Enzimler-Ders-5 [Uyumluluk Modu]

ENZİMLER
Enzimler
q Vücuttaki tüm reaksiyonlar, tüm işlem sonunda kendileri
değişmeden reaksiyonların hızını artıran protein katalizörler olan
enzimler tarafından yürütülür.
q Enerji açısından mümkün olabilen birçok reaksiyon arasında
enzimler reaktanları kullanışlı yollara seçici olarak kanalize
ederler
Yrd.Doç.Dr. Ahmet GENÇ
Sağlık Hizmetleri Meslek
Yüksekokulu
q Enzimler düzenli tepkime dizilerindeki aktiviteleriyle besinsel
moleküllerin parçalandığı tepkime basamaklarının yüzlercesini
katalizler, böylece kimyasal enerji korunur, dönüştürülür ve basit
öncüllerden biyolojik makromoleküller üretilir.
q Böylece enzimler bütün metabolik olayları yönlendirirler.
ENZİMLER
q Bazı hastalıklarda, özellikle kalıtımsal (genetik) bozuklarda bir ya da
daha fazla enzimin eksikliği veya tamamen yokluğu söz konusu
olabilir.
q Enzimlerin aktivitelerinin kan plazmasında, eritrositlerde veya doku
örneklerinde ölçümü belli hastalıkların tanısında önemlidir.
q Katalitik RNA moleküllerinin küçük grubu hariç, bütün enzimler
proteindir.
q Katalitik aktiviteleri, doğal protein konformasyonunun sağlamlığına
bağlıdır
q Eğer enzimler dentüre olursa veya altbirimlerine ayrılırsa katalitik
aktivitesi genellikle kaybolur. Bu yüzden protein enzimlerinin birincil,
ikincil, üçüncül ve dördüncül yapısı katalitik aktivite için esastır
ENZİMLER
q Enzimler diğer proteinler gibi, yaklaşık olarak 12.000’den 1
milyona kadar değişen molekül ağırlığına sahiptir.
q Bazı enzimler amino asit kalıntıları dışında aktivite için kimyasal
gruplara gereksinmez. Diğerleri kofaktör olarak adlandırılan
Fe+2, Mg+2, veya Zn+2 gibi bir veya daha fazla inorganik iyona
veya koenzim olarak adlandırılan kompleks organik ve
metalloorganik moleküllere gereksinir.
q Bazı enzimler aktivite için hem koenzime hem de bir veya birden
fazla metal iyona gereksinir
ENZİMLER
İSİMLENDİRME
q Enzimler proteinine çok sıkı olarak veya hatta kovalent olarak
bağlanan bir koenzim veya metal iyonu prostetik grup olarak
adlandırılır.
q Birçok enzim; aktivitesini tarif eden deyim veya kelimeyle ya da
substratın adına “-az” soneki ilavesiyle adlandırılır. Ör, üreaz
ürenin hidrolizini, DNA polimeraz nükleotidlerin polimerleşmesini
katalizler.
q Metal iyonlarıyla ve/veya koenzimiyle birlikte katalitik olarak
aktif olan bir enzim holoenzim olarak adlandırılır. Bu enzmlerin
protein kısmı apoenzim veya apoprotein olarak adlandırılır.
q Koenzimler çoğunlukla diyette küçük miktarlarda bulunan
gerekli organik besinler olan vitaminlerden türer.
q Pepsin ve tripsin gibi diğer enzimler substratlarını veya
tepkimelerini belirtmeksizin isimlendirilir.
q Bazen aynı enzimler iki veya daha fazla ada veya iki farklı enzim
aynı ada sahiptir. Bu gibi belirsizlikler ve yeni keşfedilen enzimlerin
sayısındaki sürekli artış nedeniyle enzimlerin sınıflandırılması ve
adlandırılması için uluslararası anlaşmayla bir sistem benimsendi
q Bu sistem, katalizlediği tepkime tipini esas alarak enzimleri altı
temel gruba ayırır
1
ENZİMLERİN SINIFLANDIRILMASI
Enzimlerin Sınıflandırılması
1. Oksidoredüktazlar: Oksidasyon redüksiyon tepkimelerini katalizler
1. Oksidoredüktaz
(Ör, LDH)
2. Transferaz
LDH
Laktat + NAD+ ⇔ Pirüvat + NADH
3. Hidrolaz
4. Liyaz
5. İzomeraz
6. Ligaz
Enzimlerin Sınıflandırılması
2. Transferazlar: Karbon, azot veya fosfat içeren grupların transferini
katalizler (Ör, serin hidroksimetil transferaz).
Enzimlerin Sınıflandırılması
3. Hidrolazlar: Bağlara su sokarak yıkımı katalizlerler.
Üreaz
Alanin + α − ketoglutarat
AlaninTran sferaz
⇔
Pirüvat + Glutamat
Üre + H 2O → CO2 + 2NH 3
Enzimlerin Sınıflandırılması
Enzimlerin Sınıflandırılması
4. Liyazlar: C-C, C-S ve bazı C-N bağlarının yıkımını katalizler
5. İzomerazlar: Optik veya geometrik izomerazların
Pirüvatdekarboksilaz
Pirüvat
→
Asetaldehid + CO2
rasemizasyonunu katalizler.
MetilmalonilCoA +
MetilmalonilCoAMutaz
⇔
Sük sin ilCoA
6. Ligazlar: Yüksek enerjili fosfatların hidrolizi ile birlikte yürüyen
karbon ve oksijen, sülfür, azot arasında bağ oluşumunu katalizler.
Pirüvat + CO2
Pirüvatkarboksilaz
→
Okzaloasetat
2
Enzimlerin Özellikleri
q Enzimler, bir kimyasal reaksiyonun hızını artıran ve
katalizledikleri reaksiyon sırasında tüketilmeyen protein
katalizörlerdir.
q Canlı sistemlerde tepkimelerin enzimatik oluşması şarttır.
Biyolojik olarak uygun koşullarda, katalizlenmeyen tepkimeler
yavaş gerçekleşme eğilimindedir.
q Aktif Bölge
q Katalitik Etkinlik
q Spesifiklik
q Kofaktörler
q Düzenleme
A. Aktif Bölgeler
q Enzim moleküllerinde aktif bölge denilen
özel bir cep yada yuva bulunur. Aktif bölge
substrata komplementer olan üç-boyutlu bir
yüzey yaratan amino asit yan zincirleri içerir.
q Aktif bölge substratı bağlayarak bir enzimsubstrat (E-S) kompleksi meydana getirir. E-S
sonradan enzim ve ürüne parçalanan enzimürüne (E-P) dönüşür
B. Katalitik Etkinlik
q Enzimle katalizlenen reaksiyonların çoğu katalizlenmeyen
reaksiyonlara göre 103 ve 108 kere daha hızlı olarak oldukça
etkindir
q Her enzim molekülü saniyede 100-1000 substrat molekülünü
ürüne çevirme yeteneğindedir.
q Enzim başına düşen ürüne çevrilmiş substrat molekülü sayısına
“turnover sayısı” denir
C. Spesifiklik
q Enzimler bir veya birkaç belirli substratla etkileşerek ve sadece tek tip
kimyasal reaksiyon katalizleyerek oldukça spesifiktir
D. Kofaktörler
q Bazı enzimler, enzimatik reaksiyon için gerekli olan bir protein
olmayan kofaktörle birleşmiştir. En çok Zn2+, Fe2+ gibi metal
iyonları ve koenzim olarak bilinen, genellikle vitamin türevi olan
organik moleküller yer alır.
E. Düzenleme
q Enzim aktivitesi düzenlenebilir, yani enzimler ürün oluşum hızı
ve hücrenin ihtiyacını karşılayacak şekilde aktive veya inhibe
edilebilir
q Ör, NAD koenzimi niyasin, FAD koenzimi riboflavin
q Haloenzim, enzimle birlikte kofaktörünü ifade eder.
q Apoenzim, haloenzimin protein kısmını ifade eder ve uygun
kofaktör yoksa, apoenzim biyolojik aktivite göstermez.
q Prostetik grup enzimden ayrılmayan sıkıca bağlı koenzimdir
F. Hücre İçindeki Konumları
q Birçok enzim hücre içindeki spesifik organellerde yerleşmiştir
q Böylece reaksiyonun substrat veya ürünün diğer yarışan
reaksiyonlardan izole eder, reaksiyon için uygun ortam sağlar ve
hücredeki binlerce enzimi amaca uygun olarak organize eder
3
Reaksiyon Hızını Etkileyen Faktörler
A. Substrat Konsantrasyonu
1.
q Enzimler hücrelerden izole edilerek özellikleri test tüpü içinde
(in vitro) araştırılır. Farklı enzimler substrat konsantrasyonu, ısı
ve pH’daki değişikliklere farklı olarak yanıt verirler
n
A. Substrat Konsantrasyonu
B. Isı
C. pH
Maksimal Hız: Bir reaksiyonun hızı veya oranı (V) birim
zamanda ürüne çevrilen substrat molekül sayısıdır ve genellikle
dakikada oluşan mikromol ürün olarak ifade edilir.
Enzim-katalizli bir reaksiyonun hızı maksimum hıza (Vmax)
ulaşana kadar substrat konsantrasyonuyla artar. Reaksiyonun
hızının dengeye ulaşması enzimin bütün uygun bölgelerinin
substratla doygunluğuna işaret eder.
D. Enzim Derişimi
E. Aktivatörlerin Varlığı
2.
Enzim kinetik eğrisinin hiperbolik şekli: Enzimlerin çoğu
Michaelis-Menten kinetiği gösterir ve reaksiyonun hızı Vo’ın
substrat konsantrasyonuna karşı çiziminde bir hiperbolik şekil
meydana gelir.
B. Isı
C. pH
1.
Hızın ısıyla artışı: Reaksiyon hızı
maksimum hıza erişinceye kadar
ısıyla artar. Bu artış enerji
bariyerini geçip reaksiyon
ürünlerini oluşturmaya yetecek
enerjiye sahip olan molekül
sayısının artmasına bağlıdır
2.
Hızın ısıyla azalması: Isının
daha da artırılması sonucunda
enzimin ısıyla denatürasyonuna
bağlı olarak reaksiyon hızında bir
azalma meydana gelir.
C. pH
pH’ın aktif bölgenin iyonizasyonu üzerine etkisi: H+
konsantrasyonu reaksiyon hızını etkiler. Katalitik işlem için
genellikle enzim ve substratın spesifik gruplarının reaksiyona
girebilmeleri için iyonize veya iyonize olmamış durumda
bulunmaları gerekir
n
1.
Ör, katalitik aktivite için enzimin amino grubunun
protonlanmış durumda (-NH3+) olması gerekebilir. Alkali
pH’ta bu grup denatüre olur ve bu yüzden reaksiyon hızı
düşer.
2.
pH’ın enzim denatürasyonuna etkisi: Katalitik olarak aktif
olan bir protein molekülünün yapısı amino asit yan
zincirlerinin karakterine bağlı olduğu için, pH’taki yükseliş
enzimin denatürasyonuna neden olur
3.
Optimum pH farklı enzimler için değişiktir: Maksimum
enzim aktivitesinin eriştiği pH enzimlere göre değişir ve
genellikle enzimin vücutta fonksiyon gösterdiği [H+] nu
yansıtır
q
Ör, midedeki bir sindirim enzimi olan pepsin pH 2’de
maksimum aktivite gösterirken, nötral pH’ta aktif olan
enzimler bu pH aralığında denatüre olurlar.
4
n
n
Enzim Derişimi: Yeterli substrat varsa enzim miktarı arttıkça hız
da artar fakat substrat miktarı sabit ise belli bir yere kadar artış
görülür.
Aktivatörlerin Varlığı: Bazı enzimlerin çalışması için
aktivatörlere gerek vardır. Bunlar iyonik gücü etkileyerek
tepkime hızını artırır fakat aktivatör olmasa da tepkime yürür (Cl
iyonu amilaz enzimi için aktivatördür).
5