Manyetik rezonansın fiziksel etkilerinden yola çıkılarak geliştirilen ve MR teknolojisinin prensiplerini terapötik amaçlarla kullanan MBST manyetik rezonans terapisi, bu alana ilgi duyanlar için detaylı bir açıklama sunmayı amaçlıyoruz. Bu bağlamda, MBST ile MRI arasındaki benzerlikleri ve farklılıkları net bir şekilde ortaya koyarak, her iki teknolojinin nasıl çalıştığını daha iyi anlamanızı sağlamayı hedefliyoruz.
MBST teknolojisi, vücuttaki hücresel metabolizmayı ve enerji üretim süreçlerini etkileyerek doku iyileşmesini ve fonksiyonel dengeyi destekler. İnsan vücudu, milyarlarca özelleşmiş hücreden oluşan karmaşık bir sistem olup, her hücre hayati fonksiyonları yerine getirerek organizmanın sağlıklı işleyişini sağlar. Hücrelerdeki metabolik süreçler, enerji üretimi ve hücre yenilenmesi gibi temel işlevlere sahiptir. Bu süreçlerin düzgün işleyebilmesi, vücutta dengeli bir fonksiyonel bütünlük için son derece önemlidir.
MBST, manyetik alanların hücresel seviyede etkili olmasını sağlayarak bu metabolik süreçleri aktive eder. Hücreler, enerjilerini ATP (adenosin trifosfat) molekülünden alır. ATP, hücrelerin enerji taşıyıcısı olarak görev yapar ve hücrelerin sağlıklı bir şekilde işlev görmesi için kritik öneme sahiptir. Bu enerji üretim süreçlerinin doğru bir şekilde işleyebilmesi için hücresel metabolizmanın dengeli bir şekilde yönetilmesi gerekmektedir.
MBST teknolojisi, vücuttaki hücre metabolizmasını etkileyerek ATP üretimini ve enerji dağılımını artırır. Özellikle kıkırdak ve kemik hücreleri gibi doku hücreleri üzerinde yoğunlaşarak, bu hücrelerin yenilenme süreçlerini hızlandırır. Kıkırdak hücrelerinde (kondrositler) ve kemik hücrelerinde (osteoblastlar, osteoklastlar) hücresel enerji üretiminin optimizasyonu, doku iyileşmesini hızlandırır ve vücutta ağrı, iltihaplanma gibi olumsuz durumların ortadan kaldırılmasına yardımcı olur.
MBST'nin etkisi, hücresel metabolizmanın dört temel yolunu etkileyerek daha verimli hale getirir. Anaerobik laktik asit metabolizması ve aerobik glikoliz gibi enerji üretim süreçleri, hücrelerin ATP üretimini arttırırken, aerobik lipoliz ve yağ asitlerinin dönüşümü gibi uzun süreli enerji depolama mekanizmalarını aktive eder. Bu etkileşimler, hücrelerin daha hızlı ve verimli bir şekilde enerji üretmesini sağlar ve doku onarımı süreçlerini hızlandırır.
Ayrıca, MBST teknolojisi, mitokondriyi ve Krebs Döngüsü'nü etkileyerek hücresel enerji üretim süreçlerini doğrudan iyileştirir. Mitokondriler, hücrelerin enerji santralleri olarak bilinir ve ATP üretimi için temel öneme sahiptir. MBST'nin bu süreçler üzerindeki etkisi, hücrelerin enerjiyi daha verimli bir şekilde üretmesini ve doku yenilenmesinin hızlanmasını sağlar.
Sonuç olarak, MBST teknolojisi, hücresel metabolizma üzerinde geniş kapsamlı etkiler yaratır. Hücrelerin ATP üretimini artırarak enerji metabolizmasını optimize eder ve bu sayede hücresel işlevlerin ve doku iyileşmesinin hızlanmasına yardımcı olur. Bu mekanizma, organizmanın genel sağlığını sürdürebilmesi ve çeşitli hastalıkların tedavi sürecinin iyileştirilmesi için kritik bir rol oynar.
İnsan vücudu, milyarlarca hücreden oluşan karmaşık bir yapıdır ve her hücre, vücudun sağlıklı bir şekilde işleyebilmesi için hayati öneme sahip olan farklı fonksiyonları yerine getirir. Hücreler, vücudun temel yapı taşı olup, her biri özelleşmiş görevler üstlenerek, biyolojik sistemlerin düzgün çalışmasını sağlar. Hücrelerin içindeki metabolik süreçler, enerji üretiminden, hücre yenilenmesine kadar birçok hayati işlevi gerçekleştirir. Bu süreçlerin düzgün işleyebilmesi, tüm vücut fonksiyonlarının sağlıklı bir şekilde devam etmesi için kritik öneme sahiptir.
Metabolizma, vücuda alınan besin maddelerinin enerjiye dönüşmesini sağlayan bir dizi biyokimyasal reaksiyonun toplamıdır. Bu dönüşüm süreci, vücudun hayatta kalabilmesi ve sağlıklı bir şekilde fonksiyonlarını sürdürebilmesi için gereklidir. Örneğin, şekerlerin vücutta oksijen yardımıyla parçalanarak enerjiye dönüştürülmesi, vücudun ihtiyaç duyduğu enerjiyi sağlamaya yardımcı olur. Ayrıca, metabolizma hücrelerin yapısal bütünlüğünü koruması, hayati molekülleri üretmesi ve vücuda enerji sağlaması için gerekli olan temel bir süreçtir.
Ancak bazen bu süreçte aksaklıklar meydana gelebilir. Hücre metabolizmasındaki bozukluklar, hastalıkların temel sebeplerinden biri olabilir. Hasar görmüş hücreler, yeterli enerjiyi üretemediği için işlevlerini yerine getiremez ve bu da organ fonksiyonlarını etkileyebilir. Örneğin, bir doku hücresinin enerjisinin yetersiz olması, ağrı, iltihaplanma veya fonksiyon kaybına yol açabilir. Bu durumlar, metabolik hastalıkların veya diğer sağlık problemlerinin belirtisi olabilir.
Her dokunun kendi özel hücre tipleri bulunur ve bu hücreler, belirli metabolik süreçleri gerçekleştirir. Örneğin, kıkırdak dokusunda kondrositler, kemik dokusunda ise osteoblast ve osteoklastlar bulunur. Her bir hücre, çevresine özgü fonksiyonlarını yerine getirirken, vücut sağlığını sürdürebilmek için enerji üretimi ve metabolik süreçlerde büyük rol oynar.
Sonuç olarak, hücre metabolizmasındaki bozukluklar vücut üzerinde geniş etkiler yaratabilir. Metabolik hastalıklar, hücrelerin işlevini yerine getirememe durumuna yol açarak, vücutta çok farklı bozukluklara neden olabilir. Bu nedenle, hücrelerin doğru şekilde enerji üretmesi ve fonksiyonlarını yerine getirmesi, sağlıklı bir yaşam için esastır.
Hücrelerimizin hayati faaliyetlerini sürdürebilmesi için gerekli olan enerji üretimi, karmaşık bir metabolik süreçle sağlanır. Bu süreçlerin en temel unsuru, hücrelerin ATP (adenosin trifosfat) üretmesidir. ATP, hücrelerin enerji taşıyıcısı olarak işlev görür ve tüm doku hücrelerimiz bu molekülü üretme kapasitesine sahiptir. Hücrelerimizde, enerji ihtiyaçlarına göre farklı metabolik yollar devreye girer. Hücrenin temel işlevine ve yapısına bağlı olarak, enerji üretimi ve ürün metabolizması birbirinden farklı şekillerde gerçekleşebilir.
Örneğin, bir kondrosit (kıkırdak hücresi) enerji metabolizmasına odaklanırken, osteoblast (kemik hücresi) ise ürün metabolizması ile kemik yapısının oluşturulmasında görev alır. Bu bağlamda, hücreler farklı metabolik süreçleri işletir ve her hücrenin rolü, organizmanın fonksiyonel bütünlüğü için kritik öneme sahiptir. Blasts hücreleri temel maddelerini oluştururken, cytosit hücreleri bu maddeleri kullanır ve klast hücreleri bu maddeleri parçalayarak vücutta dengenin sağlanmasında önemli bir rol oynar.
Metabolizma süreçleri, hücrelerin bulunduğu ortama ve ihtiyaçlarına göre farklılaşır. Dört ana metabolizma türü, hücre içinde iki farklı alanda – sitoplazma (sitosol) ve mitokondri – gerçekleşebilir:
- Anaerobik alaktik metabolizma: Bu süreçte, kreatin fosfat ve ADP, oksijen kullanılmadan ve laktat oluşmadan kreatin ve ATP’ye dönüştürülür. Bu tip metabolizma, özellikle kas hücrelerinde hızlı enerji üretimi için gereklidir ve kısa süreli, yoğun aktivitelerde kullanılır.
- Anaerobik laktik asit metabolizması: Glikoz (veya glikojen), oksijen olmadan laktik asit (laktat) ve ATP'ye dönüştürülür. Bu süreç, yoğun egzersizler sırasında enerji üretimini destekler, ancak birikmesi durumunda yorgunluğa neden olabilir.
- Aerobik glikoliz: Bu süreçte, glikoz veya glikojen oksijenle birlikte karbondioksit ve suya dönüştürülerek büyük miktarda enerji üretilir. Aerobik metabolizma, uzun süreli fiziksel aktivitelerde hücrelerin en verimli enerji üretim yoludur.
- Aerobik lipoliz: Yağ asitleri, oksijenin varlığında karbondioksit ve suya dönüştürülür. Bu metabolizma türü, vücutta uzun süreli enerji depolama ve yağları enerjiye dönüştürme mekanizmasını sağlar.
Metabolizmanın dikkat çeken bir diğer yönü, kimyasal reaksiyonların olağanüstü çeşitliliğidir. Bir hücrede yüzlerce farklı biyokimyasal işlem aynı anda gerçekleşir ve bu işlemler birbirine bağlı olarak organizmanın enerji ihtiyacını karşılar. Her bir metabolik yol, belirli hücresel ihtiyaçları karşılamak için özelleşmiştir, bu da vücudun enerji dengesini sağlamak ve hücresel fonksiyonların sürdürülebilirliğini sağlamak için büyük bir çeşitliliğe olanak tanır.
Bu süreçlerin çoğu, hücre içinde tek bir kimyasal reaksiyon olarak gerçekleşmeyen, daha karmaşık dönüşüm yollarıdır. Bir molekülün kimyasal yapısındaki değişiklikler, belirli ve tanımlanmış bir dizi reaksiyon yoluyla kademeli olarak gerçekleşir. Her aşama, molekülün yapısal dönüşümünü sağlarken, bu değişimlerin her biri diğer metabolik yollara entegre olabilir. Bu şekilde, bir metabolit (metabolik ürün) genellikle başka bir metabolik yol ile çapraz bağlantı kurarak daha karmaşık bir etkileşim ağını oluşturur.
Bu kimyasal etkileşimlerin birbirine bağlı yapısı, hücrenin enerji üretim süreçlerini, besin maddelerinin kullanımını ve atık ürünlerin atılmasını dengeler. Böylece, hücre metabolizması sadece tek bir yolun işleyişine dayanmaz, aksine farklı metabolik yollar arasında sürekli bir etkileşim ve veri alışverişi gerçekleşir. Bu etkileşimler, hücresel yaşam için gerekli olan enerji üretiminin yanı sıra, doku iyileşmesi, hücresel onarım ve organizmanın genel sağlığını sürdürebilmesi için önemli bir rol oynar.
Sonuç olarak, hücredeki her bir metabolik yol, birbiriyle bağlantılı, çok katmanlı bir ağ oluşturur. Bu ağ, organizmanın hayatta kalabilmesi ve fonksiyonlarını sürdürebilmesi için karmaşık ama hayati derecede önemli bir süreçler bütünüdür.
Mitokondri, hücrenin güç merkezi olarak tanımlanır çünkü ana görevi, hücrenin enerji kaynağı olan ATP'yi üretmektir. Bu enerji üretimi, aerobik enerji metabolizmasının temel bir parçasıdır ve mitokondriler, oksijen varlığında enerji üretiminde belirleyici organellerdir. Mitokondri, enerji üretiminin yanı sıra, hücrenin diğer biyolojik süreçlerine de katkı sağlar, örneğin hücre döngüsü, hücresel büyüme, ve programlı hücre ölümü (apoptoz).
Mitokondriler, kendi bağımsız genetik materyalleri olan mitokondriyal DNA'ya (mtDNA) sahiptir. Bu özellik, mitokondrilerin bir zamanlar bağımsız organizmalar olabileceği teorisini destekler. Mitokondriyal DNA, anneden geçer ve mitokondrinin çoğalmasını ve işlevini düzenleyen genetik talimatları içerir.
Hücre türüne ve enerji gereksinimlerine bağlı olarak, bir hücredeki mitokondri sayısı büyük ölçüde değişir. Enerji ihtiyacı yüksek olan hücrelerde, örneğin kas hücreleri veya kalp hücrelerinde, binlerce mitokondri bulunabilir. Diğer taraftan, enerji gereksinimi daha düşük olan hücrelerde ise daha az sayıda mitokondri bulunabilir. Mitokondrilerin sayısı, hücrenin enerji ihtiyacına göre dinamik olarak artabilir veya azalabilir. Bu nedenle, mitokondri hücrenin enerji dengesini sağlamak ve hayati işlevlerini yerine getirmek için kritik bir rol oynar.
Evet, mitokondrinin en önemli işlevlerinden biri, adenozin trifosfat (ATP) sentezidir. ATP, hücrelerin enerji taşıyıcısıdır ve hücresel süreçlerin çoğu için temel enerji kaynağıdır. Mitokondriler, oksijen kullanarak glikoz ve yağ asitlerini parçalayarak ATP üretir. Bu süreç, hücresel solunum olarak bilinir ve üç ana aşamadan oluşur: glikoliz, Krebs döngüsü (asit döngüsü) ve oksidatif fosforilasyon.
Bu enerji üretiminin ardından, ATP mitokondrilerde sentezlenir ve hücresel matrise, yani sitoplazmaya salınır. ATP'nin bu salınımı, hücrenin enerji ihtiyaçlarını karşılamak için kullanılır. Hücre, ATP'yi çeşitli metabolik reaksiyonlar için kullanır, örneğin protein sentezi, hücre bölünmesi, iyon pompalama ve kas kasılması gibi hayati işlevlerde.
Mitokondri, yalnızca ATP üretmekle kalmaz, aynı zamanda hücrenin enerji dengesini ve metabolik süreçlerini düzenleyerek hücrenin sağlıklı bir şekilde işlev görmesini sağlar.
Krebs döngüsü veya sitrik asit döngüsü, adını kaşifi Hans Adolf Krebs’den almış olup, hastalıklarla doğrudan ilişkili olmayan bir biyokimyasal süreçtir. Bu döngü, hücrelerin enerji üretme mekanizmalarının merkezinde yer alır. Maddelerin parçalanması yoluyla enerji sağlanırken, aynı zamanda diğer biyolojik süreçlerin başlangıç noktası olur. Bu süreç, enerjiyi biyokimyasal olarak kullanılabilir bir formda, yani ATP (adenosin trifosfat) şeklinde sunar. ATP, tüm hücrelerde bulunan ve yaşam fonksiyonlarını sürdürebilmek için gerekli olan temel enerji kaynağıdır.
İnsan hücreleri, düzenlenmiş bir enerji kaynağına sahiptir. Hücresel solunum sırasında, glikoz tamamen oksitlendiğinde 38 ATP molekülü sentezlenir. Bu süreç, vücutta enerji üretimi için önemli bir yolak olup, reaksiyon zinciri boyunca ATP’de korunan enerjinin oranı %40 civarındadır.
MBST (Manyetik Rezonans Biyolojik Uyarım) tedavi sistemi, bu enerji üretim süreçlerine doğrudan etki ederek, hasarlı doku hücrelerine enerji transferi sağlamak üzere geliştirilmiştir. MBST, metabolizmayı artırmayı ve vücudun kendi onarım mekanizmalarını aktive etmeyi hedefler. Hasarlı dokuların doğru şekilde tedavi edilmesi, bu dokuların işlevselliğini geri kazanmaları ve vücudun doğal iyileşme süreçlerini başlatmaları için kritik öneme sahiptir.
Bilimsel araştırmalar, MBST tedavisinin iltihap sökücü ve ağrı giderici etkilerinin yanı sıra, biyofiziksel süreçleri başarılı bir şekilde uyarabileceğini göstermektedir. Bu tedavi, hasar görmüş hücrelerde doğal rejeneratif süreçleri tetikleyerek, doku ve hücrelerin yeniden işlevsel hale gelmesini sağlar. Böylece, tedavi edilen doku hem korunur hem de tam işlevselliğine kavuşur. MBST, hücresel metabolizma üzerindeki olumlu etkileriyle, vücudun biyolojik yenilenme ve onarım süreçlerini destekleyen güçlü bir tedavi seçeneği sunmaktadır.
Biyolojik ritim, tek hücreli canlılardan yüksek karmaşıklıkta olan canlılara kadar yaygın olarak görülür. Canlılardaki bu ritmi ilk kez Fransız bilim adamı Jean Jacques d’Ortous de Marian 1729 yılında, mimoza bitkisi üzerinde yaptığı gözlemlerle ortaya koymuştur. De Marian, mimozanın gün ışığına göre hareket ettiğini fark etmiş, ancak bitkinin tamamen karanlığa maruz bırakıldığında da hareketinin devam ettiğini gözlemlemiştir. Bu gözlem, bitkilerde içsel bir mekanizmanın var olduğu ve bu mekanizma sayesinde bitkilerin ritmik bir şekilde hareket edebildiği fikrinin doğmasına yol açmıştır. Ardından yapılan çalışmalar, memelilerde de biyolojik saatin var olduğunu ve bu saatin içsel ve çevresel faktörlerle düzenlendiğini ortaya koymuştur.
Dünyanın kendi ekseni etrafında dönmesiyle meydana gelen gece-gündüz döngüsü, canlıların fizyolojik ve biyokimyasal aktivitelerini 24 saatlik döngülere göre ayarlamalarına sebep olmaktadır. Bu döngüye sirkadiyen ritim denir ve karanlık-aydınlık süreci, hücrelerin kaynaklarını daha etkin bir şekilde kullanmasını sağlar. Moleküler düzeyde sirkadiyen ritmi sağlayan genler ve mekanizmalar ilk olarak sirke sineği Drosophila melanogaster üzerinde yapılan çalışmalarla belirlenmiştir. 2017 Nobel Tıp Bilim Ödülü, sirke sineği üzerinde bu alanda öncü moleküler çalışmaları yapan Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash ve Michael W. Young'a verilmiştir. Bu bilim insanları, sirke sineğinde günlük ritmi kontrol eden genleri keşfetmişlerdir. Bu genlerin gece boyunca ürettikleri proteinlerin hücrede biriktiğini ve gün boyunca azalarak kaybolduklarını gözlemlemişlerdir. Böylece hücrelerin, gen ifadelerini sirkadiyen zamana göre düzenlediği ortaya çıkmıştır.
1984 yılında Brandeis Üniversitesi’nden Jeffrey Hall ve Michael Rosbash ile Rockefeller Üniversitesi’nden Michael Young, periyod genini izole etmişlerdir. Jeffrey Hall ve Michael Rosbash, bu genin sentezlediği PERİYOD (PER) proteininin gece vaktinde en yüksek seviyeye çıktığını ve gündüz vaktinde azalarak en düşük seviyeye indiğini gözlemlemişlerdir. Bu gözlem, sirkadiyen ritmin elde edilmesinin temelini oluşturmuş ve negatif bir geri besleme mekanizması ile PER proteininin kendi sentezini engelleyerek ritmik düzeni sağladığı hipotezini ortaya koymuşlardır. 1994 yılında Michael Young, normal bir günlük ritim için gerekli olan TIM (timeless) proteinini kodlayan ikinci bir saat genini keşfetmiştir. Bu protein, PER proteini ile etkileşerek hücre çekirdeğine girer ve her iki gen de kendilerinin ve diğer saat genlerinin ifadesini baskılar.
Memeli hücrelerinde 24 saatlik kontrolün, dört ana saat proteini tarafından yapıldığı birçok çalışma ile belirlenmiştir. Bunlar; KRİPTOKROM (CRY), PERİYOD (PER), CLOCK ve BMAL1 proteinleridir. Moleküler düzeyde saat mekanizması, bu proteinler arasındaki etkileşimlerle oluşan negatif ve pozitif döngülerden meydana gelir. CLOCK/BMAL1 ikilisi, promotör bölgesindeki E-kutusuna bağlanarak farede genlerin %35’inin ifadesini sağlarken, CRY-PER ikilisi CLOCK-BMAL1 ile etkileşerek %35’lik gen ifadesini baskılar. Bu döngü her 24 saatte bir tekrar eder.
Sonrasında yapılan binlerce moleküler ve epidemiyolojik çalışma, günlük sirkadiyen saatin bozulmasının, insanlarda uyku-uyanma döngüsü, kan basıncı, beslenme, enerji üretimi ve depolanması, hafıza, bazı hormonların (melatonin, kortizon, serotonin vb.) periyodik salınımı gibi fizyolojik işlevlerin aksamasına sebep olduğunu göstermektedir. Ayrıca, epidemiyolojik ve genetik çalışmalar sirkadiyen ritim bozukluklarının, davranış bozuklukları, nörolojik ve psikolojik hastalıklar, uyku bozuklukları, kanser ve metabolik hastalıklarla ilişkilendirildiğini ortaya koymuştur. 2017 yılında kronobiyologlar, sirkadiyen ritmin vücutta etkili olan bu bozulmaların tespit edilmesindeki önemli katkıları nedeniyle ödüllendirilmiştir.
Hücrenin normal fonksiyonlarını sürdürebilmesi için birçok biyokimyasal süreç enerji gerektirir. Bu süreçler arasında hücre içi hareket, membran transportu ve makromoleküllerin sentezi yer alır. Hücrelerin bu tür temel işlevleri gerçekleştirebilmesi için metabolik enerjiyi kullanmaları gerekir. Bu enerjinin en önemli kaynağı, hücrede gerçekleşen çoğu metabolik işlemde kullanılan Adenozin Trifosfat (ATP) molekülüdür.
Hücreler, üç ana görev türü için kimyasal enerjiye ihtiyaç duyarlar:
Kimyasal iş: Bu, monomerlerin polimerlere dönüşümü gibi kendiliğinden gerçekleşemeyen, enerji gerektiren tepkimelerin gerçekleştirilmesidir. Örneğin, hücrenin büyümesi ve onarımı için gerekli olan proteinlerin sentezlenmesi bu kategoriye girer.
Taşıma işi: Taşıma işi, hücre zarlarından madde geçişinin, kendiliğinden geçişin tersine, yani enerji gerektiren bir şekilde yapılmasıdır. Bu işlem, iyonların ve moleküllerin belirli bir yönde pompalandığı, örneğin sodyum-potasyum pompası gibi aktif taşıma mekanizmalarını içerir.
Mekanik iş: Hücrenin fiziksel hareketini sağlayan işlemleri içerir. Kas hücrelerinde kasılma, silin hareketi veya hücre bölünmesi sırasında kromozomların hareketi mekanik işlerdendir.
Bu üç temel işlevin yerine getirilebilmesi için hücre, ATP üretiminden türetilen enerjiye bağımlıdır. ATP'nin sentezlenmesi, hücrenin sağlıklı ve verimli bir şekilde işlevini sürdürebilmesi için kritik bir öneme sahiptir.
Biyokimyasal reaksiyonların enerjetiğini en iyi tanımlayan terim olan "Gibbs serbest enerjisi (GGG)", adını Josiah Willard Gibbs’den alır. Serbest enerji değişimi (ΔG\Delta{G}ΔG), entalpi (kimyasal reaksiyon sırasında serbestleşen ya da absorplanan ısı) ile entropi (bir reaksiyon sonucunda ortaya çıkan düzensizlik derecesi) değişikliklerinin etkilerini birleştirerek, bir reaksiyonun enerjetik olarak uygun olup olmadığını öngörmektedir. Tüm kimyasal reaksiyonlar enerjetik olarak uygun yönde ise serbest enerjideki azalma ile birlikte (ΔG<0\Delta{G}<0ΔG<0 reaksiyon kendiliğinden gerçekleşmektedir. Örneğin, A'nın B'ye dönüştüğü varsayımsal bir reaksiyonu incelediğimizde;
ΔG<0\Delta{G}<0ΔG<0 olduğu takdirde, reaksiyon gösterildiği şekilde ileriye doğru gerçekleşecektir (A, B'ye dönüşecektir). Eğer ki ΔG>0\Delta{G}>0ΔG>0 olursa, reaksiyon ters yönde ilerleyecek ve B, A'ya dönüştürülecektir.
Bir reaksiyonun ΔG\Delta{G}ΔG'si yalnızca reaktantların ve ürünlerin içsel özellikleri ile ilgili değildir, aynı zamanda konsantrasyonları ve sıcaklık gibi diğer reaksiyon koşulları ile de belirlenmektedir. Bu sebepten ötürü, bir reaksiyonun serbest enerji değişiminin standart koşullarda tanımlamak gerekir. Standart koşullarda, tüm reaktant ve ürünlerin 1 M konsantrasyonda ve 1 atm basınçta olduğu kabul edilir. Bir reaksiyonun serbest-enerji değişimi (ΔG0\Delta{G}^0ΔG0) denge durumu ile doğrudan ilişkilidir; çünkü gerçek ΔG\Delta{G}ΔG, hem ΔG0\Delta{G}^0ΔG0'ın, hem de reaktant ve ürünlerin konsantrasyonlarına bağlıdır. Örneğin;
Reaksiyonunda, serbest enerji değişimi aşağıdaki gibi yazılabilir. Burada RRR gaz sabiti ve TTT mutlak sıcaklıktır.
Denge durumunda ΔG\=0’dır ve reaksiyon dengededir, yani hiçbir yönde ilerlemez.
(K=[B]/[A],denge halinde) yukarıdaki denkleme göre doğrudan ΔG° ile ilişkili olup, şu iki şekil ile ifade edilebilir;
Eğer gerçek oran, ([B])/([A]) , denge oranından (K) büyük ise, ΔG > 0 olup reaksiyon ters yönde, (B’nin A’ya dönüşümü) ilerler. Diğer taraftan, eğer ([B])/([A]) oranı, denge oranından küçük ise ΔG < 0 olup, A,B’ye dönüşür.
Bu sebeplerden ötürü bir reaksiyonun standart serbest enerji değişimi (ΔG°), kimyasal dengesini belirler ve herhangi bir dizi koşul altında, reaksiyonun hangi yönde ilerleyeceğini öngörür. Biyokimyasal reaksiyonlar için, standart serbest enerji genelde ΔG° olarak gösterilmektedir. Bu, hücre içindeki koşullara yakın olup pH'ı 7 olan sulu bir çözeltinin standart serbest enerji değişimidir.
Hücrede gerçekleşen makromoleküllerin sentezi gibi birçok reaksiyon, hücresel koşullarda termodinamik olarak elverişli değildir (yani ΔG > 0). Bu reaksiyonların ilerleyebilmesi için ilave bir enerji kaynağına ihtiyaç vardır. Örneğin, şu reaksiyonu ele alalım;
A’nın B’ye dönüşümü enerjetik yönden elverişli değildir. Çünkü reaksiyonun ileri yönde gidebilmesi için +10kcal/mol miktar enerji gerekmektedir. Ancak, A’nın B’ye dönüşümü enerjetik olarak elverişli başka bir reaksiyon ile kenetlendiğinde reaksiyon ileri yönde gerçekleşir.
Bu iki reaksiyon birleştiğinde, kenetlenmiş reaksiyon aşağıdaki gibi yazılabilir.
Birleşmiş reaksiyonun ΔG’ si, her bir bileşenin ayrı ayrı serbest enerji değişiminin toplamıdır. Böylelikle kenetlenmiş reaksiyon enerjetik olarak elverişli hale gelmiş olup, ileri yönde hareket edecektir. Sonuçta, A’nın B’ye enerjetik olarak elverişsiz olan dönüşümü, büyük bir serbest enerji düşüşü gösteren ikinci bir reaksiyon ile kenetlenerek mümkün hale getirilmiştir. Enzimler de bu tür kenetlenmiş reaksiyonların eşgüdümlü (aynı anda) olarak yürütülmesinden sorumludur.
Hücre de bu temel mekanizmayı, biyolojik sistemlerinde gerçekleştireceği çok sayıda enerjetik yönden elverişsiz reaksiyonu yürütmek için kullanır. ATP, hücrede serbest enerji deposu olarak görev alarak bu süreçte merkezi bir rol oynar.
ATP'nin yapısı, azotlu bir baz (adenin), bir riboz şekeri ve seri olarak bağlı üç fosfat grubundan oluşan bir nükleosit trifosfattır. ATP, ikinci ve üçüncü fosfat grupları arasındaki bağda kolayca salınabilir enerji barındırdığı için genellikle hücrenin "enerji para birimi" olarak adlandırılır. ATP’nin fosfat grupları arasında yer alan bağların kırılması sonucunda bir molekül inorganik fosfat (Pi) ATP’den ayrılır ve ATP adenozin difosfat (ADP) haline gelir. Bu tepkime ekzergonik olup, bir mol ATP’nin hidrolizi ile 7.3 kcal enerji açığa çıkar.
Bu değer standart koşullar altında ölçülen serbest-enerji değişikliğidir. Ancak hücrelerin içindeki koşullar standart koşullar değildir. Bunun nedeni hücre içindeki ürün ve reaktant konsantrasyonlarının 1 M’dan farklı olmasıdır. Örneğin, ATP hidrolizi hücre içinde cereyan ettiğinde gerçek ΔG yaklaşık olarak −13kcal/mol olup, bu değer standart koşullar altındaki ATP hidrolizi sonucu ortaya çıkan enerjiden %78 daha fazladır.
ATP’nin hidrolizi sonucu ortaya enerji çıktığı için, ATP’nin fosfat bağlarına ‘’yüksek enerjili fosfat bağları’’ denir. Ancak böyle bir terimin kullanılması yanlış anlaşılmaya neden olabilir. Çünkü, ATP’deki fosfat bağları, ‘’yüksek enerjili’’ ifadesinde anlatılmak istendiği gibi güçlü bağlar değildir, tepkimedeki reaktantlar (ATP ve su) ürünlere (ADP ve Pi) göre daha fazla enerji içerir. Yani ATP hidrolizi sırasında açığa çıkan enerji fosfat bağlarından kaynaklanmaz, daha düşük enerjili bir duruma doğru kimyasal değişimden meydana gelir.
ATP ile suyun tepkimesi sonucu inorganik fosfat ve ATP meydana gelir ve açığa enerji çıkar. Alternatif olarak, ATP, AMP ile pirofosfata (PPi)’ye hidroliz edilebilir. Bu reaksiyonda, ATP’nin ADP’ye hidrolizinde ortaya çıkan miktarda serbest enerji açığa çıkar. Ancak, bu reaksiyonda üretilen pirofosfatın kendisi, ATP hidrolizindekine benzer bir ΔG ile hızlı bir şekilde hidroliz olur. Sonuçta, ATP’nin AMP’ye hidroliz edilmesinde açığa çıkan toplam serbest enerji miktarı, ATP’nin ADP’ye hidrolizinde açığa çıkanın iki katı kadardır.
ATP hidrolizi, serbest enerjideki düşüş nedeniyle, hücrede diğer enerji gerektiren reaksiyonların gerçekleştirebilmesi için kullanılabilir. Örneğin, glikolizdeki birinci reaksiyon olan glukozun, glukoz-6-fosfata dönüşümünü inceleyelim.
Glukoz Fosfat(HPO₄−²)→Glukoz-6-fosfat+ H₂O ΔG=+3.3kcal/mol
Reaksiyon bu şekilde yazıldığında, enerjetik yönden elverişsizdir (ΔG > 0). Bu yüzden reaksiyonun ileri yönde ilerleyebilmesi için ATP hidrolizine(ΔG=−7.3 kcal/mol) kenetlenmesi gerekmektedir.
Birleşik reaksiyon aşağıdaki gibi yazılabilir.
Bu reaksiyon için serbest enerji değişimi, tek tek reaksiyonların serbest enerji değişimlerinin toplamıdır. Böylelikle, kenetlenmiş reaksiyon için ΔG=−4.0 kcal/mol, glukoz-6-fosfat oluşumu lehinedir.
Böyle enerji bağlanma durumuna başka bir örnek olarak Na/K pompası verilebilir. Sodyum-potasyum pompası (Na+/K+ pompası) sodyumu hücreden dışarı atar ve potasyumu hücrenin içine alır. ATP hidrolize edildiğinde, fosforilasyon adı verilen bir işlemle ATP bir fosfatını pompa proteinine aktarır. Na+/K+ pompası serbest enerjiyi kazanır ve hücrenin dışına üç Na+ salmasına izin veren bir konformasyonel değişikliğe uğrar. İki hücre dışı K+ iyonu proteine bağlanarak proteinin tekrar şekil değiştirmesine ve fosfatı boşaltmasına neden olur. ATP, Na+/K+ pompasına serbest enerji sağlayarak fosforilasyon olayı sonucu endergonik reaksiyonu yönlendirmiş olur.
Aralarında nükleozit trifosfatların (örn; guanozin, 5’trifosfat, GTP) bulunduğu bazı moleküller de yüksek enerjili bağlara sahip olup enerji gerektiren reaksiyonlarda ATP gibi kullanılabilirler. Ancak, reaksiyonların çoğunda serbest enerjiyi sağlayan ATP’dir. Dolayısıyla, hücre içinde enerji üreten reaksiyonlar ATP sentezi ile, enerji gerektirenler ise ATP hidrolizi ile kenetlenmiştir. Bu yüzden, ATP’nin yüksek enerjili bağları, serbest enerjinin kullanılabilir depo formunu oluşturarak hücre metabolizmasında merkezi rol oynamaktadır.
Enerji sağlamaya ek olarak, ATP'nin hidroliz yoluyla parçalanması, sinyalleşme ve DNA/RNA sentezi dahil olmak üzere çok çeşitli hücre işlevlerine hizmet eder. ATP sentezi, hücresel solunum, beta oksidasyonu ve ketozis dahil olmak üzere çoklu katabolik mekanizmalardan elde edilen enerjiyi kullanır.
ATP'nin hücre içinde kullanışlı olmasının nedeni, bir fosfat grubunun kaybetmesi ile ortaya çıkan enerjinin başka moleküllerin sağlayabileceği enerjiden daha fazla olmasıdır.
Herhangi bir ATP molekülünü incelersek, üç fosfat grubunun da eksi yüklü olduğunu görürüz. Aynı yüklerin birbirlerini ittiklerini hatırlayalım. Aynı işaretli yükler birbirlerine yakın olarak konumlandıklarında, bunların birbirini itmesi ATP molekülünün ilgili bölgesinde kararsızlık yaratır. Yani ATP’nin trifosfat kuyruğu sıkıştırılmış helezon şeklindeki bir yayın kimyasal eşdeğeri gibidir.
ATP, durmaksızın çalışan hücreye yakıt sağlamak için sürekli olarak yenilenmelidir. ATP'nin rutin hücre içi konsantrasyonu 1 ila 10 uM'dir. Hücrede tutarlı bir ATP seviyesinin korunmasını sağlamak için birçok geri bildirim mekanizması da mevcuttur. ATP-sentazın artırılması veya inhibisyonu, yaygın bir düzenleyici mekanizmadır. Örneğin ATP, glikolizde iki anahtar enzim olan fosfofruktokinaz-1 (PFK1) ve piruvat kinazı inhibe eder ve yeterli hücresel ATP olduğunda glikoz parçalanmasını önlemek için etkili bir şekilde negatif bir geri besleme döngüsü görevi görür.
Bu durumun aksine ADP ve AMP, yüksek enerji talebinde ATP sentezini teşvik etmeye hizmet eden PFK1 ve piruvat kinazı aktive edebilir. Diğer sistemler, örneğin kalpteki ATP sentezini düzenlemeye dahil olan düzenleyici mekanizmalarda olduğu gibi ATP sentezini düzenler. Yeni deneyler, mitokondriyal flaşlar olarak adlandırılan on saniyelik patlamaların kalpteki ATP üretimini durdurabileceğini göstermiştir. Bu mitokondriyal flaşlar sırasında, mitokondri reaktif oksijen türlerini serbest bırakır ve ATP sentezini etkin bir şekilde duraklatır.
Mitokondriyal flaş aktivitesinin üzerinde biraz daha duralım. Mitokondriyal flaş, mitokondride geçici olarak meydana gelen değişimlerdir. Bu değişimler pH ve membran potansiyeli değişimleri gibi çok sayıda geçici olayı kapsar. Bu olaylar eşzamanlı olarak gerçekleştiğinden bir dizi farklı mitokondriyal hedefli floresan gösterge ile flaş aktivitesi tespit edebilir.
ATP üretim inhibisyonu, mitokondriyal flaşlar sırasında meydana gelir. Düşük enerji talebi sırasında kalp kası hücrelerinde daha sık mitokondriyal flaşlar gözlenmektedir. Buna karşın hızlı kalp kasılması gibi durumlarda enerji talebi yüksek olduğunda, mitokondriyal flaşlar daha az sıklıkla meydana gelir. Sonuç olarak, önemli miktarda ATP'nin gerekli olduğu zamanlarda devam eden ATP üretimine izin vermek için mitokondriyal flaşlar daha az sıklıkla meydana gelmektedir. Tersine, düşük enerji çıkışı zamanlarında, mitokondriyal flaşlar daha düzenli meydana gelir ve ATP üretimi engellenmiş olur.
ATP sentezinin çoğu, mitokondriyal matris içindeki hücresel solunumda meydana gelir: oksitlenen glikoz molekülü başına yaklaşık otuz iki ATP molekülü üretir. ATP; iyon taşınması, kas kasılması, sinir uyarısının yayılması, substrat fosforilasyonu ve kimyasal sentez gibi süreçlerde enerji için tüketilir. Bu süreçler ve diğerleri, ATP için yüksek bir talep yaratır. Sonuç olarak, insan vücudundaki hücrelerin düzgün işleyişini sağlamak için günde 100 ila 150 mol ATP hidrolizi gerekir.
Eğer ki ATP bir test tüpü içinde hidroliz edilseydi, salınan serbest enerji ile tüp içindeki su ısınırdı. Aynı olay organizmada da meydana geldiğinden bu durum organizmanın yararına olabilir. Örneğin titreme durumunda, kas kasılması sırasında ısı üretmek ve vücudu ısıtmak için ATP hidrolizi kullanılır. Ancak, hücre içindeki birçok durumda tek başına ısı üretimi değerli bir enerji kaynağının etkin kullanılmamasına ve potansiyel olarak tehlikeli olmasına neden olur. Bunun yerine hücre proteinleri ATP hidrolizi sırasında açığa çıkan enerjiyi kimyasal, taşıma ve mekanik olmak üzere üç tip hücre işini gerçekleştirmek için kullanır.
Örneğin, hücreler özgül enzimler aracılığıyla ATP hidrolizi ile salınan enerjiyi doğrudan endergonik kimyasal tepkimeleri sürdürmek için kullanma yeteneğindedir. Eğer ki bir endergonik tepkimenin ΔG’si ile ATP’nin hidrolizi sonucu açığa çıkan enerji miktarından az ise bu iki tepkime eşleşebilir. Böylece eşleşmiş tepkimelerin net sonucu ekzergonik olur. Bu eşleşme olayı bir fosfat grubunun ATP’den reaktant gibi bir başka moleküle aktarılması ile gerçekleşir. Fosfat grubuna kovalent olarak bağlanan bu molekül fosforile olmuş intermediyer olarak isimlendirilmektedir. Ekzergonik ve endergonik tepkimelerin eşleştirilmesindeki temel nokta, başlangıçta fosforile olmamış molekülden daha reaktif yani daha az kararlı olan bu fosforile intermediyerin oluşumudur.
Hücrelerdeki taşıma ve mekanik işlerin neredeyse hepsi ATP hidrolizi sonucu ortaya çıkan enerjiden güç alır. Bu iki iş durumu da ATP hidrolizi ile proteinin biçiminde ve sıklıkla da onun bir başka moleküle bağlanma yeteneğinde değişikliğe yol açar. Bazı hallerde bu durum taşıyıcı proteinin, fosforile olmuş bir intermediyer aracılığı ile mümkün olur. Motor proteinlerinin hücre iskeleti elemanları boyunca hareketleri ile oluşan mekanik işlerin birçoğunda bu döngünün başlaması, ATP’nin ilk olarak motor proteine kovalent olmayan bağlar ile bağlanmasıyla gelişir. Sonraki basamaklarda ATP, ADP ve Pi oluşturacak şekilde hidroliz olur. Bundan sonra başka bir ATP molekülü bu yapıya bağlanabilir. Her aşamada, motor proteinin biçimi ve hücre iskeletine bağlanma yeteneği değişir. Sonuç olarak protein hücre iskeleti üzerindeki rotası boyunca hareket eder.
ATP’nin hidrolizi sonucu proteinlerin biçimleri ve bağlanma özellikleri değişir. Bu olay iki şekilde gerçekleşir. Görselde, a’da doğrudan fosforilasyon ile bir zar proteini bir çözüneni aktif taşıma ile taşımaktadır. b’de ise ATP ve onun hidrolitik ürünlerinin non kovalent bağlar ile bağlanması sonucu dolaylı olarak gerçekleşir. Örneğin, vezikülleri (ve diğer organelleri) hücre iskeletindeki patikalarda hareket ettiren motor proteinler bu şekilde iş görürler.
ATP, biyolojik süreçlerde vücut tarafından sürekli tüketilir. Neyse ki, ATP yenilenebilir bir kaynaktır ve ADP’ye fosfat eklenmesi ile tekrardan oluşturulabilir. ADP’nin fosforilasyonu için gerekli olan serbest enerji, hücrede yıkım reaksiyonlarından (katabolizma) meydana gelir. İnorganik fosfat ve enerjinin bu şekilde çevrimi ATP Döngüsü olarak adlandırılır. ATP geri dönüşümü, katabolizmadan anabolizmaya enerji transferi için bir boru hattı olarak görev görür.
ATP döngüsü büyük bir hızla çalışır. Örneğin; çalışmakta olan bir kas hücresi tüm ATP havuzunu bir dakikadan az bir sürede yeniler. Bu dönüşüm, bir hücrede bir saniyede 10 milyon ATP molekülünün kullanılması ve yeniden oluşturulması anlamına gelir. Eğer ki ATP döngüsü olmasaydı; yani ATP, ADP’nin fosforilasyonu ile yenilenmeseydi, o zaman insanlar her gün neredeyse kendi vücut ağırlıkları kadar ATP tüketiyor olacaktı. Bu geri dönüşümlü olayın her iki yönü de yokuş aşağı olamayacağı için, ATP’nin ADP ve Pi’den yeniden oluşturulması zorunlu olarak endergoniktir.
Hücredeki yıkım (katabolik) tepkimeleri sırasında açığa çıkan enerji ADP’nin fosforilasyonu için kullanılır ve ATP yenilenir. ATP’de depolanan kimyasal potansiyel enerji hücresel işlerin çoğunu gerçekleştirir.
ADP ve Pi’den ATP oluşumu kendiliğinden gerçekleşmediği için, vücut bu olayda enerjiye ihtiyaç duyar. Katabolik (ekzergonik) olaylar ve özellikle de hücre solunumu, endergonik bir reaksiyon olan ATP sentezi için enerji sağlamaktadır. Hayvanların aksine bitkiler ATP üretmek için güneş enerjisini kullanırlar. Dolayısıyla, ATP döngüsü katabolik yollardan anabolik yollara enerji transferi yapan bir döner kapı gibi çalışır.
Bileşik / Fosfat hidrolizinin ΔG0\Delta{G}^0ΔG0'ı, kj/mol
• Fosfoenolpirüvat (PEP) / -61.9
• Fosfokreatin /-43.1
• Pirofosfat / -33.5
• ATP (ADP’ye) /-30.5
• Glukoz-6-fosfat /-13.8
• Gliserol-3-fosfat /-9.2
PEP, ATP ve diğer fosforile bileşikleri fosforil grup transfer potansiyeline göre sınıflandırmak daha yararlı olacaktır. Çünkü transfer reaksiyonu için bu potansiyel ΔGº ile ilişkilidir. Daha negatif ΔGº, fosforil grup transferine daha büyük bir eğilim gösterir. Yukarıdaki sıralamada gördüğümüz üzere fosfat grubunun hidrolizi sonucu daha fazla enerji salan moleküller olmasına rağmen hücreler neden enerji kaynağı olarak ATP’yi kullanırlar?
ATP sadece yüksek fosforil grup transfer yeteneğine sahip olması nedeni ile önemli değildir. Buna ek olarak ATP, fosforil grup transferi skalasında ortalama bir pozisyona sahiptir. Benzer şekilde iki reaksiyonu enerjetik olarak kenetlemek (bağlamak) için de ortak bir ara ürün olarak hizmet eder. Yani ATP üretimi olmadan, biyosentetik reaksiyonlara veya diğer enerji gerektiren süreçlere enerji transferinin bir anlamı yoktur.
Ayrıca hücreler önemli miktarda serbest enerji depolayamazlar. Büyük miktarlarda serbest enerji, hücrede aşırı ısı yaratacak ve sonunda hücreyi yok edecektir. Böyle bir durumda ATP etkili bir görev görür. Yani ATP, bir hücrenin enerji deposudur. Hücrelerin enerjiyi küçük paketler halinde güvenli bir şekilde depolamasını ve enerjiyi sadece ihtiyaç duyulduğu zaman kullanılmak üzere serbest bırakılmasını sağlar. Başka bir deyişle, ATP, gıdanın parçalanması gibi enerji açığa çıkaran reaksiyonlar ile sentez gibi enerji gerektiren eylemler arasındaki boşluğu kapatmaya hizmet eder.
Hücreler arası sinyal iletimi büyük ölçüde ATP'in hidrolizi sonucu açığa çıkan enerjiye dayanır. ATP, en çok ATP bağlayıcı protein olan kinazlar için bir substrat görevi görür. Bir kinaz bir proteini fosforile ettiğinde, çeşitli hücre içi sinyal yollarının modülasyonuna yol açan bir sinyal kaskadı aktive edilebilir. Kinaz aktivitesi hücre için hayati önem taşır ve bu nedenle sıkı bir şekilde düzenlenmesi gerekir. Magnezyum iyonunun varlığı, kinaz aktivitesinin düzenlenmesine yardımcı olur.
Düzenleme, hücrede ATP ile bir kompleks halinde bulunan ve fosfat merkezlerine bağlanan magnezyum iyonları aracılığıyla gerçekleşir. Kinaz aktivitesine ek olarak ATP, hücre içi haberci salınımında bir tetikleyici olarak işlev görür. Bu haberciler, hormonları, çeşitli enzimleri, lipid aracılarını, nörotransmitterleri, nitrik oksiti, büyüme faktörlerini ve reaktif oksijen türlerini içerir. Hücre içi sinyalleşmede ATP kullanımına bir örnek, adenilat siklaz için bir substrat görevi üstlenen ATP'de görülür. Bu süreç çoğunlukla G-proteinine bağlı reseptör sinyal yollarında meydana gelir. Adenilat siklaza bağlanması ile ATP, hücre içi depolardan kalsiyum salınımı ile sinyal oluşmasına yardımcı olan siklik AMP'ye (cAMP) dönüşür. cAMP, hormon sinyalleme kaskadlarında ikincil haberciler, protein kinazların aktivasyonu ve iyon kanallarının işlevinin düzenlenmesi dahil olmak üzere başka rollere sahiptir.
DNA ve RNA sentezi ATP gerektirir. ATP, RNA sentezi sırasında gerekli olan dört nükleotid-trifosfat monomerinden biridir. RNA sentezinde üstlendiği göreve benzer şekilde DNA sentezinde de benzer bir mekanizma kullanır, ancak DNA sentezinde ATP önce şekerden bir oksijen atomu çıkarılıp dönüştürülerek deoksiribonükleotit, dATP elde edilir. 5'-adenilik asit olarak da adlandırılan adenozin monofosfat (AMP), sadece bir fosfat grubuna sahiptir. Bu molekül RNA'da bulunur ve genetik kodun bir parçası olan adenin içerir.
ATP bazı özellikler bakımından nükleik asitlere benzemektedir. Bu özellikler; adenin organik bazının bulunması, inorganik fosfat grubunun bulunması, glikozit bağın bulunması, ester (şeker-fosfat) bağının bulunması, 5 karbonlu şekere sahip olması ve protein, peptid bağı ve yağın bulunmamasıdır.
Purinerjik sinyalleşme, ATP de dahil olmak üzere pürin nükleotidlerinin aracılık ettiği hücre dışı parakrin sinyalleşme şeklidir. Bu süreç genellikle yakın çevredeki hücreler üzerindeki purinerjik reseptörlerin aktivasyonunu, böylece hücre içi süreçleri düzenlemek için sinyallerin iletilmesini gerektirir. ATP veziküler depolardan salınır ve IP3 ve diğer yaygın ekzositotik düzenleyici mekanizmalar tarafından yönetilir. ATP, nörotransmitterler arasında depolanır ve birlikte salınır. Ayrıca bu olay, ATP'nin hem sempatik hem de parasempatik sinirlerde gerekli bir purinerjik nörotransmisyon aracısı olduğunu göstermektedir. ATP, otonomik fonksiyonların kontrolü, nöral glia etkileşimleri, ağrı ve damar tonusunun kontrolü dahil olmak üzere çeşitli purinerjik tepkileri indükleyebilir.
Vücutta en çok ATP tüketen organ beyindir ve mevcut toplam enerjinin yaklaşık yüzde yirmi beşini tüketir. Beyin, uygun nöronal sinyalleşme ve sinaptik iletim için iyon konsantrasyonlarını dengede tutmak için büyük miktarda enerji harcar. Sinaptik iletim, enerji gerektiren bir süreçtir. Presinaptik terminalde, nörotransmiterleri veziküllere taşıyan iyon gradyanlarını oluşturmak ve vezikülleri ekzositoz yoluyla salınmaya hazırlamak için ATP gereklidir. Nöronal sinyalizasyon presinaptik terminale ulaşan ve yüklü veziküllerin salınmasını işaret eden aksiyon potansiyeline bağlıdır.
Bu süreç, ATP'nin her aksiyon potansiyelinden sonra aksondaki iyon konsantrasyonunu yenileyerek başka bir sinyalin oluşmasına izin vermesine bağlıdır. Aktif taşıma, Na/K ATPaz yoluyla bir aksiyon potansiyeli meydana geldikten sonra sodyum ve potasyum iyon konsantrasyonlarının başlangıç değerlerine sıfırlanmasından sorumludur. Bu işlem sırasında, bir ATP molekülü hidrolize edilir, hücreden üç sodyum iyonu taşınır ve her ikisi de konsantrasyon gradyanlarına karşı hareket eden iki potasyum iyonu hücreye geri taşınır.
Akson boyunca ilerleyen aksiyon potansiyelleri, presinaptik terminale ulaştığında veziküler salınımı başlatır. İyon gradyanlarını oluşturduktan sonra, aksiyon potansiyelleri aksonun depolarizasyonu yoluyla akson boyunca ilerler ve terminale doğru bir sinyal gönderir. Tek bir aksiyon potansiyelini yaymak için yaklaşık bir milyar sodyum iyonu gereklidir. Nöronların, her hücre depolarizasyonundan sonra sodyum/potasyum iyon konsantrasyonunu eski haline getirmek için yaklaşık bir milyar ATP molekülünü hidrolize etmesi gerekmektedir. Uyarıcı sinapslar büyük ölçüde beynin gri bölgesinde bulunmaktadır.
Postsinaptik uyarıcı glutaminerjik reseptörleri aktive etmek için glutamat içeren veziküller sinaptik boşluğa salınacaktır. Bu moleküllerin yüklenmesi, tek bir kesecik içinde depolanan yaklaşık dört bin glutamat molekülü nedeniyle büyük miktarlarda ATP gerektirir. Vezikül salınımını başlatmak, glutamaterjik postsinaptik süreçleri yürütmek ve vezikülün yanı sıra arta kalan glutamatı geri dönüştürmek için önemli enerji depoları gereklidir. Bu nedenle, glutamat paketlemesi için gereken büyük miktarda enerji nedeniyle mitokondri, glutamaterjik veziküllere yakındır.
Hücrelerin ya da Amip gibi bölünerek çoğalan canlıların, bölünme ve çoğalma işlemlerini gerçekleştirebilmek ATP enerjilerine gereksinimleri vardır.
Ayrıca bitkilerin çiçek açması, hayvanların ve tek hücreli canlıların hareketi gibi iş gerektiren konularda da canlılar ATP’ye ihtiyaç duymaktadır.
Birçok süreç, mevcut metabolik koşullara bağlı olarak vücutta ATP üretme yeteneğine sahiptir. ATP üretimi; hücresel solunum, beta oksidasyon, ketoz, lipid ve protein katabolizması sonucunda, oksijen varlığında ve ayrıca anaerobik koşullar altında meydana gelebilir.
Hücresel solunum, glikozu asetil-CoA'ya katabolize etme, oksidatif fosforilasyon sırasında oksitlenecek ve ATP verecek yüksek enerjili elektron taşıyıcıları üretme sürecidir. Hücresel solunumun ilk adımı olan glikoliz sırasında, bir glikoz molekülü iki pirüvat molekülüne parçalanır. Bu işlem sırasında, PFK1 ve pirüvat kinaz enzimleri tarafından substrat fosforilasyonu yoluyla iki ATP üretilir. Ayrıca iki indirgenmiş NADH elektron taşıyıcı molekülün üretimi de vardır. Pirüvat molekülleri daha sonra pirüvat dehidrogenaz kompleksi tarafından oksitlenir ve bir molekül asetil-CoA molekülü oluşturur.
Asetil-CoA molekülü daha sonra sitrik asit döngüsünde karbondioksit ve indirgenmiş elektron taşıyıcıları verecek şekilde tamamen oksitlenir. Sitrik asit döngüsü tamamlandığında, toplam verim iki molekül karbondioksit, bir eşdeğer ATP'dir. Üç molekül NADH ve bir molekül FADH₂’dir. Bu yüksek enerjili elektron taşıyıcıları daha sonra elektronları, hidrojen iyonlarının (protonların) gradyanlarına karşı mitokondriyal matristen iç zar boşluğuna aktarıldığı elektron taşıma zincirine iletir. Üretilen ATP miktarı, hangi elektron taşıyıcısının protonları verdiğine bağlı olarak değişir. Bir NADH molekülü iki buçuk ATP üretirken bir FADH₂ molekülü bir buçuk ATP molekülü üretir.
Beta oksidasyon, organizmalarda ATP sentezi sağlayan başka bir mekanizmadır. Beta oksidasyonu sırasında yağ asidi zincirleri kalıcı olarak kısaltılır ve Asetil-CoA molekülleri oluşur. Her beta oksidasyon döngüsü boyunca, yağ asidi iki karbon uzunluğu kadar azalır ve sitrik asit döngüsünde oksitlenebilen bir asetil-CoA molekülü ve yüksek enerjilerini aktaran birer NADH ve FADH₂ molekülü üretilir.
Ketoz, keton cisimlerinin katabolizması yoluyla ATP veren bir reaksiyondur. Ketoz sırasında, keton cisimleri enerji üretmek için katabolizmaya uğrayarak mitokondride oksitlenen yirmi iki ATP molekülü ve asetoasetat molekülü başına iki GTP molekülü üretir.
Hücresel solunum sırasında oksijenin az veya mevcut olmadığı durumlarda, hücreler anaerobik solunum yapabilir. Anaerobik koşullarda, NADH'nin NAD+'ya oksitlenememesi nedeniyle NADH molekülleri birikir, bu da GAPDH ve glikoz tüketiminin etkilerini sınırlar. NADH'nin homeostatik seviyelerini korumak için, pirüvat laktata indirgenir ve laktik fermantasyon olarak bilinen bir işlemde bir NADH molekülünün oksidasyonu sağlanır. Laktik fermentasyonda, glikolizde oluşturulan iki NADH molekülü, NAD+ rezervuarını korumak için oksitlenir. Bu reaksiyon, glikoz molekülü başına sadece iki ATP molekülü üretir.
Fotofosforilasyon, güneş ışığından gelen enerjiyi kullanarak ADP’den ATP üretilmesidir. Bitkilere ve siyanobakterilere özgü bir yöntemdir. Bitkilerde ATP, kloroplast organelindeki tilakoid zarlarda sentezlenir. Bu sistem kendi başına oldukça karmaşık bir altyapı barındırdığı için kısaca açıklamakla yetineceğiz.
Kemosentez, ışık enerjisi olmadan organik madde üretilmesidir. Gereken enerji; demir, kükürt, hidrojen veya azot gibi inorganik bileşiklerin veya metanın oksitlenmesi ile elde edilir.
Bazı bakteriler, ışık enerjisine ihtiyaç duymadan kimyevi enerji ile organik madde sentezlerler. Mesela azot, kükürt, demir ve hidrojen bakterileri klorofile sahip olmadıkları halde kemosentez sayesinde kendi enerjilerini üretebilirler. Bu şekilde kendi besinlerini üreten bakterilere “kemosentetik bakteriler” denir. Kemosentetik fosforilasyon ise kemosentez reaksiyonlarında, kimyasal maddelerin oksitlenmesi sırasında açığa çıkan enerji ile ATP sentezi yapılmasıdır. Sadece kemosentezle besin üretebilen bazı türlerde gerçekleşir.
Kıkırdak dokusu (Kıkırdak) esas olarak özelleşmiş hücrelerden, kondrositler ve ürettikleri hücre dışı matristen (ECM) oluşur. Hücre dışı matris, kondrositleri çevreler. Toplam kıkırdak kütlesindeki kondrositlerin oranı yalnızca yüzde bir ila on arasındadır. Görevleri kıkırdak homeostazını korumaktır. Şekilleri oval ila yuvarlaktır ve küçük gruplar halinde bir arada bulunurlar. Bu hücre gruplarına ve onları çevreleyen hücre dışı matrise kondron denir.
Kıkırdak dokusu genellikle insan hareket sistemindeki en zayıf ve aynı zamanda en hassas halkadır. Hasar görmesi kolaydır, nispeten arızalanmaya eğilimlidir ve kusurları onarmak için önemli bir seçeneği yoktur.
Kıkırdağın innervasyonu olmadığı için ne ağrı, ne yorgunluk, ne de rezilyans sınırlarına ulaşılması algılanır. Bununla birlikte, kıkırdağın da kan kaynağı yoktur, bu nedenle metabolizmasının zaman alıcı olan difüzyon yoluyla gerçekleşmesi gerekir. Ek olarak, kıkırdak dokusu hücreler açısından nispeten fakirdir, yani sadece birkaç kondrosit vardır. Sonuç olarak, bunların hücre dışımaddelerin üretiminde yüksek düzeyde performans göstermeleri gerekir. Bireysel kondrositler bu görevi en iyi şekilde yerine getiremezse, geri kalanlara olan talepler artar.
Eklem kıkırdağı hariç, hiyalin kıkırdak, kıkırdaklı bir zar olan perikondrium ile çevrilidir. Eklemdeki hiyalin kıkırdakta perikondrium yoktur. Büyüme sırasında hala kemiklerdeki subkondral damarlar tarafından beslenir. Ancak kıkırdak hücreleri olgunlaştıkça kıkırdak dokusunda kireçlenme meydana gelir ve kıkırdak ancak eklem aralığındaki sinovyal sıvı ile sağlanabilir. Bu nedenle, kıkırdak doku sadece düşük bir iyileşme eğilimine sahiptir. İnsan eklem kıkırdağının zayıf rejeneratif kapasitesi yaygın hastalık artrozuna yol açtığından, travma veya kronik ve ilerleyici değişikliklerin neden olduğu kıkırdak dokusunun bozulması bu nedenle doktorlar ve araştırmacılar için büyük bir zorluktur.Eklem kıkırdağının işlevi, eklem yüzeylerinin mümkün olan en yumuşak hareketliliğini sağlamak ve sinoviyal sıvı ile birlikte optimum güç iletimi yoluyla basınç esnekliğini sağlamaktır.
Not: Kıkırdak hücreleri kondroblastlar, kondrositler ve kondroklastlardır. Kondrositlerin öncü hücreleri olan kondroblastlara kıkırdak oluşturan hücreler denir. Bunlar, tüm kıkırdak matris bileşenlerini sentezleyebilir ve dolayısıyla aktif kıkırdak hücrelerini temsil eder. Mezenkimal kök hücrelerden kaynaklanırlar. Bu sentez fonksiyonunun durduğu noktada, gerçek kıkırdak hücreleri olan kondrositler haline gelirler. Bunlar kondroblastlardan daha küçüktür ve çok fazla su içerir.
Eklem kıkırdağının işlevi, eklem yüzeylerinin mümkün olan en yumuşak hareketliliğini sağlamak ve sinoviyal sıvı ile birlikte optimum güç iletimi yoluyla basınç esnekliğini sağlamaktır.
Artık osteoartrotik kıkırdaktaki kondrositlerin, kıkırdak fonksiyonunu sürdürmek için matrislerini kaybetmeleri ve büyümeyi düzenleyici sitokinlerin etkisi altında bölünmeye başladıklarına inanılmaktadır. Artan ve artan bölünme, sözde kümelerin (kuluçka kapsülleri veya büyüme yuvaları) oluşumuna yol açar. Bu kümeler daha sonra kıkırdaktaki derin çatlaklar tarafından tanınabilen kıkırdak matrisinin yıkımına yenik düşer. Bu, kıkırdak hücrelerinin nekrozuna ve sonunda kemiğe kadar tam aşınmaya yol açar.
Kemik doku destek, koruma gibi farklı görevlere sahip olmasıyla birlikte, dişlerin mina ve dentin katmanlarından sonra vücudun en sert dokusudur. Bu doku aynı zamanda iskelet kaslarının işlevini yerine getirmesini sağlayarak vücut hareketlerini de oluşturur. Kemik doku ve kemikleşmenin bazı hormon, mineral (Kalsiyum, Fosfor), beslenme şekli ve genetik faktörlere bağlı olarak yenilenme veya yeniden şekillenme gibi değişimler gösterdiği bildirilmiştir. Sonuç olarak bu derlemenin amacı kemik doku ve kemikleşmenin önemi hakkında güncel bilgileri araştırmacıların dikkatine sunmaktır.
Kemikler; kemik doku, kemik iliği ve bunları çevreleyen bir bağ doku olan periosteumdan oluşan oldukça damarlı ve sinirlerle donatılmış organlardır. Vücudu koruyan, destekleyen ve hareketini sağlayan iskelet sisteminin bir bileşeni olan kemik, aynı zamanda kanın oluşumunu sağlayan kemik iliği gibi özelleşmiş dokular için de bir koruma ve üretim bölgesidir (1, 2).Kemik dokusu vücutta bulunan kalsiyumun hemen hemen tümünü (%99) depolar ve günlük kalsiyum gereksinimi buradan karşılanır. Kalsiyumun kemikten salınması; kas kasılması, kan pıhtılaşması, hücre membranı geçirgenliği, sinir impluslarının iletilmesi gibi olaylarda vazgeçilmez olduğundan, yaşam için çok önemlidir (3). Vücudun diğer organlarında ve dokularında da olduğu gibi kemik doku da makrodan nanoya kadar değişen ölçülerde bileşenleri içeren hiyerarşik bir düzenlenmeye sahiptir (2) (şekil 1). Kemik dokusu, kemik hücre dışı matrisi (ECM) ve Tip I kollajen (KOL-I) gibi mineralize olmayan organik yapıların yanı sıra mineralize olan inorganik karbonatlı apatit yapılarını da içermektedir. ECM içeriğinde proteoglikanlar, glikoproteinler ve sialoproteinler gibi çok sayıda matris proteini bulunur. Kemiğin inorganik bileşenleri ise hidroksiapatit kristalleri şeklinde bulunan kalsiyum ve fosfatların yanı sıra sitrat ve magnezyum gibi bileşenlerden oluşur. Kısacası kemik, genetik, metabolik ve mekanik faktörler tarafından etkilenen kalsiyum fosfat kristallerinin birikmesiyle güçlenmiş bir organik matristen oluşan mineralize bir dokudur. Diğer bir deyişle kemik, doğal bir kompozit malzemedir.
Kemik, sert ve mineralize bir doku olmasına rağmen kan damarları ve çeşitli hücre tiplerini içeren canlı bir dokudur. Kemiğin yapımında ve yeniden düzenlenmesinde görev alan farklı hücre tipleri bulunmaktadır. Bu hücreler osteoprojenitör (osteoblast öncülü) hücreler, osteoblastlar, osteositler ve osteoklastlardır (2). Osteoklastlar hariç diğer kemik hücreleri kemik iliğinin stromal (mezenkimal) kök hücre popülasyonundan köken alırken; osteoklastlar yine kemik iliğinin hemopoietik hücrelerinden köken alır.
Kemik dokusu olma yönünde şartlanmış mezenkim hücreleridir. Şekil olarak fibroblastlara benzerler ve mitoz bölünmeyle farklılaşarak osteoblastlara dönüşebilen öncü hücrelerdir, bir başka değişle osteoblastların prekürsörleridir. Çoğalan hücrelerden bir kısmı osteoblastlara dönüşür. Bu hücreler periosteum, endoesteum ve havers kanallarında, uyarılma durumunda kemik oluşumu için osteoblastlara farklılaşmak için hazır durumda bulunurlar. Kemiğin büyüme döneminde ve kırık iyileşmesi dönemlerinde de mezenkimal hücrelerden osteoblastlara dönüşerek kemik matriksini salgılarlar (1, 5, 6).
Osteoblastlar kemik yüzeyinde bulunan toplam kemik hücrelerinin %4-6 oluşturan kübik şeklinde olup, kemiği oluşturma fonksiyonuna sahip hücreler olarak bilinir (7). Kemiğin tip 1 kollojen liflerini ve matriks proteinlerini sentezleyip salgılayarak henüz kalsifiye olmamış olan osteoid dokuyu oluştururlar. Osteoblastlar endoplazmik retikulum, golgi ve salgı veziküllerine sahip olup, kalsiyum bağlayan osteokalsin ve osteonektin, glikozaminoglikanlar (GAG), glikoproteinleri ve alkalin fosfataz salgılarlar.
Alkalin fosfataz osteoblastların aktif olduklarını gösteren önemli bir enzimdir. Sitoplazmaları alkalen fosfataz enziminden zengin olup bu enzim, kalsiyumun kalsiyum fosfat halinde matrikste çökmesini sağlayarak matriksin kalsifikasyonunda (kireçleşmesinde) iş görür. Osteoblastlar tarafından yeni sentezlenmiş ve henüz kalsifiye olmamış kemik matriksine osteoid adı verilir. Osteoblastlar, salgıladıkları bu osteoid doku içinde gömülü kalırlar ve matriks kalsifiye olunca faaliyetlerini azaltıp basıklaşarak birer osteosit haline dönüşürler. Osteoblast ve osteositler, bölünme yeteneği olmayan hücrelerdir.
Osteositler, kemik hücrelerinin % 90-95'ini oluştururlar ve yaklaşık olarak 25 yıl kadar ömrü olan hücrelerdir. Kemik oluşumu ve kemik rezorpsiyonu sırasında kendi işlevleri yerleri ve morfolojileri ile osteoblastlar ve osteoklastlardan farklı olarak daha önceden tanımlanmıştır. İzole edilme zorluklarından dolayı kemik matriksten alınan osteositlerin fonksyonları yıllardır yanlış anlaşıldı. Fakat teknolojinin gelişmesi ve farklı izole tekniklerin bulunması ile bu hücrelerin kemik dokuda çok önemli fonksiyona sahip olduğu belirlendi (7). Bu hücreler kireçleşmiş matriks içinde kalan ve metabolik faaliyetleri azalan osteoblastlardan farklılaşan, bölünme yetenekleri bulunmayan hücrelerdir. Matriks bunları birbirinden uzaklaştırır ve etrafında kavun çekirdeği biçminde olan lakunlar şekillenir. Kemik dokunun canlı kalabilmesi için osteositlerin varlığı ile mümkündür. Yaşlanıp ölen osteositlerin bulundukları yerlerdeki matriks bozulmaya başlar ve osteoklastlar tarafından eritilip rezorbe edilir. Kemik matriksi kireçlenmiş olduğundan madde transportu osteositler üzerinden gerçekleşir. Bu hücrelerin uzun uzantılara sahip olmasının nedeni budur. Besin maddeleri ve hormonlar (kalsitonin, paratiroid) içeren doku sıvısı bu sitoplazmik uzantılar üzerinden (gap janckşın yoluyla ) hücreden hücreye geçer, böylece kan damarlarından uzak bulunan osteositlerin beslenmesi ve çalışmaları sağlanmış olur. . Osteositler, osteoblastik aktivitenin son safhasını oluşturur ve kendiliğinden yenilenemezler. Osteoblastlarla aynı markırlara sahipler, fakat aynı zamanda osteositler özel markır olarak CD44 sahip olmakla birlikte bir özel membran reseptörüne ve güçlü bir eksprese özelliğine sahiptirler.
Osteoklastlar rezorbsiyondan sorumlu ve kemik dokusunu yıkıma uğratan hücreler olup kandan gelen monositlerin birleşmesi (füzyonu) ile oluşurlar. Bunun için de kemik yapımı sırasında ortaya çıkar ve kemikler son şeklini alınca ortadan kaybolurlar. Bunlar büyük hücrelerdir (100 μm), çok çekirdekli, mitokondriden ve vakuollerden zengindir(9). Osteoklastlar, makrofajların ve monositlerin prekürsörleri olan 'GranülositMakrofaj Koloni Oluşturma Birimleri' (GM-CFU) olarak bilinen kemik iliği hematopoietik kök hücrelerinden köken alır (10). Osteoklastlar monosit kaynaklı oldukları için, mononükleer fagositik sisteme dahil kabul edilirler. Sitoplazmaları genellikle asidofil boyanır ve bol miktarda lizozom ihtiva eder içerdikleri çeşitli lizozomal enzimleri, kemik dokusuna dönük olan ve çok sayıda uzun-kısa kalın-ince sitoplazmik uzantılar bulunan yüzeylerinden hücre dışına vererek kemikleri eritmeye çalışırlar, böylece kemik yüzeyine oturdukları yerlerde çukurlar açarlar, bu çukurlara Howship lakünaları adı verilir. Paratiroid hormonu osteoklastların sayısını ve faaliyetlerini, dolayısıyla kemik rezorbsiyonunu artırır ve böylece kan kalsiyumunu yükseltir. Kemik yapımı sırasında, osteoklastlar trabeküllerin yüzeylerinde veya kompakt kısımların iç yüzlerinde yerleşerek buraları eritirler; bu sırada bir taraftan da osteoblastlar yeni kemik dokusu yaparlar. Bu sayede kemik dokusu uzayıp genişleyebilme ve yaşlanıp yıpranan kısımlarını ortadan kaldırıp yerine yenisini yapabilme olanağına kavuşur.
Kemik, yeniden şekillenme süreçleri nedeniyle sürekli olarak önemli değişikliklere maruz kalan dinamik bir organdır. Eşsiz yenilenme yeteneğine sahiptir ve mekanik ve metabolik uyaranları yenilenmeye dönüştürebilir. Tüm kemik dokusunun yaklaşık yüzde onu her yıl yeniden yapılandırılır. Kemik homeostazı, kemik oluşumu (osteogenez) ve kemik yıkımı (osteoliz) arasındaki sağlıklı, dinamik dengeyi tanımlar. Bir dengesizlik osteoporoza veya iltihaplanmaya bağlı kemik kaybına yol açabilir. Kondrositler, osteoblastlar, osteositler ve osteoklastlar ilgili hücrelerdir.
Osteoblastlar sürekli olarak yeni kemik kütlesi oluştururken, osteoklastlar eskileri parçalar. Degradasyon baskınsa, kemik kaybı, osteoporoz oluşur. Kemik oluşumu için, osteoblastlar kendilerini kemiklere deri tabakaları gibi bağlarlar ve dolaylı olarak yeni kemik maddesinin temelini oluştururlar. Kemikler söz konusu olduğunda, kemik oluşturan hücreler ve kemiği tüketen hücreler, pratik olarak birbirine bağlı çalışan bir topluluk oluşturur.
Kemik dokusu, kemik hücre dışı matrisi (ECM) ve Tip I kollajen (KOL-I) gibi mineralize olmayan organik yapıların yanı sıra mineralize olan inorganik karbonatlı apatit yapılarını da içermektedir. ECM içeriğinde proteoglikanlar, glikoproteinler ve sialoproteinler gibi çok sayıda matris proteini bulunur. Kemiğin inorganik bileşenleri ise hidroksiapatit kristalleri şeklinde bulunan kalsiyum ve fosfatların yanı sıra sitrat ve magnezyum gibi bileşenlerden oluşur (2). Tip I kollojen organizmada en bol olarak bulunan kollojen türü olup kemik dokunun yanı sıra derinin (dermisinde), tendo ve ligamentlerde, organ kapsüllerinde, fibröz kıkırdakta, dişlerde (dentin katmanında) bu tip kollojen demetler veya iplikler halinde görülür. X Ray incelemeleriyle kemik inorganik matriks içerisinde kalsiyum ve fosfor hidroksiapatit karistallerini oluşturduğu bulunmuştur. Kemiğe sağlamlık veren kollojen ipliklerdir, sertlik sağlayan ise hidroksiapatit kristalleridir. Bu kristaller, kollojen fibril ağı içerisinde depo edilmiş olup etrafları su ve iyonlardan oluşan bir tabaka ile sarılmıştır. Bu tabaka vücudun kalsiyum ve fosfor ihtiyacı karşılanmadığı durumlarda kemik dokudan kana kalsiyum ve fosfor verilmesine yardımcı olur.
Kemiğin iç ve dış yüzeylerini kaplayan, bağ doku iplikleri ve hücrelerinden oluşan örtü şeklindeki kemik zarlarıdır.
1- Dinlenme zonu: Hücrelerinde değişiklik görülmeyen normal hiyalin kıkırdaktan oluşur.
2- Proliferasyon: Burada kıkırdak hücreleri hızla bölünüp üst üste dizilerek kemiğin uzun eksenine paralel kolonlar meydana getirirler.
3- Hipertrofi: Sitoplazmalarında glikojen birikmiş büyük kıkırdak hücrelerinden oluşur. Hücreler çok sayıda vakuol içerir.
4- Dejenerasyon ve kalsifikasyon: Kıkırdak hücreleri dejenere olup ölmeye başlar. Hücreler öldükten sonra onlara ait genişlemiş lakünalar açılarak kapiller damarlar ve osteoprogenitör hücreler tarafından işgal edilir. Bu arada kıkırdak matriksine hidroksi apatit kristallerinin çökmesiyle kalsifikasyon başlar.
5- Kemikleşme: Endokondral kemikleşme yoluyla kemik dokusu oluşumu başlar.
Genetik faktörler oluşan kemiğin %60 ila %80’inden sorumludur (özellikle de çocukluk ve ergenlik döneminde) diğer belirleyici faktörler hormonel faktörler (ergenlik dönemi ve menopozda), besin faktörleri (yaşam boyunca) ve fiziksel egzersizdir (yaşam boyunca). Bunlardan besin faktörleri; beslenmeyle elde edilen kalsiyum, fosfor, florür, A, C ve D vitaminleri gibi bileşenlerin kemik gelişimi ve metabolizmasını önemli derecede etkilemektedir (2). Vücudun kalsiyum ihtiyacı arttığında veya kan kalsiyum düzeyi düştüğünde, gerekli kalsiyum kemiklerden sağlanır.
