Proteinlerdeki Sistein

Hücrelerde enzimler ve diğer proteinler amino asitlerden oluşur. 20 temel amino asitten, sadece ikisi, bir kükürt grubu içerir. Sistein de bunlardan biridir. Sistein molekülü üzerindeki sülfür grubu birçok kimyasal şekilde mevcut olabilir ve proteinlerdeki sisteine düzenleme içeren benzersiz özellikler verir, hücreler selektif ilaç hedefleri sağlamanın yanı sıra metal bağlayıcı özellik kazandırır.

Kimyasal Şekilleri

Amino asit sistein içinde kükürt gruplarının hücre içinde çok çeşitli oksidatif durumlarda mevcut oldukları tespit edilmiştir, kükürt radikalleri olarak , disülfür bağında, oksijen, ya da hidroksil gruplarına bağlı olarak bulunurlar, bunlar oksidatif durumların sadece birkaçıdır. Bu kükürt gruplarının oksidatif durumu, bozulan hücre biyokimyasını değiştirebilirler. Hücreler oksidatif strese maruz kalmışsa, disülfit bağ veya S-S, durumundakine oranla, radikal gruplarda veya S-1 durumunda daha yüksek kükürt oranı bulunabilir. Sülfür atomlarının bu hassas durumları, sisteinin bağlı olduğu proteinlerin reaktivitesini etkiler. Bazı proteinler, bunların kükürt atomları bir disülfid konfigürasyonu içinde olduğunda aktive edilir. Diğer proteinler devre dışı bırakılır.

Korunması

Sistein içeren proteinler, sistein artıklarını kullanarak, oksidatif stres nedeniyle oluşan geri dönüşümsüz hasardan kendilerini koruyabilirler. Bazı proteinler, güneşe maruz kalmaları durumunda zarar görmelerinde olduğu gibi oksidatif stres dönemlerinde, S-thiolation adlandırılan bir süreç ile sistein atıklarında değişiklik yapabilirler. Bu süreç karışık disülfit bağları oluşturmak için hücre içinde diğer kükürt içeren molekülleri ile proteinin indirgenmiş kükürt atomunun reaksiyona sokulmasını kapsamaktadır. Bu işlem geri dönüşümlüdür yani tersinir işlemdir ve hücre oksidatif stres altında olmadığında geri alınabilir. Bu süreç sisteinin kükürt atomunu, proteini kalıcı olarak devre dışı bırakacak olan diğer tersinmez tepkimelere dahil olmaktan korur.

Yapısı

Sistein amino asitleri, genel olarak proteinlerin üç boyutlu yapılarını etkilemektedir. Sistein üzerindeki sülfür grupları disülfit bağları oluşturarak, diğer sülfür grupları ile oldukça kolayca reaksiyona girerler. Disülfit bağ oluşumu protein stabilizasyonu ve katlanması için ortak bir mekanizmadır. Bunların aktif olmayan disülfid bağlanmış durumlarında, bunlar daha sonra disülfid bağının indirgenmesi ile yeniden aktive edilecekleri yere yani hücrenin dışına taşınırlar. Buna karşılık, bazen disülfid bağı, belirli bir substrat için spesifik bir bağlanma yeri oluşturarak bir proteinin aktivasyonuna yol açar.

Metal Bağlanması

Proteinlerdeki sistein amino asitleri metal iyonlarını bağlarlar. Metal iyonlarının bağlanması genellikle proteinlerin aktivitesini düzenler. Örneğin, alkollü içecek içerken, sisteminizdeki alkol, sistein bakımından zengin bir protein olan alkol dehidrogenaz veya ADH adlandırılan enzim tarafından parçalanır. Bu enzim aktif olduğunda, alkolün parçalanması oldukça kolay oluşur ve sistemde alkol oldukça kolay bir şekilde etkisini kaybeder. Enzim aktif olmadığı zaman, genellikle daha uzun süre için alkolün negatif etkileri hissedilmektedir. 

Antabuse adlı ilaç, içerdiği sisteinlerin metal bağlama özelliklerinden yararlanarak, alkolün dehidrojenaz aktivitesini inhibe eder. ADH aktivasyonu çinko gerektirir. Çinko sistein üzerindeki kükürt grupları ile koordinasyon içinde ADH’a bağlanır. Antabuse, kükürt gruplarının oksidasyon halini değiştirmektedir, böylece bunlar artık çinkoya bağlanamaz ve ADH enzimi tamamen inaktive edilir. Bu da çok az alkol alımı durumunda bile, daha uzun süre rahatsız hissedilmesine neden olur.

Organizmaların Kompleksitesi ile Korelasyonu

Sistein, üç nükleotidin iki farklı dizileri tarafından DNA’da kodlanmıştır. 2000 yılında, rastgele matematiksel oluşumunun hesaplamasına dayanarak yapılan “Moleküler Biyoloji ve Evrim “’deki bir çalışmada, sisteinin incelenen tüm organizmaları temsil etmediği ileri sürülmüştür. Sistein daha kompleks organizmalarda mevcut olup, proteinlerin sistein varlığında hücre büyümesi ve enzimatik regülasyon için artan yetenekleri nedeniyle muhtemelen bu proteinler ile organizmalar üzerinde evrimsel bir avantaj sağladığını göstermektedir.

Kanser Hücrelerinin Hedefleri

Birçok kanser hücresinin, yeterli kan stoku yokluğunda düzensiz büyümeleri ve çoğalmaları nedeniyle, bunlar düşük ya da azaltılmış oksijen içinde mevcuttur. İndirgenmiş durumları, uygun hücre büyümesi ve farklılaşması ile ilgili olan ve sistein içeren birçok proteini devre dışı bırakmaktadır. İnaktif oksitlenmiş durumda olan oksitleyici enzimler, bu kanser hücrelerinde biriken öncü-ilaçlar olarak araştırılmaktadır. İndirgenmiş ortamda bu enzimler sistein içeren proteinlerin geri dönüşümü ve sonuçta kanserin yok edilmesi için aktive edilmektedir.