır.

Ayrıca kalsiyum emiliminde çeşitli besinsel faktörler de rol oynar. Laktoz ve diğer şekerler su absorpsiyonunu ve buna bağlı olarak kalsiyumun pasif difüzyonunu arttırırlar.

Lizin başta olmak üzere amino asitler ve proteinler kalsiyum emilimini arttırır.

Yüksek pH, kalsiyumla kompleks oluşturan oksalat, fitatlar, serbest yağ asitleri ve fosfat gibi bileşiklerin besinde fazla olması, ince bağırsaklardan geçis süresinin azalması ise kalsiyum emilimini azaltır.

Kalsiyum vücuttan feçes, idrar ve az miktarda ter ile atılır. Erişkinde 24 saatte yaklaşık 10g kalsiyum glomerüler filtrata geçer, 200mg idrara çıkar.

KALSİYUM METABOLİZMASI ÜÇ HORMON TARAFINDAN DÜZENLENİR.

Kalsitriol (1,25-Dihidroksikolekalsiferol): Kemikten kalsiyumu mobilize ederek kan kalsiyum düzeyini arttıran bir hormondur. Ayrıca bağırsaktan Ca2+ ve PO4

3- emilimini arttırır. Parathormon (PTH); Kan kalsiyum miktarını

arttırıcı bir etkiye sahiptir. 1,25-dihidroksikolekalsiferol sentezini uyarmak suretiyle dolaylı olarak kan kalsiyum düzeyini artırır ve kemikten kalsiyumu uzaklaştırır. Böbreklerden kalsiyum geri emilimini ve fosfor atılımını sağlar.

Kalsitonin: Kanda kalsiyum miktarını düşürücü ve kemiğe kalsiyum yerleştirici etkisi yardır.

Serum kalsiyum düzeyinin normalden yüksek olması hiperkalsemi

Serum kalsiyum düzeyinin normalden düşük olması hipokalsemi

olarak tanımlanır.

HİPERKALSEMİ NEDENLERİ Hiperparatiroidizm Karsinoma Multiple myelom Sarkoidoz. İdiyopatik hiperkalsemi Hipervitaminoz D

Plazmada kalsiyum %12-21mg’a kadar yükselebilir; > %13 mg ise nöromüsküler uyarıda azalma olur.

HİPOKALSEMİ NEDENLERİ

Hipoparatiroidizm Raşitizm (D3-vitamini eksikliği) Ailesel renal hipofosfatemik raşitizm (D3-vitaminine

karşı direnç vardır) Malabsorbsiyon Böbrek hastalığı Pseudohipoparatiroidizm

Plazma Ca2+ konsantrasyonu < %7 mg ise tetani görülür.

BESİNSEL KALSİYUM KAYNAKLARI

En çok süt ve süt grubu maddelerde bulunur.

Et, yumurta, kuru fasulye, fındık, ceviz, incir, lahana, turp, karnabahar, mercimek ve yeşil sebzelerde bol miktarda bulunmaktadır.

Günlük kalsiyum ihtiyacı çocukluk çağında hamilelik ve emzirme dönemlerinde artar.

Yaş <1 ise 360-540 mg/gün; 1-18 ise 800-1200mg/gün; >18 ise 800 mg/gün ; hamilelik ve emzirme. 1200 mg/gün’dür.

Kalsiyum eksikliğinde küçük çocuklarda raşitizm, erişkinde osteomalasi oluşur.

Osteoporoz ( kemikde organik matriks kaybı ve demineralizasyon) etiyolojisinde kalsiyum eksikliğinin önemli bir yeri vardır.

Optimum Ca/Pi oranı 2/1 ’dir.

FOSFOR (P) Fosfolipidler (lipoproteinler ve membranlar),

fosfoproteinler, nükleik asidler (DNA ve RNA), serbest nükleotidler (ATP, CTP, GTP,UTP; NAD,FAD,NADP) ve fosforillenmiş çeşitli metabolitlerin yapısında bulunur.

Kemik dokusunda bulunan [Ca10(PO4)6(OH)2] fosfat deposudur.

Sağlıklı bir erişkinde bulunan fosfatın (~ 1 kg ) %80’i Ca3(PO4)2 şeklindedir.

Fosfat; tersiyer fosfat ( PO43-); sekonder fosfat

( HPO42- ) ; primer fosfat ( H2PO4

1-) olarak bulunur ve inorganik fosfor- (Pi) olarak tanımlanır.

Pirofosfat ( P2O72- ) PPi şeklinde gösterilir.

Organik bileşiklerin yapılarında bulunan fosfor organik fosfor olarak tanımlanır.

HPO42-/H2PO4

1- idrarın tampon sistemidir.

Tersiyer –kalsiyum fosfat halinde kemik ve diş yapısında yer alır.

Fizyolojik olarak hücre içi ve dışında fonksiyon görür, ana deposu iskelet sistemidir.

Hücre dışı sıvıda inorganik fosfat şeklinde çoğunlukla primer fosfat (H2PO4

) ve sekonder fosfat (HPO42)

olarak bulunur.

İnorganik fosfor plazmada;

çocuklarda 4,5-6,5 mg/dl

erişkinlerde 3,0-4,5 mg/dl’dir.

İNORGANİK FOSFORUN FONKSİYONLARI

Kemik ve dişlerin oluşumunda kalsiyum ile birlikte rol alır

Kanın normal kalsiyum konsantrasyonunun korunmasında gereklidir

Nükleik asitlerin yapı taşlarındandır

FOSFAT METABOLİZMASI Fosfat iyonları jejunumdan emilir. Emilimini D

vitamini artırır. Fosfor metabolizması Ca metabolizması ile ilişkilidir. Diyetin Ca : Pi oranı bu minerallerin emilim ve

atılımlarını etkiler. Minerallerden birinin aşırı miktarda bulunması

durumunda diğerinin emilimi azalır. Her iki mineralin de emilimini artıran D vitamini

yeterli olduğunda emilim için optimal Ca : Pi oranı 1:1 dir.

Emilim büyüme hormonu tarafından da artırılır. Diyette kalsiyum az ve asit fazla ise emilim azalır.

Atılımının çoğu idrarla H2PO41-

ve HPO42-

şeklinde ve bir kısmı da feçesle olmaktadır. Glomerüler filtrasyona uğrayan fosfatın %85’-

90’ı böbrek tübülüslerinden reabsorbsiyona uğrar.

Bazı durumlarda fosfatlar Ca3(PO4)2 şeklinde idrar yollarında çökerek kum ve taşları oluştururlar.

Ayrıca idrar pH’ı alkalik olduğunda MgNH4PO4 (triple fosfat) kristallerine sıkça rastlanır.

Serum inorganik fosfor düzeyinin normalden yüksek olması hiperfosfatemi

Serum inorganik fosfor düzeyinin normalden düşük olması hipofosfatemi

olarak tanımlanır

HİPOFOSFATEMİ NEDENLERİ Oral veya intravenöz glukoz uygulanması, aşırı

beslenmeye bağlı olarak insülin salgılanması ve intrasellüler ortama fosfat girişi.

Solunumsal alkalozda intrasellüler pH’ın artması, glikolizin hızlanması ve intrasellüler ortama fosfat girişi .

Hiperparatiroidizm D-vitamin eksikliği ve raşitizm. Renal tübüler reaborbsiyon bozukluğu (DeToni-Fanconi

sendromu) Bağırsaklarda emilim bozukluğu (spru ve çöliyak

hastalığı ) Hipofosfatemide kas zafiyeti ve solunum bozukluğu

görülür.

HİPERFOSFATEMİ NEDENLERİ İlerlemiş böbrek hastalıkları. Hipoparatiroidizm. Fizyolojik büyüme devreleri. Akromegali. Pseuodohipoparatiroidizm. Hemoliz

Ağır böbrek hastalıklarında görülen asidozun başlıca sebebi fosfat retansiyonudur. Bu durumda yumuşak dokularda fosfat birikir ve hipokalsemi gelişir.

BESİNSEL FOSFAT KAYNAKLARI Vücudun fosfat ihtiyacı çeşitli besinlerle

kolayca sağlanır.

Özellikle süt ve süt grubu besinlerden kalsiyum fosfokazeinat şeklinde alınmaktadır.

MAGNEZYUM (Mg) Magnezyum insan vücudunda en yaygın dördüncü,

intrasellüler alanda potasyumdan sonra ikinci en önemli katyondur.

Erişkin sağlıklı bir kişinin vücudunda mevcut toplam Mg2+ miktarının %60’ı Mg3(PO4)2 şeklinde kemikde, %20’si iskelet kasında, %19’u diğer hücrelerde %1’i de ekstrasellüler sıvılarda bulunur.

Mg2+ ile Ca2+ birbirinin antagonistidir; proteinler ve membranlardaki bağlanma alanları için birbirleri ile

yarışırlar, membran permeabilitesi üzerine zıt etkilidirler .

Yeşil yapraklı bitkilerde fotosentez için gerekli olan klorofilde magnezyum-porfirin kompleksi halinde bulunur.

MAGNEZYUMUN FONKSİYONLARİ Enerji transferi, depolanımı ve kullanımı ile ilgili

enzimatik reaksiyonların katalizinden sorumludur. Hücre solunumu, glikoliz, kalsiyum ve sodyum

gibi diğer katyonların membrandan taşınmasında önemli bir kofaktördür.

Hücre içi kalsiyum iyon konsantrasyonunun dinlenme sırasında düşük tutulmasını sağlamaktadır.

Sinir impulslarının iletilmesinde gerekli olan asetil kolinin sentezinde ve yıkılmasında rol oynar

Kas-sinir uyarı denkleminin payda kısmında yer alır; sinir sisteminin aşırı duyarlılığını azaltır.

Plazmada %5 mg üzerinde magnezyum bulunması anestezi yapar .

%20 mg’lık düzeye ulaşırsa derin komaya yol açar.

Serum magnezyum düzeyinin normal değeri

1,7-3,0 mg/dL

Mg2+ METABOLİZMASI

Gıdalarla alınan Mg bileşikleri, midede HCl yardımı ile iyonlara ayrılır.

Alınan magnezyumun ~ %30’u emilir. Emilim ince bağırsaklardan olur. Besin maddesinin yüksek protein, (Ca2+) ve

D3 vitamini içeriği magnezyum emilimini etkiler.

Alkol magnezyumun emilimini azaltır. Başlıca atılım yolu böbreklerdir: aldosteron

atılımı ; PTH ise geri emilimini artırır. Ayrıca feçesle de atılım olmaktadır.

Serum magnezyum düzeyinin normalden yüksek olması hipermagnezemi olarak tanımlanır

Serum magnezyum düzeyinin normalden düşük olması hipomagnezemi olarak tanımlanır

HİPOMAGNEZEMİ NEDENLERİ Magnezyumsuz uzamış intravenöz beslenme Akut alkol intoksikasyonu, kronik alkolizm ve

alkolik siroz Kalsiyum, D3vitamini ve protein içeriği yüksek

beslenme Malabsorbsiyon Hiperaldosteronizm Uzun süreli hiperparatiroidizm Diyabet koması

Hipomagnezemide metabolik ve nöromüsküler bozukluklar görülür. Halsizlik, tremor, hiperirritabilite, tetani, konvülsiyonlar ve sıklıkla delirium, kardiyak aritmiler görülür.

HİPERMAGNEZEMİ NEDENLERİ

Böbrek yetersizliği, üremi Diyabetik asidoz Hipoaldosteronizm Dehidratasyon

Hipermagnezemide derin tendon refleksleri ve solunum azalır, uyku hali ve halsizlik görülür.

BESİNSEL MAGNEZYUM KAYNAKLARI Ceviz, fındık, kakao,yeşil yapraklı sebzeler,

soya fasulyesi, fasulye, bezelye, deniz börülcesi, deniz ürünleri, tahıllar magnezyum bakımından zengin besinlerdir.

Sert içme suları da yüksek konsantrasyonda Mg2+içerir.

Günlük ihtiyaç 180-480 mg arasında değişir.Klinik çalışmalar Mg2+ verilmesi ile Ca-oksalat

taşlarının oluşumunun engellenebildiğini, kan basıncının ve inme riskinin azaltılabildiğini göstermektedir.

KÜKÜRT (SÜLFÜR, S)

Kükürt, vücudun bütün hücrelerinde başlıca protein yapısında bulunur ve insanlar doğadaki kükürtlü bileşiklerden sadece proteinlerden yararlanırlar; sülfatlı bileşiklerden yararlanamazlar.

Proteinlerde metionin ve sistein amino asitlerinin yapısında; tiamin, biotin, lipoik asit, glutatyon, koenzim A, kondroitin sülfat, taurokolik asit gibi bileşiklerin yapısında bulunur

tiyo (HS), ditiyo (SS) ve metiltiyo (CH3S) şeklindeki organik kükürdün çoğu, karaciğerde inorganik sülfata oksitlenir.

İnorganik sülfatın bir kısmı kan dolaşımına geçerek idrarla atılır; bir kısmı da fenol, krezol, indoksil gibi maddeleri esterleştirerek zehirsizleştirmek için kullanılır.

Kükürdün fonksiyonları Kükürtlü biyomoleküllerin metabolizması sırasında

sülfat (SO42-) iyonunun oluşumu çok önemlidir.

Sülfit oksidaz, molibden içeren bir enzimdir. Prematüre bebeklerde ve enzimin konjenital eksikliğinde nörolojik bozukluklar ve ölüm görülür. Bunu nedeni organizma için toksik olan sülfitin birikimidir.

Sülfat iyonu, bilirubin, fenol, krezol gibi metabolitlerin detoksifikasyonunda görev alır. Bunun için aktif şekli olan 3’-fosfoadenozin-5’-fosfosülfat (PABS) dönüştürülmelidir. PABS, ayrıca mukopolisakkarit ve sülfolipidlerin sentezinde sülfat vericidir.

Transmetilasyon reaksiyonlarında önemli bir metil vericisi olan metyoninin metil grubunu aktarabilmesi için ATP ile reaksiyona girerek S-adenozilmetyonine (SAM)’a dönüşmesi gerekir.

Enzimlerin yapısında bulunan (örneğin piruvat dehidrojenaz ve yağ acil KoA sentaz enzim kompleksIeri) sisteinin spesifik sülfidril grupları, enzimlerin katalitik aktivitesinde önemli rol oynarlar.

Koenzim A ve S-asetil lipoik asit yüksek enerjili acil· tioester ara bileşiklerinin sentezinde kullanılan kükürtlü bileşiklerdir.

Bir tripeptid olan glutatyonunun (glisin-glutamat-sistein) yapısında kükürt vardır.

Safra tuzlarının konjugasyonunda rol alan taurin, sisteinden sentezlenen kükürtlü bir aminoasittir.

ETZ’de demir-sülfür bileşikleri halinde kükürt bulunur.

Metallotiyonein sisteince zengin bir proteindir, Cu Zn, Cd ve Hg gibi divalent katyonları bağlayarak toksik etki yapmalarını engeller.

Ergotiyonein; hayvan ve insanlarda imidazol halkası karbonuna –SH grubu eklenmesi ve alaninin trimetillenmesi ile oluşur.

Kükürdün metabolizması Besinlerle alınan sülfat bağırsaklardan çok az emilir. Bu

nedenle Mg SO4 laksatif olarak kullanılır. İdrarla kükürt, inorganik kükürt (sülfatlar); organik

bileşiklere konjüge sülfatlar (eteral kükürt) ve sistin, taurin, sülfosiyanür, sülfürler, tiyamin, biyotin ve lipoik asit gibi oksidayona uğramamış olan nötral kükürt bileşikleri şeklinde atılır.

İnorganik sülfatlar en yüksek oranda atılan kükürtlü bileşiklerdir ve atılım proteince fakir bir beslenmede çok azalır; konjüge sülfatların miktarları zehirleştirme işlemlerine bağlı olarak değişir; nötral kükürt bileşiklerinin atılımı ise diğerleri kadar değişkenlik göstermez.

Vücutta sülfit oluşumu ve sülfit oksidaz ile sülfata dönüşümü

TEŞEKKÜRLER...