Videonun mp4 versiyonunu indirmek için tıklayınız...
Takip eden içerik özel bir lisans altında sağlanmaktadır.Sizin desteğiniz MIT’nin yüksek kalitede eğitim malzemesi sağlamaya devam etmesini sağlayacaktır. Bir bağışta bulunmak veya MIT’nin yüzlerce açık kurs materyalini görmek için http://ocw.mit.edu sitesini ziyaret ediniz
17.DERS
0.21 bugün öğrendiğimiz denge kavramlarıyla ilgili örnekler yapacağız ..ilaç tasarımı..bu örnek literatürde mevcut… bu son derece önemli bir konu .. bu şekilde ilaç tasarlayabiliriz…hatırlıyormusunuz size Gibbs serbest enerjisini bilince her şeyi biliyorsunuz demektir demiştim..ben lisans öğrencisiyken bunun önemini anlamamıştım geriye baktığımda bunun önemini anlamamanın ne kadar aptallık olduğu bunun düşünüyorum … bu örnek insanların hücre üzerindeki reseptörlere protein veya ligand bağlanırken olan Gibbs serbest enerjisi değişimi veya DG değerlerini hesaplamalarıyla ilgili…bu şekilde gerçek maddeden daha iyi iş gören ilaçlar tasarımlamak mümkün ..bu tamamen DG hesaplamalarıyla ilgili… ilerde bunla ilgili dengeyi de göreceğiz …bunun dayandığı makale 2002 de yayınlandı ve o zamandan beri tasarımlanan bu ilaçla ilgili çok daha büyük ölçekte denemeler, hayvan deneyleri, sanırım insan deneyleri yapıldı.. notlarınızda bu konu ile ilgili kaynak ta var ..
1.43 ne olduğunu anlamak için biraz biyoloji bilgilerimizi tekrarlayacağız…bu özel işlem veya bu özel ilaça -- burada bir yerde olmalı— Granulosit Koloni Uyarma Faktörü denir ..nerede bu ?...size doğru ismini vermek istiyorum ..2.21
2.32 ha işte burada ..bu GCSF adında bir protein ilacı ..Granulosit Koloni Uyarma Faktörü.. bu proteinin vahşi veya doğal bir tipi var ..bu normal doku tarafında oluşturuluyor ..bu protein kandan kemik iliğine geçerek ..ilikte reseptörlere tutunarak akyuvar ve kök hücre üretimini artırır ve kemik iliğine bu kök hücreleri kana pompalamasını söyler .. kemoterapi hastalarının kemik iliği hücreleri büyük oranda yok olduğundan akyuvar ve kök hücre üretimiyle ilgili sıkıntıları vardır ..bu problemi tersine çevirmenin yollarından bir tanesi yapay olarak bu akyuvar oluşumunu uyarmaktır ..bunu yapmanın yollarından biri de hastaya bu proteinde yani Granulosit Koloni Uyarma Faktöründen vermektir ..bu protein kemik iliğini daha fazla akyuvar yapması hususunda uyarır ..tabi kemik iliğinden kalan neyse …tekrar oluşturmak için..
04.09 bu iş bu proteinin vahşi tipi tarafından yapılır ..ama elinizde hemen hemen aynı şey olan ufak değişimlere uğramış yani amino asit sırası değiştirilmiş ve biraz daha iyi iş gören protein varsa bu pek çok hastanın çok işine yarayacaktır..işte bu makalede bununla ilgili idi ..bu proteini değiştirmek suretiyle nasıl doğal olanından daha etkin bir ilaç nasıl yapıp hastalara veririz..
4.53 şimdi biraz geriye dönüp konuştuğumuz bu dengeye bakalım .. bunca zamandır moleküllerin bir araya geldikleri yeni moleküller oluşturdukları dengelerden bahsediyoruz ..hücrelerdeki reseptörler ve ligandlardan bahsettiğimizde de aynı kavramlar geçerli..burada da denge kavramları kullanılmakta .. elimizde bir hücre zarı var 5.21
5.23 hücre zarında reseptör var ..protein zar boyunca yayılır .. içinde bir cep var .. zar buradan devam ediyor .. çevresi kan ve doku ile çevrili..burası da hücrenin içi ..ve bu reseptör bir ligand bekliyor .. ligand da etrafta süzülen bir başka protein … bu reseptöre bağlanacak özel bir protein .. ligandımız burada ..reseptörümüzde burada .. bu ligandlardan biri bu reseptörü bulup bağlanıyor ..bu durmuda denge ligand + reseptör = bir kompleks şeklinde yazılır .. bu her olan bir olay .. milyonlarca çeşit reseptör milyonlarca ligand var ..vahşi tipler, sahte tipler vs.vs..burada bir bağlanma olayı oluyorsa ..hücre kendine bir şeyin bağlandığını bilir bu da bir sürü yeni olayı tetikler ..bu hücreye bir çok işi yapması için bir uyarı yapar ..GCSF durumunda hücrede bir reseptör var ve birde bu Granulosit Koloni Uyarma Faktörü var ..bu ligand hücre üzerindeki reseptöre bağlanır ..buda kemik iliği hücrelerini daha ufak proteinler oluşturması için tetikler..bu işlem arka arkaya tekrarlanınca bir akyuvar veya kök hücre patlaması olur ..bu son derece karmaşık bir işlem olup her basamağın doğru olarak yapılması gerekir ..bu ligand proteini üretimi tetikler.. bu proteinin bağlanması ve kapması bir seri reaksiyonu başlatır ..dolayıyla burada denge son derece önemli bir hale gelir ..
7.30 evet başka neyi hatırlamamız lazım.. keşke başka bir tahta kullansaydım ..şimdi her tarafı dolacak ..pekala biyolojiyle ilgili daha neleri hatırlamamız gerekiyor ..bilmem ve hatırda tutman gereken bir başka husus ise hücre üzerindeki bu reseptörlerin sabit olmadıkları ..hücre reseptürlerine bir dönüşüm uygular ..bunları yeniler .. dolayısıyla hücre bu reseptörlerini sürekli olarak kontrol eder onları hücrenin içine çeker bunları lizozomlarla birleştirir ki burada pH 5-5,50 arasındadır kanda ise 7,4 .. bu proteinleri parçalar ve bunları amino asitlere döndürür ve hücrede amino asitleri kullanarak farklı proteinler ve yeni reseptörler yapar ve reseptor döngüsü böyle devam eder..burada hücre reseptörü alarak etrafında ufak bir boşluk oluşturur.. burada hücre var bu da hücrenin içi ..burada hücre tarafında çevrilmiş reseptör var ..bunun üzeride ligand da olabilir ..işte liganda da buraya oturmuş..buna endositotik olay veya reseptörün hücre endositosizi denir ..bir kere hücrenin içine girince ..
9.07 buraya çekirdeği de koyalım..tabi burada lizozom denilen yapılar var ..tam yakında işte bir tane .. burada da reseptör ihtiva eden bir vesikül var..bu lizozomla birleşerek bir ligand oluşuyor ..
9.38renkli tebeşir bitti galiba ..işte ufak bir yeşil tebeşir .. burada reseptör ve ligand bir arada ..buradaki pH 5,50 civarı ..bunlar parçalanır ve bir işlemi devam ettirmek için yeni reseptör ve ligand bulunması gerekir..herkes bu biyolojik olayı biliyor dimi.. güzel ..
10.05 şimdi örneğimize geri dönelim …işte bu bağlanma prosesi..buna göre bu reaksiyon için şeklindedir..buna birleşme veya assosiyosyon sabiti denir..tabi bir de ters proses var kompleks ligand ve reseptöre dönüşümü..bu proses içinde bir DG değeri var..bu DGa …buna göre DG0D = RTln KD olur ..bu da ayrışma prosesi …buna göre ayrışma sabiti reseptörün konsantrasyonu x ligandın konsantrasyonu / kompleksin konsantrasyonudur .. KD ne kadar küçükse reaksiyon bu tarafta ve bağlanma daha sıkı …yani KD ufaksa bağlanma sıkı ..11.39
11.41 dolayısıyla prensip olarak bir ilaç tasarımlamak istiyorsam ..bu olayı tetikliyecek bir ilaç .. bu tasarımladığımız ligand için KD değerinin mümkün mertebe ufak olmasını isterim ..ufak olsunki sıkıca tutunsun ..
12.06 bunun anlamak için iki tane deney yapmamız gerekir ..birincisi bu KD değerini deneysel olarak ölçebilmeliyiz ki ..tabi DG’yi de hesaplayabilmeliyiz ..bilgisayarda tasarımladığımız işlemin işe yarayıp yaramayacağını bilelim..bu hala deneysel bir bilim..,
12.33 peki bu nasıl yapılır .. genellikle deneyde ligand konsantrasyonunu çok yüksek tutarız .. yan ligand konsantrasyonu çok yüksekse .. ligandın herhangi bir anındaki konsantrasyonu temel olarak başlangıç halindeki konsantrasyona eşittir ..yani ligand değişmiyor .. L C ve R’den çok yüksek … denge nerede olursa olsun L sabit kalıyor..dolayısıyla L’in deney süresince olan konsantrasyonu belli..şimdi belli sayıda hücre alalım ..13.11
13.15 bir sıra halinde dizilsinler.. elinizde de belli sayıda ligand olsun .. bir ligand alalım ve bunu radyoaktif olarak etiketleyelim ..ligandınız uzun bir protein olabilir bunun ucunda radyoaktif etiket olarak iyot 125 olsun dolayısıyla bunu rahatça takip edebilelim…radyoaktif etiketlerin en iyi yanı ve insanların bunu kimya, fizk ve biyolijide örneğin belli şeylerin hayvanlarda biyo dağılımının belirlenmesinde kullanmaları.. mesela bu aranan şeylerin hala hayvanlardamı olduklarını yoksa onları terk edip etmediğini bulmak isteyebiliriz ..burada geiger sayıcıları kullanabiliriz , radyoaktif radyasyonu sayabiliriz ve bu da bize aranan şeylerin yeri son derece niceliksel bir sonuç verir ..dolayısıyla bu radyoaktif ligandı alırsak ve L0 değeri çok yüksek bir konsantrasyon ..hücrede epey bir yüksek konsantrasyonu var ..ve yüzeyde de reseptörler var ..ve reseptörlerin belli bir kesrine ligand bağlanmış bir halde ..
14.36 bunu kuluçkaya yatırıyorsunuz biraz bekliyorsunuz ..sonra yıkıyorsunuz ..bu şekilde üste olan fazla ligandı uzaklaştırıyorsunuz ..sonra bir petri kabı alıyorsunuz ..ve iyi bir kültür oluşturuyorsunuz ve hücreden radyoaktiviteyi sayıyorsunuz ..bu radyoaktif sayım size hücrede kaç tane ligand olduğunu net olarak söyleyecektir ..başlangıçtaki hücre konsantrasyonun biliyorsunuz ..bu da size ligand kompleksi konsantrasyonunu verecektir ..dolayısıyla bu deney sonunda kompleks konsantrasyonunu deneysel olarak elde etmiş oluyoruz.. şimdi bunu biliyorsunuz Lo değeri de belli ..başlangıçta koyduğumuz miktar ..dolayısıyla bunlar KD’yi bulmak için yeterli..KD’yi biliyorsanız DG0’ı biliyorsunuz demektir ..bunu genel olarak bulalım ..15.47
15.55 L’yi biliyoruz C’yi biliyoruz …şu tahtayı kullanalım
16.01 KD’yi R x L / C şeklinde yazalım ..Burada L esas olarak L0’a eşit dolayısıyla bu yaklaşımı kullanabiliriz.. burada L0 var payda da ise deneysel olarak bulduğumuz C .. bu ise kendine herhangi bir şey bağlı olmayan reseptörleri konsantrasyonu dolayısıyla onlarda bu vatandaşlar ..bu ise toplam reseptör konsantrasyonundan ligand bağlı reseptör konsantrasyonu yani kompleks konsantrasyonunun çıkarılması ..ki bunu deneysel olarak bulmuştuk .. dolayısıyla bunu yerine koyarsak …burası RT-C olur ..denge halinde olduğumuz için bunların altına denge işareti koyalım ..daha sonra bu denklemi düzenlememiz gerek ..
17.10 tabi herkes doğrusal bir grafik elde etmek ister ..buda doğrusal bir grafiktir ve eğimi denge sabitinin tersidir ….
17.22 bu denklemi düzenlersek C/ L0 buda kompleksin denge konsantrasyonu ..eşittir toplam reseptör konsantrasyonu / KD - kompleksin denge konsantrasyonu/ KD …17.55
17.57 bu oranı ki bunu deneysel olarak bulduk .. kompleks konsantrasyonunu radyoaktif olarak tespit ettik .. bunun ne olduğunu biliyorsunuz başlangıçta aldığınız miktar …bu da grafikteki x ekseni ölçtüğünüz değer ..bunları grafiğe geçirirsek buna skaterch grafiği denir bay Skatchert anısına ..
18.34 x ekseni kompleksin denge konsantrasyonu y ekseni ise kompleksin denge konsantrasyonunun ligandın başlangıç konsantrasyonuna oranı olarak alınırsa böyle bir doğru çıkar ve bunun eğimi de 1/ KD olur ..
19.04 -1/ KD …
19.07 pekala ..burada bakabileceğiniz ve işimize yarayan iki şey var ..buradaki bu çözümlemede ..bu denklemleri tekrar yazabiliriz ..C denge /RT şeklinde … bu da esas olarak ligand bağlı resptörlerin konsantrasyonunun toplam reseptör kosantrasyonuna bölümüdür ..eğer reseptörlerin çoğu boşsa bu küçük bir sayıdır. Reseptörlerin çoğu tutulmuşsa bu sayı 1’e yaklaşır ..bu asla bir’den büyük olamaz çünkü en yüksek denge reseptör konsantrasyonu toplam reseptör kadar olabilir ..yukarıdaki denklemi alır biraz oynarsak bu şeklini alır.. bunu da grafiğe geçirebiliriz ..bunu ligandın başlangıç konsantrasyonuna karşı grafiğe geçirirsek bu şekilde 1’e asimptot olan bir eğri elde ederiz..tabi bu eksende C denge / toplam reseptör konsantrasyonu ..eğer L0 yeter derecede küçükse ..yani KD’den küçükse ..
21.51 burada yer kalmadı ..
20.58 eğer L0 KD’den çok küçükse ..buradaki bu oranı düzenleyebilirsiniz…buda kabaca Cdenge/RT= L0/ KD olur ki buda doğrusal olup eğimi 1/ KD dir..eğer L0 KD’den büyükse bu terim bire yaklaşır çünkü 1 bölü büyük bir şey sıfır olur …ve bu terim bire yakın bir değer alır ..
21.47 bu da bunu yapmanın bir başka yolu..burada önemli olan şey KD’yi bulmak..eğer elinizde KD varsa DG’de var demektir..
22.00 şimdi geri dönüp tüm işleme yeniden bakalım …burada yapay olarak bu proteini tasarımlamaya çalışıyoruz ..yapmak istediğiniz şey reseptöre kuvvetli bir şekilde bağlanarak akyuvar oluşumunu uyaracak bir şey bulmak ..ancak hücre reseptöre yeniden dönüşüme tabi tutup onu yok etmeye karar verirse bu lisosom içinde bu ilacın bozunmamasını isteriz.. bunu durmadan hastaya veremeyiz dimi..dolayısıyla bu ilacın lisosom reseptörü çiğnemeden önce reseptörden ayrılması gerekir ..bunun anlamı pH5.5’deki denge sabitinin 7,4 ‘dekinden çok daha büyük olması gerektiğidir ..dolayısıyla pH7.4’deki bağlanma kuvvetli 5,5’deki bağlanma ise zayıf olmalıdır .. bu şekilde ilaç tekrar kullanılır. Kana geçer .. bir başka reseptör bulur .. tekrar bağlanır ..uyarma işini yapar .. hücre tarafından içeri çekilir ve yok edilmeden evvel reseptörden ayrılır vs..vahşi tip ise burada çiğnenerek yok edilir .. dolayısıyla hastaya defalarca ilaç verilmesi gerekir ..çünkü bu tip hücre tarafından çiğnenmektedir …
23.34 Pekala ..yazarlar bu çalışmaya başladıklarında akıllarındaki tasarım şekli buydu ..dolayısıyla onlar bu vahşi tipin amino asit dizilişini biliyorlardı..ve ona nokta değişimler uyguladılar .. bazı yerlerdeki amino asitleri değiştirdiler..ve bu proteinini bu reseptöre ph 7.4 ve ph 5,5 ‘deki bağlanma DG değerini hesapladılar .. ve DG’ler arasındaki farkları belirlediler ..
24.07 tekrar bu kısmı özetliyelim ..buradaki motivason nedir ?
24.13 buradaki motivasyon denge sabitleri oranın belirlemek ..yani KD (5,5)/ KD (7,4) değerini ..ve bunun 1‘den büyük olmasını istiyoruz..mümkün olduğu kadar büyük olmasını..tabi belli sınırlar arasında.. vahşi tip için KD (7,4) 290 ve KD (5,5)/ KD (7,4)=1,7 olarak bulunmuştur ..hatırlayın yüksek KD zayıf bağlanmaya düşük KD ise kuvvetli bağlanmaya karşılık geliyordu ..5,5 deki KD’nin 7,4’deki KD’den daha büyük olması bunun 5,5’de 7,4’dekine nazaran biraz daha zayıf bağlanmasıdır .. bu protein tasarımcılarının temel alacağı bir çeşit temel çizgi..herşey bu değerlere göre kıyaslanacak ..25.52
25.54 hesaplamada bunu yapmadılar DG değerlerini hesapladılar ..ve DG değerleri arasındaki farklılıkları buldular ..26.06
26.08 ligandın 7,4’de reseptöre bağlanması için olan DG değerini 5,4 ‘deki değerini çıkardılar ve buna DDG dediler .. tabi DG = –RTlnK dolayısyla bu –Dln KD..bu da ln KD (5,5)/KD(7,4)..burada DG değerlerini ölçerek bu ifadeye bağladılar ..dolayısıyla vahşi tür için olan DDG değeri direct olarak bu sayının logaritması olup 0,52 dir ..
27.23 bu hesaplamaları çeşitli türler için yapmışlar ve iki tane mutant bulmuşlar .. tabi tamamen DG’ye odaklanışlar ..istedikleri değer bundan büyük değer KD..dolayısıyla iki tane mutant buluyorlar .. bunlara D110H ve D113H diyorlar burada 110 ve 113 de histedin nokta değişimi yapılmış ..yanibu mutantlarda nokta değişiklikler yapıyorlar ve yukardaki bu değer D110H için 8,2 D113H içinse 17 çıkıyor .. yirmi kattan fazla ..bu ph5,5 ile ph 7,4 arasındaki bağlanma verimini gösteriyor ..yani burada nokta değişimi yapılmış olan bu molekül reseptöre sıkı bir şekilde bağlanıp pH düşünce hücre tarafından çiğnenmeden evvel koparak uzaklaşacak..bu çok güzel güzel..
29.00 dolayısyla D110H ve D113H üzerinde deneyler yapılıp KD değerleri ölçülünce hatırlarsanız vahşi tip için bu değer 270 idi..bunlar için sırasıyla 370 ve 320 bulundu .. KD oranları ise 4,4 ve 6,3 idi ..ve bu değerler yukarıdaki bu değerlere uyuyordu ..tabi bu hesaplarda deneysel ve teorik değerlerin uyumu pek mükemmel değil …çünkü burada pek çok faktör söz konusu ..ama yinede size kabaca fikir veriyor .. muhtemelen buradaki 17 değeri pek doğru değil çünkü bu 6,3 değeriyle pek uymuyor ..4,4 ile 6.3 arasındaki farkta bu yukardaki farkla uyumlu değil ama yön doğru ..buradaki sayılar da yukardaki bu sayıdan biraz büyük .. bunun anlamı bunların reseptöre o kadar sıkı bağlanmadıkları .. dolayısıyla bu yeni moleküller ilk başta bu vahşi tip kadar sıkı bağlanmıyorlar..bu genellikle karşılaşılan bir durumdur .. değiştirilmiş tipler vahşi tipler kadar sıkı bağlanmaz .. ancak önemli olan bu orandır..30.47
30.52 bu iki değiştirilmiş molekül hayvan deneylerine tabi tutulmuştur ..piyasaya sürülmek için bekliyor ..bu çok büyük bir olay ..olağan üstü bir pazar .. çok sayıda insan kemoterapiden etkileniyor ..yapılan iş karmaşık bir molekül ve epey basit denge kavramaları kullanmak suretiyle temel termodinamik hesaplama ..
31.35 Pekala bu konuyla ilgili bir soru varmı?
31.48 pekala bugün bayağı erken bitirdik ..gelecek hafta faz geçişlerine bakacağız şimdi yanımda değil..