Enzimler ( Prof.Dr. Emel ULAKOĞLU ZENGİN )

ENZİMLER

 

Prof.Dr.Emel ULAKOĞLU ZENGİN

İ.Ü.Cerrahpaşa Tıp Fakültesi Biyokimya Anabilim Dalı

    I.TANIM

   Enzimler, metabolizma reaksiyonlarını hızlandıran,biyolojik katalizörlerdir.

§Protein yapısında maddelerdir.
§Hücrenin gereksinimine uygun kataliz yaparlar.
§Hücre içindeki yerleşimleri metabolik olayların özelliğine göre düzenlenmiştir.   
• II. ENZİMLERİN TIPTA KULLANIMI

1.Enzim aktivitelerinin ölçümü hastalıkların tanı ve izlenmesinde   kullanılır.


    Örn:Miyokard İnfarktüsünde:

          CPK (Kreatin fosfokinaz) SGOT (AST) (Serum glutamat okzalasetat transaminaz) LDH (Laktat dehidrogenaz)

2.Kalıtsal metabolik hastalıklar bazı enzimlerin incelenmesiyle  ortaya çıkar.



Örn:Galaktozemide:

           Galaktoz-1-fosfat uridil transferaz

3.Tedavi amacıyla bazı enzim preparatlarından yararlanılabilinir.


III. ENZİMLERİN İSİMLENDİRİLMESİ

Etkiledikleri maddelerin (substratlarının) sonuna -az- takısı eklenerek  isimlendirilir.


Madde Hidroliz Enzimi


Nişasta(Amilon)                           Amilaz


Yağ      (Lipos)                              Lipaz


Protein
Proteaz


Üre
Üreaz

Bu kurala uymayanlar: Pepsin, tripsin, pityalin

Katalizledikleri reaksiyon tipine göre: oksidaz, dekarboksilaz

Günümüzde bu tür karışıklıkları önlemek amacıyla Uluslararası Biyokimya

Birliğinin (IUB) Enzim Komisyonu tarafından Sistematik isimlendirme  önerilmiştir. Bu sistemde her enzim, katalizlediği reaksiyon tipine ve mekanizmasına göre isimlendirilmektedir.

Günlük kullanımda önerilen kısa isme ilaveten daha detaylı sistematik  ismin kullanılması öngörülmüştür.

SİSTEMATİK İSİMLENDİRMENİN TEMEL ÖZELLİKLERİ

1. Reaksiyonlar ve bu reaksiyonları katalizleyen enzimler, reaksiyon mekanizmalarına göre 6 sınıfa bölünürler. Bu  sınıflarında alt sınıfları  vardır.

2. Her enzimin bir kod numarası vardır (EC). Bu kod, dörtlü sayı grubu ile gösterilir.

ULUSLARARASI ENZİM SINIFLAMASININALTI ANA SINIFI

1.OKSİDOREDÜKTAZLAR


Oksidasyon (yükseltgenme) ve redüksiyon (indirgenme) 
reaksiyonlarını katalizleyen enzimlerdir. Dehidrogenaz ve oksidazlar, substrat olarak, hidrojen ve elektron vericileri kullanırlar.


AYÜK  +
B
İND                              AİND    +
B
YÜK

Bir molekülden H+kopararak, o molekülün yükseltgenmesini; bir başka  moleküle H+’i aktararak o molekülün indirgenmesini katalizlerler.

Örnek:

CHCH     COO־ + NAD+               CH3      C     COO־ + NADH +H+

• 2.TRANSFERAZLAR

Molekülden H+ dışında, başka grupları (C, N ve fosfor taşıyan gruplar) aktaran enzimlerdir.

 
AB  + C                     A  +  BC

Örnek:

CH2     CH     COO־ + THF                         CH2    COO־ + THF    CH2

• 3.HİDROLAZLAR

Değişik bağların hidrolizini sağlayan enzimlerdir. Bağlara su ekleyerek koparılmalarını katalizlerler.

  AB +  H2O                    AOH  +  BH

Örnek:

  NH2       C     NH+ H2O                 CO+ 2NH3

• 4.LİYAZLAR 

C-C, C-O, C-N ve C-S bağlarını yükseltgeme ve hidroliz dışında bir mekanizma ile kıran enzimlerdir.

                      AB                    A  +  B

Örnek:

      CH3       C         COO–                                     CH3        CH    + CO2

• 5.İZOMERAZLAR

Optik ve geometrik izomerlerin rasemizasyonunu katalizleyen enzimlerdir.

                    ABC                ACB

Molekül-içi düzenleme yaparlar.


OOC     CH C    CoA              OOC    CH2     CH2            C     CoA

• 6.LİGAZLAR

Yüksek enerjili fosfatların enerjisini kullanarak, karbon ile C,O,S,N arasında bağ oluşumunu katalizleyen enzimlerdir.

     A
+ B + ATP                AB + ADP
+ P
İ

ATP ve benzeri trifosfatları
kullanarak iki molekülü birleştirirler.

CH3     C
COO

+  CO2                         HOOC     CH2      C
COO

Sistematik
İsimlendirme:

Örn:

ATP
+ D-Glukoz                     ADP +
D-Glukoz-6-Fosfat

Önerilen
kısa isim:
Hekzokinaz

Enzim
kodu:
EC
(2.7.1.1)

Sistematik
isim:
ATP:
glukoz fosfotransferaz

EC
(2.7.1.1):

İlk
sayı:

Reaksiyon tipini açıklar (Major sınıf)

Transferaz
sınıfı

İkinci
sayı:

Alt sınıf

Fosfotransferaz

Üçüncü
sayı:
Alt
alt sınıf

Hidroksil
grubunun alıcı olduğu fosfotransferaz

Dördüncü
sayı:
Enzim
için spesifiktir. Fosfat grubunun D-glukoza

aktarıldığını
açıklar. Enzimin listeye girdiği seri numarasıdır.

IV.ENZİMLERİN ÖZELLİKLERİ

1.Enzimler protein yapısında
maddelerdir:

Protein yapısına istisna olarak bazı RNA
tipleri gösterilebilir.
Bunlar, fosfodiester bağlarının yıkımı ve
sentezi esnasında enzim gibi davranabilirler.


Katalitik etkiye sahip RNA’ya
Ribozim denir.

ØEnzimler kolaylıkla denatürasyona
uğrarlar:

Denatürasyon, proteinlerin
doğal yapılarının bozulması

sonucunda

aktivitelerinin kaybolmasıdır.
Enzim denatüre olduğunda
aktif bölgesi de

denatürasyona uğrayarak substratını
bağlayamaz, bundan dolayı da etkili

olamaz.

• Başlıca
denatürasyona yol açan faktörler:
§ Isı
§ Işınlar (X ışınları, UV ışınları, vs)
§ Çalkalama
§ Dondurup eritme
§ Derişik asid ve baz
§ Alkol, eter, benzen, vs gibi organik çözücüler
§ Üre, guanidin çözeltileri
• 2.Enzimler özgül moleküllerdir.

Enzimler yalnız belirli
reaksiyonları katalizledikleri ve sadece

substratları ile etkileştiklerinden
dolayı
spesifik
(özgül)
maddelerdir.

3.Enzimler katalitik etkinliğe
sahiptir.

§Enzimle katalizlenen reaksiyonların çoğu katalizlenmeyen


reaksiyonlara göre 10
3 –108 kere daha hızlı olarak
gerçekleşmektedir.

§Bir enzim molekülü saniyede ortalama 100-1000 substrat


molekülünün ürüne dönüşümünü sağlamaktadır.

Enzimin
dönüşüm sayısı (Turnover sayısı):

Enzim molekülü tarafından   bir saniyede ürüne çevrilen substrat

molekülü sayısıdır.

     CO+ H2O                         H2CO3

Karbonik anhidraz, 1 saniyede 105 molekül CO2’e, H2O’yu bağlayarak

karbonik asid oluşturur.

4. Substrat-ürün
dönüşümleri çift yönlü olabilmektedir.

           C                           

Bu iki madde arasındaki
izomerizasyon glikoliz yolunda rastlanır.

Enzim iki yöne doğru reaksiyon
hızını arttırmaktadır.

5.Enzim moleküllerinde aktif bölge ismi verilen özel bir boşluk ya da


cep
kısmı bulunur.

§Aktif bölgedeki aminoasidlerin yan zincirleri, substratın  yapısına


uyumlu, üç boyutlu bir yapı oluşturmaktadır.

§Aktif bölgenin substratı bağlamasıyla
oluşan
enzim-substrat

  kompleksi (ES), önce enzim-ürün
kompleksine,
daha sonra ise


serbest
enzim ve ürüne dönüşmektedir.


E
+ S         ES          EÜ               E + Ü

§Enzim ile substrat biribirlerine hidrojen, elektrostatik ve Van
der


Waals bağları gibi non
kovalent

(zayıf) bağlarla
bağlanır.

§Zayıf bağlar ve bazı kuvvetli bağlar,
aktif bölgelerin aminoasidlerini


biribirlerine yanaştırmada önemli rol oynarlar.

Birçok enzimin katalitik bölgesinde
aşağıdaki aminoasidler yer alır:

Serin,
sistein, histidin, tirozin
ve
lizin

RİBONÜKLEAZ:

§Bu enzim RNA molekülündeki
nukleotidleri hidroliz yapar.
§Yapısı 4 disülfür bağı ile
sağlamlaşmıştır.
§Katalitik bölgede 2 histidin kalıntısı yer alır.

             Histidin 12 ve Histidin 119

§His 12, ribozun hidroksil grubu üzerine
etki eder.
§His 119, ise fosforil kısmına etkilidir.
§Böylece molekülün 2 kısmından
kırılma gerçekleşir.
§Molekülün taranmış kısmı ise 5
aminoasidin yer aldığı
bazik bir bölgedir.
§Bu bölge RNA‘yı bağlar.
§
Enzimlerin substrat bağlama yeri olan aktif bölgedeki
aminoasidler,


substratın ürüne dönüşmesini sağlayan pek çok kimyasal mekanizmayı


kullanır.

§
Bu aminoasidlerden bazıları substratın aktif merkeze bağlanmasını,


bazıları ise kataliz olayını sağlamaktadır.

§
Aktif merkezde yer alan iki bölgeden birincisi
bağlanma bölgesi


diğeri ise
katalitik
bölgeyi
oluşturur.

Enzim ile substrat bağlanmasında iki
model ileri sürülmektedir.

1.Model:
Anahtar-kilit modeli

2.Model:
Katalitik bölgenin “uyum
oluşturma

   modeli”

1.MODEL:

§Kilit anahtara olan benzerliğe dayanılmıştır.
§Bu modelde enzimin aktif merkezindeki bir bölge ile substrat


yapılarının biribirini tamamlayıcı olmaları gerekmektedir.

2.
MODEL:

§Katalitik bölgenin “Uyum-oluşturma” modelidir.
§Başlangıçta enzim ve substrat biribirlerine uygun değildirler.
§Ancak substrat enzimin aktif bölgesine yaklaştıkça, enzim buna


uymaktadır.

§Substrat, enzimde biçimsel değişiklik meydana getirir.

6.Bazı enzimler, enzimatik reaksiyon için
gerekli olan bir non-protein

   kofaktör
ile birleşirler.

§
Sıklıkla karşılaşılan kofaktörler arasında metal iyonları (
Zn2+,Fe2+,Cu2+,

    Mn+2 …vs) ve koenzim
olarak adlandırılan bir organik molekül,
genellikle


vitamin türevleri (
NAD+,
FAD,CoA
..gibi) yer alır.

§
Koenzimlerin pek çoğu genellikle B grubu vitaminlerden


türevlenmektedir.

§
Kofaktörle birleşik durumda olan ve katalitik aktivite gösteren


enzim

holoenzim olarak bilinmektedir.

§
Holoenzimin protein kısmına
apoenzim adı verilir.
§
Apoenzim kofaktörün yokluğunda biyolojik aktivite gösteremez.
§
Protein kısmına sıkıca bağlı olan koenzime
prostetik grup denir.

Kofaktörü
metal iyonu olan bazı metalloenzimler:

Kofaktör               Enzim

Fe2+                       Katalaz, peroksidaz

Cu2+                                  Sitokrom oksidaz, tirozinaz

Mg2+                                 Fosfohidrolaz, fosfotransferaz

Mn2+                                Arginaz

Zn2+                                   Alkol dehidrogenaz

Mo2+                      Ksantin oksidaz                          

§Metal iyonları substrat bağlanmasını ve katalizi kolaylaştırır.
§Aşağıdaki 4 form da, metal iyonları ile katalizlenen enzimatik


reaksiyonlar için geçerlidir.

Enz
S    
M                          M      Enz      S

Enz
     M      S                       Enz

KOENZİMİ
VİTAMİN OLAN BAZI ENZİMLER:

Enzim                      Vitamin                  Koenzim
Katalizlenen reaksiyon

Dekarboksilaz          B1
vitamini               TPP (Tiamin pirofosfat)
…………………R-CO-COOH

                                   (Tiamin)
RCHO + CO
2


(Dekarboksilasyon)

Dehidrogenaz           B2 vitamini              FMN(Flavin
mononukleotid
ve…………..Hidrojen

                                  (Riboflavin)            FAD
Flavin adenin dinükleotid)                 transferi

Transaminaz            B6
vitamini               Pridoksal
fosfat     ……………….Amino asidlerden aldığı

                                  (Pridoksal)
-NH2 grubunu α-keto


asidlere transfer eder.

Karboksilaz             Biotin                       Biotin      …………………………α-keto
asidlere CO2 ‘i


bağlar
(Karboksilasyon)

Transformilaz         Folik
asid                 
THF……………………………   -CHO, -CH2 OH, -CH3


(Tetrahidrofolat)                              gruplarının transferi

Transmetilaz           B12
vitamini               Kobamid…………………………-CH3 grubu transferi

İzomeraz
koenzim

7.
Enzimler hücrenin metabolik
gereksinimlerine uygun şekilde aktive


veya inhibe edilerek ürün oluşum hızı kontrol edilebilir.


Bu olaya enzim aktivitesinin
düzenlenmesi denir.

8. Enzimler
enerji türlerini biribirine dönüştürürler.

§Mitokondrideki küçük moleküller içinde bulunan serbest enerji, ATP


enerjisi şekline dönüşür.

§Kasta ise ATP enerjisi, kasılma esnasında mekanik enerjiye dönüşür.

9. Enzimler
tranzisyon (geçiş) durumunu stabilize ederek reaksiyonları


hızlandırırlar.

§Moleküllerin reaksiyona girebilmeleri için enerji tüketilmektedir.
§Substrat ürüne dönüşürken tranzisyon (geçiş) durumundan
geçer.

                   S                T*               Ü

§Tranzisyon durumu, S ve Ü’nün serbest enerjisinden çok daha yüksek


enerjiye  sahiptir.

§Reaksiyon tranzisyon durumundan itibaren başlar.
§Enerji düzeyinin tepe noktasında bulunan yüksek enerjili geçiş ürünleri


daha sonra son ürüne dönüşmektedir.

§Enzimlerin yokluğunda, tranzisyon durumuna ulaşabilen çok az sayıda


molekül, ürüne dönüşebilmektedir.

§Reaksiyon hızı ise, bu yüksek enerjiye sahip moleküllerin sayısı


tarafından belirlenmektedir.
                                                               


Ea =
Aktivasyon enerjisi


E
a1 = Enzimle katalizlenmemiş
reaksiyonun aktivasyon enerjisi


E
a2 = Enzimle katalizlenmiş reaksiyonun
aktivasyon enerjisi

§Bir kimyasal reaksiyon ortama enerji salıyor ise, tranzisyon


durumuna geçebilmesi için, önce
aktivasyon enerjisinden
enerji borç


alır, sonra bu enerjiyi sarfeder.

§Sarfedilen enerjiden geri kalanı ise ortama serbest enerji şeklinde


salınır.


E
a= Tranzisyon durumu serbest
enerjisi – substrat serbest enerjisi

§Aktivasyon enerjisi düşük olan reaksiyonların hızı yüksek olmaktadır.

“ Enzimle katalizlenen
reaksiyonlarda, enzimler aktivasyon enerjisini

azaltarak reaksiyonları
hızlandırırlar. Böylece enzim ve substratı,

tranzisyon enerjisi daha düşük
olan yeni bir reaksiyon yolu oluşturur.”

qSpontan reaksiyon
qKimyasal katalizör varlığındaki reaksiyon
qSpesifik enzim

V.ENZİMLERİN KATALİZ HIZINA ETKİ EDEN

FAKTÖRLER

Kataliz
Hızı,

birim zamanda oluşan ürün ya da kaybolan
substrat

miktarıdır.

Enzimle
katalizlenen reaksiyonların hızını etkileyen faktörler:

1.Enzim Konsantrasyonu

2.Substrat Konsantrasyonu

3.Sıcaklık

4.pH

1.ENZİM
KONSANTRASYONU

§ Enzimle katalizlenen reaksiyonlarda substrat konsantrasyonu yüksek


miktarlarda ise, reaksiyonun başlangıç hızı
(Vİ),enzim konsantrasyonu ile


doğru orantılı olarak artmaktadır.

2.SUBSTRAT
KONSANTRASYONU

§Enzimle katalizlenen bir reaksiyonun hızı
(V), ortamda enzim


konsantrasyonunun sabit olması koşuluyla, substrat konsantrasyonu


ile
[S]
birlikte hızla artar ve maksimal hız
(Vmax)
değerine varıncaya


kadar artış devam eder.

§Ancak
Vmax’ta substrat konsantrasyonu ne kadar artarsa artsın, kataliz hızı


artmaz.

§Yüksek
substrat konsantrasyonlarında reaksiyon hızının yavaşlaması,


enzim üzerindeki substrat bağlama bölgelerinin doygunluğa ulaşmasını
göstermektedir.

§Enzimlerin
çoğu
Michaelis-Menten
Kinetiği
gösterirler.
§Belli
sıcaklıkta ve sabit enzim konsantrasyonunda, bu kinetiğe uyan


enzimler, değişen substrat konsantrasyonu ile başlangıç hızı (V
O)


arasında
hiperbolik
bir
eğri çizerler (
A).

§Buna
karşılık allosterik enzimlerde, bu eğri

sigmoidal özellik


taşımaktadır (
B).

 3.SICAKLIK

§Kimyasal reaksiyonlarda ısının artması
moleküllerin hareketini

arttırarak  reaksiyon hızının da artmasına yol açar.

§Reaksiyon hızının sıcaklık ile artışı,
belli bir enerji düzeyini aşabilecek   

molekül sayısı ile ilgilidir.

§Bu durum, enzimlerle katalizlenen
reaksiyonlar için de geçerlidir.

“Enzimle katalizlenen bir
reaksiyonda sıcaklığın yükselmesi

reaksiyon hızını arttırmaktadır.”

Ancak enzimler protein
yapısında  maddeler olduklarından,
belirli bir    

ısı derecesinden itibaren (genelde
45
ºC)
 enzimin denatürasyonu söz

konusu olacağından, reaksiyon
hızında da bir azalma meydana

gelecektir.

Optimum Temperatür:

§Enzimin en iyi etkilediği ısı derecesidir.
§Bu ısı derecesi, reaksiyon hızını maksimal arttırırken, daha


ilerisinde enzimin denatürasyonuna yol açar.

“Enzim etkinliği düşük ısıda az,
tepe noktasında en fazla, sıcaklık

arttığında ise hızla düşer.”

Genellikle, başlangıçta sıcaklığın
her 10
ºC
artışı,
reaksiyon hızının iki

katına çıkmasını sağlamaktadır.

Enzim aktivitesinde,optimum
temperatür 2 faktörle belirlenmektedir
(Kırmızı eğri).

§Reaksiyon hızı, gerek spontan gerekse katalizör varlığında,

     sürekli olarak artar (mavi eğri).

§Belirli bir ısı derecesinden sonra,
enzim proteini denatüre olur

     (siyah eğri).

Termik
İnaktivasyon:

Enzim çözeltisi hazırlandıktan
sonra enzim aktivitesi ölçülür (E
o). Daha

sonra çözelti termostata konarak
her 2-3 dakikada bir ısı derecesi arttırılır

ve çözeltiden bir kısım alınarak
aktivite ölçülür (E). Isıtma süresi arttıkça

aktivitede giderek azalma gözlenir.
İnaktivasyon, zamanın logaritmik

fonksiyonudur.

4.pH

Enzimatik reaksiyonlar ortamın H+ iyonu konsantrasyonundan

kolaylıkla etkilenirler.

§   Enzim etkinliğinin en yüksek
olduğu pH ,
optimum
pH
dır.
§   Her enzimin etki ettiği pH  farklıdır.

Enzimler pH değişikliklerine bağlı
olarak başlıca 2 tip aktivite eğrisi

gösterirler:

a)
Dar sınırlar içinde etkiyi gösteren
çan eğri

b)
Geniş sınırlar içinde etkiyi
gösteren
plato
eğri

Çoğunlukla
enzimlerin optimum pH’ı 5-8 arasında değişmektedir.
                                                                             


Maksimum aktiviteyi                  


pH= 2’de gösterir. Nötral        


pH’da çalışan enzimler


asidik ortamda denatüre


olurlar.

      pH değişikliklerinin enzimatik aktivite
üzerindeki etkileri aşağıdaki

faktörler
tarafından belirlenmektedir.

1.
Ortamın çok yüksek ve çok düşük pH
düzeyleri, enzimin denatürasyonuna


yol açarak, yapısında geri dönüşümsüz değişiklikler yapar.

2.
Apoenzim ile koenzim arasındaki bağlar
etkilenir.

3.
Bir protein olan enzimin yapısındaki
amino ve karboksil gruplarının    


iyonizasyon  durumu, ortamın pH
değerine bağlı olarak değişir.


Aktif bölgedeki iyonizasyon değişikleri, enzim-substrat reaksiyonunu ve


buna bağlı olarak katalizi bozar.

Örnek:

Katalitik aktivite için ortamdan H+ iyonu kazanılması gerekiyor ise,

moleküldeki amino gruplarının
protonlaşması gibi:

                 – NH2                    -NH3+

Alkali  pH ‘da proton kaybı olacağından, verilen
örnekte enzimatik

aktivite hızı düşer.

4.
Büyük çoğunlukla pH değişikliklerinden
substratın da iyonizasyon


durumu etkilenir.

Reaksiyon Hızı (v):

Enzim etkisiyle birim zamanda kaybolan substrat miktarı veya

oluşan ürün miktarı ile ölçülür.

Enzim Moleküler Aktivitesi:

Optimum reaksiyon şartlarında, 1 molekül enzim tarafından 1 dakikada

ürüne dönüşen substrat miktarıdır.

Spesifik Enzim Aktivitesi:

mg protein başına düşen enzim ünite sayısıdır.

Enzim Ünitesi:

Optimal şartlarda, 1 dakikada 1 mikromol (μmol)
substratı ürüne

dönüştüren
enzim miktarıdır.

Enzimlerin katalizledikleri
reaksiyonlarda genel kimyasal reaksiyon

kinetikleri geçerlidir.

Michaelis ve Menten isimli araştırmacılar, enzimlerle gerçekleşen reaksiyonlar için basit
bir tanımlama yapmışlardır.

Enzim kinetiklerinin kantitatif
analizleri için geliştirilen bu model, tek

substratlı reaksiyonlar için
geçerlidir.

E
+ S              ES              E
+ Ü

k1, k2 ve k3 reaksiyonların hız sabitleri

§Tersinir olarak sabit bir hızla  (k1) substratla [S]
birleşen enzim
[E],


önce enzim-substrat
[ES]  kompleksini oluşturur.

[ES]
kompleksi daha sonra başlıca 2 akıbete uğrayabilir:

1. Sabit
bir hızla
(k2) yeniden E ve S’a dönüşür.

2.
Yahut k3
sabit hızıyla ürün [Ü]
oluşurken enzim de serbestleşerek ilk


yapısını kazanır.

ES
oluşum hızı
=
k1[E]
[S]

ES
yıkılım hızı
=
(
k2 +k3) [ES]

Reaksiyon hızı ile substrat
konsantrasyonu arasındaki ilişkiyi tanımlayan

Michaelis-Menten denklemi kurulurken
aşağıdaki varsayımlar gözönüne

alınmıştır:

1.
Substrat konsantrasyonu [S],
enzim konsantrasyonun
[E]’dan
çok


daha fazladır. Böylece belirli bir zamanda enzime bağlı olan substrat


miktarı ihmal edilebilir.

2.  Reaksiyonun
denge durumunda ES kompleksinin oluşum
ve


yıkılım hızları biribirine eşittir.

Reaksiyonun denge durumunda :

 k1 [E]
[S]
=
[k2
+ k
3]
[ES]     (1)

                   


[ES]  =                                  (2)

Michaelis-Menten
denklemi
hiperbolik
bir eğrinin

denklemidir.

VMAX
:

Katalizin ulaşabileceği en yüksek
hız değeridir.
Enzim bölgeleri substrat ile tam
doygunluğa geçince
VMAXa     


ulaşılır.

Km
: (Michaelis-Menten Sabiti)

En yüksek hız (VMAX) değerinin yarısına ulaşmak için gerekli substrat


miktarıdır.

Ortamda bulunan tüm enzim
moleküllerinin aktif bölgelerinin yarısını


dolduran  substrat miktarıdır.

Km değerini tam olarak bulabilmek için
farklı konsantrasyonlarda


substrat kullanılmalıdır.

Km , bir enzime ve substratına özgüldür.
Enzimin substratına ilgisini (affinitesi) ni yansıtır.
Km ,
enzim-substrat ilişkisinde bir ölçüdür.
Km’i düşük olan bir enzim, substratına yüksek ilgi (affinite) gösterir.
Enzim, aşağı substrat
konsantrasyonunda doyar.
Tersine büyük KM
, enzimin substratına düşük ilgisini
tanımlamaktadır.
Km = mol/L olarak ifade edilir.
Bir çok enzim için bu değer 10-3 – 10-5  mol/L arasında değişir.  

               Km =  

§Enzim a’nın küçük Km
‘i, enzimin substrata ilgisinin yüksek
olduğunu yansıtır.
§Enzim b’nin
büyük Km’i, enzimin substrata olan ilgisinin az
olduğunu yansıtır.

 Belirli bir andaki kataliz hızı:

         

Vo
=                                             Michaelis-Menten Eşitliği

§Michaelis-Menten denklemi hiperbolik bir eğrinin denklemidir.
§Bu denklem tersine çevrildiğinde düz eğri elde
edilir
.
§Düz eğrinin (doğru) çizilmesi ile Km
ve VMAX değerlerinin duyarlı


bir biçimde belirlenmesi kolaylaşmaktadır.

§Bu doğru ayrıca enzim inhibitörlerinin
etki mekanizmalarının saptanmasında da kullanılır
.

Lineweaver-Burk
çift-resiprok Eğrisi

Km Değerinin Bilinmesinin Önemi

§Enzimlerin
Saflaştırılması
§Dokularda
enzim aktivitesinin saptanması
§İlaç
imalatında
§Enzim
inhibitörlerinin belirlenmesi

VII.ENZİM
AKTİVİTESİNİN İNHİBİSYONU

§Enzimle katalizlenen bir reaksiyonun hızını azaltan ya da       

      engelleyen maddeye inhibitör adı verilir.   

        İnhibitör, bir molekül yada iyon olabilir.

§Enzim katalizinin engellenmesi olayına ise inhibisyon denir.

Enzim
Katalizinin İnhibisyonu (engellenmesi)

1.   Enzimlerin yapısal özelliklerinin ve
katalitik aktivitelerinin

      incelenmesinde önemli rol oynar.

2.   Hücre içindeki metabolik yolların belirlenmesinde yol gösterir.

3.
Biyolojik sistemlerin temel kontrol mekanizmasını oluşturur.

4.   Pek çok ilaç ve zehirli bileşik tarafından ortaya çıkabilir.

Enzimlerin
inhibisyonu;

§   reversibl (tersinir, geriye dönüşümlü) veya
§   irreversibl (tersinmez, geriye dönüşümsüz)


olarak iki grupta incelenir.

1-Geriye
dönüşümlü (reversibl) inhibisyonlar:

Bu tip inhibisyonlarda substrat
konsantrasyonunun ya da

inhibitöre oranla enzim
konsantrasyonunun arttırılması ile

enzim inhibitör ilişkisi tersine
çevrilebilmektedir.

a)Yarışmalı
(kompetitif) inhibisyon:

§İnhibitör (İ) enzimin aktif bölgesine
substratla (S) yarışarak  


bağlanmaktadır.

§İnhibitör molekülünün yapısı
substratınkine benzediğinden dolayı


enzim ile inhibitör kolaylıkla bağlanırlar, ancak ürün


oluşamamaktadır. Bu tip inhibitörler, enzime asıl substratın


bağlanmasını engelleyen maddelerdir.

§Bu tür inhibisyonda Vmax’a ulaşmak için daha fazla substrat


gereklidir.

§
§Ortamda substrat moleküllerinin
arttırılmasıyla enzimin


inhibitöre olan ilgisi azalmakta ve inhibisyon ortadan


kalkmaktadır.

E +S             ES            E + Ü           ES,
İ bağlayamaz.

                                                      Eİ,
Ü oluşturamaz
.

İ             Eİ



VMAX   DEĞİŞMEZ.


K
m    

§İnhibitör varlığında VMAX değişmez, buna karşılık Km


değişir.

§İnhibitör varlığında Km değeri büyür, enzimin substrata olan
ilgisi azalmıştır.
§Km büyümüştür. Çünkü      1     küçülmüştür ve  Km      (eğrinin


V
MAX

    eğimi) büyümüştür.

Bir
molekülün, belirli bir enzimin inhibitörü olup olmadığı,yahut

inhibisyonun
tipi, kinetik analizlerle ortaya konulur
!

Metanol zehirlenmesinin
tedavisinde yarışmalı   inhibisyondan

     faydalanılır.

Metanol, alkol
dehidrogenaz

etkisiyle FORMALDEHİD’e

    dönüşür.

Formaldehid körlüğe yol açar.
Etanol, alkol dehidrogenaza bağlanmada metanol ile yarışır.

     Böylece formaldehid oluşumu yarışmalı
olarak engellenir.

Metanol zehirlenmesinde damar-içi etanol uygulanır.

b)Yarışmasız
(nonkompetitif) İnhibisyon:

§Substratla yapısal benzerliği olmayan inhibitör, substratla aynı
bölgeye bağlanmaz.
§Yarışmasız inhibitör, ya serbest enzime ya da ES kompleksine bağlanarak
reaksiyonu yavaşlatır.
§Substrat konsantrasyonu arttırılarak inhibisyon ortadan kaldırılamaz.



E +S            ES            E +Ü     
VMAX


Km      DEĞİŞMEZ


E
İ + S          EİS            Ü

c)Yarışmasız  (unkompetitif) inhibisyon:

§İnhibitör, ES kompleksine bağlanır.
§İnhibitör bağlandığında ürün oluşumu sonlanır.


E +S            ES            E + Ü

                        +

                        İ                                     

                        EİS              Ü

                         


V
MAX  

     Km       

2-
Geriye dönüşümsüz (tersinmez, irreversibl inhibisyon):

§Bu tip inhibisyonlarda aktif bölgeye
kovalent olarak bağlanan inhibitör,  


enzim yapısını bozduğu için geriye dönüş olmamaktadır.

§Sinir gazlarından DIPF (diizopropil fosfofluoridat) asetilkolin isimli 


nörotransmittörü parçalayan
asetilkolin esterazın tersinmez


inhibitörüdür.

§Asetilkolin bir sinir hücresindeki uyarıyı diğer bir
hücreye aktaran


maddedir.

§Bu etkisi sona erdikten sonra,
asetilkolin esteraz tarafından hidrolize


uğrar.

§Asetilkolin esteraz’ın aktif bölgesinin
DIPF tarafından tersinmez inhibe


edilmesi hidroliz olayını engeller ve bunun sonucunda felç meydana


gelir.

§Tarımda kullanılan
insektisidler (böcek öldürücüler) de asetilkolin


esterazın tersinmez engelleyicisidir.

§Birçok insektisidin bileşiminde bulunan fosforlu organik yapı aktif


bölgesinde
serin amino asidini içeren enzimlerle geriye


dönüşümsüz inhibisyon yapar.


Kurşun
zehirlenmesi

§Kurşun, proteinlerin yapısında yer alan sistein isimli aminoasidin

     sülfhidril grubuyla (-SH) kovalent bağlar oluşurur.

§Hemoglobin sentezinde, protoporfirin
isimli maddeye Fe
+2 girişini


katalizleyen
ferrokelataz ve yine bu sentezde yer alan δ-aminolevülinat

    dehidraz isimli
enzimler kurşunun geri dönüşümsüz inhibisyonuna


duyarlı enzimlerdir.

3-Bazı ilaçlar da enzim inhibitörü
olarak etki ederler.

ØPenisilin ve amoxicillin gibi yaygın olarak kullanılan antibiotikler,bakteri duvarı sentezine
ait enzimleri inhibe ederek etki gösterirler.
ØACE (angiotensin-konverting enzim) inhibitörleri (captopril, enapril gibi) kan basıncını düşüren ilaçlardır.
ØBu etkilerini, angiotensin
I’i
vazokonstriktör (damar büzücü)
etkili

     angiotensin II’ye çeviren ACE’yi bloke ederek gösterirler.

Angiotensin
I
Angiotensin II

VIII.
ENZİM AKTİVİTESİNİ DÜZENLENMESİ
  


Bir metabolik yolun belli bir hızda ve yönde ilerleyebilmesi için

kontrol altında tutulması gerekir,
bu da
enzimlerin sayesinde olur.

Enzim aktivitesi 2 şekilde kontrol
edilebilir:

1-Enzimin
mutlak (absolü) miktarının değişimi

2-Enzimin
katalitik etkinliğinin değişimi

1-ENZİMİN
MUTLAK MİKTARININ DEĞİŞİMİ

§Organizma varolan enzim miktarını, enzim sentez hızlarını


değiştirerek düzenleyebilir.

§Enzim proteinin sentezi ihtiyaca göre artabilir (indüklenme)


ya da azalabilir (represyon, baskılanma).

§İndüksiyon ile enzim sentezi artar, represyon ile enzim sentezi azalır.
§Derepresyon ile enzim sentezi baskıdan kurtulup
tekrardan artar.

Enzim
sentezi indükleyici bir maddeye cevap olarak tetiklenebilir.

§Escherichia coli isimli mikroorganizma glukozun bulunduğu
ortamda      glukozu kullanır.
§Ancak bir disakkarid olan laktozu, β-galaktozidaz
isimli enzimi


bulunmadığından dolayı galaktoz ve glukoza hidrolizleyemez.

§Ortamdan
glukoz çıkarılıp yerine laktoz ilave edildiğinde,


mikroorganizma laktozu kullanır hale gelir.

§Laktoz
(indüktör) protein yapısında olan β-galaktozidazın


sentezlenmesini indüklemiştir.

İndükleyici
maddelerin çoğu, enzimlerin substratlarıdır.

Ancak substrata yapısal bakımdan
benzeyen bileşikler de indükleyici

madde olabilirler fakat substrat olamazlar!

§Salmonella isimli mikroorganizma histidin bulunan ortamda, kendisi


histidin sentezleyemez (

represyon, baskı altına alma).

§Histidin
korepresördür, yani kendi sentezi ile ilgili enzimlerin sentezini
engellemektedir.
§Histidin represyon etkisini bir proteine bağlanarak yapar.
§Bu proteine aporepresör
denir.
§Aporepresör-korepresör, enzim sentezini kontrol altına alır.
§Ortamdan histidin çıkarılması yahut bu maddenin tükenmesi, enzim
biosentezinin tekrardan başlamasını sağlar
(derepresyon, baskının ortadan kaldırılışı).

2-ENZİMİN
KATALİTİK ETKİNLİĞİNİN DEĞİŞİMİ

1.
Enzim molekülünün
aktivasyon-inhibisyonu

    (Allosterik enzimler)

2.
Kovalent Modifikasyon

3.
Zimojen Aktivasyonu

1.ALLOSTERİK
ENZİMLER
  

     Allosterik “başka
yere ait”

anlamına gelir.

§Aktif bölgeleri dışında bir yere nonkovalent olarak bağlanan


efektör
(modülatör)
isimli moleküller tarafından düzenlenirler.

§Allosterik efektörün enzime bağlanması
sonucunda, enzimin


substratına olan ilgisi değişir.

§Efektör, enzim aktivitesini inhibe
ettiğinde
negatif
efektör,

    aktiviteyi
arttırdığında
pozitif
efektör
denir.

§HIZ DÜZENLEYİCİ ENZİMLERİN ÇOĞU
ALLOSTERİK ENZİMLERDİR.
§Birden fazla alt üniteden meydana
gelmişlerdir
(oligomerik enzimler).
§Çoğunlukla metabolik yolun ilk basamağına
etki ederler.
§Enzim moleküllerinin üzerinde bir katalitik, bir de düzenleyici


bölge bulunur.

§Düzenleyici bölgeye efektör, nonkovalent
olarak bağlanır.
üİki alt birimli bir enzimin 1. alt ünitesine efektörün bağlanması
sonucunda, 2. alt birimin substrat bağlanması etkilenmektedir.
üEfektör, 2. alt birime substrat bağlanmasını hızlandırabilir ya da
yavaşlatabilir.

        Bu olaya kooperativite adı verilir.

üOrtamda bulunan allosterik
aktivatör
enzimin etkinliğini arttırır,


allosterik
inhibitör
ise enzimin etkinliğini azaltır.

üAllosterik enzimlerde, substrat ile hız arasındaki hiperbolik eğri,


 sigmoidal karakter kazanır.

üBu grafik lineer olarak çizildiğinde ise kırık şekil alır.
üBöyle bir grafik enzimin 2 veya daha fazla alt üniteden meydana
geldiğini gösterir.

V

üSubstratın kendisi aktivatör ya da inhibitör olarak  davrandığında


homotropik
etki
denir.

üBu olaya 4 altüniteden meydana gelmiş enzimlerde rastlanır.
üBir allosterik enzim kendi substratından başka bir efektör


tarafından aktive ya da inhibe edilmekte ise
heterotropik etkiden


bahsedilir.

§Bir ara ürün veya son ürün de enzim etkinliğinin düzenlenmesinde


görev yapabilir.

§Bu ürün kullanılmıyor birikiyor ise, bu yolda görevli 1. veya 2. enzimi
“negatif feed back” başa tepki şeklinde inhibisyona uğratır.
  

        A                           B                                C                           D

D’nin konsantrasyonu, sentezlendiği kadar
tüketilmediğinden dolayı

artacak olursa, metabolik yoldaki
ilk enzim inhibe olur.

Düzenleyici
enzimler sayesinde son ürünün birikimi engellenmiş olur
!

2.
KOVALENT MODİFİKASYONA UĞRAYAN SİSTEMLER

§Bazı enzimlerin katalitik etkileri kovalent modifikasyonlarla


değişebilir.

§Aktivitelerinde kovalent modifikasyona uğrayan enzimler biribirine


dönüşebilen
enzimlerdir.

       Bu enzimler iki aktivite halinde
bulunurlar:

          Yüksek ve düşük aktivite

§En sık rastlanan modifikasyon şekli, enzim molekülünün yapısındaki


belirli serin, treonin veya tirozin isimli aminoasidlere bir fosfat


grubunun eklenmesi veya bir fosfat grubunun çıkarılmasıdır.

§Bazı enzimlerde fosfoenzim, bazılarında ise defosfo enzim şekil


daha aktif olabilmektedir.

Metabolik yolun gereksinimine uygun
olarak, fosfor grubunun

enzime ilavesi ya da enzimden
ayrılması sonucunda, enzim iki faklı

şekilde çalışmaktadır.

     Glukoz
Glikojen

Glikojen
sentataz

Glikojen
fosforilaz

Organizmanın glukoza gereksinimi
olduğu esnada, glikojen sentataz

fosforillenerek aktivitesini
kaybeder. Aynı esnada glikojen fosforilaz

bir fosfat grubu bağlayarak aktif
şekle dönüşür. Bu sayede depo

maddesi glikojenden glukoz sağlanmış olur.

Fosforilasyon ve defosforilasyon
sırası ile
protein
kinaz
ve protein

fosfataz ismi verilen enzimler tarafından
gerçekleştirilmektedir. Bu

enzimler ise hormonal ve sinirsel kontrol altında tutulmaktadır.

Aktif
sentataz
İnaktif fosforilaz

İnaktif
sentataz
Aktif fosforilaz

Aktif
sentataz
İnaktif fosforilaz

İnaktif
sentataz
Aktif fosforilaz

Kinaz ve Fosfataz isimli enzimler kovalent modifikasyonun
reversibl

(geri
dönüşebilir)
oluşunu sağlayan enzimlerdir.

3.ZİMOJEN
AKTİVASYONU

§Hücre dışında görev yapan bazı enzimler,
bulundukları yere


zarar vermemeleri için aktif olamayan
öncül moleküller şeklinde


sentez edilirler. Bu moleküllere
proenzim veya zimojen adı


verilmektedir.

§Zimojen aktivasyonu bir veya birkaç peptid
bağının koparılması

    (yarılması, kırılması) ile olur.

vPankreasta sentezlenen tripsinojen (inaktif) etki gösterdiği


barsaklara salgılandığında peptid bağları kırılır ve aktif şekle


dönüşür.

Tripsinojen                               Tripsin

 (İnaktif)                                    (Aktif)

Kimotripsinojen                        Kimotripsin


(İnaktif)                                    (Aktif)

Kan plazmasında:

Fibrinojen                                 Fibrin

(İnaktif)                                    (Aktif)

Facebook Yorumları

Bir Cevap Yazın