Su Molekülü ve Tıbbi Önemi

HÜCRE İÇİ SU BİLDİĞİMİZ SUDAN FARKLIDIR

Su, hayatın kendisidir.  Su, çok çeşitli biyolojik süreçleri düzenler, hatta yönetir. Yönetici molekül olarak suyun önemi inkar edilemez. Yaşamın aktif bir üyesi olan su, yaşayan ve canlı hücrelerin yapısal organizasyonunun ayrılmaz bir parçasıdır. Bilinen tüm yaşam formlarının içinde yani her yerde su bulunur. Susuz hayat olmaz. Szent-Győrgi, suyu “yaşamın matrisi” olarak adlandırdı ve onsuz yaşamın olmadığını iddia etti. Örneğin, Su, hücre içinde

1. bir hücrenin içindeki protein katlanmasını,
2. enzim kataliz reaksiyonlarını,
3. hücre zarlarının yapımını ve
4. substrat tanınması gibi birçok biyolojik etkileşimlere aracılık eder.

Hücre hacmi esas olarak su içeriği ve hücre zarı boyunca su taşınmasıyla belirlenir. Hücre suyu çıkışı, hücre içi makromoleküllerin konsantrasyonunu veya yoğunluğunu artırır ve bu da hücre sertliğinde artış, protein katlanmasında değişiklikler, protein taşınması, kromatin yoğunlaşması ve kök hücre farklılaşması dahil olmak üzere mekanik değişiklikler açısından önemli sonuçlar doğurur. Optimum hücre içi ve hücre dışı su konsantrasyonu hücrenin fiziksel, kimyasal ve biyolojik sağlığı için gereklidir.  Su miktarındaki dalgalanmalar ve eksiklikler protein sentezi, DNA tamiri, enzimlerin görev yapması gibi çok sayıda canlılık faaliyeti için elzemdir.

(Kaynak Bireysel canlı hücrelerdeki suyun yapısının araştırılması 2024 https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11190263/)

Szent-Győrgi  https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5754758/

Suyun Özel Yapısı

Su çok özel bir moleküldür. Diğer sıvılardan ayrılır. H—O—H açısının 104,5° olduğu özel bir tetrahedral düzenlemeye sahiptir.

Bir su molekülü, diğer su molekülleriyle dört hidrojen bağı oluşturabilir ve yaklaşık olarak tetrahedral bir yapı oluşturabilir. Hidrojen bağları, uyumlu hidrojen bağı yeniden düzenlemeleri yoluyla sürekli olarak oluşmakta ve kırılmaktadır. Hücre biyolojisinde su, bir seyirci olmaktan ziyade aktif bir bileşen olarak kabul edilebilir.

Suyun çeşitli ortamlardaki davranışı, kimyasal sistemlerin işleyişine önemli bir katkıda bulunur. Biyolojide su, hücrelerde bulunur ve burada zarları ve büyük biyomolekülleri nemlendirir.

Jeolojide, arayüz suyu molekülleri iyon adsorpsiyonunu ve mineral çözünmesini kontrol edebilir. Gömülü su molekülleri zeolitlerin yapısını değiştirebilir.

Kimyada su, örneğin iyon değişim reçine sistemlerinde, sıklıkla arayüzlerle temas halinde olan önemli bir polar çözücüdür.

Kaynak https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3151308/  2013  Suyun Arayüzler, Moleküller ve İyonlarla Etkileşiminin Dinamikleri

Hücre İçinde 3 Tür Su

Genel olarak, proteinlerin etrafındaki su üç kategoriye ayrılabilir:

1) BULK WATER protein molekülünü van der Waals temasından daha büyük bir ayrımla çevreleyen yığın suyu, Gıdalarda meyve sebzelerde bulunan su.

2) BOUND WATER proteinin içindeki boşluklarda yüklü veya polar protein atomlarıyla hidrojen bağları oluşturan ayrı ayrı bağlı su, Gıdalarda meyve sebzelerde bulunan su. Bu su çözücü olarak kullanılmaz.

3) HYDRATION WATER proteinle doğrudan etkileşime giren protein yüzeyindeki hidrasyon suyu. Su molekülleri, seçiciliği artırmak veya birden fazla substratın tanınmasını sağlamak için bir protein ve bir substrat arasındaki etkileşimleri aracılık edebilir.

Üç kategorinin farklı işlevleri vardır. Yığın suyu serbestçe hareket edebilir, çözeltide rastgele hareket ederek diğer etkileşen moleküllere göre protein difüzyonuna yardımcı olur. Hidrasyon suyu, proteini çözeltide tutmak için protein yüzeyi etrafında su ağları oluşturur. Ayrı ayrı bağlı suyun, protein yapısını stabilize eden birden fazla teması vardır. Örneğin, ayrı ayrı bağlı su, trombin ve tripsin içindeki boşlukları stabilize eder ve proteinler ile ligandları arasındaki temasları aracılık eder.

Biyolojik Su: biyolojik suyu, sulu kütlenin özelliklerinden farklı özelliklere sahip bir biyomolekülün yani protein, DNA veya RNA veya bir hücre zarının parçası etrafındaki herhangi bir su olarak tanımlarız. Yani hücre içi su.

Kaynak https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC2768875/ Proteinlerdeki hidrasyon suyu ve yığın suyu

Hücre ölümünde ve yaşlılıkta su: Doğal fizyolojik hücre ölümü (apoptozis), K + iyon kaybıyla hücre büzülmesini içerirken, kazara hücre ölümü (nekroz), su kazanımıyla şişmeye neden olur ve sonunda hücre lizisine yol açar. Hücre su miktarının değişmesi hücrenin kaderini değiştirir. Yani bazen su düşman olabilir.

Vücudun ana bileşeni olan su, hücre dışı ve hücre içi bölmelerde dağılır. Bu bölmeler arasındaki su değişimi esas olarak ozmotik basınç tarafından yönetilir. Hücre dışı su ozmolaritesi yaşamla uyumlu olması için çok dar sınırlar içinde kalmalıdır. Yaşlı yetişkinler susuzluk hissini ve idrarı yoğunlaştırma yeteneğini kaybeder ve bu da hücre dışı ozmolaritenin hiperosmotik stresin artmasına neden olur. Bu durum, hücre içi protein yapısı ve işlevi için ciddi sonuçlara sahip olan ve en sonunda hücre hasarına ve hücre ölümüne yol açan hücre dehidratasyonuna yol açar. Dahası, suyun hücre hacmini belirlemesi metabolik bir sinyal olarak etki edebilir; hücre şişmesi SU ALMASI anabolik bir sinyal, hücre büzülmesi SU KAYBI ise katabolik bir sinyal olarak etki edebilir. Yaşlanma ayrıca kas kütlesinde ve gücünde ilerleyici bir kayba yol açar. Kas gücü, fonksiyonel kapasitenin ana belirleyicisidir ve yaşlı insanlarda kas miktarından daha çok kas kalitesine bağlıdır. Yağsız kütledeki hücre içi su içeriği kas gücü, işlevsel kapasite ve zayıflık riskiyle ilişkilendirilmiştir ve kas kalitesi ve hücre hidrasyonunun bir göstergesi olarak önerilmiştir. Bu nedenle yaş aldıkça hücre içi ve hücre dışı su oranları hayati öneme sahiptir. Uzun yaşam için hücreleri susuz kurak bırakmamak gerekiyor.

Yaşlılarda dehidratasyonun nedenleri çoktur ancak esas olarak azalmış susama hissi ve dolayısıyla su alımı ve idrarı konsantre etme yeteneğinin azalmasıyla ilişkilidir. Hücrelerin susuz kalması ölüm riskini arttırır.

Suyun sağlığımızdaki rolleri

Su ne yapar nerede görev alır?

SU BESİNDİR

Su, vücutta temel olarak metabolik, taşıma, yapısal ve sıcaklık kontrol rolleri oynadığı için yaşam için olmazsa olmaz bir besindir. Yaşlanma, dehidratasyon ve hiperosmotik stres süreciyle karakterizedir; bu da zamanla, iltihaplanmanın tetiklenmesine, hücrenin su kaybederek büzülmesine, hücre içi protein yapısı ve işlevinde hasara neden olur

POSTACI GÖREVİ

Bir taşıma fonksiyonu. Dolaşan kanımız, besinler, hormonlar, oksijen, metabolitler gibi vücuttaki farklı organlar ve sistemler arasında değiş tokuş edilmesini sağlayan taşıma sistemidir; böbrekler tarafından kanın filtrelenmesi ise metabolizmanın atık ürünlerini idrar yoluyla ortadan kaldırır. Su olmazsa nehir yatakları kurur, hücreler atık molekülleri içinde boğulur.

METABOLİZMA VE BEYİN SAĞLIĞI

Metabolik faaliyetler için bir ortam oluşturur. Su, tüm biyokimyasal metabolizma reaksiyonlarının meydana geldiği ortamdır. Su, farklı metabolik reaksiyonlarda çözücü ve reaktif olarak görev yapar, moleküllerin tanınmasını sağlar, proteinlerin içi ve dışı arasında bir iletişim kanalı görevi görür ve enzimlerin hareketliliğini veya esnekliğini artırarak reaksiyonların meydana gelmesi için gerekli olan enzimatik saldırıyı kolaylaştırır. Beynimiz %80 oranında sudan oluşur ve bu su, fizyolojik ve patofizyolojik süreçler sırasında sürekli olarak farklı bölmeler ve hücre tipleri arasında kaydırılır. Beyin suyu homeostazındaki bozukluklar, beyin ödemi ve hidrosefali gibi patolojilerde görülür ve bu patolojilerde sıvı birikimi yüksek intrakraniyal basınca yol açar. Beyin hücrelerinin susuz kalması Alzheimer gibi nörodejeneratif hastalıklarla ilişkili olabilmektedir. Çünkü hücre içi atıklar tam olarak uzaklaşmamaktadır. Bu arada vücuttaki her doku, işlevine bağlı olarak farklı bir su yüzdesine sahiptir. Örneğin, akciğerler yaklaşık %80 su, kaslar ve böbrekler yaklaşık %80, beyin ve kalp yaklaşık %75 su ve kemikler yaklaşık %25 sudur. Yağ dokusunun su yüzdesi %10-40 kas dokusundan %80 önemli ölçüde daha düşüktür.

KLİMA GÖREVİ

Su, sabit bir vücut sıcaklığını sağlar.  Su ısının cilde hızlı bir şekilde dağıtılmasını ve iletilmesini sağlayan yüksek bir termal iletkenliğe sahiptir.  Su, ısıyı emerek, vücudun sıvı bölmeleri arasında dağıtarak ve terin buharlaşması yoluyla ciltten uzaklaştırarak vücut sıcaklığını çok dar bir aralıkta tutar. Homeostatik dengeyi korur. Dengenin ve oranların bozulması birçok hastalıkla ilişkilidir. Örneğin, Diz osteoartriti olan hastalarda hücre dışı-hücre içi su oranları fonksiyonel engellilik düzeyleriyle ilişkilidir. Hücre içi sıvının azalması dolayısıyla hücre dışı/hücre içi su oranının artması daha fazla fonksiyonel sakatlık seviyeleriyle ilişkilidir.

HÜCRE YAŞAMI VE ÖLÜMÜ

Yukarıda bahsettiğimiz proteinlere bağlı su, hücre hacmini belirler ve bu da hücresel performans ve hücre çoğalmasının veya apoptotik hücre ölümünün düzenlenmesi gibi fizyolojik mekanizmaları etkiler. Susuz bırakılmış deney hayvanları üzerinde yapılan çalışmalar, kas ve cildin su kaybeden ilk ve ana organlar olduğunu ve böylece karaciğer ve beyin gibi diğer hayati organları koruduğunu göstermektedir. Bu nedenle, susuzluk esas olarak kası etkiler ve su kaybı kasın hem mekanik hem de metabolik işlevleri üzerinde önemli etkilere sahip olabilir. Kas dokumuz, glikoz metabolizmasının çoğundan sorumludur ve insülin direncinin gelişmesinde ve tip 2 diabetes mellitus tedavisinde önemli bir rol oynar. Bu nedenle yaş aldıkça su konusuna daha çok dikkat etmemiz gerekecektir.

ÇÖZÜCÜ PARÇALAYICI VE KÖTÜ UYKU

Su ağızda tükürük yoluyla, gözlerde gözyaşları yoluyla ve eklemlerde sinovyal sıvı yoluyla bir yağlayıcı nemlendirici görevi görür, mukoza zarının temizlenmesini korur ve destekler ve dokulara esneklik ve elastikiyet katarak yaralanmaları ve kırıkları önler. Su, iyonlar, proteinler ve diğer moleküller gibi farklı çözünenlerin çözüldüğü insan vücudundaki çözücüdür. Bu çözünen maddelerin konsantrasyonları hücre içi ve hücre dışı boşluklar arasında farklıdır ve küçük bir değişim aralığında tutulmalıdır. Kirli bir çevre suyun bu özelliğini sekteye uğratabilir. Hava kirleticilerine maruz kalma, kirli bir hava ortamı, vücut su dağılımını, yani hücre içi su ve hücre dışı su dengesini etkileyebilir ve böylece uyku bozukluğu endeksleri kötüleşir.  Kronik hava kirleticilerine maruz kalma, hava yolu mukozası iltihabını ve ozmotik basınç değişikliklerini tetikleyerek, üst hava yollarının iltihabına ve ödeme yol açarak vücut su dağılım dengesini değiştirir ve uyku bozukluğu endekslerini artırır.

HİDROTERAPİ- ( Suda Egzersiz )

Uyku demişken burada fibromiyaljiden bahsedebiliriz. Fibromiyalji sendromu, yaygın kas-iskelet ağrısı, kronik yorgunluk ve dinlendirici olmayan uyku gibi semptomlarla karakterize kronik bir sendromdur.  Klinik ve patolojik olarak heterojen bir sendrom olarak kabul edilebilir, bu nedenle bireyselleştirilmiş ve hastaya göre uyarlanmış tedavi gerektirir.  Fibromiyalji, genel popülasyonda ve ayaktan romatoloji pratiğinde görülen en yaygın rahatsızlıklardan biridir. Son yıllarda ağrı yönetiminde su terapisi önerilmektedir. Su terapisi, ağrısı olan hastalarının yönetimi için farmakolojik olmayan bir tedavi yaklaşımı olarak önerilebilir, ağrıyı, yorgunluğu ve yaşam kalitesini iyileştirebilir; bu tedavi edici etkiler, kaplıca ve su egzersizin neden olduğu fizyolojik değişikliklerle elde edilir. Artritli hastalar için balneoterapi (hidroterapi veya spa terapisi) en eski terapi biçimlerinden biridir. Balneoterapinin amaçlarından biri ağrıyı dindirmek ve sonuç olarak hastaların acısını hafifletmek ve kendilerini iyi hissetmelerini sağlamaktır. Mineral veya termal suya el ve ayakları daldırmanın veya çamur uygulamasının romatizmadaki acıyı hafifletme mekanizmaları tam olarak anlaşılmamış olsa da net fayda muhtemelen mekanik, termal ve kimyasal etkilerin en belirgin olduğu faktörlerin bir kombinasyonunun sonucudur. Hastalığın derecesine ve süresine göre de tedavinin etkinliği değişkendir.

SU HÜCRE ZARINDAN NASIL TAŞINIR?

Su, hücre zarından kolaylaştırılmış difüzyonla, yani taşıma için enerji gerektirmeyen aquaporinler (AQP) adı verilen bir transmembran protein ailesi tarafından yönlendirilerek geçer. AQP’ler, hücre dışı ve hücre içi boşluklar arasındaki su akışlarını düzenler ve hücre hacmini kontrol etmede önemli bir rol oynar. Vücudun farklı organlarında veya dokularında iş gören 13 farklı su taşıyıcı AQP proteini vardır.

HÜCRE İÇİ HÜCRE DIŞI SU

Hücre içi su?

Hücre içi su hücrenin içinde bulunur. Tüm hayati hücresel süreçlerin gerçekleşmesi için gerekli olan çözünmüş maddeler ve proteinler içerir. Hücre içi su toplam vücut suyunun yaklaşık %60’ına katkıda bulunurken kalan su hücre dışı sudur.

Ekstraselüler su?

Hücre dışı su hücrenin dışında bulunur. Hücre dışı su interstisyel sıvı denilen tüm hücrelere besin ve oksijen sağlarken atıkları temizleyen sıvıdır. Ayrıca tüm kan hücrelerinin taşındığı kanın sıvı kısmı kan plazması ve vücut eklemlerini yağlayan transselüler sıvı hücre dışı sıvının bölümleridir.

Hücre içi sıvının hücre dışına oranı 3/2 olması ideal olsa da vücut su hacmi iklim, tuz alımı, hormon seviyeleri, karbonhidrat alımı, fiziksel aktivite seviyesi ve alkol ve kafein gibi belirli maddelerden etkilenir. Hücre içi hücre dışı oranının dengesinin bozulması iltihaplanma lehine bozulabilir. Japon bilim adamlarının çalışmasına göre Ekstraselüler su/toplam vücut suyu oranı, kadınlarda sarkopeni tanısı için biyoelektrik empedans analizinde önemli bir karıştırıcı faktör olarak literatüre girmiştir. Araştırmacılara göre Kas kütlesini tek başına değerlendirmek, yaşlanmanın kas kompozisyonu üzerindeki etkilerini yakalamak için yeterli olmayabilir ve ekstraselüler su/toplam vücut suyu oranını değerlendirmek sarkopeniyi teşhis etmek için çok önemli olabilir.

Diğer kaynaklar

1. Su Hakkında Her Şey https://chem.libretexts.org/Courses/University_of_Arkansas_Cossatot/UAC%3A_Chem_1024/M2%3A_All_About_Water
2. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5754758/ suyun yapısı
3. Düşman su hücre ölümü https://water.lsbu.ac.uk/water/intracellular_water.html#:~:text=Intracellular%20water%20is%20the%20water,including%20proteins%20and%20nucleic%20acids.&text=This%20water%20has%20severely%20moderated,and%20biological%20activity%20%5B4176%5D.
4. Kas gücü yaşlılık su https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6723611/
5. Suyun görevleri yaşlılık   https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6723611/
6. Diz romatizması https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33486595/
7. Kötü uyku https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10632889/
8. Ağrı su terapi https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6613198/
9. Ekstraselüler su/toplam vücut suyu oranı https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38479942/