Risin Proteini

Rİsin, çoğunluğumuzun Breaking Bad ile tanıdığı, protein yapıda olan son derece zehirli bir maddedir. Protein yapıda oluşu onun sentetik olarak elde edilmesini, yani laboratuvar ortamında sentezlenmesini son derece zor kılmaktadır. Laboratuvar ortamında sentezlenmesi zor olan bazı maddeler gibi risin de bitkilerden özütlenerek elde edilme yoluna gidilir. Sanayide veya insan yaşamında kullanım alanı olmasa bilimsel araştırmalarda araştırılan bu madde genellikle  Ricinus communis adlı bitkinin tohumlarından elde edilmektedir. Saflaştırılmış hali ile çok az miktarlarda bile yetişkin bir insanın ölümüne neden olabilir. Hint yağı bitkisi bu maddenin ana saflaştırma kaynağıdır.

Risin özellikle Breaking Bad dizisi ile fenomen olan bir maddedir. Yukarıda bu diziden risin ile ilgili bir diyalog göreceksiniz. Bu diyalogda bahsedilen ve etkisi oldukça doğru aktarılmıştır. Gerçekten de grip belirtilerine çok benzeyen(tam olarak değil ancak çok benzer) belirtiler bu madde ile zehirlenildiğinde karşılaşılan semptomlar arsındadır. Bu semptomların bazıları ağır metal zehirlenmelerine de benzemektedir.

Risin bir lektindir. Yani karbonhidrad bağlayıcı özelliği olan komplike bir protein yapıdır. Risin proteini, protein yapılarda bulunan özgün bir konformasyona sahipdir. Bu risin proteini özgün yapısı ile her zaman belirli hedeflere etki eder demektir. Protein yapıları hakkında daha fazla bilgi almak için Enzimler ve Genel Özellikleri yazısını okuyabilirsiniz. Enzimler de protein yapıdadır ve bu, risin proteininin metabolizmada nasıl aktif olduğunun anlaşılmasında önemli bir bilgi niteliğindedir. Sonrasında Enzim İnhibitörü ve İnhibisyon Çeşitleri adlı yazıda protein yapının etkinliği üzerine ayrıntılı incelemelerin nasıl yapıldığı ve enzim kinetiği üzerine örnekler bulabilirsiniz. Bir enzimin aktivitesi nasıl hesaplanır öğrenmek için Glutatyon Redüktaz Enzim Aktivitesi adlı yazıyı okuyabilirsiniz.

Yapısal Değerlendirme

Risin proteini aşağıda görüldüğü gibi komplike bir yapıya sahiptir. Ricin, tip 2 ribozom inaktive edici protein (RIP) olarak adlandırılan bir sınıfradır. Birinci tip inaktive edici proteinler, tepkimeleri hızlandırı(tepkime hızlandırma terimi aktifleşme enerjisini düşürme anlamında kullanılmıştır. Daha fazla bilgi için Biyokimyasal Katalizörler, Enzimlerle Çalışmak adlı yazıyı okuyabilirsiniz) etkiye sahip aktivitede iken tek zincirli protein yapıdan oluşurken, holotoksinler adı altında sınıflandırılan ikinci tip inaktive edici proteinlerdir. Karmaşık bir dimer yapısı ile birden çok zincirden oluşurlar. İkinci tip inaktive edici proteinler, aktifite olarak olarak birinci tip inaktive edici proteine eşdeğerdir. Ancak tekpime hızlandırıcı olarak inaktif olan bir ikinci zincirine tek bir disülfid bağıyla kovalent olarak bağlanmakta ve protein kompleksinin hücre yüzeyinden taşınmasına aracılık etmeye yarayan bir A zincirinden oluşmaktadır.

Yukarıda görmüş olduğunuz yapı sabit bir yapı olarak görülebilir. Ancak bu hücre dışı bir simülasyon olduğu için bu şekilde durgun gözükmektedir. Hücre içerisinde her ne olursa olsun bir devinim söz könusudur. Bu durumu en iyi şekilde anlamak için Moleküler Dinamik Simülasyonları ve Lennard Jones Potansiyeli ve Moleküler Dinamik Simülasyonlarında Kullanımı adlı yazıları okuyabilrisiniz.

İnaktive Edici Protein Nasıl Çalışır?

Hem tip 1 hem de tip 2 inaktive edici proteinler, in vitro olarak ribozomlara karşı fonksiyonel olarak etkindir; ancak sadece tip 2 inaktive edici proteinler, B zincirinin lektin benzeri özellikleri nedeniyle sitotoksisite gösterir. Ribozomu inaktive edici işlevini göstermek için risin disülfür bağı indirgeyici olarak bölünmelidir.Risinin A ve B zincirlerini bir disülfid köprüsü üzerinden bağlayan sistein kalıntılarının alkilasyonu, HeLa hücrelerine hala bağlanan ve in vitro ribozoma yönelik translasyona karşı toksik olan, ancak kültürdeki hücrelere karşı çok az sitotoksisiteye sahip olan veya hiç olmayan bir molekül üretir. Difteri toksini ile ilgili bu ve benzer gözlemler, bu toksinlerin toksik alt birimlerinin Sitoplazmaya taşınmasında alt birimler arası disülfür köprüsünü içerir. (The intersubunit disulfide bridge of ricin is essential for cytotoxicity)

Protein yapıların kenetlenme modları hakkında daha fazla bilgi almak ve protein-protein etkileşimleri ile ilgli daha fazla bilgiye ulaşmak için hGH, yani İnsan Büyüme Hormonu Nedir? adlı yazıyı okuyabilirsiniz. Peptit yapıda olan insan büyüme hormonun protein yapıda olan insan büyüme hormonu(hGH) reseptörü ile etkileşimi bu konuda açıklayıcıdır. Bir adet insan büyüme hormonu(hGH) molekülüne karşı iki adet büyüme hormonu reseptörünün etkileşim içerisine girdiği görülmektedir. Bu da diğer ligand-protein etkileşimlerinden oldukça farklıdır.

Risin Proteini Biyosentez

Ricin, hint yağı bitki tohumlarının endosperminde sentezlenir. Risin öncü proteini uzunluk olarak 576 amino asit kalıntısından meydana gelmektedir ve bir sinyal peptidi (1-35. Kalıntılar), risin A amino asit zinciri (36-302 arasındaki kalıntılar), bir birleştirici peptid (303-314 arasındaki kalıntılar) ve risin B zinciri (315- 576 arasındaki kalıntılar). N-terminal sinyal dizisi prepropolipeptidi endoplazmik retikuluma (ER) iletir ve ardından sinyal peptidi yarılır. ER’nin lümeni içinde propolipeptit glikosile edilir ve bir protein disülfür izomeraz, sisteinler 294 ve 318 arasındaki disülfür bağı oluşumunu katalize eder. Propolipeptit, Golgi aygıtında ayrıca glikosile edilir ve protein depolama gövdelerine taşınır.

Propolipeptid, tek bir disülfür bağıyla kovalent olarak bağlanan 267 kalıntı A zinciri ve 262 kalıntı B zincirinden oluşan olgun risin proteini üretmek için bir endopeptidaz tarafından protein gövdeleri içinde bölünür. Ricin: structure, synthesis, and mode of action adlı makalede risin proteini için biyosentez mekanizmaları ayrıntısı ile açıklanmıştır.

Yapı olarak risin proteini, abrin izotoksini olan abrin-a‘ya çok benzer. Risinin kuaterner yapısı, yaklaşık 60-65 kDa’lık globüler, glikosile edilmiş bir heterodimerdir. Ricin A zinciri ve risin B zinciri benzer moleküler ağırlıklara sahiptir, sırasıyla yaklaşık 32 kDa ve 34 kDa kadardır. Ingestion of castor oil plant seeds adlı yazıda yapı hakkında daha fazla bilgiye erişebilirsiniz. Bu yazıda ayrıca risin proteini elde edilen bitki olan hint yağı bitkisinin tohumlarının yutan yetişkin bir birey ile ayrıntılı inceleme yapılmaktadır. Bitkiyi yutan kişi hayatta kalmıştır.

Risin ve Zehinlenme

Risin proteini solunduğunda, enjekte edildiğinde veya yutulduğunda çok toksiktir. Toz göze temas ederse veya hasarlı cilt tarafından emilirse de toksik olabilir. Protein sentezini inhibe ederek toksin görevi görür. Hücrenin ribozomu (protein yapma mekanizması) tarafından gerçekleştirilen bir süreçte haberci RNA’dan aldığı mesajlara göre hücrelerin çeşitli amino asitleri proteinler halinde birleştirmesini engeller – yani, tüm canlılar için gerekli olan en temel hücre metabolizması seviyesi. hücreler ve dolayısıyla yaşamın kendisine. Risin dirençlidir, ancak peptidazlar tarafından sindirime karşı dayanıklı değildir.

Zehirlenme Semptomları

Deri veya soluma maruziyeti meydana geldiğinde, risin alerji gelişmesine neden olabilir. Bu, gözlerin ve dudakların ödemi ile kendini gösterir; astım, bronşiyal tahriş, kuru, boğaz ağrısı, tıkanıklık, cilt kızarıklığı (eritem), cilt kabarcıkları (vezikasyon), hırıltılı solunum, kaşıntılı sulu gözler, göğüste sıkışma ve cilt tahrişi belirtiler arasındadır.

Risin inhalasyonunun semptomları, alımın neden olduğu semptomlardan farklıdır. Erken belirtiler arasında öksürük ve ateş bulunur. Yutulduğunda, risin patolojisi büyük ölçüde, mukozal yaralanmalara neden olabileceği gastrointestinal sistem ile sınırlıdır. Uygun tedavi ile çoğu hasta iyi bir iyileşme sağlayacaktır. Semptomlar protein üretememekten kaynaklandığından, maruziyet yoluna ve doza bağlı olarak ortaya çıkmaları saatlerden günlere kadar sürebilir. Yutulduğunda, gastrointestinal semptomlar altı saat içinde ortaya çıkabilir; bu semptomlar her zaman ortaya çıkmaz. Risine maruz kaldıktan sonraki iki ila beş gün içinde risinin merkezi sinir sistemi, adrenal bezler, böbrekler ve karaciğer üzerindeki etkileri ortaya çıkar. Risin yutulması, gastrointestinal sistemin mukozal zarlarında ağrı, iltihaplanma ve kanamaya neden olur.

İleri Semptomlar

Gastrointestinal semptomlar şiddetli bulantı, kusma, ishal ve yutma güçlüğüne (disfaji) ile ilerler. Kanamaya, daha açık olarak söylersek kanlı dışkıya (melena) ve kan kusmasına (hematemez) neden olur. Gastrointestinal sıvı kaybının neden olduğu düşük kan hacmi (hipovolemi), pankreas, böbrek, karaciğer ve GI yolunda organ yetmezliğine yol açabilir ve şoka doğru ilerleyebilir. Şok ve organ yetmezliği, yönelim bozukluğu, uyuşukluk, halsizlik, uyuşukluk, aşırı susama (polidipsi), düşük idrar üretimi (oligüri) ve kanlı idrar (hematüri) ile kendini gösterilir. Kaynak: Ricin as a weapon of mass terror — Separating fact from fiction ve Acute Voluntary Intoxication by Ricin

Risin Zehirlenmesinde Panzehir ve Tedavi

Henüz insanlar üzerinde test edilmemiş olmasına rağmen, Birleşik Krallık ordusu tarafından bir panzehir geliştirilmiştir. ABD ordusu tarafından geliştirilen bir başka panzehirin, risin ile karıştırılmış antikor açısından zengin kan enjekte edilen laboratuar farelerinde güvenli ve etkili olduğu gösterildi ve bazı insan testleri yapıldı. Zehirlenme için semptomatik ve destekleyici tedaviler mevcuttur.

Mevcut tedaviler, zehrin etkilerini en aza indirmeyi amaçlamaktadır. Olası tedaviler arasında intravenöz sıvılar veya elektrolitler, yardımlı ventilasyon ve düşük tansiyonu gidermek için ilaç verme yer alır. Risin proteini yakın zamanda yutulmuşsa, aktif kömür yenilerek veya mide lavajı yapılarak mide yıkanabilir.

Risin proteini ile zehirlenme sonucunda hayatta kalanlar genellikle uzun vadeli organ hasarı geliştirir. Risin şiddetli ishal ve kusmaya neden olur ve kurbanlar dolaşım şoku veya organ yetmezliğinden ölebilir; solunması ölümcül pulmoner ödem veya solunum yetmezliğine neden olabilir. Ölüm tipik olarak maruziyetten sonraki 3-5 gün içinde gerçekleşir.

Aşılama, aktif olmayan bir protein zinciri A formunun enjekte edilmesiyle mümkündür. Bu aşılama, vücudun yabancı proteine ​​karşı antikor üretmesi nedeniyle birkaç ay boyunca etkilidir.

1978’de Bulgar sığınmacı Vladimir Kostov, muhtemelen vücudunun antikor üretimi nedeniyle, Georgi Markov’a benzer bir risin saldırısından kurtuldu. Sırtının küçük kısmından risin-bağcıklı bir pelet çıkarıldığında, orijinal balmumu kaplamasının bir kısmının hala yapışmış olduğu bulundu. Bu nedenle, pelletten sadece küçük miktarlarda risin sızmıştı, bu da bazı semptomlara neden oldu, ancak vücudunun daha fazla zehirlenmeye karşı bağışıklık geliştirmesine izin verdi.

Hint Yağı Bitkisinden Risin Elde Etmek

Ricinus communis’in tohumları genellikle hint yağı çıkarmak için ezilir. Risin yağda çözünmediğinden, ekstrakte edilen hint yağında çok az bulunur. Çıkarılan yağ, mevcut olabilecek herhangi bir risini denatüre etmek için 80 ° C’nin (176 ° F) üzerine ısıtılır. Çeşitli şekillerde “kek”, “yağlı kek” ve “pres keki” olarak adlandırılan kalan kullanılmış ezilmiş tohumlar %5’e kadar risin içerebilir. Hindistan cevizi, yer fıstığı ve bazen pamuk tohumlarından elde edilen yağlı kek, sığır yemi ve / veya gübre olarak kullanılabilirken, hint çekirdeklerinin toksik yapısında, önce otoklavlama ile denatüre edilir.

Gübre amaçlı olarak kullanılan Ricinus communis kekinin kazara yutulmasının hayvanlarda ölümcül risin zehirlenmesinden sorumlu olduğu bildirilmiştir. Hint bitkisi tohumlarının sindirilmesinden kaynaklanan ölümler, kısmen sindirilemeyen tohum kılıfları ve midede risinin bir kısmının deaktive olması nedeniyle nadirdir. Sekiz adet kadar fasulyenin özü bir yetişkin için tehlikeli kabul edilir. Rauber ve Heard, 20. yüzyılın başlarındaki vaka raporlarının yakından incelenmesinin, risin toksisitesine ilişkin kamuoyu ve profesyonel algılarının “modern tıbbi yönetimin yeteneklerini tam olarak yansıtmadığını” gösterdiğini yazmışlardır.

İnsanlardaki akut zehirlenme olaylarının çoğu, keneotu çekirdeklerinin oral yoldan yutulmasının sonucudur. Fasulye iyice çiğnenmediği sürece Hint fasulyesinin yutulması nadiren ölümcül olur. 2013 yılında Amerika Birleşik Devletleri’nde 37 yaşındaki bir kadın 30 fasulyeyi yedikten sonra hayatta kaldı. Kurbanlar genellikle bulantı, ishal, hızlı kalp atış hızı, düşük tansiyon ve bir haftaya kadar devam eden nöbetler gösterirler. Tanıyı doğrulamak için kan, plazma veya idrar risin proteini veya risin proteini konsantrasyonları ölçülebilir. Laboratuvar testleri genellikle immunoassay veya sıvı kromatografi-kütle spektrometrisini içerir.

Risin Proteini İlaç Olarak Kullanılabilir Mi?

Şu anda risine dayalı hiçbir onaylanmış terapötik madde bulunmamakla birlikte, tümörlerin tedavisinde hedeflenen hücreleri yok etmek için “sihirli bir mermi” olarak kullanılma potansiyeline sahiptir(kaynak için tıklayınız). Risin bir protein olduğu için, antikor tarafından tanınan kanserli hücreleri hedeflemek için bir monoklonal antikora bağlanabilir. Risin ile ilgili en büyük sorun, doğal içselleştirme dizilerinin protein boyunca dağılmış olmasıdır. Bu doğal içselleştirme dizilerinden herhangi biri bir terapötik maddede mevcutsa, ilaç hedeflenmemiş tümörsüz hücrelerin yanı sıra hedeflenen kanserli hücreler tarafından içselleştirilecek ve öldürecektir.

Risinin değiştirilmesi, bu immünotoksinlerin risin bileşeninin yanlış hücrelerin onu içselleştirmesine neden olurken, hedeflenen hücreler tarafından içselleştirildiğinde hücre öldürme aktivitesini korurken, olasılığını yeterince azaltabilir. Bununla birlikte, lösemi ve lenfoma için FDA onaylı bir tedavi olan denileukin diftitox’ta kullanılan difteri toksini gibi bakteriyel toksinlerin daha pratik olduğu kanıtlanmıştır. Risin proteini için ümit verici bir yaklaşım, antijenleri hücrelere vermek için bir araç olarak toksik olmayan B alt birimini (bir lektin) kullanmak ve böylece bunların immünojenikliğini büyük ölçüde arttırmaktır. Bir adjuvan olarak risinin kullanılması, mukozal aşıların geliştirilmesi için potansiyel çıkarımlara sahiptir.

Risin Proteini ile İlgili Bazı Olaylar

1978’de Bulgar muhalif Georgi Markov, bir Londra caddesinde, risin bulaşmış minik bir peleti bacağına ateşlemek için sıkıştırılmış gaz kullanarak gizlice vuran Bulgar gizli polisi tarafından öldürüldü. Birkaç gün sonra bir hastanede öldü ve vücudu, bir otopsi sırasında peleti keşfeden İngiliz Savunma Bakanlığı’nın özel bir zehir şubesine teslim edildi. Baş şüpheliler Bulgar gizli polisiydi.

Georgi Markov’ın Risin İle Öldürülmesi

Georgi Markov birkaç yıl önce Bulgaristan’dan kaçmıştı ve ardından Bulgar komünist rejimini son derece eleştiren kitaplar yazdı ve radyo yayınları yaptı. Ancak o dönemde Bulgaristan’ın peleti üretemeyeceğine inanılıyordu ve KGB’nin bunu sağladığına da inanılıyordu. Yüksek mevkilerde iken KGB’den kaçanlar Oleg Kalugin ve Oleg Gordievsky, KGB’nin karıştığını doğrulasa da, KGB herhangi bir müdahaleyi reddetti. Daha önce, Sovyet muhalifi Aleksandr Soljenitsyn de 1971’de KGB ajanlarıyla karşılaştıktan sonra risin benzeri semptomlardan muzdaripti (ancak hayatta kaldı). Georgi Markov’a yapılan saldırıdan on gün önce bir başka Bulgar sığınmacı Vladimir Kostov da benzer bir saldırıdan sağ kurtuldu.

Kostov, pantolonunun kemerinin üzerinde sırtının alt kısmında bir acı hissettiğinde, Paris metrosunun yürüyen merdiveni üzerinde duruyordu. Ateşi yükseldi, ancak iyileşti. Markov‘un ölümünden sonra, Kostov’un sırtındaki yara incelendi ve Markov’a karşı kullanılana benzer risinle bağlanmış bir pelet çıkarıldı. Birkaç terörist ve terörist grup risin ile deneyler yaptı ve birçok zehir olayının ABD’li politikacılara postalanmasına neden oldu.

Diğer Olaylar

Örneğin, 29 Mayıs 2013’te New York Belediye Başkanı Michael Bloomberg’e gönderilen iki isimsiz mektup, bunun izlerini içeriyordu. Bir diğeri ise Washington, D.C.’deki Yasadışı Silahlara Karşı Belediye Başkanları ofislerine gönderildi. Risin içeren bir mektubun aynı zamanda Amerikan Başkanı Barack Obama’ya da gönderildiği iddia edildi. Bir aktris, Shannon Richardson, daha sonra o Aralık ayında suçunu kabul ettiği suçla itham edildi. 16 Temmuz 2014’te Richardson 18 yıl hapis ve 367.000 $ tutarında iade cezasına çarptırıldı. 2 Ekim 2018’de, risin içerdiğinden şüphelenilen iki mektup Pentagon’a gönderildi; biri Savunma Bakanı James Mattis’e, diğeri Deniz Operasyonları Şefi Amiral John Richardson’a gönderilmişti.

23 Temmuz 2019’da Kaliforniya’daki Pelican Bay Eyalet Hapishanesinde şüpheli bir madde içerdiği iddia edilen bir mektup alındı. Yetkililer daha sonra risin içerdiğini doğruladılar; hiçbir zararlı maruziyet tespit edilmedi. 2020’de Çek Cumhuriyeti’ndeki bazı medya organları (istihbarat bilgilerine dayanarak) Rus diplomatik pasaportu ve risini taşıyan bir kişinin Prag’a üç politikacıya suikast düzenlemek amacıyla geldiğini bildirdi, ancak Rusya Devlet Başkanı Vladimir Putin bunu yalanladı.

Bu konu ile ilgili olarak hedefler şunlar olmalıydı: İlk olarak, Prag’ın Rus büyükelçiliğinin bulunduğu “Pod Kaštany” meydanının adını Boris Nemtsov Meydanı’na değiştiren Prag belediye başkanı Zdeněk Hřib (Çek Cumhuriyeti’nin başkenti), muhalif bir politikacı 2015’te Kremlin’de suikast düzenledi. İkincisi, tartışmalı heykelin Sovyet dönemi Mareşal Konev’e kaldırılmasıyla uğraşan Prag 6 belediye başkanı ve diğer siyasi kişilerdi.

Kimyasal Silah Olarak Risin Proteini ve Adli Kimya

Risin gibi protein toksinlerini tespit etmeye yönelik birçok yöntem, genellikle triptik peptitler olmak üzere toksin peptitlerini tanımlamak için hedefli sıvı kromatografisi-tandem kütle spektrometrisi (LC-MS / MS) kullanır. Hedeflenmemiş yöntemlerin başarılı bir şekilde kullanıldığı da rapor edilmiştir. Bununla birlikte, peptit ve protein tanımlama için veri tabanı araştırması da dahil olmak üzere hedeflenmemiş proteomik yöntemlerin kullanımı, adli tıp uygulamalarında daha az yaygındır ve adli tıp uygulayıcılarına aşina olmayabilir. Burada, triptik risin peptidlerinin spektral kitaplıklarını oluşturmak için bir yöntem öneriyoruz.

Risin, 3–5 μg / kg farelerde LD50(deneyde kullanılan canlıların yarısı birim zamanda öldürmek için gerekli ve yeterli olan doz) ile solunduğunda öldürücüdür. Hücre yüzey membranlarına bağlanır ve bir kez içselleştirildiğinde, ribozomal RNA üzerindeki belirli bir bölgeyi temizleyerek ribozomları hızla inaktive eder. Protein, 28S ribozomal RNA’yı (rRNA) inaktive eden A zinciri ve hücresel alımda rol oynayan B zinciri olmak üzere iki zincirden oluşan bir heterodimerdir. Risin solunduktan, yutulduktan veya enjekte edildikten sonra, vücuttaki ribozomlar artık protein üretmeye devam edemez ve hücre ölümüne yol açar. Henüz bir panzehir geliştirilmedi. Risini tespit etme yöntemlerine bu nedenle, potansiyel biyoterörizm araştırmaları dahil olmak üzere çeşitli durumlarda ihtiyaç duyulmaktadır.

Adli kimyanın tüm alanlarındaki birçok yöntem, kimyasal bileşikleri tanımlamak için bilinen standartlarla karşılaştırmaya dayanır. Geleneksel proteomik veri tabanı araştırması, peptitleri güvenle tanımlayabilmekle birlikte, bunu doğrudan yapmaz. Bilinmeyen bir numuneden alınan spektrumların özgün, bilinen bir referans numuneden doğrudan spektrumlara karşılaştırılmasını kolaylaştırmak için risine özgü bir spektral kitaplık oluşturuldu ve adli açıdan gerçekçi numunelerde risin peptitlerini belirlemede faydası gösterildi.