Alzheimer gibi “yıkıcı” hastalıklardan sorumlu tutulan asetilkolinestaraz enzimi pek çok işleve sahiptir ve asetilkolinesteraz inhibitörleri sınıfındaki ilaçlar kullanılarak aktivitesi engellenmeye çalışılır. asetilkolinesteraz inhibitörleri arasında en ümit vadeden ilaçlardan birisi bu enzimi son derece düşük dozlarda bile oldukça güçlü inhibe eden donepezil molekülüdür. Asetilkolinesteraz inhibitörleri ve özelliklerine geçmeden önce donepezil molekülü hakkında bilgi edinmek için Donepezil Yan Etkileri ve DONEPTİN yazısını okuyabilirsiniz.
Asetilkolinesteraz enzimi bitkilerde de bulunan bir enzim olmasına rağmen Alzheimer ve demans gibi bir dizi zorlu hastalıktan sorumlu tutulduğu için memelilerde daha geniş inceleme alanı bulmaktadır. Ancak bu demek değildir ki bitkilerde bir araştırma konusu olarak görülmüyor. Bu enzim bilim insanları tarafından bitkilerde de çalışılmaktadır.
Asetilkolinesteraz Enzimi
Asetilkolin aracılı sinir iletimi sinir sistemi işlevi için temeldir. Ani blokajı öldürücüdür ve Alzheimer hastalığı, çoklu sistem atrofisi ve diğer durumlarda olduğu gibi kademeli kaybı bilişsel, otonomik ve nöromüsküler fonksiyonların ilerleyici bozulması ile ilişkilidir. Asetilkolinesteraz(AChE) hidrolize olur ve asetilkolini inaktive eder, böylece sinapstaki vericinin konsantrasyonunu düzenler. Aktivasyonun sona ermesi normalde asetilkolinin reseptörden ayrılmasına ve asetilkolin seviyelerinin sınırlandığı veya AChE inhibisyonu altında olduğu hastalıklar, reseptör aktivasyonunun süresini artıran koşullar hariç, bunun müteakip difüzyonuna ve hidrolizine bağlıdır.
Asetilkolin hidrolizi, ilgili, daha az spesifik bir enzim olan butirilkolinesteraz (BuChE, ayrıca serum kolinesteraz veya psödo-kolinesteraz olarak da bilinir)7 tarafından katalize edilebilir. BuChE, asetilkolini hidrolize ederek AChE’nin yerini alabilir ve ayrıca bu toksinler AChE8’e ulaşmadan önce reaksiyona girerek doğal anti-AChE’ler için moleküler bir tuzak görevi görebilir. Bununla birlikte, AChE’nin BuChE’den çok daha fazla işlevi var gibi görünmektedir, örneğin, AChE’nin seviyelerindeki ve özelliklerindeki değişiklikler, çok sayıda dış uyaranlara verilen yanıtlarla ilişkilidir.
AChE’nin benzersiz biyokimyasal özellikleri ve fizyolojik önemi, onu detaylı yapı-fonksiyon analizi için ilginç bir hedef haline getirir. AChE kodlayan diziler, böcekler, nematodlar, balıklar, sürüngenler, kuşlar ve aralarında insanların da bulunduğu birkaç memeliyi içeren evrimsel olarak çeşitlilik gösteren bir dizi omurgalı ve omurgasız türünden şimdiye kadar klonlanmıştır. Dizi verilerini kısaca, tarihsel olarak araştırma için AChE’nin ana kaynaklarından biri olan Torpedo californica 9’dan AChE için ilk kristal modeli izledi. Daha sonra fare, Drosophila ve insandan kristal yapılar elde edildi ve temelde benzer oldukları bulundu. Olağanüstü hızlı bir katalitik reaksiyona sahip bir enzim için şaşırtıcı bir şekilde, asetilkolin bölgesinin derin, dar bir geçidin dibinde bulunduğu bulundu. Bölgeye yönelik mutajenez çalışmaları ayrıca bu enzimin birçok ligand bağlama özelliğini, özellikle kinetik çalışmalarda tanımlanmış olan ve AChE’nin ‘klasik olmayan’ bazı fonksiyonları için temel gibi görünen bir periferik bağlanma bölgesini tanımlamıştır. AChE çeşitli şekillerde sınıflandırılabilir. Mekanik olarak bir serin hidrolazdır. Katalitik bölgesi, tripsin, birkaç kan pıhtılaşma faktörü ve diğerleri gibi serin proteazların katalitik bölgelerinin yaptığı gibi, bir katalitik üçlü – serin, histidin ve bir asidik kalıntı içerir. Bununla birlikte, asetilkolinesteraz’daki asidik grup bir glutamat iken diğer birçok durumda bir aspartat kalıntısıdır. Karboksilatın nükleofilik doğası, histidinin imidazol halkası yoluyla serinin hidroksil grubuna aktarılır ve kolin kısmını substrattan değiştirmesine izin vererek bir asetil-enzim ara maddesi oluşturur. Bir sonraki hidroliz aşaması, asetat grubunu serbest bırakır. Proteinin katalitik özelliklerinin anlaşılması, onun organofosfat ve karbamat inhibitörleri tarafından inhibisyonunu anlamamıza yardımcı olmuştur.
Kaynak: Soreq, H., Seidman, S. Acetylcholinesterase — new roles for an old actor. Nat Rev Neurosci 2, 294–302 (2001). https://doi.org/10.1038/35067589
Asetilkolinesteraz İnhibitörleri
Asetilkolinesteraz inhibitörleri olarak en bilinen molekül, yazımızın başında da bahsettiğimiz bir Alzheimer ilacı olan Donepezil gelmektedir. Donepezil molekülünün çeşitli özelliklerini ve ilaç olarak kullanımını ilgili yazıda incelemiştik. Bu yazıya olaşmak için yazının başındaki Donepezil Yan Etkileri yazan linke tıklamanız yeterli olacaktır. Yazının bu kısmında ilaç tasarımı konusuna girerek AChE enziminin nasıl inhibe edildiği konusuna değineceğiz. Molekülün protein yapıya nasıl bağlandığı konusuna da gireceğimiz bu kızım teknik bilgi gerektirdiğinden ilgisi olmayanların sıkılmasına neden olabilir.
Donezepil
Yukarıdaki görselde donepezil molekülünün AChE protein yapısına kenetlenmesi sonrasında alınan bir kristal yapı görülmektedir. Bu görselde de görüldüğü gibi donepezil molekülü asetilkolinesteraz yapısı içerisinde -177,1 lik takribi bir açı bükülmesi ile protein yapıdaki cebi kaplayarak inhibisyon yapmaktadır.
Yukarıda görüldüğü gibi Donepezil molekülünün protein yapı içerisinde cebe son derece iyi yerleştiği görülmektedir. Moleküldeki aromatik halka TRP86 aminoasit kalıntısı ile pi-pi etkileşimi yapmaktadır. PHE295 aminoasit kalıntısının hidrojen bağı yaptığı görülmekte ve TRP286 kalıntısının yine pi-pi etkileşimi ile molekül protein yapı içerisinde, cebe son derece iyi yerleştiği görülmektedir.
Asetilkolinesteraz protein yapısının “ramachandran plot” diyagramı ise yukarıdaki gibidir.
