•Enzim Kinetiği
Tepkimenin hızını bir çok faktör etkiler:
•Kimyasal kinetik (kinetik-çarpışma teorisi) iki kilit kavrama dayanır:
•1.Sadece çarpışan, yanı birbirlerine bağ oluşturma mesafesine kadar yaklaşan moleküller tepkimeye girebilir.
•2. Her kimyasal tepkime için bir enerji engeli bulunur, tepkimenin olabilmesi için bu engelin aşılması zorunludur.
•Başka bir değişle
•a. Reaksiyona giren moleküllerin kinetik enerjilerini artıran
•b. Tepkimenin enerji engelini düşüren
•C. Çarpışma sıklığını artıran etkenler reaksiyon hızını artırması gerekir.
•Sıcaklık
•Sıcaklığin artırılması moleküllerin hem kinetik enerjisini hemde çarpışma sıklığını artırarak tepkimeye giren molekül sayısını artırır.
•Ancak tepkime hızındaki bu artış sonsuza kadar sürdürülemez, zira sıcaklık eninde sonunda substratların artık karlı halde bulunamayacakları belli bir noktya ulaşır.
•Bu sınırlayıcı sıcaklık inorganik moleküller için son derece yüksek olma eğiliminde iken, çoğu organik moleküller için orta derecede, ancak biyolojik tepkimeler için 100oC ‘ın altındadır.
•Enzim konsantrasyonu
•Yüksek reaktant konsantrasyonunda ;
•Hem tepkime için yeterli enerjiye sahip moleküllerin sayısı
•Hemde bunların çarpışma sıklıkları yüksektir. Bu moleküllerin tümü veya bir kısmı tepkime için yeterli enerjiye sahip olduğu zaman geçerlidir
•A ve B gibi iki farklı molekülü içeren tepkimeleri ele alalım:
• A + B ® AB
•A ve B nin derişiminin bir kat artması tepkime hızını bir kat artırır.
•Hem A hem de B derişiminin bir kat artması ise çarpışma olasılığını dort kat artırır. Dolayısıyla reaksiyon hızı 4 kat artar.
•Reaksiyon hızı, reaksiyona giren moleküllerin konsantrasyonu ile orantılıdır
Hız µ[reaksiyona giren moleküller] veya Hız µ [A] [B] Başka bir durum için
A + 2B ® AB2
Hız œ [A] [B] [B] Veya Hız œ [A] [B] 2
•Genel bir ifade ile n sayıda A molekülü m sayıda B molekülü ile reaksiyona girdiğinde
•nA + mB ® AnBm
•Hız œ [A]n [B]m olur.
•Keq hız sabitlerinin oranıdır:
•Kimyasal reaksiyonları çoğu geri dönüşümlü olduklarından n molekül A ile m molekül B den AnBm ‘in oluşturduğu bir tepkime için
•AnBm ® nA + mB
•Uygun hız ifadesi ise Hız œ [AnBm] •Geri dönüşümlü reaksiyon da ise
•nA + mB « AnBm
•Bu ifade şu şekilde okunur: “ n molekül A ve m molekül B , AnBm ile dengededir”.
•İncelenen tepkime için denge sabiti k kullanıldlğında œ sembolu yerine = simgesi kullanılabilir
•Genel bir durum için
•nA+ mB « AnBm
•İleriye (hız1) ve geriye (hız-1)yönelik tepkimelerin hızları şu şekilde gösterilebilir:
•Hız1= k1[A]n [B]m
ve Hız-1= k -1[AnBm] İleri ve geriye yönelik reaksiyonların hızları birbirine eşit olduğunda, sistemin dengede olduğu söylenir, yani
• Hız1 = Hız-1
•Dolaysıyla k1[A]n [B]m = k -1[AnBm] •Ve
• k1 [AnBm] • Keq (denge sabiti)
• k –1 [A]n [B]m
•Dengeki bir sistemin aşağıdaki önemli özellikleri akılda tutulmalıdır:
•1.denge sabiti , tepkime hız sabitleri olan k1/k-1 oranıdır
•2. Dengedeyken öne ve geriye olan reaksiyonların hızları(hız sabitleri değil) eşittir
•3.Denge , dinamik bir durumdur. Dengedeyken reaktant veya ürün konsantrasyonunda net değişiklik olmamasına karşın A ve B sürekli AnBm’e çevrilmekte (bunun tersi de geçerlidir).
•4. Denge halindeyken A ve B ve AnBm konsantrasyonları biliniyorsa, denge sabiti sayısal bir değerle ifade edilebilir.
•ΔGo, Keq’dan hesaplanabilir
•Denge sabiti, ΔGo ile aşağıdaki ilişkiyi gösterir
•ΔGo = -RTlnKeq R, gaz sabiti T= mutlak sıcaklık
•Denge sabiti 1 den büyükse reaksiyon kendiliğinden(spotan) oluşur, yani soldan sağa olan reaksiyon favoridir.
•Denge sabiti 1 den küçükse bunun tersi geçerlidir.
•Bir tepkimenin denge sabiti, bu tepkimenin kendiliğinden gerçekleşip gerçekleşmediğini göstermesine karşın, bu tepkimenin hızla gerçekleşip gerçekleşmediğini göstermez, yani o tepkime için geçerli olan enerji engelinin niteliği hakkında bilgi vermez.
•Bunun nedeni,keq’in ΔGo’yi belirlemede sadece başlangıç ve bitiş hallerini dikkate almasıdır
•Tepkime hızları, ΔGo’nin niceliği yerine enerji engelinin niceliğine bağımlıdır.
•Enzimle katalize edilen reaksiyonların hızını çok sayıda faktör etkiler:
•Sıcaklık:
•Sıcaklık artarken enzimle katalize edilen bir reaksiyonun hızı da artmakla birlikte bu artış sadece dar sınırlar içinde görülür.
•Reaksiyonun hızı başlangıçta sıcaklık artışı ile orantılı olarak artar ve bu olayın nedeni reaksiyona giren moleküllerin kinetik enerjilerin-deki artıştan dolayıdır.
•Ancak enzimdeki bu kinetik enerji artışı, enzimin ikinci-üçüncü yapısını sürdüren zayıf hidrojen ve hidrofobik bağları yıkacak enerji engelini aşar.
•Bu sıcaklıkta , denatürasyona bağlı olarak katalitik aktivite kayıp olur.
•Sıcaklıkta 10oC lık bir artışın biyolojik bir olayın hızında yaptığı artış faktörüne Q10 veya sıcaklık katsayısı denir.
•Birçok biyolojik olayın hızı,sıcaklıkta 10oClik bir artış olduğunda yaklaşık iki kat artar(Q10=2).
•İnsan gibi homeotermik organizmalar beden sıcaklığının ancak çok dar aralıklar içinde değişimine dayanabilir. Dolayısıyla insanda sıcaklıktaki bir değişikliğe bağlı olarak reaksiyon hızında değişiklik olması, ateş veya hipotermi dışında kısıtlı bir öneme sahiptir.
•Reaksiyona ait enerji engelini aşabilmede gereken yeterli kinetik enerjiye sahip moleküllerin sayısındaki artış homeotermik organizmalar için çok kısıtlı bir seçeneği oluşturduğundan bunlarda enzimler reaksiyon hızını nasıl artıracaktır?
•Yanıt:
•Enzimler reaksiyona ait enerji engelini düşürme ve reaksiyon giren moleküllerin konsantrasyonlarını artırma becerilerinde yatar.
•Çoğu enzim içim en uygun sıcaklık, içinde enzimlerin yer aldığı hücrelere ait en uygun sıcaklık ve bunun üzeridir. Ör. Doğal sıcak su kaynaklarında yaşamaya uyum sağlamış mikroorganizmalarda en uygun sıcaklık suyun kaynama noktasına yakın olabilir.
•pH:
•Enzimler için en uygun etkinliğin tipik olarak pH 5 ve9 arasında yer aldığı gözlenmıştır. Öte yandan birkaç enzim(ör. Pepsin) bu sınırın öldukça dışında kalan pH değerlerinde etkilidir.
•pH etkinlik eğrisinin biçimi aşağıdaki faktörler tarafından belirlenir:
•1. Yüksek veya düşük pH’da enzimin denatüre olması
•2. Enzim veya substratların yüklü hallerinde değişiklik olması. pH, substrat bağlama veya katalizde görev yapan bir artığın(kalıntının) yük ve yapısında değişiklik yaparak etkinliği değiştirebilir.
•Bunun göstermek için eksi yüklü bir enzimin(Enz-) artı yüklü bir substrat ile(SH) reaksiyona girdiğini var sayalım:
•Enz SH ® EnzSH
•Düşük pH’da enz- proton alır ve eksi yükünü yitirir:
•Enz- H+ ® EnzH
•Yüksek pH’da SH iyonize olur ve artı yükünü yitirir:
•SH ® S + H+
•Verilen bu örnekte tanım olarak sadece SH ve Enz- birbiriyle etkileşeceğinden uc pH de değerleri, Enz- ve SH+!ın etkin derişimlerini düşürür ve böylece tepkime hızını azaltır
•pH değiştiğinde enzimler konformasyon değiştiğine uğrayabilir. Etkin üçüncü veya dördüncü yapının devamı için substratın bağlı olduğu bölgenin ardında yüklü bir grup gerekebilir. Bu grubun yükünde değişiklik olurken protein çözülebilir, daha katı bir hal alabilir veya protomerlerine ayrılabilir.
•Bunların tümü etkinlik kaybına yol açabilir.
•Zaman(reaksiyon süresi)
•Enzimle katalize edilen reaksiyon hızı zamanla azalır. Bunun nedeni: reaksiyon ürünleri kendi aralarında birleşerek ters yöndeki bir reaksiyonu meydana getirmeleri, enzimin zamanla inaktive olması, reaksiyonu önleyen maddelerin oluşması ve nihayet substratın tükenmesidir.
•Işık ve diğer fiziksel faktörler:
•Enzim aktivitesini artırır veya azaltır. Kırmızı ve mavi ışık, tükürük amilazı ve diğer bazı enzimlerin aktivitelerini artırır. Ultraviyole ise azaltıcı etkiye sahiptir.
•Reaksiyon dereceleriBelirli bir
•miktardaki enzimin reasiyon hızı başlangıç substrat konsantrasyonuna bağlı olarak artmaktadır. Başlangıçtaki bu ilişki doğrusal olarak devam ederken, daha sonra hiperbolik bir şekil almaktadır.
•Lineer fazın başlangıcında enzim birinci dereceden bir kinetik gösterir. Hiperbol fazında bir platoya erişilmekte ve reaksiyon hızı değişmeden devam etmektedir. Enzim reaksiyonu bu durumda sıfırınci dereceden bir kinetik göstermektedir.
•Enzimin tekrar en uygun pH’ya geri getirildiğinde etkinlik, bu değişikliklerin şiddetine bağlı olarak geri dönebileceği gibi geri dönmeyebilir de.
•ENZİMLERLER DENGE SABİTLERİNE ETKİMEZLER:
• enzimler, daha sonra p gibi bir ürün ve serbest enzim vermek üzere bozunan bir enzim-substrst kompleksi(EnzS) yapmak üzere substratla bağlanan bir moleküldür.Bu olay en sade şekilde şöyle gösterilebilir:
• k1
•Enz + S « Enz +p
• k-1
•İleriye , geriye doğru ve reasiyonun tümüne ait hız ifadeleri (Enz) deyimini ortak olarak içerir
• k1
•Enz + S « Enz +p
• k-1
• Hız1 =K1(Enz)(S)
•Hız-1 = (Enz)(P)
•Genel denge sabitine ait ifadede (Enz) değimi ihmal edilebilir:
• k1 (Enz)(P) (P)
•Keq = = =
• k-1 (Enz)(S) (S)
•Yani , enzim derişiminin denge sabiti üzerine hiçbir etkisi yoktur.Bir diğer değiyişle, enzimler hızları etkileyip hız sabitlerini etkilemediğinden bir hız sabitler oranı olan Keq i etkilemezler.
•Başlangıç hızı enzim derişimleri ile orantılıdır:
•Bir reaksiyonun başlangıç hızı , ters reaksiyonun oluşumuna izin verecek yeterli düzeyde ürün oluşmadan önce ölçülen hızdır. Enzimle katalize edilen bir reaksiyonun başlangiç hızı daima enzim derişimi ile orantılıdır. Ancak dikkat edilecek husus bu ifadenin sadece başlangiç hızı için geçerli olduğudur.
•Substrat derişimi reaksiyon hızını etkiler
•Ders anlatımında, enzim reaksiyonları sanki tek bir substrat ve tek bir ürüne sahipmiş gibi ele alınır. Bu durum enzimle bazı reaksiyonlarda görülmesine karşın enzimle kataliz edilen reaksiyonların çoğu iki veya daha fazla sayıda substrat ve ürüne sahiptir.
•Diğer tüm koşullar sabit tutulurken(S) substrat derişimi artırırılacak olursa, ölçülen başlangiç hızı vi(pek az substrat tepkimeye girmişken ölçülen hız) maksimum bir hıza(vmax)a kadar yükselir ve artık daha fazla artış göstermez.
•Substrat derişimi artarken hız da belli bir noktaya kadar artış gösterir ve bu noktada artık enzimin substratla doyduğu söylenir.
•Ölçülen başlangıç hız, maksimum bir değere ulaşır ve substratın enzime göre çok büyük bir molar derişiminde bulunmasından ötürü substrat derişiminde yapılan ek artışlardan etkilenmez.
•Ör M.A. 100 bin olan bir enzim, M.A 100 olan bir substrat üzerine etki yapar ve ikiside 1 mg/ml derişiminde bulnursa her mol enzim başına bir mol substrat var demektir.
•(Enz)=0.1μg/ml=10-9 mol
•(S) =0.1 mg/ml=10-3
•BU durum , enzime göre substratta 106 molar bir fazlalık sağlar.(S) 100 kat düşürülürse bile hala enzime göre 10.000 kat daha büyük bir molar fazlalığa sahiptir.
•Şekilde A ve B noktalarında , enzime oranla çok daha fazla miktarda substrat moleküllerinin bulunmasına karşın ortamdaki enzimin sadece bir bölümü substratla bağlanır.Bunun nedeni Enz +S EnzS reaksiyonuna ait denge sabitinin sonsuz büyüklükte olmayışıdır.
•A ve B noktalarında, (S) daki artış veya azalış S ile EnzS şeklinde birleşen Enz miktarını artırır veya azaltır ve dolayısıyla vi, (S)’e bağımlı olacaktır.
•C noktasında, enzimin hemen tümü substratla birleşmiş olduğundan(S)’de ek artış yapılması, reaksiyona girecek serbest enzim bulunmadığın-dan reaksiyon hızında herhangi bir artışa neden olmaz.
• B noktası, büyük kuramsal ilgi çeken bir hali özetlemekte olup burada enzim moleküllerinin tam yarısı substratla doymuş haldedir. Dolayısıyla burada ölçülen hız, o özel enzim derişimi için ulaşılabilecek maksimum hızın yarsı(Vmax/2) olur.
•Michaelis-Menten Eşitliği
•Mikaelis –Menten sabitinin, Km değeri ile gösterilen ve maksimum hızın yarısına neden olan substrat derişimi, Vi’i (s) ‘in bir fonksiyonu olarak grafik haline getirerek deneysel yoldan belirlenebilir. Km’in boyutu molar derişimdir.
•(S), Km’e yaklaşık eşit olduğunda Vi (S)’deki değişikliklere çok duyarlı olup enzim yarı maksimum hızda çalışır.
•Gerçekte, birçok enzimin Km değeri bunların substratlarının fizyolojik derişimlerine yaklaşık eşittir.
•Michaelis-Menten Eşitliği:
• Vmax (S)
•Vi =
• Km + (S)
•Substrat derişimi değişikliğe uğradığında, birçok enzimin nasıl davrandığını açıklar.
•Enzimle katalize edilen bir reaksiyonun
•başlangıç hızının, (S) ve Km’e bağımlı oluşu, Michaelis-Menten eşitliğinin aşağıdaki şekilde örneklenebilir:
•(1) Km’e göre (S) çok küçük iken (A noktası).
•Km’e (S) eklenmesi paydanın değerinde pek az değişiklik yapacağından (S) ihmal edilebilir. Vmax ve Km’in ikisi de değişmez olduğundan bunların oranı K gibi yeni bir sabitle gösterebiliriz
• Vmax (S) Vmax (S) Vmax
Vi= ;Vi@ @ (S)
• Km+ (S) Km Km
•@K(S)
•Bir diğer değişle, substrat derişimi maksimum yarısı kadar bir hız eldesl için gereken substrat derişiminin (Km) önemli ölçüde altında ise Vi’i başlangıç hızı substrat derişimi olan (S)’e bağımlı olur.
(2) Km’e göre (S) çok büyük iken(c noktası):
Paydadaki (S)’e şimdi Km eklenmesi bunun değerinde pek az değişiklik yapacağından Km ihmal edilebilir:
• Vmax (S) Vmax(S)
•Vi = ; Vi @ @ Vmax
• Km + (S) (S)
•Bunun anlamı,substrat derişimi olan(S), Km’i fazlasıyla aştığında Vi başlangıç hızı maksimumdur (Vmax) dir
•(3) (S)=Km olduğunda(B noktası)
• Vmax(S) Vmax(S) Vmax(S)
Vi = ; Vi= =
• Km (S) (S) +(S) 2(S)
• Vmax
•=
• 2
•Buna göre, substrat derişimi Km değerine eşit olduğunda Vi, başlangıç hızı, maksimum hızın yarısı olur.
•Bu ifade Km’in deneysel olarak nasıl belirleneceğini de söyler.
•Km ve Vmax belirlemede Michaelis-Menten eşitliğinin doğrusal bir biçimi kullanılır.
•Km ve reaksiyon derecesi:
•Substrat konsantarsyonu. Km’den çok küçükse reaksiyon hızı substrat konsantarsyonu İle kabaca orantılıdır. Bu durumda reaksiyon hızının substrata göre birinci basmaktır
•Substrat kons. Km’den büyükse, hız sabit olur ve Vmax / 2e eşittir. Bu durumda reaksiyon hızı substrat konsantrasyonundan bağımsızdır ve reaksiyon sıfırıncı basamaktır.
•Birçok enzim, Vi,(S)’e karşı grafik haline getirildiğinde Vmax’ın (yani Km)’in kolayca hesaplanmasına izin vermeyen doyma eğrileri sağladığından Km ve Vmax un eldesini sadeleştirmek için Michaelis-Menten eşitliğini aşağıda gösterildiği şekilde ters çevirip faktör haline getirilebilir:
• Vmax (S)
Vi =
Km + (S)
Eşitliği ters çevirelim
1 Km + (S)
=
Vi Vmax (S)
•
•Faktör haline getirelim
•1 Km 1 (S)
• = x +
•Vi Vmax (S) Vmax (S)
•Sadeleştirelim
•1 Km 1 1
• = x +
•Vi Vmax (S) Vmax
•Bu bir doğruya ait eşitliktir
•Y = a . X + b
•Bu eşitlikte
• 1 1
Y = ve x = dir.
• Vi (S)
•Y veya 1/Vi, x veya 1/(S)’in fonksiyonu olarak grafik haline getirilirse y’nin kesim noktası olan b, 1/vmax, eğim yani a, Km/Vmax olur.
•
•Y=0 yapılarak x ekseninin eksi kesim noktası hesaplanır Böylece
•X= – b/a =- 1/Km
•Böyle bir eğriye çift resiprok eğri denir; yani Vi’nin resiproku(1/Vi), (S)’nin resiprokuna (1/(S))karşı çizilmiştir..
•Km, eğrinin eğimi ve y eksenini kesim noktası veya x ekseninin eksi kesim noktası kullanılarak çift resiprok veya Lineweaver-Burk eğrisinden hesaplanabilir
•Çift resiprok işlem Km’in belirlenmesi için görece birkaç nokta gerektirir ve Km’in saptanmasında en fazla kullanılan yöntemdir.
•Km değeri oldukça yararlı, pratik değere sahiptir. Km’nin 100 katı bir substrat derişiminde bir enzim hemen hemen maksimum hızda etki gösteriri ve dolayısyla maksimum hız(Vmax) var olan etkin enzim mıktarını yansıtacaktır
•Km değerleri bize Vmax’ i ölçmek için ne kadar substrat kullanmamız gerektiğini söyler.
•Çift resiprok işlemin de enzim inhibitörlerinin değerlenmesinde yaygın bir kullanımı vardır.
•Km , enzimin substratına olan ilgisini yansıtmaktadır.
•Km’in büyüklüğü ile bu ilgi arasında ters bir ilişki var. Yani Km ne kadar büyük olursa enzimin ilgisi o kadar az olur.(bunun tersi de doğrudur).
•Enzim İnhibisyonu
•Enzim inhibitörleri katalizi etkileyen (reaksiyonu yavaşlatan veya durduran ) maddelerdir.
•Enzimler birçok seluler prosesi etkilemektedir. Olayısıyla enzim inhibitörleri bilinen en önemli farmasötik ajanlar arasında saymak mümkündür. Ör. Aspirin(asetil salisilik asit) prostaglandinleri (AĞRI OLUŞUMU GİBİ BİRÇOK OLAYDA ETKİLİDİR) SENTEZİNİN İLK BASAMAĞINI İNHİBE ETMEKTEDİR
•Aspirin
• Siklooksijenaz
• aspirin(-)
•Araşidonat « PGG2 PGH2—–
• Cox
•Serin-OH
•Cox + asetil salisilat ® serin-O-asetil+salisi-lat (inaktif)
•Benzer şekilde ibuprofen birinci basamak ile ilgili substrat veya ara ürünleri taklit ederek inhibisyon etkisi yapabilir.
•İnhibisyonun incelenmesi ayrıca enzim mekanizmaları ve metabolik yollar hakında bilgiler sağlar.
•Biyokimyada enzim inhibisyonları birkaç gruba ayrılarak incelenebilir.
•İnhibitörler
•1. Tersinmez (irreversibl) inhibisyonlar
•2. Tersinir(reversibl) inhibisyonlar
•Tersinmez inhibisyon:
•İnhibitör enzimin aktif bölgesine kovalent olarak bağlanır.
•Enzimin protein yapısında bozulma meydana gelir.Or. Enzimin aktif bölge serin amino asitleri ile fosforlu organik bileşiklerin bağlanması .
•Bu bileşiklerin en iyi bileneni(kimyasal savaş ajanı olarak geliştirilmiştir) diizopropil florofosfattir(DFP).
•DFP , aktif merkezinde serin içeren asetil kolin esteraz’ın çok güçlü bir inhibitörüdür.
•Bu enzim bir nörotransmitter olan asetil kolini hidrolize eder. Asetil kolin esteraz’ın inhibisyonu pulmoner sistemde şiddetli spazm neden olur, normal nöromukuler ve kardiyak fonksiyonu bozar.
•Benzer ajanlar tarımda insektisit(böcek öldürücü) olarak kullanılr (bunlar insanlar için öldürücü toksik maddelerdir).
•Ayrıca bir çok enzimin aktivitesi ağır metallerle sıkı kovalent bağ oluşturan sülfidril gruplarına bağlıdır.
•Bu nedenle Hg, pb,Ag ve diğer metaller çok toksiktir.
•Hatta Fe ve Cu gibi esansiyel mineraller bile aşırı alındıklarında entoksikasyona (zehirlenmelere) neden olabilirler
•Reversibl inhibisyonlar:
• Kompetetif(yarışmalı)
• Unkompetetif
• Nonkompetetif inhibisyonlar ayrılabilir.
•Kompetetif inhibisyonlar:
•Yaygın bir inhibisyon türüdür
•kompetetif inhibitör, enzimin aktif bölgesi için substratla yarışırlar. İnhibitör, aktif bölgeyi işgal ettiğinde, substratın enzime bağlanması engellenmektedir.
•Kompetetif inhibitörler, genellikle substratta benzerlik gösteririler ve Enzim- inhibitör(El) kompleksini oluşturmak üzere enzimle birleşirler, ancak bu birleşme katalizle sonuçlanmaz.
•İnhibitör molekülünün geometrisinin bilinmesi sayesinde normal substratın hangi parçasının aktif bölgeye bağlandığı hakkında fıkır edinilebilir.
•Substrat derişiminin artırılması inhibisyonu engeller ve inhibitör varlığındaki Vmax, inhibitör yokluğundaki ile aynı olacaktır.
•Substrat ve inhibitör derişimleri kiyaslanabilir olduğu durumlarda, substat için Km büyüyecektir.
•Burada artan inhibitör derişimi ile doğrunun eğimi değişir, ancak 1/v ekseni üzerinde bulunan 1/max kesim noktası aynı kalır
•Ör. Suksinat dehidrogenaz için malonat bir kompetetif inhibitördür. Çünkü malonat, enzimin substratı olan suksinata yapı olark benzerlik gösterir•
• Suksinat dehidrogenaz
•Suksinat + FAD ® Fumarat + FADH2
•İnhibisyon sonucu, ara metabolizmada oldukça önemli bir metabolik döngünün (krebs döngüsünün) inhibisyonudur.
•Krebs döngüsü benzer şekilde sitratın kompetetif inhibitörü olan florositrat tarafından etkilenir.
•Sitozin arabinozit ve 5-florodeoksiuridin gibi kanser kemoterapisinde kullanılan birçok ilaç nükleik asitlerin biyosentezinin kompetetif inhibitörleridir.
•Aktif bölge için kompetisyona dayalı birçok medikal tedavi örnekleri vardır
•Ör. Metanol zehirlenmesi, etilen glikol zehirlenmesi
•Bu örnekler Alkol dehidrogenaz inhibisyonu ile ilgilidir.
•Kompetetif bir inhibitör olarak etanol, etilen glikol zehirlenmesinin tedavisinde kullanılır.
•Etilen glikol; otomobil antifirizinin önemli bir yapısı(ingesyon ile; 50ölüm/yıl)
•Etilen glikoun kendisi toksik değil, ancak zarar oksidasyon ürünü olan oksalik asitten meydana gelir
•Oksalik asit kristaller böbreklerde birikir.
• Alkol dehidrogenaz
•Etilen glikol ® Aset aldehid
• Bu reaksiyon etkin olarak, etanolun uygun dozunda durdurulabilir. Etkinin esası etanolun bir substrat gibi reaksiyona girmesi ve dolayısıyla etilen glikolun aldehide oksitlenmesinin önlenmesi
•Etilen glikol zararsız olarak ekskrete edilir.
•
•Etanol ayrıca yarışan bir inhibitör olarak metanol zehirlenmesinin tedavisinde kullanılabilir.(metaol , bir karaciğer enzimi olan alkol dihidrogenaz ile formaldehide (birçok doku için zararlıdir). Körlük metanol ingesyonun enyaygın sonucu körlüktür; çünkü göz formaldehidin zarralı etkisine duyarlıdır.
•Etilen glikol Aset aldehid oksalik asit böbrek taşı
•Unkompetetif inhibisyon:
İnhibitör aktif bölgenin dışında bir yere bağlıdır ve kompetetif inhibitörden farklı olarak inhibitör yalnız ES kompleksine bağlanır.
İnhibitör, ES’ye bağlandığından hem Km hem de Vmax değişir. Linewever-burke çizimleri, farklı inhibitör derişimleri için birbirine paralel doğrular oluşturur.
Bu tür inhibisyon tek substratlı tepkimelerde seyrek, çok substratlı tepkimelerde ise daha sık görülür.
•Non kompetetif inhibisyonlar:
•İnhibitör aktif bölge dışında bir yere bağlanır , ancak inhibitör serbest enzime ya da ES kompleksine bağlanır. Bu durumda substrat için km değişmez ancak Vmax değeri değişir(düşer).
•İlaç olarak enzim inhibitörleri:
•Penicilin ve Amoxicilin(antibiyotikler) bakteriş hücre duvarını sentezleyen enzimleri inhibe eder
•Aspirin: prostaglandin (ağrya neden olan) sentezinin ilk basamağını inhibe eder
•ACE inhibitörleri(Anjiotensin konverting Enzim): captopril, enapril ve lizinopril)
• ACE
•Anjiotensin l ® Anjiotensin ll
•(vozodilatasyon) (vazokontriksiyon)
• ß
• Hipertansiyon
•Kan kolesterol düzeyini düşüren ilaçlar:
•Kolesterol sentezindeki hidroksi metil glutaril –KoA (HMG-KoA) redüktaz yapısal analogları ile kompetetif olarak inhibe edilir(statin grubu ilaçlar- lovastatin, simvastatin, pravastatin, …..)
•Statinler, HMG-KoA redüktazı çok düşük konsantrasyonda(1 mikromol) Halkuki HMG-Koa ‘nin Km değeri 10 mikromoldur.
•Bu ilaçlar koner kalp hastalıkları ve inme tedavisinde kullanılaktadır.
•Ayrıca bu inhibitörler , labortavar testlerinin gerçekleştirilmedimde kullanılan ayıraçlarda da kullanılır. Ör. Asit fosfataz tayınında tartarat maddesi bir inhibitör olarak kullanılır. Bu enzim; karaciğer, böbrek, eritrosit, dalak kemik ve prostatta bulunmaktadır.
•Tartarat, %95 oranında prostat kaynaklı enzimi inhibe ettiğinden, özellikle bu dokuya spesifik prostatla ilgili hastalıkların değerlendirilmesinde kullanılır.
•Prostetik Acp=Total ACP-Non prostetik ACP
•Katalizde etkili olan bazı mekanizmalar
•Asit-baz katalizi
•Kovalent kataliz
•Metal katalizi
•Asit-baz katalizi:Substrat bir kez katalitik noktaya bağlandığında, civardaki aminoaçil kalıtlarının yan zincirlerindeki yüklü(veya yüklenebilen) fonksiyonel gruplar, asidik veya bazik katalizörler olarak fonksiyon görerek kataliz olayına katkıda bulunurlar.
•Asit-baz katalizinde amino asitler:
•Amino asit kalıntıları asit oluşturucular baz oluşturucular
• (proton verici) (proton alıcı)
•Glu, Asp R-COOH R-COO-
• ..
•Lys, Arg R-NH3+ R-N-H2
•Cys R-SH R-S-
•Serin R-OH R-O-
•Kovalent kataliz:
•Bu tip katalizde, enzim ve substrat arasında geçici kovalent bir bağ oluşur. A ve B arasındaki bağın hidrolizini ele alalım.
• H2O
•A-B + X: A-x + B A+ x + B
•Metal katalizi:
•Tüm enzimlerin %25’ten fazlası sıkıca bağlanmış metal iyonlarını içerir veya etkinlikleri için bunlara gereksinim duyar.
•Metalloenzimler, tüm arıtma işlemleri boyunca korunan fonksiyonel bir metal iyonu kesin bir miktarda içeririler.
•Metal ile etkinleşen enzimler, bu metali daha gevşek bağlar, fakat etkinlikleri için metalin eklenmesini gereksinirler.
•Şu halde metalloenzimler ile metalle etkinleşen enzimler arasındaki ayrım, belli bir enzimin o metal iyonuna gösterdiği affiniteye dayalıdır. Her iki durumdaki mekanizma birbirine benzemektedir.
•Metallerle yapılan üçlü kompleksler , katalizde fonksiyon yapar:
•Katalitik nokta(Enz), bir metal iyonu(M) ve substratın(S) stoikiyometrik olarak 1-1-1 oranında yaptığı üçlü komplekslerde 4 şema olasıdır.
• Enz-S-M M-Enz-S
Subs-köprü kompl Enzim-köprü kompl
M
Enz-M-S
Basit metal köpru kompl Enz , S döngüsel metal köprü kompl
•Metalle etkinleştirilen enzimler için bunun dördü de olasıdır. Metalloenzimler, metali tüm aritma işlemleri boyunca korudukları için(yani bunlar önceden EnzM halinde olduklarından) Enz-S-M kompleksi oluşturamazlar. Bu durumda 3 tür genelleme yapılabilir:
•(1) Tümü olmasa da kinazların çoğu(ATP fosfotransferazlar) Enz-nükleosid-M tipi substrat-köprü kompleksi yapar
•(2) Substrat olarak piruvat veya fosfoenol piruvat kullanan fosfotransferazlar, fesfoenol piruvatın diğer reaksiyonlarını kataliz eden enzimler ve karboksilazların metal-köprü komplesksini yapar.
•(3) Belli bir enzim, bir substratla köprü komplekslerinin bir tipini yaparken bir diğer substratla diğer tipini oluşturur.
•A.Enz-köprük kompleksleri(MEnzS):
•Enzim köprü kompleksleri metallerin etkin bir komformasyonu sürdürmek için çatısal roller yüklendiği(Ör.glutamin sentaz) veya bir substrata metal bir köprü attığı (Ör.piruvat kinaz) var sayılır.
•Ayrıca piruvat kinaz bir substratı(ATP) gerekli yerde tutmakta ve bunu etkinleştirmektedir.
•B- Substrat köprü kompleksleri(EnzSM):
•Nukleosid trifosfat enzimi, metal ve substratla üçlü kompleks oluşturması, metalin koordinasyon küresindeki suyun yerine ATP geçmesine bağlanabilir.
•ATP-4 + M(H2O)6+2 « ATP-M(H2O)3-2 +3H2O
•Daha sonra üçlü bir kompleks oluşturmak üzere enzim bağlalanır.
•ATP-M(H2O)3-2 + Enz « Enz-ATP-M(H2O)3-2
•C- Metal köprü kompleksleri:
•Bir çok proteinin(Ör.karboksipepptidaz A, Sitokrom C, methemoglobin) etkin noktasında metal bağlanması ile ilgisi olan bir His kalıtının varlığı gösterilmiştir. İki elamanlı EnzM kompleksi için hız kısıtlayıcı basamak birçok durumda suyun, metal iyonnu koordinasyon küresinden uzaklaşmasıdır.
•Enz + M(H2O)6 « Enz-M(H2O)6-n + nH2O
•Öte yandan metalloenzimler için substratın(s) ikili EnzM kompleksi ile birleşerek üçlü metal kompleksi yapması zorunludur.
•Metal iyonlar katalizde çok sayıda fonksiyon üstlenirler:
•Metal iyonları; enzimlerin , kimyasal reaksiyonların hızını artırmada kullandığı bilinen 4 mekanizmadan birine katılabilir.
•1. Genel asit-baz katalizi
•2. Kovalan kataliz
•3. Reaksiyona girenlerin birbirlerine yaklaştırılması
•4. Enzim veya substratta uyarılmayı kamçılama
•Metal iyonları tıpkı protonlar gibi lewis asitidir (elektrofillerdir) ve bir sigma bağı yapmak üzere bir elektron çiftini paylaşabilirler.
•Metal iyonları nötral çözeltilerde var olabilmeleri, genellikle 1 den büyük bir + yüke sahip olmaları ve p bağları yapabilmeleri nedeniyle super asitler olarakta kabul edilebilirler.
•Bunlara ek olarak (protonlardan farklı olarak) metaller enzim veya substrat üzerindeki bazik grupların oriyantasyonu için üç boyutlu kalıp hizmeti verebilir.
•Metaller , elektron sağlayarak nükleofilleri etkinleştirebilir veya bizzat nükleofil olarak davranır.
•Bir metalin koordinasyon küresi enzim ve substratı bir araya getirebilir(yakınlaştırma) veya enzim veya substrattan herhangi birisine çelat oluşturan burkulmaya(gerilme)neden olabilir.
•Regülatör Enzimler
•Metabolik işlevlerin kontrolu , enzimatik reaksiyonların düzenlenmesi ile olur.
•- Substrat düzeyinde kontrol:
•Birçok substratın düzeyi Km seviyesinde olduğundan, enzimler substarat konsantrasyonundaki değişikliklere cevap verir
•Ayrıca bu düzenleme , özelleşmiş fonksiyonu olan bazı enzimler tarafından(düzenleyici enzimler) yapılır.
•Bu enzimler;
•-Allosterik etkiyle
•-kovalent modifikasyonla
•Fizyolojik şartlar değiştiğinde enzim sentez hızında değişimler yaparlar.
•Allosterik Enzimler:Aktif bölge dışında bir yere (regülatör bölge) nonkovalant olarak bağlanan effektör(modilatör, modifier) molekül tarafından düzenlenirler.
•Bir allosterik effektör:
-enzimin substrata olan ilgisini değiştirebilir (Km değiştirir)
•-Enzimin maksimal katalitik aktivitesini değiştirebilir(Vmax değiştirir)
-Her iki değişikliği bir den yapabilir.
-Allosterik effektörler(etki yönünden)
– -negatif effektörler
-pozitif effektörler
•Allosterik enzimler; genellikle birden fazla alt birimi vardır(oligomeriktir), çoğunlukla 4 alt birimden oluşur.
•Bunlar genellikle metabolik yolun başlarıbdaki bir anaktar basamağı katalizler.
•Allosterik effektörler:
•1. Substratın kendisi bir effektör görevi yapabilir (homotropik etki).
•Allosterik bir substrat genellikle pozitif bir effektör olarak fonksiyon gösterir.
•Enzimin bir bölgesine bir substrat bağlanması, diğer aktif merkezlerin katalitik özelliklerini uyarır yani bu bölgler kooperativite gösterir.(bu etki hemoglobinin oksijen bağlaması ile benzerlik gösterir.
•Allosterik enzimlerde Vo, (S)’ye karşı grafiklendirildiğinde sigmoidal bir eğri elde edilir.
•2. Effektör substrattan farklı olabilir.; bu etkiye heterotropik etki adı verilir.Ör feedback inhibisyonu
• (-)
•A B C D K
•(k) kons. Artış olması metabolik yolda ilk hız inhibe olur.
• Enzim Allosterik effektör
•Fosfofruktokinaz ……. Fruktoz-6-fosfat(+)
•Piruvat karboksilaz …… Asetil-KoA (+)
•Tronin deaminaz ……. İzolösin(-)
Aspartat Transkarbamilaz…Sitidin trifosfat (-)
•Kovalan Modifikasyonla Düzenleme
•Önemli bir regülasyon şeklidir. Sıklıkla, protein kinaz ya da protein fosfatazlar tarafından katalize edilen fosforilasyon/defosforilasyon olaylarını içeririler. fosforile ve defosforile biçimleri arasındaki dönüşüm
•Bir enzime genellikle onun aktivitesinde önemli değişiklikler yaratır.
•Serin, treonin ve tirozin hidroksilleri fosfat gruplarının eklendiği gruplardır.
•Glukoz metabolizmasında bir enzimin fosforilasyonu glikojen yıkımını uyarırken, bir başkasının fosforilasyonu ,glikojen sentezini inhibe eder.
•Kovalan modifikasyonun enzim düzenlenmesinde özel avantaji var. Enzimin fizyolojik olarak aktif olan biçiminin oranını, peptidin bir kısmının ziyan edilmesi yada peptidin tümünün yenilenmesine gerek kalmadan değiştirerek enerji akışının miktar ve yönünü düzenler. Bu şekilde hızlı ve tersinir kontrolu mümkün kılar.
•Katalitik etkinlikleri fosforlama/fosforsuzlaştırma ile değiştirilen enzim örnekleri
• Etkinlik durumu
•Enzim düşük yüksek
•Asetil-KoA karboksilaz EP E
•Gklikojen sentaz EP E
•Glikojen fosforilaz E EP
•HMG-KoA redüktaz EP E
•EP(fosforlu enzim) E(fosforsuz enzim)
•Kovalan modifikasyonda fosforilasyon/defosforilasyon çok sık görülmekle birlikte bu işlem diğer şekillerde de yapılabilmektedir.;Örneğin
•-Adenilasyon
•-Uridilasyon
•-ADP-ribozilasyon
•-Metilasyon
•Enzim sentezinin indüklenmesi/baskı-lanması:
•Allosterik enzimlerle ve kovalan modifikasyonla; var olan enzim aktivitesi değiştirilebilir.
•Oysa hücreler, var olan enzimin sentez hızını değiştirerek düzenleme fonksiyonunu yapar.
•İnduksiyonla…..sentez artışı olur
•Baskılanma….. Sentez azalması olur
•Bu iki etken ile aktif bölge sayısında değişim olur.
•Bu enzimler gelişimde sadece bir basamakta veya belirli şartlarda gereksinim duyulan enzimlerdir
•Ör. İnsulin, kan glukozunun arttığı durumlarda, glukoz metabolizmasında anahtar durumundaki enzimlerin sentezini artırır.
•Ancak protein sentezini düzenleyen enzimlerin aktivitesi diğer düzenleyici enzimlere göre daha yavaştır, ve bunlar hücrede sürekli kullanılan enzimler değildir.
•Enzim regülasyonu ile ilgili mekanizmalar farklı farklı sürelerde etkili olur.
•Mekanizma effektör süre
•Substrat varlığı substat hemen
•Alosterik kontrol son ürün hemen
•Kovalan modi- başka bir enzim hemen/dak
•Fikasyon
•Enz.sentez/yıkım hormon/metaboli saatlar/günler