enzi̇mler - Dokuz Eylül Üniversitesi

ENZİMLER
Hayat için temel 2 koşul
• Canlı kendi kendini kopya etmeli,
– Hücre bölünmesi.
• Organizma kimyasal reaksiyonları etkin ve
seçici bir şekilde katalize etmeli.
– Enzimatik reaksiyonlar
• Birçoğumuz şekeri; enerji için, tatlandırıcı olarak
yiyecek ve içeceklerde, veya şekerin kendisini direkt
olarak kullanırız.
• Şekerin H2O ve CO2 ye çevrilmesi, oksijenli ortamda
ve oldukça ekzergonik bir işlemdir. Oluşan serbest
enerjiyi düşünmek, hareket, tatmak ve görmek için
kullanırız.
• Bir paket şeker rafta H2O ve CO2 ye dönüştürülmeden
yıllarca kalabilir. Oysa organizmalarda saniyeler
içerisinde kimyasal enerjisini salar. Fark kataliz
edilmeleridir. Kataliz haricinde şeker oksidasyonu
uygun zaman periyodu içinde meydana gelmez.
• Canlılara bu özelliği kazandıran olağanüstü katalitik
güce sahip olan ENZİM’lerdir.
Enzimler;
• Katalik güçleri çoğu zaman sentetik ve inorganik katalistlerden daha
yüksektir.
• Her biyokimyasal reaksiyonun merkezinde yer alır.
• Moleküllerin parçalanması, kimyasal enerjinin korunması ve
dönüştürülmesi sağlar
• Basit öncüllerden biyolojik makromoleküllerin yapılmasında görev
alırlar.
• Eksiklikleri veya aşırı aktiviteleri bazı genetik hastalıkların sorumlusu
olabilir.
• Bazı enzimlerin aktivitelerinin ölçülmesi, yine bazı hastalıkların
tanısında önemlidir.
• Birçok ilaç enzimler üzerinden etkisini gösterir.
• Ayrıca kimya endüstrisi, yiyecek işlenmesi ve tarımda önemli
kullanıma sahiptir.
• Protein yapıları farklı ama katalizledikleri reaksiyonlar aynı olan
enzimlere izoenzim denir. Kalp ve kas Laktat dehidrogenaz enzimi
örnektir.
• Enzimler E.C. (= Enzyme Comission) ye göre sınıflandırılırlar.
E.C.1.4.3.6 gibi.
• 1700 lü yıllarda ilk enzimin varlığından söz edilmeye
başlamıştır. Mide salgıları ile etin parçalanması
çalışmalarını, 1800 lü yıllarda çeşitli bitki ve tükrük ile
nişastanın parçalanması çalışmaları izlemiştir.
• 1850 li yıllarda Pasteur mayalar tarafından şekerin alkole
fermente olduğunu buldu.
• 1897 de Eduard Bucher fermentasyonun hücreler
uzaklaştırıldığında bazı moleküllerce gerçekleştirildiğini
saptadı.
• Frederick W. Kühne bu molekülleri Enzim olarak
adlandırdı.
• Bundan sonraki çalışmalar yeni enzimlerin keşfi ve bunların
biyokimyasal özelliklerinin araştırılması ile devam etti.
• 1926 yılında James Sumner, üreaz enzimini izole ederek
kristal halde elde etti ve bütün enzimlerin protein olduğunu
idda etti ve bu görüş 1930’lar da kabul gördü.
• Üreazı tripsin, pepsin ve diğer sindirim enzimlerinin keşfi
ve biyokimyasal çalışmaları takip etti.
• Haldane’nin ilgi çekici önerisi; enzim ve substratı arasında
kataliz reaksiyonunu mümkün kılan zayıf bağlanma
etkileşimleridir. Bu bugünkü enzim anlayışımızın temelini
oluşturmuştur.
• Bundan sonra binlerce enzim keşfi ve biyokimyasal
çalışmaları devam etmiştir.
Çoğu enzim proteindir
• Katalitik RNA molekülleri dışında bütün enzimler
proteindir.
• Katalitik aktiviteleri doğal protein
konformasyonlarına bağlıdır. Eğer denatüre edilir
(3 boyutlu yapısının bozulması) veya alt üniteleri
ayrılırsa, katalitik aktivitelerini kaybederler. Eğer
enzim aminoasit birimlerine ayrılırsa katalitik
aktiviteleri yok edilir.
• Primer, sekonder, tersiyer ve kuarterner yapıları
katalitik aktiviteleri için önemlidir.
• Enzimler 12,000 ila 1,000,000 molekül ağırlığı
arasındadır.
• Bazı enzimler aktiviteleri için sahip oldukları a.asitlerin
dışında herhangi bir kimyasal gruba ihtiyaç duymazlar.
• Bazıları ise kofaktör olarak adlandırılan bir veya daha
fazla Fe+2 Mg+2 Mn+2 veya Zn+2 gibi inorganik iyon veya
koenzim olarak adlandırılan kompleks organik veya
metalloorganik moleküllere ihtiyaç duyar.
Suda Çözünür Vitaminler
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Thiamin (B1)
Riboflavin (B2)
Niacin (B3)
Pantothenic Acid (B5)
Pyridoxal, Pyridoxamine,
Pyridoxine (B6)
Biotin
Cobalamin (B12)
Folic Acid
Ascorbic Acid
Yağda Çözünür Vitaminler
1.
2.
3.
4.
Vitamin A
Vitamin D
Vitamin E
Vitamin K
Enzimler katalizledikleri
reaksiyonlara göre adlandırılır
• Bir çok enzim –az eki alır. Üreaz veya DNA Polimeraz gibi.
No. Sınıf
Katalizlediği reaksiyon tipi
1
Oksidoredüktazlar
elektron transferi (hidrid iyonları veya H
atomları)
Grup transfer reaksiyonları
2
Transferazlar
3
Hidrolazlar
Hidroliz reaksiyonları (suya fonsiyonel grupların
suya transferi)
4
Liyazlar
Çift bağlara grupların ilavesi, veya grupların
uzaklaştırılmasıyla çift bağların oluşturulması.
5
İzomerazlar
Molekül içine grupların transferi ile izomerik
formların oluşturulması.
6.
Ligazlar
ATP hidrolizi ile C-C, C-S, C-O, ve C-N
bağlarının oluşumu.
Enzimler nasıl çalışır?
• Biyolojik reaksiyonlar besinlerin
parçalanması, sinir uyarılarının
gönderilmesi, kas kasılması gibi
olaylarda gereklidir. Aksi durumda bu
reaksiyonlar çok yavaş ilerler.
• Biyolojik ortamlarda reaksiyonlar çok
hızlıdır ve enzim, substrat ve ürün için
uygun koşulları sağlar.
• Enzimin substratı ile reaksiyon verdiği
bölge aktif bölge (aktif merkez) ve aktif
bölgeye bağlanan molekül de substrat
olarak adlandırılır.
• Aktif merkezdeki a.asitler ve bunların
grupları substrat ile bağlanır ve
kimyasal dönüşümü gerçekleştirir.
• S (substrat) ve P (ürün) arasında bir enerji bariyeri vardır: geçici stabil
olmayan yüklerin oluşumu, fonksiyonel grupların aktarılması, bağların
yeniden düzenlenmesi her iki yönlü olarak enerji gerektirir.
• Molekülün bu yüksek enerji bariyerini geçmesi gerekir. Bu yüksek enerji
seviyesi transisyon durumu (geçis durumu) dur. Bu bağ oluşumu ve
yıkılması için gerekli olan enerji seviyesidir.
• Moleküllerin geçmesi gerekli olan bu enerji aktivasyon enerjisi olarak
adlandırılır.
• Yüksek aktivasyon enerjisi reaksiyon hızının yavaş olmasına nedendir.
• Reaksiyon hızı sıcaklık artırılarak da hızlandırılabilir. Ancak biyolojik
sistemler buna elverişli değildir.
• Enzimler reaksiyon eşitliğini
etkilemezler. Sadece reaksiyonu
hızlandırırlar. Reaksiyon
sırasında ara ürünler oluşabilir.
• Reaksiyon denge durumu K ile
gösterilir.
• K ve serbest enerji arasındaki
ilişki yandaki formül ile
gösterilir. R=8.315 J/mol dür.
T= mutlak sıcaklık
• Enzim substratına nonkovalent olarak
bağlanır (zayıf bağlarla). Bu bağlanma için
gerekli enerji bağlanma enerjisidir. Bu
enzim substrat etkileşimini stabilize eder ve
reaksiyon aktivasyon enerjisini düşürür. Bu
aynı zamanda enzim substrat özgüllüğünüde
sağlar.
• Enzim reaksiyonu Michaelis-Menten eşitliği ile ifade
edilir.
• Turnover sayısı enzim substratı ile doygun olduğunda
ürüne dönüştürülen substrat miktarıdır.
Enzim İnhibisyonu
Geri Dönüşümlü
Geri Dönüşümsüz inhibisyon
Reaksiyon hızını etkileyen etkenler
• Sıcaklık
• pH
• Substrat
konsantrasyonu
• İnhibitor varlığı
• Bazı iyonların varlığı
ve konsantrasyonu
• Enzim konsantrasyonu
• Zaman
• Fiziksel etkenler
Allosterik enzimler:
• Regülatör bölge içerirler.
• Substrata karşı enzim aktivitesi
grafiklendiğinde sigmoidal eğri
gösterir.
• Çoğu zaman metabolizmada
düzenleyici noktalarda görev
görürler.
• Feed-back inhibisyonu ile kontrol
edilebilirler. Bir metabolik yoldaki
enzimin aynı metabolik yoldaki bir
substrat tarafından inhibe
edilmesidir.
• Bazı enzimler inaktif öncüller halinde sentezlenir. Bu inaktif öncüllere zimojen
denir. Tripsin Tripsinojen olarak bulunur.
• Bazı enzimler sürekli aynı miktarda sentezlenirken (konstitutif enzimler) bazıları bir
hücresel uyarı ile(indüklenen enzimler) sentezlenir.
Enzim aktivitesi tanımları
• Ünit aktivite bir mikromol substratı optimal
şartlarda bir dakikada ürüne çeviren enzim
miktarıdır.
• Spesifik aktivite, bir miligram protein
başına enzim ünite sayısıdır.