مطالعه اسپکتروسکوپی میانکنش بین داروی توپیرامات و آنزیم کربنیک انیدراز ii انسانی

آنزیم کربنیک انیدراز ii انسانی (hca ii, ec 4.2.1.1)، متالو آنزیمی است که هیدراسیون برگشت پذیر دی اکسید کربن را به یون های بیکربنات و هیدروژن کاتالیز می کند. این واکنش نقش مهمی را در بسیاری از فرآیندهای فیزیولوژیک بدن از قبیل تنفس، تعادل اسید- باز، ترشح الکترولیت ها، کلسی فیکاسیون، پیام رسانی سیستم عصبی، بیوسنتز لیپیدها و در بعضی بیماری ها مانند سرطان، گلوکوما، صرع و بیماری های مرتبط با حافظه ایفا می کند. توپیرامات، داروی سولفاماتی با اسکلت قندی است که خاصیت ضدتشنج دارد. همچنین این دارو موجب کاهش وزن، کاهش تمایل به نوشیدن الکل و دیگر اثرات بر سیستم عصبی مرکزی می شود. اگرچه اطلاعات زیادی در مورد توپیرامات وجود دارد، ولی تاکنون مکانیسم عمل مشخصی برای آن ثابت نشده است. اخیرا، مهار hca ii به عنوان مکانیسم بالقوه عملکرد توپیرامات پیشنهاد شده است. از اینرو، مطالعه میانکنش توپیرامات- hca ii می تواند مهیا کننده درکی برای درمان بیماری های مرتبط با hca ii باشد. در این مطالعه، پارامترهای اتصال دارو و اثر آن بر ساختار و پایداری آنزیم با استفاده از تکنیک های اسپکتروفوتومتری مرئی- فرابنفش، فلوئوریمتری و اسپکتروپلاریمتری مطالعه شده است. مطالعات ساختاری و پایداری به ترتیب در بافرهای تریس و فسفات (هر دو 50 میلی مولار 75/7 ph) انجام شده است. توپیرامات اثر کاهشی بر طیف جذبی آنزیم داشت که نشان دهنده تشکیل کمپلکس بین دارو و آنزیم می باشد. نتایج آزمایش های فلوئورسانس ذاتی آنزیم نشان داد که اتصال توپیرامات باعث افزایش فلوئورسانس آنزیم از طریق کاهش خاموش شوندگی داخلی آن می شود. طیف cd فرابنفش دور نشان داد که محتوای مارپیچ آلفای آنزیم در حضور دارو افزایش یافته است، در حالی که طیف cd فرابنفش نزدیک افزایش فشردگی در ساختار سوم آنزیم را در اثر اتصال دارو نشان داد. شاخص آبگریزی سطحی پروتئین (psh) نشان داد که psh آنزیم در حضور توپیرامات 77/13% کاهش یافته است که تایید کننده فشردگی ساختار آنزیم در حضور دارو می باشد. تعداد تریپتوفان های در دسترس برای اکسیداسیون با اتصال دارو کاهش می یابد که نشان دهنده افزایش فشردگی ساختار آنزیم در حضور دارو می باشد. آنالیز ترمودینامیک فرآیند اتصال نشان داد که اتصال توپیرامات به hca ii توسط آنتالپی پیش رانده می شود و نیروهای عمده درگیر در اتصال، پیوندهای هیدروژنی و میانکنش های واندروالس می باشند. پایداری ترمودینامیکی آنزیم در حضور توپیرامات به میزان 38/31% افزایش می یابد که ناشی از پایدار شدن شکل طبیعی آنزیم می باشد. سرعت غیرفعال شدن و تجمع حرارتی آنزیم در حضور توپیرامات کاهش می یابد که نشان دهنده از بین رفتن ساختار جایگاه فعال آنزیم در حالت انتقالی می باشد. بررسی پارامترهای ترمودینامیکی فرآیندهای غیرطبیعی شدن و تجمع حرارتی نشان داد که میانکنش های عمده پایدار کننده ساختار پروتئین با اتصال دارو از نوع پیوند هیدروژنی بوده و منحصر به پیوندهای تشکیل شده بین جایگاه فعال آنزیم و دارو نمی باشند. نتیجه کلی اینکه توپیرامات با القای فشردگی در ساختار آنزیم کربنیک انیدراز ii انسانی موجب پایداری سینیتیکی و ترمودینامیکی آن می شود.