ENZIMLER ENZİMLERİN ÖNEMİ

Transkript

1 ENZIMLER Doç.Dr.Pınar AKSOY SAĞIRLI Süper kahraman Kaptan Enzim Sağlığımızın koruyucusu ENZİMLERİN ÖNEMİ Biyokimyasal süreçlerin merkezinde yer alırlar. Hastalık tanısında kullanılan önemli belirteçlerdir. Birçok ilaç enzimlere etki ederek tedavi edici özelliklerini gösterir. TARIHÇE Grekçe " enzymos " mayalandırmak, maya gibi kabarmak 1877 de "Enzim" terimi ilk kez Wilhelm Kühne ( ) tarafından ortaya atıldı de Alman fizyolojist Eduard Buchner fermentasyonun canlı içermeyen ortamda da oluştuğunu gösterdi de Nobel kimya ödülünü kazandı. Eduard Buchner Buchner, şekeri fermente eden madde için "zymase" terimini kullandı. Enzim terimi, cansız maddeler örn. pepsin gibi kimyasal maddeler için, Ferment terimi, canlı organizmalar tarafından yapılan fermentasyon için kullanıldı da James B Sumner üreaz ın saf protein olduğunu buldu ve kristalize etti ve 1937 de de katalaz ı kristalize etti da Nobel kimya ödülü ikiye bölündü. Yarısı, enzimlerin i kristalize edilebildiğini kanıtlayan Sumner a diğer yarısı ise enzimlerin saf protein olduklarını kanıtlayan Northrop ve Stanley e verildi. James Batcheller Sumner John Howard Northrop Wendell Meredith Stanley 1965 te David Chilton Philips ve ark. İlk kez lizozim enziminin yapısını X- ışını kristalografisi yöntemi kullanarak çözdü. Yapısal biyolojinin başlangıcı 1

2 Enzimlerin etki tarzı 1894 te Emile Fischer, Anahtar-kilit modeli 1930 lar Haldane enzim ve substrat arasında zayıf bağlar olduğunu öne sürdü de Koshland, "induced fit " (uyum oluşturma) modeli ENZIMLERIN YAPıSı Metabolizma reaksiyonlarını hızlandıran protein yapısında biyolojik katalizörlere ENZİM denir. Bazı enzimlerin katalitik etki gösterebilmeleri için gereksinim duydukları protein olmayan organik bileşiğe veya metal iyonuna KOFAKTÖR denir. Kofaktörlere göre gruplandırma DIĞER BIR SıNıFLANDıRMA: Koenzim: kompleks organik bileşikler (NAD, FAD, TPP vb.) Kofaktör: metal iyonları (Mg+2, Fe+2, Mn+2) veya basit organik bileşikler ENZIM ILE ILGILI DIĞER TANıMLAR Substrat: Enzimlerin etki ettikleri maddelere substrat adı verilir. Kofaktör: Enzimin kataliz edeceği kimyasal reaksiyonu belirler. Apoenzim: Enzimin etki edeceği substratı belirleyen kısım apoenzim adını alır. Holoenzim (enzim): Apoenzim ve kofaktörün oluşturduğu yapıya kompleks yapıya denir. HOLOENZIM 2

3 Organik Kofaktör Örnekleri METAL IYONU IÇEREN ENZIMLER İyon Enzim Bakır, Cu +2 Demir, Fe +2 veya Fe +3 Magnezyum, Mg +2 Mangan, Mn +2 Molibden Nikel Çinko Sitokrom Oksidaz Askorbat oksidaz Tirozinaz Katalaz Sitokromlar Peroksidaz Nitrojenaz Hidrojenaz Glukoz-6-fosfataz Hekzokinaz Pirüvat Kinaz, Kreatin kinaz, Fosfofruktokinaz, DNA polimeraz Arginaz Ribonükleotid redüktaz Pirüvat karboksilaz Nitrat redüktaz Nitrojenaz Üreaz Alkol dehidrojenaz Karbonik anhidraz DNA polimeraz Kofaktör içermeyen enzimler: Pepsin, Tripsin, ENZİMLERİN REAKSİYON HIZLARINA ETKİSİ BIR REAKSIYONUN HıZı NASıL ARTTıRıLABILIR? Reaktanların konsantrasyonunun arttırılması Temperatürü arttırarak (böylece moleküllere enerji verilmiş olur), Ortama katalizör katılarak. Enzimler reaksiyon hızına etki eder, dengeye etki etmez. ph değişikliği 3

4 Enzimler, biyolojik reaksiyonun hızını gibi bir faktör kadar arttırabilirler. Biyolojik sistemlerde hücrelerin kullanabileceği enerji türü G ile gösterilen GİBSS serbest enerjisidir. A+B C+D reaksiyon sistemi, henüz dengede değilken denge durumuna ilerleme eğilimindedir. Bu ilerleme eğilimi, reaksiyon için bir itici güç olduğunu gösterir. İtici güç, Serbest enerji değişimi olarak ifade edilen ve ΔG ile gösterilen bir büyüklük olup A+B ile C+D nin sahip oldukları enerjilerin farkına eşittir. Aktivasyon enerjisi (Ea, ΔG + ) ve serbest enerji değişimi (ΔG ) Şekilde termodinamik olarak ürün oluşumuna giden kimyasal bir reaksiyonun tipik enerji profilini görmekteyiz. ΔG (-) değerdedir. Serbest enerji değerinin negatif olması A ile B reaktanlarından C ve D ürünleri oluşurken enerji elde edildiğini ve dolayısıyla reaksiyonun EKZERGONİK olduğunu göstermektedir. Bu da reaksiyonun spontan olarak gerçekleşebileceğini gösterir. ΔG pozitif ise reaksiyon ENDERGONİK tir ve gerçekleşmesi için enerjiye ihtiyaç vardır. Reaksiyonun aktivasyonun enerjisini düsürerek reaksiyon hızını arttırırlar. Reaksiyonlarda reaktanlar ürüne dönüştürülmeden önce aşılması gereken bir enerji engeli vardır. Buna Serbest aktivasyon enerjisi denir. Enerjinin maksimum noktasına transition state (=geçiş durumu) denir. Başka bir ifadeyle tüm reaktanların geçiş durumuna yükselmeleri için gereken enerji, serbest aktivasyon enerjisi olarak tanımlanır. Sonuçta enzimler, biyolojik reaksiyonların hızını, moleküllerin aşması gereken bu enerji engelini (serbest aktivasyon enerjisini) düşürerek artırırlar. ENZIM SUBSTRAT BIRLEŞMESI Aktif bölge: Enzimin substratla birleştiği ve katalitik reaksiyonun meydana geldiği kısma denir. Aktif Bölge 1. Substrat bağlayan kısım (apoenzim) 2. Katalizleyici kısım (kofaktör veya bazı özel amino asid dizileri) Anahtar-Kilit Modeli ENZİM KİNETİĞİ Enzimatik reaksiyonun hızı Düşük substrat konsantrasyonlarında reaksiyonun hızı substrat konsantrasyonu ile doğru orantılıdır. Substrat konsantrasyonu arttıkça enzimatik reaksiyonun hızı substrat konsantrasyonu ile orantılı olarak artmaz daha az artar. Substrat konsantrasyonu daha fazla arttırılırsa reaksiyon hızı sabitleşir ve artık hız substrat konsantrasyonuna bağlı değildir. Enzim substrat ile doymuştur. 4

5 MICHAELIS-MENTEN KINETIĞI Michaelis-Menten Teorisi Tek substratlı reaksiyonlarda reaksiyon hızı ile substrat konsantrasyonu arsındaki ilişki michaelis- Menten kinetiği ile açıklanır ve aşağıdaki şekilde ifade edilir. ENZİM KİNETİĞİ Michaelis-Menten Teorisi Michaelis-Menten Teorisi Km, enzimatik reaksiyonun hızı, maksimum hızın yarısına eşit olduğu andaki substrat konsantrasyonudur ve molarite olarak ifade edilir ve enzimin substratına olan ilgisini belirler Leonor Michaelis Km değeri düştükçe enzimin substratına olan affinitesi artar Bu teori enzimin önce ES komleksi oluşturmak üzere bağlandığını, ikinci olarak ES kompleksinin serbest enzim ve serbest ürün oluşturmak üzere yıkıldığını ve her iki basamağın iki yönlü olarak işlediğini kabul eder. Km büyüdükçe enzimin substratına olan affinitesi azalır Maud Menten MICHAELIS-MENTENENTEN KINETIĞININ ÖZELLIKLERI Km, bu eşitliğin sabitidir. E ve konsantrasyonlarından bağımsızdır. V max, enzim konsantrasyonuna ve enzim doygunluğu sağlayan substrat konsantrasyonuna göre değişir. Ancak substrat konsantrasyonundan bağımsızdır. ğ Km ve Vmax, ph, temperatür ve diğer faktörlerle değişebilir [S] a bağlı olarak değişen hız eğrisi, dikdörtgen biçiminde hiperbolik bir fonksiyon verir. 5

6 İKI SUBSTRATLı REAKSIYONLARıN KINETIĞI Tek substratlıya göre daha karmaşıktır. Bu tip reaksiyonlarda enzimin substrat ile bağlanması iki farklı mekanizma ile gerçekleşir. 1. Tek yer değiştirmeli reaksiyon, reaksiyonun ilerlemesi çin aynı anda A ve B substratlarının enzime bağlanması gerek (Malat dehidrojenaz) 2. Çift yer değiştirmeli reaksiyon, iki substratlı reaksiyonlarda çift yer değiştirmeli tipinde ikinci substrat bağlanıp ürün oluşturmadan önce birinci substrat enzime bağlanmalı ve oluşturduğu ürün enzimden ayrılmalı ve oly modifiye enzim ile ilerler. Oluşan modifiye enzim ikinci substrat ile bağlanır ve ikinci ürün oluşur (aspartat transaminaz). ENZİM İNHİBİSYONU Enzimatik tepkimelerin hızını azaltan veya enzimlerin kataliz görevini yerine getirmelerini tamamen engelleyen maddelere inhibitör adı verilmektedir. Enzimlere bağlanabildikleri halde, substrat gibi davranmayan ve ürün oluşturmayan bu maddeler enzimin katalitik görevini yerine getirmesini engellemektedir. Bu olaya da inhibisyon denir. ENZIM İNHİBİTÖRLERİ A. REVERSİBL İNHİBİSYON Yarışmalı inhibisyon dört farklı durumda olur; 1. Substratın yapısal analogları, enzimin aktif bölgesine bağlanmak için substrat ile yarışır. 2. İki substratlı reaksiyonlarda; ikinci substratın yüksek konsantrasyonları enzime bağlanmak için birincii i substrat ile yarışır. 3. Reaksiyon sonucunda oluşan ürün inhibitör gibi davranır. 4. Kofaktör olarak metal iyonu gerektiren bazı reaksiyonlar benzer metal iyonları ile inhibe olurlar. 1.Kompetitif İnhibisyon (Yarışmalı) ÖRN. Suksinat dehidronejanaz ın malonik asid, okzalat ve okzalasetat ile inhibisyonu. FAD FADH 2 COOH CH 2 CH 2 suksinat dehidrojenaz CH - COOH HOOC - CH COOH Suksinik asid Fumarik asid COOH CH 2 COOH Malonik asid 6

7 ÖRN. Metanol zehirlenmelerinde yararlanılır. 2. Nonkompetitif inhibisyon (Yarışmasız, karışık) Nonkompetitif inhibisyonda, inhibitör, enzime aktif alan dışındaki bir yerden bağlanırbubağlanma enzimin üç boyutlu yapısını değiştirir. Aktif bölge substratı bağlar ancak transition state stabilize edecek kadar ve reaksiyonu kataliz edecek kadar uzun değildir. Nonkompetitif inhibition, V max ı düşürür ve enzim artık aynı etkinlikte reaksiyonu kataliz edemez. Reaksiyon, kompetitif inhibisyonda olduğugibi[s]artırarak geri döndürülemez. ÖRN. CO, CN -, H 2 S: Fe-porfirin içeren enzimlerin (sitokromlar, katalaz, peroksidaz) inhibitörüdür. NaF: Aktivasyonları için Ca 2+ gerektiren enzimlerin (bazı fosforilazlar) inhibitörüdür. CN -, EDTA: Bakırlı enzimlerin (tirozinaz, askorbat oksidaz, ürat oksidaz) inhibitörüdür. Hg, Pb, Ag gibi ağır metaller: Enzimlerin aktif merkezinde veya enzimin konformasyonunda önemli olan, SH grubu ile reaksiyona girerek inhibisyon yaparlar. Örn. Civa iyonları üreaz ı inhibe eder. 3. Unkompetitif İnhibitör İnhibitör sadece ES kompleksine bağlanır. Substrat konsantrasyonunun artması inhibisyon derecesini arttırabilir. İnhibitör substratın t aktif bölgesi dışındakid kısmına bağlanır. Bu tür inhibisyon çoğunlukla 2 substratlı enzimlerde görülür. Km ve Vmax azalır. Örn. Bağırsaklarda alkali fosfataz ın L-fenilalanin tarafından inhibisyonu. 7

8 B. İRREVERSIBL INHIBISYON İrreversibl inhibitörler enzimin aktif bölgesine kovalan olarak bağlanarak enzimin yapısını değiştirir. Bu nedenle geri dönüşümsüzdür. Sıklıkla reaktif fonksiyonel gruplar içerirler. Bunlar; Aldehit, haloalkalen, fenil sülfonat, florofosfonat gibi gruplardır. Bu elektrofilik gruplar kovalan bağ oluşturmak üzere amino asidlerin yan zincirlerindeki OH veya SH grupları ile reaksiyona girer. ÖRN. Asetilkolin esteraz ın sinir gazı (Nitrojen Mustard) zehirleri tarafından inhibisyonu Gümüş, civa ve oksidan ajanlar irreversibl inhibitörler arasında sayılabilir. DIĞER INHIBITÖRLER Soya fasulyesinde tripsin inhibitörü. Ascaris solucanında tripsin inhibitörü varlığı, solucanın bağırsaklarda sindirilmeden yaşamasını sağlar. İnhibitörleri, l i yarışmalı ve yarışmasız olmak üzere kesin sınırlarla birbirinden ayırmak çoğunlukla mümkün değildir. ENZİM AKTİVATÖRLERİ (Proenzimler=zimojenler, preproenzimler) Proenzimler = zimojenler, preproenzimler Enzime bağlanarak onun aktivitesini arttıran maddelerdir. Genellikle enzimin allosterik regülasyonunda rol oynarlar. Bu tür enzimler bazı iyonların, organik maddelerin veya enzimlerin i kendilerinin i i aktif şekilleriyle i l aktive edilirler. l Enzimlerin inaktif şekilleri, bazen pro- öneki veya ojen son eki ile gösterilir. Proenzimler = zimojenler, preproenzimler 8

9 ENZİM AKTİVİTESİNİN ÖLÇÜLMESİ Bir internasyonal ünite enzim aktivitesi: 1 mikromol ( mol) (10-6 mol) substratın belirli ve özel şartlarda, 1 dakikada değişikliğe uğramasını kataliz eden enzim miktarıdır (= 1U; U/L olarak gösterilir). Spesifik aktivite: 1mg enzim proteininin aktivitesidir. U/mg ile gösterilir. Katal: Uluslararası Biokimya ve Moleküler Bioloji Birliği (IUBMB) nin önerdiği birimdir. Mol/saniye olarak ifade edilir. Enzim konsantrasyonu ise katal/l olarak ifade edilir. 1U = 10-6 mol/60 s = 16.7 x 10-9 mol/s veya 1n katal/l = 0.06 U/L. ENZİM SİSTEMLERİ Enzim sistemlerinde bir enzimin oluşturduğu ürün, kendisinden sonra gelen enzim için substrattır. Enzim sistemlerinde yer alan enzimler sitoplazmada dağılmış halde bulunabilecekleri gibi, serbest olmayıp birleşmiş halde de bulunabilirler. Bazı enzim sistemlerinde yer alan enzimler birbirleriyle sıkı sıkıya bağlı olarak bulunur, bunlar enzim kompleksini oluşturur. Örn. Yağ asidi sentaz (7 enzim) Piruvat dehidrojenaz ve 2-oksoglutarat dehidrojenaz (3er enzim) YAĞ ASİDİ SENTAZ KOMPLEKSİ 9

10 İZOENZİMLER (İZOZİMLER) İzoenzim (izozim), organizmada aynı reaksiyonu kataliz ettikleri halde, değişik dokularda farklı molekül yapısında bulunan enzimlere denir. Başka bir deyişle, aynı substrata etkili olan fakat birden fazla şekilde bulunan enzimlere 'izoenzim' denir. Bu farklı enzim formalarının tümüde aynı reaksiyonu kataliz ederler ve bu nedenle de aynı enzim gibi sınıflandırılırlar. Bunlar değişik Şartlarda bile (ph, ısı, ışık) aynı etkiyi gösterirler. İzoenzimlerin protein yapısı birbirlerinden küçük farklar gösterir, dolayısıyla bazı fiziksel ve kimyasal özellikleri de farklıdır. Ancak elektroforezde birbirlerinden ayrılabilirler. Başta laktat dehidrogenaz (LDH) olmak üzere kreatinin kinaz (CK), hekzokinaz, aldolaz, alkali fosfataz vb enzimlerin izoenzimleri saptanmıştır. Klinik kimyada en çok çalışılmış olan izoenzimler LDH ve CK izoenzimleridir. Izoenzimler elektroforezle, absorbtif özelliklerindeki farklarla (kolon kromatografisi) yada özgül antikorlarla birbirlerinden ayrılırlar. Laktat dehidrojenaz (LDH) laktik asidin piruvik aside yükseltgenmesini sağlar. Laktat dehidrojenaz ın temelden farklı iki değişik tipi [H (heart=kalp)ve M (muscle=kas)] vardır, bunlar da 4 er özdeş altbirim (H ve M alt birimleri) içerirler. H ve M izoenzimlerinin molekül ağırlıkları aynı olmakla birlikte (33.500), amino asid bileşimleri ve immunolojik özellikleri farklıdır. Kalp LDH ı saf tetramer (H 4 ), kas LDH ı saf tetramer (M 4 ) olup diğer dokularda ayrıca H ve M altbirimlerinin birleşmesiyle M 3 H, M 2 H 2 ve MH 3 olmak üzere üç tip daha LDH bulunur. İzoenzimler elektroforezle birbirlerinden ayrılabilirler. Elektroforezde LDH elektroforetik mobiliteleri birbirinden farklı, molekül ağırlıkları aynı olan beş fraksiyona ayrılır. İzoenzimler ENZİMLERE ETKİ EDEN ETKENLER Enzim konsantrasyonu Substrat konsantrasyonu Temperatür ph Zaman Reaksiyon ürünleri Işık ve diğer fiziksel etkiler Hormonlar ve diğer maddeler 10

11 Enzim konsantrasyonu Eğer ph ve sıcaklık uygunsa yeterli miktara substrat bulunan bir ortamda, enzim yoğunluğu arttıkça reaksiyon hızı da artar. Sınırlı miktarda substrat bulunan bir ortamda, enzim yoğunluğu artırılırsa reaksiyon bir süre devam eder ve sonra durur. Feed-back inhibisyon= Olumsuz ürün denetimi Bazı enzim reaksiyonlarında oluşan ürünler enzimleri inhibe ettiklerinden reaksiyon ilerledikçe reaksiyon hızı, yüksek enzim konsantrasyonunda bile azalır. Ürünlerin bu tür inhibisyonuna feed-back inhibisyon (geriye dönük inhibisyon= olumsuz ürün denetimi) denir. Feed-back inhibisyon ile etkilenen enzimler allosterik enzim lerdir. Sitrik asit siklusu gibi yolaklarda bir enzimin ürünü diğer enzimin substratı olur. Bu metabolik yolaklarların ilk tersinmez aşamalarının kontrol edilebilmesiyle tüm yolağın hücre tarafından kontrol altına alınması sağlanabilir. Enzimli metabolik yolaklarda bu ilk tersinmez adımın kontrolü de bir engelleyici tarafından sağlanır aslında bu engelleyici yolağın son ürünüdür. Ylkil Yolak işledikçe son ürün ü miktarı artar. Son ürün ü miktarı gereken seviyeyi geçince artık daha fazla ürün üretimi gereksiz olacağı için yolağın durdurulması gerekir. Yolağın son ürünü, enzime etkin nokta dışında bir yerden bağlanır ve enzimin yarışmasız engelleyicisi olur. Etkin noktanın yapısı değiştiği için artık substrat bağlanamaz. Bu şekilde düzenlenebilecek olan enzimlere de allosterik enzimler denir. Substrat konsantrasyonu Enzim miktarı sabit tutulup substrat yoğunluğu artılırsa, reaksiyon hızı en yüksek noktaya ulaştıktan sonra sabit kalır. Bunun nedeni enzimlerin bir süre sonra substrata doymuş hale gelmeleri ve hiç boş kalmaksızın çalışmalarıdır. Temperatür Enzimler protein yapılı olduğundan, proteinleri etkileyen sıcaklık değişimlerine duyarlıdırlar.tepkime hızının yükselmesi, sıcaklıkla doğru ğ orantılıdır. Fakat belirli bir noktadan itibaren düşmeye başlar ve tamamen durur. En iyi çalışabileceği sıcaklığa Optimum Sıcaklık denir. Bu değer pek çok canlıda C arasındadır. (İnsanda 36,5 C ) ph Enzimler ph değişimine karşı çok duyarlıdırlar. Genellikle çok fazla asidik ve alkalik ortamda etkisizdirler. Bazı hallerde enzimler en yüksek etkinliği belirli bir ph derecesinde gösterirler. Bu ph derecesine "Optimum ph" denir. Örneğin, proteini parçalayan pepsin, midenin ph 2 lik asidik ortamında maksimum çalışır; buna zıt olarak pankreastan salgılanan ve yine protein sindiriminde rol alan tripsin, ancak ph 8,5 da optimum olarak çalışabilir. 11

12 DÜZENLEYİCİ (REGÜLATÖR) ENZİMLER Bazı enzimlerin katalitik fonksiyonlarının yanı sıra metabolizma reaksiyonlarını düzenleyici, kontrol edici etkileri vardır. Bu nedenle bu enzimler düzenleyici (regülatör) enzim olarak adlandırılır. Bu enzimler; sinyal verici moleküllerle etkilenme şekillerine göre iki gruba ayrılır: 1) Allosterik enzimler (allo: diğer, başka; allosterik: başka yer) 2) Kovalan bağlanma ile etkilenen enzimler Düzenleyici enzimlerin aktiviteleri sinyal verici moleküllerle düzenlenir. 1.ALLOSTERIK ENZIMLER Allosterik yer, reaksiyon ürünü, enzim proteini ile substratın birleştiği yerin dışında bir yerde birleşebilir. Bu yere allosterik yer adı verilir. Allosterik etki: Allosterik yere bağlanan madde enzimin etkili bölgesinde biçimsel bir değişiklik meydana getirebilir. Bunun sonucu olarak enzim proteininin şeklinin değişmesi nedeniyle enzimin substratla birleşmesi, substratın yapısına ve konsantrasyonuna bağlı olarak inhibisyona sebep olabileceği gibi aktivasyona da sebep olabilir. Bu etkiye allosterik etki denir. Eğer inhibisyon oluşuyorsa bu inhibisyon şekline allosterik inhibisyon veya son ürün inhibisyonu, son ürün tarafından inhibe edilen enzime de allosterik enzim denir. Allosterik enzim E 1 E 2 E 3 A B C D Feed-back inhibisyon Efektör (sinyal verici molekül, modülatör), aktif bölge dışındaki bağlanma bölgelerine bağlanan maddelere denir. pozitif efektör (aktivatör), enzimin aktivitesini arttıran efektör, negatif efektör (inhibitör), enzimin aktivitesini azaltan efektör Allosterik aktivatör ve inhibitörler 12

13 Allosterik enzimler Michaelis-Menten kinetiğine uymazlar. Örn. Fosfofruktokinazın allosterik regülasyonu 2.KOVALAN BAĞLANMA ILE ETKILENEN ENZIMLER Çeşitli kimyasal grupların enzime kovalan bağlanması sonucunda düzenleyici enzimlerin yapılarında değişiklikler meydana gelir. Böylece regülatör enzim aktif veya inaktif şekle dönüşür. Genellikle budönüşmeyi de enzimler katalizler. HASTALIK TANISINDA ENZİMLER İnsanlarda görülen hastalıkların tanı veya ayırıcı tanısının yapılması ve sağaltımın izlenmesinde enzimatik ikölçümlerin l uygulanması ile ilgilenen bilim dalı, klinik enzimoloji olarak adlandırılmaktadır. Hücresel enzimler çeşitli nedenlerle hücre dışına çıkarlar: -Hücre membran hasarı -Hücre ölümü -Enzim üretiminde artış 13

14 Fonksiyonel ve fonksiyonel olmayan enzimlerin farklılıkları Klinik enzim ölçümleri Serum İdrar Gut sıvısı Plazma enzimleri 1. Fonksiyonal plazma enzimleri 2. Fonksiyonel olmayan plazma enzimleri Plazma konsantrasyonları Fonksiyonel plazma enzimleri Plazma kons. Dokuya oranla yüksek Fonksiyonu Fonksiyonları biliniyor Bilinmiyor Fonksiyonel olmayan plazma enzimleri Normal şartlarda plazma konsantrasyonu dokuya oranla çok düşük Substratı t Substratlaı tl plazmada Substratları tl plazmada mevcut yok Sentez yeri Karaciğer KC, Kalp, iskelet kası, beyin gibi farklı organlar Hastalıktaki etkisi Karaciğer hastalıklarında Farklı organ azalır hastalıklarında artar Örnek Protrombin gibi pıhtılaşma faktörleri, Lipoprotein kinaz, psödokolinesteraz AST, ALT, CK, alkalin fosfataz, asit fosfataz, lipaz Fonksiyonel olmayan enzim kaynakları Hücre Hasarı, Miyokard infarktüsü ve viral hepatit gibi hücrehasarının olduğuhastalıklarda enzimler kana salınır. Normal yolun tıkanması, örneğin safra yolunun tıkanması sonucu alkalin fofataz artar. Enzim sentezinin artması, tıkayıcı karaciğer hastalığında alkalin fosfatın sentezhızı artar. Geçirgenliğin artması, hipoksik durumlarda hücre membranının geçirgenliği artar. Fonksiyonel olmayan enzimlerin tıptaki önemi nedir? 1. Hastalık tanısında, farklı organların hastalıkları farklı enzimlerin artışına sebep olur. 2. Hastalığın prognozunda, tedavi öncesi ve sonrası enzim düzeyleri farklılık gösterir. HASTALIK TANISINDA Önemli ENZİMLER Hast. tanısında en sık kull.enzimler Serum pankreas amilaz ı Serum asid fosfataz ve prostat spesifik antijen (PSA) Serum alkali fosfataz Hastalık Bazı pankreas kanserlerinde ve pankreas iltihabında artar Prostat kanserlerinde artar. Kemik hastalıklarında, bazı kemik tutulumu olan kanser türlerinde ve kolestaz (safra akımının durması) da artar. Kreatin kinaz (CK) Kas distrofisinde, i d karaciğer hastalıklarında ve miyokard infarktüsünde artar. GOT (Glutamat okzalasetat transaminaz; Aspartat transaminaz, AST) GPT (Glutamat piruvat transaminaz; Alanin transaminaz, ALT): Laktat dehidrojenaz (LDH): -Glutamil transpeptidaz ( -GT): Miyokard (kalp kası) infarktüsünde, karaciğer hastalıklarında ve sarılıkta artar. Karaciğer bozukluklarında, sarılıkta artar. Kalp, karaciğer, kas hastalıklarında ve bazı kanserlerde (Örn. Lösemi) artar. Karaciğer, safra kesesi ve pankreas hastalıklarında artar. 14

15 ENZİMLERİN ECZACILIKTA KULLANIMI Bugün tıp,eczacılık, tarım, hayvancılık, çevre, gıda, kağıt, tekstil, deterjan vb. birçok alanda enzimler kullanılmaktadır. Son yıllarda biyoteknoloji alanında gelişmelerle elde edilen enzimlerin kullanımının en fazla olduğu alan gıda endüstrisidir. Proteazlar ve amilazlar bu alanda en çok kullanılan enzimlerdir. Eczacılıkta da enzimler kullanılmaktadır. Bu alandaki en iyi örneği, hazım kolaylaştırıcı bazı ilaçların bileşimindeki Proteini parçalayan proteaz, nişastayı parçalayan selüloz, Yağları parçalayan lipaz ve Laktozu parçalayan laktaz enzimlerdir. Enzimlerin eczacılıkta kullanıma bir diğer örnek de penisilin amidan enzimidir. ENZİMLERİN ECZACILIKTA KULLANIMI 1. Bazı enzimler direk olarak ilaç olarak kullanılabilir 2. Ya da Enzim inhibitörleri tedavi amaçlı kullanılabilir ENZİMLERİN ECZACILIKTA KULLANIMI 1.Bazı enzimler ilaç olarak kullanılır. a. Karaciğer, safra kesesi, pankreas hastalıklarından kaynaklanan sindirim bozukluklarında protein, karbohidrat ve lipidleri hidroliz eden enzimler ilaç olarak kullanılır. Sindirim enzimleri; Multanzim (pankreatin (lipaz-amilaz-proteaz), ağır sindirim rah.) Pankreoflat Pankrean Flaton (pankreatin, hemiselülaz) Festal b.yara tedavisinde, dokunun oluşması için peptid bağlarını ve heteropolisaklaridleri hidroliz eden enzimler kullanılır. Hiyaluronidaz (lasonil) 2.Enzim inhibitörleri ilaç olarak kullanılır İlaç olarak kullanılan reversibl inhibitörler: İlacın adı İnhibe ettiği enzim Tedavi Lovastatin HMG-CoA redüktaz Hipolipemik (lipid düşürücü), Hipokolesterolemik Allopurinol Ksantin oksidaz Hipoürisemik (gut hastalığı) Asetazolamid Karbonik anhidraz Diüretik Metazolamid Metotreksat (=ametopterin) Dihidrofolat redüktaz Kanser Aspirin Prostaglandin sentetaz Antienflamatuvar Sitozin arabinozid DNA polimeraz Antiviral, kanser RNA polimeraz ACE inhibitörleri Enapril Cilazapril Lisinopril Anjiotensin dönüştürücü enzim (ACE) Antihipertansif İlaç olarak kullanılan İrreversibl inhibitörler İlacın adı İnhibe ettiği enzim Tedavi Sulfanilamid Dihidrofolat sentetaz Antibakteriyel Hidrazinler Monoamin oksidaz (MAO) Antidepresan, psikostimülan Penisilin Transpeptidaz Antibiyotik Sefalosporin Transpeptidaz Antibiyotik Klavulanik asid -Laktamaz Antibiyotik adjuvanı (adjuvan: etki arttırıcı) 15

16 Enzim İnhibisyonu İlaçlar farmakolojik etkilerini genellikle enzimlerin normal faaliyetlerinde değişikliğe neden olarak gösterirler. Bu da genellikle enzim inhibisyonu şeklindedir. Sülfonilamid Antimikrobiyal maddelerdir Bakteriyositatik etkiye sahiptirler Mikroorganizmaların folik asid sentezi sırasında moleküle PABA yerine sülfanilamid girmesi FOLIK ASID Bir karbon atomlu köklerin, moleküller arasındaki geçişlerinde önemli rol oynar. Bazı amino asitlerden aldığı köklerin pürin ve pirimidin sentezinde kullanılır. DNA'nın sentezinde vazife alır. Bu vazifeyi yapabilmesi için bu vitaminin 5,10- metiltetrahidrofolat halinde olması gerekir. Bu geçiş ise B12 yokluğunda mümkün olmaz. Buna göre megaloblastik kansızlığa, B12'nin, dolaylı olarak tesiri vardır. Mikroorganizmaların folik asid sentezi sırasında moleküle PABA yerine sülfanilamid girmesi Folik asid sentezi olmaz, mikroorganizma ölür 16

17 Folik asid redüktaz inhibitörleri Folik asid tetrahidrofolik asid (THFA) e dönüştükten sonra tek karbon atomlu grupları taşıma görevini yapar. Folik asid redüktaz inhibitörleri, Aminopterin Ametopterin Yapı olarak folik aside çok benzerler, folik asidle yarışarak bu enzimle birleşir ve enzimi inhibe ederler. Sonuç olarak, THFA meydana gelemez, purin biosentezi, dolayısıyla da RNA, DNA biosentezi önlenir. Bu nedenle bu ilaçlar kanserde, özellikle de lösemide kullanılır. Monoamino oksidaz inhibitörleri Adrenalin, noradrenalin, serotonin, tiramin gibi biolojik aminler sinir iletiminde nörotransmiter olarak görev yaparlar. Monoamin oksidaz (MAO) ise bunları oksidatif dezaminasyona uğratarak etki göstermelerini önler. MAO inhibitörleri (izokarboksazid, nialamid, fenelazin) bu enzimi inhibe ederek, bu aminlerin inaktivasyonuna engel olur ve etkilerinin devamını sağlar. Bu nedenle psikostimulan olarak kullanılırlar. Hidroksimetilglutaril-CoA (HMG-CoA) redüktaz inhibitörleri HMG-CoA redüktaz inhibitörleri (Örn. Lovastatin) kolesterol biosentezini inhibe ettiğinden hipolipidemik ve hipokolesterolemik olarak kullanılır. MEVCUT STATINLER HO O H 3 C HO C O C - O SCoA H 3 C O C CH 3 O H O H H CH 3 O HMG-CoA H 3 C Lovastatin Ksantin oksidaz inhibitörleri Allopurinol yapı olarak hipoksantine benzediğinden, kompetitif inhibisyonla ksantin oksidaz ı inhibe ederek, ürik asid yapımını durdurur. Aşırı ürat yapımından kaynaklanan gut (damla, nikris) hastalığında, hipoürisemik olarak kullanılır. Anjiotensin dönüştürücü enzim (ACE=Angiotensin Converting Enzyme) inhibitörleri Damar daraltıcı etkisiyle tansiyonu yükselten anjiotensin II nin biosentezini sağlayan ACE enzimini inhibe eden ilaçlar hipertansiyon tedavisinde kullanılır. İlaç Benazepril Captopril Enalapril Fosinopril Lisinopril Moexipril Perindopril Quinapril Ramipril Trandolapril Günlük Doz 10 mg 50 mg (25 mg bid) 5 mg 10 mg 10 mg 7.5 mg 4 mg 10 mg 2.5 mg 2 mg 17

18 Transpeptidaz inhibitörleri Bakterilerin hücre duvarlarının oluşmasında yer alan penta glisin köprüleri transpeptidaz adlı bir enzimin etkisiyle iki alanini birbirine bağlar. Alanil alanin yapısında olan penisilinler, kompetitif inhibisyonla bu enzimi inhibe ederler, bunun sonucunda bakterinin hücre duvarı parçalanır. Bakteri Hücre duvarı NAGA NAMA NAGA NAMA NAGA glu ala ala liz ala -ala transpeptidaz +pentaglisin (5 glisin) NAGA NAMA NAGA NAMA NAGA glu ala gli ala liz gli gli ala glu gli NAMA NAGA NAMA NAGA NAMA gli liz ala Bakterihücreduvarınınşematikyapısı. (NAGA=N-Asetil glukozamin; NAMA=N-Asetil muramik asid). ENZİMLERİN SINIFLANDIRILMASI Enzimler Uluslararası Biokimya ve Moleküler Bioloji Birliği (IUBMB) nin Enzim Komisyonu (E.C.) tarafından 6 sınıfa ayrılmıştır: 1. Oksidoredüktazlar 2. Transferazlar 3. Hidrolazlar 4. Liyazlar 5. İzomerazlar 6. Ligazlar Her enzime, kısa ve günlük kullanışa elverişli bir önerilmiş isim katalizlediği reaksiyona göre sistematik isim uluslararası araştırma dergileri, özetler ve indekslerde yer alan doğru ve açık tanımını yapan klasifikasyon numarası verilmiştir. 2. Örnek: ATP + kreatin ADP + kreatin fosfat önerilmiş isim: kreatin kinaz sistematik isim: ATP :kreatin fosfotransferaz klasifikasyon numarası: EC EC enzim komisyonu ana sınıf (= transferaz) alt sınıf (= fosfotransferaz) alt-alt sınıf (= alıcısı azotlu bir grup) özel seri numarası Bu altı sınıfın alt sınıfları ve alt-altsınıfları vardır. Her enzimin bir numarası vardır ve bu numara E.C. olarak belirtilir. Örneğin: Suksinil Co A hidrolaz (E.C ) 3: Enzim sınıfı: Hidrolaz 1: Enzim altsınıfı: Ester bağlarını hidroliz eder. 2: Enzim alt-altsınıfı: Tioester bağlarını hidroliz eder. 3: Enzimin kendi özel numarası, bu enzimin alt-altsınıfta üçüncü enzim olduğunu gösterir. 18

19 1. Oksidoredüktazlar dehidrojenazlar oksidazlar redüktazlar peroksidazlar katalaz oksijenazlar hidroksilazlar 4. Liyazlar dekarboksilazlar aldolazlar hidratazlar dehidratazlar sentazlar liyazlar 2. Transferazlar 3. Hidrolazlar transaldolaz transketolaz esterazlar acil, metil, glikozil ve glikozidazlar fosfotransferazlar peptidazlar kinazlar fosfatazlar fosfomutazlar tiyolazlar fosfolipazlar 5. İzomerazlar rasemazlar epimerazlar izomerazlar mutazlar amidazlar deaminazlar ribonükleazlar 6. Ligazlar sentetazlar karboksilazlar 19