X-Işını Kristalografisi Nedir?

0

1- X-Işını Kristalografisi Nedir?

X-Işını Kristalografisi Hali Hazırda On Yıllarca Kullanılmakta Olan Bir Yöntem. Basit Örneklerle Başlayalım; Görmek İçin Herkesin Bir Çift Göze İhtiyacı Var. Görme Esnasında Nesnelerin Üzerinden Yansıyan Işık Gözümüze Gelmekte Ve Beynimiz Gelen Işığı İşleyerek Görüntüye Dönüştürmektedir. Kısacası Bir Nesneye Baktığımız Zaman Aslında Ondan Yansıyan Işığı Görürüz. Bu Algılanan Işık Elektromanyetik Spektrumun Çok Küçük Bir Alanını Kapsamaktadır. Bu Yüzden Buna Görünür Bölge Spektrumu* Adı Verilir Ve 400-700 Nm Dalga Boyları Arasındadır. Bu Şu Demek Aslında; 400 Nm’den Küçük Olan Cisimleri Yırtınsan Da Göremezsin. Çünkü Cisim Görünür Dalga Boyundan Daha Küçüktür. Peki Bu Cisimleri Görmek İçin Ne Yapmamız Gerekiyor? (Burada Bahsettiğimiz Cisimler-Maddeler Elbette Ki İnorganik, Organik Ve Biyolojik Moleküllerdir) Tabii Ki Dalga Boyu Küçük Olan Spektrumları Kullanmamız Gerekiyor. Burada Karşımıza Çıkan Işınlar İse, 0,01-10 Nm Arası Dalga Boyuna Sahip Olan X-Işınları*Dır. Çünkü Moleküllerin Çapı Ortalama Olarak 1-10 Nm Arasındadır. Bundan Dolayı Yapı Analizlerinde X-Işınları Kullanılmaktadır. Kısacası X-Işını Kristalografisi; İnorganik, Organik Ve Biyolojik Moleküllerin Yapısını İncelemek İçin Kullanılan Bir Yöntemdir.

— İleri Okuma —
Elektromanyetik Radyasyonun (X-Ray) Etkileşim Gücü Yük/Kütle Oranına Bağlıdır.
Elektronlar, Protonlar İle Aynı Yüke Sahiplerdir. Fakat Protonlara Oranla 1836 Kat Daha Hafiflerdir. Bundan Dolayı X-Ray Işınları Sadece Elektronlar İle Etkileşime Girerler. Kristaller İse Tek Bir Elektrondan Gelen Kırınım Işığını Güçlendirmek İçin Kullanılırlar. Şekilde De Görüldüğü Gibi Gelen X-Ray Işınları Aynı Düzlemde Bulunan 3 Tane Elektrona Çarpmaktadır. Bu 3 Elektronu Bir Kristal İçerisinde Bulunan Atomlar Olarak Düşünebiliriz. Kırınım Sonucu Oluşan Dalgalar Şekilde De Görüldüğü Gibi Birbirlerini Güçlendirmektedir. Bu Dalgaların Temel Özelliklerinden Bir Tanesidir Ve Bu Duruma Şiddetlendirici Girişim Adı Verilir. Sonuçta Şu Şekilde De Gördüğünüz Gibi Dedektörde Bu Şiddetlendirici Girişiminin Neden Olduğu Noktalar Görülmektedir (Burada Belirtmekte Fayda Var; X-Işınları İle Elde Edilen Röntgen İle X-Ray Kristalografisi İle Elde Edilen Kırınım Deseni Birbirinden Tamamen Farklıdır). Dolayısıyla Kristal Ne Kadar Düzgün Ve İçerisinde Yapısal Analizini Çıkaracağınız Üründen Başka Bir Şey Yoksa, Elde Edilen Noktalar O Kadar İyi Oluyorlar. Belki Şu Görsel Daha Açıklayıcı Olacaktır. Şekilde De Görüldüğü Gibi Kristal İçerisindeki Molekül Sayısı Arttıkça, Kırınım Noktaları* Daha Belirginleşmektedir. Kristallerin Şekilleri İnsanın Ağzını Açık Bırakacak Düzeyde Güzellerdir. Şunların Güzelliğine Bakar Mısınız?

X-Ray Kristalografi İçin Şu Genel Şekli Verebiliriz.

Verilerin Toplanması Esnasında İse Kristal 1 Derecelik Açılarla Döndürülerek 30-180 Derece Aralığında X-Ray Işınına Tabii Tutulmaktadır. Bu İşleme Veri Toplama* Adı Verilir. Elde Edilen Kırınım Noktaları Bilgisayar Aracılığı İle Fourier Dönüşümü Adı Verilen Bir Formülasyon İle Elektron Yoğunluk Haritalarına Dönüştürülür. Dolayısıyla Elektron Yoğunluğu Bize Atomların Yerini Verir. Daha Sonraki Aşamalarda İse Verileri Rafine Edersiniz Ve Bilim Dünyasına Sunarsınız. Kendi İlgi Alanım Proteinler Olduğu İçin, Bunun İçin En Sık Kullanılan Bilgisayar Programları Şunlardır; Wincoot, Swisspdb, Pymol, Schrödinger Ve Yasara. Örneğin; Protein Data Bank Adıyla Bilinen Şu Sitede X-Ray Kristalografisi İle Çıkartılmış Proteinlerin 3 Boyutlu Yapılarını Bulabilirsiniz.
— İleri Okuma —

X-Işını Kristalografisi Cihazları Hayvani Bir Pahalılığa Sahip Cihazlar. Türkiye’de Bu Cihazlardan Kaç Tane Var Bununla İlgili Bir Bilgi Bulamadım. Proteinler Üzerine Çalışma Yapan İse Sadece İki Tane Üniversite Var. Birisi Sabancı Üniversitesi Diğeri Hacettepe Üniversitesi. 70 Milyonluk Ülkede Sadece 2 Üniversite.

Bununla Beraber Kristalografi Çalışmalarında Sıklıkla Kullanılan Dairesel Parçacık Hızlandırıcılar Olan Sinkrotronlar Önemli Bir Yer Tutmaktadır. Parçacık Hızlandırıcı Teknolojisine Dayanan Çok Güçlü Bir Işık Kaynağı Sinkrotron. Elektronlar Işık Hızına Yakın Hızlarda Manyetik Bir Çember İçerisinde Döndürülmekte Ve Değişik Dalga Boylarında Işık Üretilmektedir. Oluşan Işık Belirli Optik Sistemler Aracılığı İle Toplanmakta Ve Çalışmaların Yapılacağı İstasyonlara Yönlendirilmektedir. Bir Nevi Cern’deki Parçacık Hızlandırıcı Gibi Düşünülebilir. Ama Nedendir Bilinmez Bunları Çok Fazla İnsan Bilmez. Dünyada Oldukça Fazla Sayıda Bulunmaktadır. Türkiye’de İse Tabii Ki Böyle Bir Tesis Yok. Benimde Bulunduğum Max İii Sinkrotron Laboratuvarının Yerine Yapılmakta Olan Max İv Laboratuvarının Dünyanın En Gelişmiş Sinkrotron Tesisi Olması Beklenmekte.

— İleri Okuma —
Peki Neden Önemli Sinkrotron Radyasyonu. Bunu Bir Kaç Maddede Sıralayabiliriz;
1- Yüksek Yoğunlukta X-Ray Işınları Sağlar,
2- Güçlü Paralel Işınlar Sağlar,
3- Küçük Odaklama Olanağı Verir,
4- Değişik Dalga Boylarında Işınlar Elde Etme İmkanı Sağlar,
5- Küçük Kristaller İle Hızlı Bir Şekilde Veri Toplamayı Olanaklı Hale Getirir.

Normal Cihazlarla Veri Toplama İşlemi 6-12 Saat Arasında Değişen Zamanlarda Gerçekleştirilirken Sinkrotron İle Bu Süre 10-15 Dk’ya İner.
— İleri Okuma —

Kafa Dağıtmaca On;

Breaking Bad’de Heisenberg’in En Sevdiği Alan Kristalografi. Bir Kaç Yerde Bunun Üzerine Atıflar Yapılıyor. Tek Bir Kelimeyle Sorun Çözüyor Adam. Gerçi Sadece Sinkrotron Diyen Adamı Ciddiye Almam Ama O Adam Heisenberg Olunca İşler Değişiyor. Adam Neticede Danger.*

Kafa Dağıtmaca Off.

2- Kristalografisi Neden Önemli?

En Basitinden Önemini Anlamak İçin Bu Yöntemle İlişkili Olan Nobel Ödüllerine Bakmak Bile Yeterli. Kristalografi İle İlişkili Tam 29 Nobel Ödülü Var. Yani Bu Alanda Çalışanlar Emeklerinin Karşılıklarını Bir Şekilde Alıyorlar. Örneğin; Watson Ve Crick Dna’nın Yapısını Bu Yöntemle Çıkardılar. Hakkını Yedikleri Rosalind Franklin’i De Es Geçmeyelim. Benim Bunların İçerisinden Favorim İse Tabii Ki Ribozom’un Yapısının Açıklığa Kavuşturulması. Devasa Bir Makinenin Yapısının Çıkartılması Çok Uzun Ve Meşakkatli Bir Süreç Neticede.

Moleküllerin Yapıları Hakkında Bilgi Sahibi Olmak Size Birçok Şey Yapmanız İçin Olanak Sağlar. Bir Sonraki Başlığa Giriş Niteliğinde Üzerinde Durmak İstediğim Konu Akılcı İlaç Dizaynı. Bir Proteinin 3 Boyutlu Yapısını Bilmek Size Ona Özgü İlaç Tasarlama İmkanı Sağlar. Uygun Bir Aday Bulduğunuzda İse İlaç Olma Potansiyeli Olan Adayı Geliştirerek Yolunuza Devam Edersiniz. Eğer Her Aşamadan Aday Başarıyla Çıkarsa Sonunda Marketlerde Yerini Alır.

3- İlaç Sektörü.

Küresel Çapta İlaç Sektörünün Pazar Hacmi 2014 Yılında 1 Trilyon Doları Aşmış Durumda Ve 2018 Yılında Bu Hacmin 1,3 Trilyon Dolara Ulaşması Bekleniyor. Her Yıl Düzenli Olarak Minumum %3’Lük Bir Artış Söz Konusu. Haliyle Dünyanın En Çok Kar Elde Edilen Sektörlerinden Bir Tanesi. Sektörde Ortalama %20’Lik Bir Kar Marjı Söz Konusu. Pfizer Gibi Bazı Şirketlerin Kar Marjlarının İse %40’In Üzerinde Olduğu Görülmekte. Buna Rağmen Bu Şirketler Amerika’da Verdikleri Vergilerden Kaçmak İçin Ellerinden Geleni Yapıyorlar. Bazı Şirketlerin Ar-Ge İçin Harcadıkları Paranın Kat Ve Katını Satış Ve Reklamlara Harcadıkları Verisi İse En Dikkat Çeken Verilerden Bir Tanesi.

Burada Sektörün Durumunu Gözler Önüne Seren Bir Örnek Verilmiş; Hepatit C. 12 Haftalık Bir Tedavi Sonucu Hastaların %90’Inda İyileşme Sağlanmakta. Fakat Bu Tedavi İçin Harcanan Para Hasta Başına Ortalama 200.000 Tl Civarı. Bu Oldukça Yüksek Bir Meblağ. Dünya Üzerinde 150-200 Milyon Arasında Kronik Hepatic C Hastasının Olması, Her Yıl 3-4 Milyon Yeni Hepatic C Vakasının Ortaya Çıkması Ve Gene Her Yıl 350.000 Hastanın Hepatit C İlişkili Hastalıklardan Dolayı Yaşamını Yitirmesi Durumun Vahametini Gözler Önüne Sermekte. Dolayısıyla Üretilen Bir İlacın Bu Hastalıkta Kullanılması Şirketlerin Karını Fezaya Taşımaktadır (Bkz: Hesaplayan Adamlar). Bu Kar Oranını Haklı Çıkarmak İçin Şirketlerin Geliştirdiği Argüman İse Biraz Komik Kaçıyor. Gene Aynı Yazı İçerisinde Bu Şu Şekilde Savunulmakta; Zaman Kısıtlaması. Bir İlacın Piyasaya Çıkma Süresi Ortalama 10-12 Yıl (Sonraki Bölüm) Ve Yaklaşık Olarak 1,5-2,5 Milyar Dolara Mal Olmakta. Bu Süre Zarfından Sonra Piyasaya Çıkacak Olan İlacın Ortalama 9 Yıl Boyunca Şirkete Kar Sağlaması Söz Konusu. Bunun Nedeni İse Tabii Ki Patent Anlaşmaları. Patentler Genellikle 20 Yıl Süreli Olarak Yapılmaktadır. Bu Süre Dolduktan Sonra İse Diğer İlaç Firmaları Jenerik Olarak İlacı* Piyasaya Sürebilmekteler. Bu Durum İlaç Fiyatını %90’Nın Altına Çekmektedir. Dolayısıyla Şirketler Yeni Bir İlacı Piyasaya Sürdüklerinde Elde Edecekleri Maksimum Kar Neyse Ona Göre Davranıyorlar. Sonuçta Patentleri Elinde. Ama Bu Hiç Bir Zaman İnsanların Sağlığı İle Oynama Hakkını Onlara Vermez.

Peki Türkiye Bu Sektörün Neresinde? 7 Milyar Dolarlık İlaç Pazarıyla Dünya Sıralamasında 17. Sırada Yer Alıyor. 2014 Yılında 855 Milyon Dolar İhracat, 4,7 Milyar Dolar İthalat Gerçekleştirmiş Türkiye. Yani İthalatçı Ülkerlerden Birisiyiz İlaçta. Türkiye’de Abdi İbrahim Ve Nobel İlaç, İlaç Sektöründe Başı Çekenler. Türkiye’deki Firmalar Genellikle Jenerik İlaç Üzerinden Para Kazanıyorlar. Benim Biraz Üzerinde Durmak İstediğim Bu Aslında. Şu Grafikden De Anlaşılacağı Gibi İlaç Sektörüne Giren Yeni İlaç Moleküllerinin Yıllara Göre Dağılımı Görülebilir. Örneğin; 2014 Yılında 46 Yeni Molekül Sektöre Girmiş Durumda. İşte Bu Noktada Dünyaca Büyük Firmalar Çok Yüklü Paralar Kazanıyorlar. Çünkü Bulunan Bu Orijinal İlaç Molekülü Patent İle Koruma Altına Alınmakta Ve Pazara Girmektedir. Fakat Türkiye’de Durum Böyle Değil. Biz Genelde Jenerik İlaç Üretip Kar Ediyoruz. Orijinal İlaç Molekülü Bulmaktan Çok Uzağız. Hatta Şu Anda Mevcut Bulduğumuz Bir Tane Bile Orjinal İlaç Molekülü Yok. Türkiye’de Sektör Bu Konudan Çok Çok Uzak.

4- İlaç Keşfi Ve Geliştirilmesi.

Daha Öncede Söylediğim Gibi İlaç Geliştirme Süreci Yaklaşık Olarak 10-12 Yıl Arasında Sürmekte. Bu Sürecin Basamaklarını Şurada Görebilirsiniz. Bu Süre Tabii Ki Değişkenlik Gösterebilir. Örneğin; Vemurafenib’in Geliştirilmesi Yaklaşık Olarak 6 Yıl Gibi Rekor Bir Süreçle Tamamlanmış. Bununla Beraber Marketlerde Yerini Alan Her İlaç Sürekli Olarak Kullanılmamakta. Bazıları Bazı Nedenlerden Dolayı Marketlerden Geri Çekilmekte. Diyabette Kullanılan Rosiglitazone Bunlardan Bir Tanesi Mesela.

Bu Süreç Tabii Ki Bir Çok Disiplinin Bir Araya Gelmesini Gerektiriyor. Burada Da Görüldüğü Gibi Bir Çok Disiplinin Ortaklaşa Çalışması En Önemli Unsurlardan Bir Tanesi. Hedef İse Etkin İlaç Molekülünün Bulunması. İlacın Canlılarda Etki Ettiği Noktalar Hastalıktan Hastalığa Değişiyor Haliyle. Burada Detaya Girmeye Gerek Yok Diye Düşünüyorum. Ama İsteyenler Şu Makaleye Göz Atabilirler. Hedef Nokta Belirlendikten Sonra Yapmanız Gereken Şey İse Aday İlaç Molekülleri Bulmak. Tabii Ki Bu İş Strateji İle İlerliyor. Genel Strateji İse Şu. Şekilde De Görüldüğü Gibi İlaç Dizaynının 2 Tipi Var. Ama Gene En Sonunda Bütün Olay Gelip Structure-Based Dizayna Dayanıyor. Yani Proteinin 3 Boyutlu Yapısının Bilinmesi. Bu Yapı Da Daha Önceden Bahsettiğim Bir Yöntem Olan X-Ray Kristalografisi İle Çıkarılıyor. Yapı Çıkarıldıktan Sonra Uygun İlaç Aday Molekülü İçin Taramalar Yapılıyor. Burada Ki Mantık Aslında Basit. Bilgisayar Programları İle Proteinin 3 Boyutlu Yapısına Bağlanabilen Moleküller Tasarlanıyor.* Bu Aşamada Oluşturulmuş Database Taramaları Da Yapılabiliyor. Daha Sonraki Aşamada Kimyacılar Bunları Sentezliyorlar. Bir Sonraki Aşamada İse Bu Molekül İle Kompleks Yapmış Proteinin 3 Boyutlu Yapısı Çıkarılarak Nasıl Bağlandığı Anlaşılmaya Çalışılıyor (Elde Edilen Veriler Bu Noktada Ticari Sır Olarak İlaç Firmaları Tarafından Saklanmakta. Yani İlaç Adayı-Protein Kompleksinin 3 Boyutlu Yapısını Protein Database’de Göremezsin. Makale Olarak Bilim Dünyasına Sunulmaz. Ne Zaman İşe Yaramaz Addedilir O Zaman Bilim Dünyası Çalışmalardan Haberdar Olur). Bu Esnada Aynı Zamanda Etkinlik Testleri De Yapılıyor. Eğer Protein Bir Enzim İse Molekül Bu Enzimi Ne Kadar İnhibe Veya Aktive Etmiş Ona Bakılıyor. Elde Edilen Verilerle İlaç Adayına Yeni Yan Gruplar Takılabiliyor Etkinliğini Artırmak Veyahutta Azaltmak İçin. Belki Şu Şekil Biraz Toparlar Konuyu. Görüldüğü Gibi Belirli Bir Molekülle Başlanmış Ve Moleküle Yeni Yan Gruplar Eklenerek İstenilen Etkinliğe Ulaşılana Kadar İşlemler Tekrarlanmış. En Sonunda Da Vemurafenib Ortaya Çıkmış. Bu Sürecin Özel Adına İse Fragment Base Design Deniliyor (Kokuyu Aldınız Mı? Beynim Yandı Vallaha)*

Genel Olarak İlaç Geliştirilmesi Bu Şekilde Sevgili Okuyucu. Şimdi Türkiye Bu İşin Neresinde Diye Sorabilirsin. Hiçbir Yerinde Değil Derim Bende Sana. Bu Kadar Önemli Bir Metod Üzerine Çalışmalar Yapmazsan. Üniversitelerde Hocalar Egoları İçin Birbirleri İle Yarışırsa, Multidisiplinerlik Adına Bir Şey Yapamazsın. Türkiye’de İşin Nasıl Yürüdüğünü Ben Sana Söyleyeyim. Kimyacılar Sentez Yayını İçin Yeni Moleküller Sentezler, Birkaç Kişi Onların Biyolojik Aktivitesine, Toksisitesine Vb. Bakar Ve Yayın Olarak Çıkartırlar Ve Her Şey O Noktada Biter.

Paylaş:

Leave A Reply

Yorum onaylama sistemi etkin; yorumunuzun yayınlanması biraz zaman alabilir.