ilaçta enzim uygulamaları

18.5.2009
ÖDEV
İLAÇTA ENZİM UYGULAMALARI
BİYOKİMYA MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ DERSİ
HAZIRLAYANLAR
Betül KAHRAMAN
Gizem KARAER
Pınar KARAPINAR
Sena Mercan KILIÇ
Sümeyra KÜÇÜK
Engin KÜSE
İLAÇ METABOLİZMASINDA ENZİMLERİN ETKİSİ
İnsanlar birçok yabancı kimyasal maddeye veya ksenobiyotiğe (vücuda giren yabancı maddeler)
çevresel etkenler ile maruz kalır. Neyse ki, insanlar ksenobiyotikleri hızla elimine etme yolları geliştirmiş
olduğundan tehlike ortaya çıkmaz.
İlaçlar, ksenobiyotik olarak değerlendirilir ve çoğu, insanlarda yaygın olarak metabolize edilir. Birçok
ilacın bitkilerde bulunan kimyasallardan türetildiği ve kanser tedavisinde kullanılan reçeteli ilaçların çoğunun
bitki türlerinden elde edildiği görülmüştür. Bu ilaçların çoğu halk arasında kullanılan bitkisel tedavi
yöntemlerinin araştırılması sonucu bulunmuştur. Ksenobiyotikleri metabolize etme yeteneği, çoğu zaman faydalı
olsa da, ilaç geliştirilmesinin çok zaman alıcı ve pahalı olmasına yol açar. Bunun başlıca nedenleri şunlardır: (1)
insanların ilaçları metabolize etme kapasitesinin farklı farklı olması; (2) ilaç-ilaç etkileşimleri; (3) ilaçların
metabolize eden enzimlerin etkisindeki tür farklılığı. Üçüncü madde, ilaç geliştirilmesinde hayvan modellerinin
kullanımını kısıtlar. Fakat hayvanlarda, görünürdeki fonksiyonu sadece yabancı kimyasalları metabolize etmek
olan çok sayıda farklı enzim ortaya çıkmıştır.
Ksenobiyotikleri metabolize eden enzimler, insanların maruz kaldığı pek çok yabancı kimyasalın
metabolizmasında rol almasına rağmen ilaç metabolize edici olarak adlandırılmışlardır.
Bugün, insanların maruz kaldığı birçok ksenobiyotik, çevresel kirlilikten, yiyecek katkılarından,
kozmetik ürünlerden, tarım ilaçlarından, işlem görmüş yiyeceklerden ve en önemli olarak ilaçlardan
kaynaklanmaktadır. Tüm ksenobiyotikler faz 1 ve faz 2 enzim sistemi olarak adlandırılan oluşumların bir veya
birkaçında metabolize edilir. Genel olarak, metabolizma, hidrofobik yapıdaki kimyasalların idrar veya safra ile
kolay atılabilen türevlerine dönüşmesini sağlar. Zaten ilaçların çoğu hidrofobik yapıdadır. Ksenobiyotik
metabolize edici enzimler, ilaçları ve ksenobiyotikleri dokuların su kompartmanlarına atılım aracılığı ile daha
kolay elimine edildikleri hidrofilik türevlerine dönüştürür. Örnek olarak, Sitokrom P450 isoenzimleri (CYP) ile
faz 1 bunu takiben difostafglukuronosiltransferaz (UGT) enzimi ile faz 2 metabolizması sonucunda suda
çözünürlüğü yüksek olan, kolayca vücuttan atılan metabolitler oluşur (Şekil 3-1).
Ksenobiyotik metabolize edici enzimler aşağıda tablo olarak gösterilmektedir.
Enzimler
Reaksiyonlar
Faz 1 ‘oksijenazlar’
C ve O oksidasyon,dealkilasyon
Sitokrom P450
N,S ve P oksidasyonu
Flavin içeren monooksigenazlar
Epoksidlerin hidrolizi
Epoksid hidrolazlar
Faz 2 ‘transferazlar’
Sülfat eklenmesi
Sülfotransferazlar
Glukuronik asit eklenmesi
UDP-glukuronosiltransferazlar
Glutatyon eklenmesi
N-asetiltransferazlar
Asetil grubunun eklenmesi
Metiltransferazlar
Metil grubunun eklenmesi
Diğer emzimler
Alkolün indirgenmesi
Alkol dehidrogenazlar
Aldehitlerin indirgenmesi
Aldehit dehidrogenazlar
Kinonların indirgenmesi
NADPH-kinon oksidoredütaz
Faz 1 enzimleri ile -OH, -COOH, -SH, -O- veya NH2 gibi fonksiyonel gruplar ilaca bağlanır. Bu fonksiyonel
grupların eklenmesi, ilacın suda çözünürlüğünü biraz arttırır, ancak ilacın biyolojik özellikleri belirgin olarak
değişebilir, bu da istenmeyen bir özelliktir. Faz 1 reaksiyonları, hidroliz reaksiyonlarında olduğu gibi işlevsel bir
grubu ana bileşiğe sokar ya da ortaya çıkarır. Faz 1 reaksiyonları genellikle farmakolojik aktivitenin yani ilacın
etkisinin kaybına neden olur; ancak aktivitenin muhafaza edildiği örnekler de vardır.
Faz 2 enzimleri, ilaçların eliminasyonunu ve oksidasyon sonucunda oluşan metabolitlerin
inaktivasyonunu kolaylaştırır. Faz 2 reaksiyonları, ilaçların dokulardan eliminasyonunu kolaylaştıracak şekilde,
suda çözünürlüğü ve moleküler ağırlığı artan metabolitlerin oluşumuna neden olur. Faz 2 konjugasyon
reaksiyonları ana bileşik ya da Faz 1 metabolitinin üzerindeki işlevsel bir grup ve sülfat, aminoasit veya asetat
arasında kovalent bir bağlanma oluşmasına neden olur. Bunların fazlası idrar ya da dışkı ile dışarı atılır.
İlaçların transferinde görev yapan enzim sistemlerinin çoğu esas olarak karaciğerde bulunur. Ağız yolu
ile alınmış ilaçlar bağırsaklardan emilir, karaciğer tarafından alınır ve yoğun olarak metabolize edilebilir.
Karaciğer ksenobiyotikleri için en önemli metabolik temizleyici olarak düşünülmektedir. Ksenobiyotiklerin
metabolizinde ince bağırsak, ilaç metabolizmasında ağız yolu ile alınmış olan ilaçlar bağırsaktan emildiği ve
karaciğere ulaştığı için önemli rol oynamaktadır. Ksenobiyotik metabolize edici enzimler, ağız yolu ile alınmış
olan ilaçların çoğunun başlangıç metabolik sürecinden sorumludur. Karaciğerden sonraki geçişlerde esas ilacın
daha fazlası metabolize olur. Bu süreç ilaç tamamen elimine oluncaya kadar devam eder. Bu nedenle, az
metabolize edilen ilaçlar vücutta daha uzun süre kalır ve eliminasyon yarılanma ömürleri hızlı metabolize olan
ilaçlardan daha uzundur.
CYP enzimleri polipeptik zinciri kovalent olmayan şekilde bağlanan hem molekülü içeren süperailesidir.
Reaksiyonları için substrat olarak O2 kullanılan birçok enzim hem içermektedir. Hem, hemoglobin için bulunan
O2 bağlayıcı bölümdür. Hem, hidrokarbon kafes içersinde bir demir atomu içerir. Demir, CYP enziminin aktif
bölümünde O2’yi bağlar. Substatın oksidasyonu için CYP enzimleri, O2 ile birlikte kofaktör-indirgenmiş
nikotiamid adenin dinükleotit fosfat (NADPH) tan gelen H+’i kullanır. Bu H+, NADPH-sitokrom P450
oksidoredüktaz enzimi aracılığı ile sağlanır. Substratın CYP tarafından metabolizmasında oksijen harcar ve
sonuçta okside olmuş substrat ve bir molekül su açığa çıkar. İnsanlarda 50’den fazla CYP enzimi tanımlanmıştır.
Enzim ailesi olarak, CYP enzimleri ksenobiyotiklerin metabolizmasında, kolesterol yıkımının yan ürünü olan safra
asitlerinin metabolizmasında rol oynarlar. Ksenobiyotik metabolizmasında yer alan CYP enzimleri, yapısal olarak
farklı birçok kimyasalı metabolize etme kapasitesine sahiptir. Bu, tek bir CYP enziminin yapısal olarak farklı
kimyasalları metabolize edebilme kapasitesinin bulunmasına bağlıdır. CYP enzimleri tek bir bileşiği molekül
üzerinde farklı pozisyonlarda metabolize edebilir. CYP’ler substratları ara metabolizmada görevli daha tipik
enzimlerden çok daha yavaş metabolize ederler. Bunun sonucunda ilaçlar genellikle 3-30 saat yarılanma
ömrüne sahiptir, diğerlerinde ise saniyeler veya dakikalar gibi kısa yarılanma ömrüne sahiptir. CYP enzimlerinin
katalitik hızları yavaş olsa bile, aktiviteleri vücuda yüksek konsantrasyonda uygulanmış ilaçları metabolize
edebilmeye yeterlidir.
Bununla birlikte eczacılıkta önemli bazı enzimler şunlardır:




Pepsin:proteinleri parçalayan bir enzim olup muhtelif hayvanların (bilhassa koyun,keçi,dana ve domuz)
işkembelerinin asitli su ile tüketilmesi ile elde edilmektedir.Hemen hemen beyaz renkli,hafif özel
kokulu,suda çözünen bir tozdur.
Pankreatin: Pankreas guddesi tarafından ifraz edilen bir enzim karışımıdır.Trypsin(proteinlere tesir
eder),lipaz (yağlara tesir eder)ve amylaz (nişastaya tesir eder) isimli enzimleri taşır.Sığır veya domuz
pankreasından elde edilmektedir.Suda çözünen,yeşilimsi renkli,amorf bir tozdur. Mide usaresi tesiriyle
parçalandığı için ancak üzeri mide usaresine dayanıklı bir madde ile kaplanmış draje şeklinde kullanılabilir.
Papain: Carica papaya bitkisinin olgunlaşmamış meyvaları veya yapraklarının usaresinden elde edilen
proteolitik bir enzimdir.Buna benzer enzimler Ficus türleri ve Ananas sativus türünde
bulunmaktadır.Birincisinden elde edilene ficin,ikincisinden elde edilene ise bromelin ismi verilir.Bu
enzimler “bitkisel pepesin” ismiyle tanınmaktadırlar.
Penicillinaz: Tabiatta çok görülen bazı bakteriler (bacillus subtilis gibi) tarafından meydana getirilir ve
penicillii inaktive eder. Bu yüzden penicilin eldesi esnasında büyük bir önem taşır.Penicillinaz teşekkülüne


mani olmak için sanayide kültür vasatlarının yabancı bakteriler tarafından kirletilmemesine çok dikkat
edilir.Diğer taraftan bu enzim penicilinin sterilite testinin yapılması esnasında penicilini inaktive etmekte
kullanılır.
Lipazlar: yağların parçalanmasından sorumlu bir enzim grubudur. Bir lipaz, suda çözünebilen bir enzimdir
ve lipitlerin ester bağlarının hidrolizini katalize eder.Lipazlar bakteri, maya ve küfleri içeren mikrobiyal
flora tarafından bol miktarda üretilmektedir. Lipazlar biyomedikal uygulamalarda, biyosensörler ve
pestisidlerin yapımında uygulama alanları bulmaktadır. Endüstriyel olarak en yaygın kullanılan lipaz
üreticisi mikroorganizmalar Candida spp., Pseudomonas spp., Rhizopus spp.’dir. Son yıllarda biyoteknoloji
alanında lipazların kullanımında eksponansiyel bir artış gözlenmektedir. Bu nedenle lipazların aşırı
üretimini sağlamak amacıyla yönlü mutasyonlar yardımıyla suş geliştirme çalışmalarına ağırlık verilmiştir.
Hem hidrolitik hem sentetik reaksiyonlarda kullanımları lipazların son on yılda kimya ve ilaç endüstrisinde
oldukça büyük ilgi görmesine neden olmuştur. Ekonomik açıdan bakıldığında endüstriyel boyutta
kullanımı enzimlerin immobilize edilmelerini gerektirmektedir.
Proteazlar: Endüstriyel olarak en fazla üretilen enzimlerden biri olan proteazlar biyomedikal
uygulamalarda ve kimyasal endüstride kullanılmaktadır. Son yıllarda alkalofilik mikroorganizmaların
ürettiği ve aşırı alkali ortamlarda aktivite gösteren alkalin proteazlar endüstriyel olarak çok önem
kazanmıştır. Şu anda alkalin proteazların ticari üretimi Bacillus licheniformis ve diğer alkalofilik Bacillus
spp.’den yapılmaktadır. Bu enzimlerin üretimi için öncelikle ümit verici organizmaların seçilmesine olanak
sağlayan farklı izolasyon yöntemlerinin belirlenmesi daha sonra endüstriyel suş geliştirilmesi için
mutasyon
ve/veya
rekombinant
DNA
teknolojisinin
kullanımı
üzerinde
yoğun
çalışmalar
sürdürülmektedir. Pankreatin, memeli hayvanların (özellikle domuzun) pankreasından elde edilen bir
enzim karışımıdır ve proteaz, lipaz ve amilaz aktivitelerine sahiptir.

Pankrelipaz: Domuz pankreasından ekstraksiyonla elde edilen lipaz, proteaz ve amilazdan oluşan bir
enzimler karışımıdır.

Mikrobiyal Amilazlar: α-amilaz, β-amilaz ve glukoamilaz gibi mikrobiyal amilazlar, enzimler arasında en
önemlileri olup günümüzde biyoteknolojide oldukça büyük önem kazanmışlardır. Mikrobiyal amilazlar
uygun preparasyonlarda hazırlandıktan sonra ilaç sanayiinde analitik kimya alanında, nişastanın
sakkarofikasyonunda kullanılmaktadır. Hayvanlar ve bitkilerde de bulunmasına karşılık amilazlar en
yaygın olarak mikroorganizmalarda bulunmaktadır. Amilazların ticari üretiminde birçok bakteri ve fungus
türleri kullanılmaktadır. α-amilazın ticari üretiminde Bacillus türleri çok önemlidir. Ticari amilaz üreticisi
suşların geliştirilmesinde gen klonlama yöntemleri kullanılmaktadır. Gen klonlmanın en temel amaçları;
termostabil enzimlerin ifade edilmesi, yüksek enzim verimliliği ve iki enzimin aynı organizmada ifade
edilmesinin sağlanmasıdır. Amilaz, çoğunlukla memeli hayvanların pankreasından, Bacillus subtilis,
Aspergillus oryzae ve arpa maltından izole edilir. Üretimdeki başlıca uygulama, nişastalı yiyeceklerin suni
olarak sindirilmesi ve nişastanın endüstriyel olarak parçalanmasıdır. Diğer dijestiv enzimlerle birlikte
tedavide kullanılır.

Penisilin Asilaz Enzimi: Çok sayıda yarı sentetik antibiyotiğin üretiminde penisilin asilaz (PA) kullanılır. PA,
benzil-penisilin (Pen G) veya fenoksimetil-penisilin (Pen V)’i hidroliz ederek yarı sentetik ß-laktam
antibiyotiklerinin üretiminde öncül olarak kullanılan 6-aminopenisillanik asit (6-APA) üretir. Penisilin
asilaz (E.C 3.5.1.11) enzimi, dünyada en yaygın kullanılan immobilize enzimdir. Peptit sentezi ve kiral
bileşiklerin rasemik karışımlarının ayrılması gibi yararlı biyodönüşümlerde de kullanılabilen penisilin asilaz
endüstriyel olarak önemli rollere sahiptir.

Alfa-glukozidaz: Pompe hastalığında vücudunuzda alfa-glukozidaz adı verilen bir enzim yetersizdir. Bu
enzim normal olarak glikojeni (bir karbonhidrat) parçalayarak glukoza dönüştürmektedir. Eğer bu enzim
bulunmuyorsa, belli dokularda, özellikle de kalbiniz (bebeklerde daha yaygın) ve kas dokunuzda
(diyafram, akciğerler altındaki ana solunum kası ve iskelet kasları dahil) glikojen birikmektedir. Myozyme
şu an Pompe hastalığı için onaylanmış bulunan tek enzim yerine koyma tedavisidir. Myozyme, çözülerek
vücut içine zerk edilen bir çözelti haline gelen beyaz bir tozdur. Myozyme, insan enzimi asit alfaglukozidazdan (GAA) oluşan aglukozidaz alfa etkin maddesini içermektedir.

Kollajenaz:Endojen kollajenaz aktifliğini artırıp iyileşmeyi hızlandırdığından, yaraları geç iyileşen
hastalarda bakteriyel kollajenaz preperatlarının kullanılmaktadır. Kollajenaz kollajeni parçalayabilen tek
enzimdir. Yara iyileşmesinin exudatif safhasında, yer değiştiren fibroblastlar, keratinositler, makrofajlar
ve granülositler tarafından yaranın içine endojen kollajenazlar salınır. Kollajenaz kollajen liflerini daha
sonra proteazlar tarafından daha da parçalanabilen dörtte bir ve dörtte üçlük parçalara ayırır. Böylece
ortaya çıkan çok küçük kollajen parçalanma ürünleri granülosit ve makrofajların yer değiştirmesi için
kemotatik çekici olarak hareket ederler. Granülosit ve makrofajlar nekrotik malzemeyi fagositoza tâbi
tutarak yara temizleme sürecine devam ederler.

Onkolojik Enzimler:Bromelain benzeri proteinazlar ve enzimler ile tedaviler, onkolojik hastaların
tedavisinde gittikçe artan bir rol oynarlar. Escherichia coli genleri ve enzimleri, kansere karşı vücut
dışında etkisiz olan fakat vücut içinde oldukça aktif türlerine dönüşebilen ön-ilaç uygulamalarında yer
almaktadır. Bazı gram-negatif bakterilerden L-asparaginaz elde edilir. L-asparaginaz enzimi çeşitli kanser
(çocuk lösemisi baştaolmak üzere, lemfosarkoma, melanosarkoma, non-Hodkin, vb.) türlerindeki yüksek
terapötik değeri ile bilinmektedir . Geni insanlarda bulunmayan bu enzimin anti-lösemik etkisi
sirkülasyonda bulunan L-asparagin amino asidini hızlı bir şekilde yıkmaya dayanmaktadır. Enzim,
asparagini aspartat ve amonyağa çevirerek kanserli hücrelerin büyümek ve bölünmek için ihtiyaç
duydukları essansiyel amino asitten yoksun bırakmaktadır. Normal hücreler için L-asparagin essansiyel bir
amino asit olmadığından bu hücreler, böyle bir enzim muamelesinden etkilenmezler. Çünkü nedeni,
normal hücreler kendi asparagin amino asidini aktif şekilde üreten asparagin sentetaz enzimine sahipken,
kanserli hücrelerde bu enzim ya bulunmaz ya da normal hücrelerdeki seviyede sentezlenmemektedir.
Dolayısı ile kanserli hücrelerde, sağlıklıhücrelerin tersine yeterince L-asaparagin sentezi
yapılamamaktadır. Bu nedenle, kanserli hücreler dışardan alınan veya sağlıklı hücreler tarafından
yapılarak kana verilen L-asparagine bağımlıdırlar. Dolaşımda serbest olarak bulunan bu amino asitin,
enjekte edilen L-asparginazla yıkılması sonucu neoplastik hücrelerde protein sentezi bloke edilmiş
olmaktadır. Böylece, hücre büyümesi durmakta ve aynı zamanda DNA replikasyonu
gerçekleşmemektedir. Bu uygulama sonunda hücrelerin belli bir süre sonra normal apoptosis ile ortadan
kalktıkları saptanmıştır .Enzim tedavisi görmüş lösemili çocuklarda, kanserli hücrelerinin zamanla ortadan
kalktığı saptanırken, çeşitli kanser tümörlerinin ise büzüşerek kayboldukları rapor edilmiştir. Bu çeşit bir
uygulamada kullanılan diğer bir enzim çeşidi ise L-lizin oksidazdır.
Mikroorganizmalar tarafından çok çeşitli enzimler üretilmektedir. Bütün organizmalar hücresel
faaliyetlerini sürdürebilmek için küçük miktarlarda çok çeşitli enzimleri üretmektedir.Günümüze kadar
tanımlanmış olan 3000’den fazla enzimin büyük bir çoğunluğu mezofilik organizmalardan izole edilmektedir.
Buna karşılık bazı enzimler bazı organizmalar tarafından çok yüksek miktarlarda üretilmekte ve hücre içinde
tutulmayarak hücre dışına salgılanmaktadır. Enzim kaynağı olarak mikroorganizmalar; kolay çoğalabilmeleri
enzim oluşumunun kolay kontrol edilebilmesi gibi nedenlerden dolayı potansiyel kaynak olarak düşünülürler.
Enzimler genellikle terapötik amaçla kullanılırlar.Enzim eksikliği tedavisinde; tek başlarına veya diğer enzimlerle
birlikte kullanılırlar.
Kaynaklar :
Farmakognozi ders kitabı,Turhan Baytop(Dr.Dharm.İstanbul Üniv.Eczacılık fak.Farmakognozi profesörü)
Prof. Dr. S.OĞUZ KAYAALP Tıbbi Farmakoloji, Gözden Geçirilmiş Hacattepe-Taş Kitapçılık Ltd.Şti.
Ankara 1995
Biyokimya, Editörleri: Prof. Dr. Figen Gürdöl, Doç. Dr. Evin Ademoğlu, Nobel Tıp Kitabevleri-İstanbul,
2006
Goodman&Gilman, Tedavinin Farmakolojik Temeli, Laurence L.Brunton, John s. Lazo, Keith L.Parter
Genel Çeviri Editörü: Öner Süzer, Bölüm Çeviren: Atşe Gelal, Nobel Matbaacılık Hadımköy İstanbul,
2009