Enzimler Yrd.Doç.Dr. Ahmet GENÇ Sağlık Hizmetleri Meslek Yüksekokulu q Vücuttaki tüm reaksiyonlar, tüm işlem sonunda kendileri değişmeden reaksiyonların hızını artıran protein katalizörler olan enzimler tarafından yürütülür. q Enerji açısından mümkün olabilen birçok reaksiyon arasında enzimler reaktanları kullanışlı yollara seçici olarak kanalize ederler q Enzimler düzenli tepkime dizilerindeki aktiviteleriyle besinsel moleküllerin parçalandığı tepkime basamaklarının yüzlercesini katalizler, böylece kimyasal enerji korunur, dönüştürülür ve basit öncüllerden biyolojik makromoleküller üretilir. q Böylece enzimler bütün metabolik olayları yönlendirirler. q Bazı hastalıklarda, özellikle kalıtımsal (genetik) bozuklarda bir ya da daha fazla enzimin eksikliği veya tamamen yokluğu söz konusu olabilir. q Enzimlerin aktivitelerinin kan plazmasında, eritrositlerde veya doku örneklerinde ölçümü belli hastalıkların tanısında önemlidir. q Katalitik RNA moleküllerinin küçük grubu hariç, bütün enzimler proteindir. q Katalitik aktiviteleri, doğal protein konformasyonunun sağlamlığına bağlıdır q Eğer enzimler dentüre olursa veya altbirimlerine ayrılırsa katalitik aktivitesi genellikle kaybolur. Bu yüzden protein enzimlerinin birincil, ikincil, üçüncül ve dördüncül yapısı katalitik aktivite için esastır q Enzimler diğer proteinler gibi, yaklaşık olarak 12.000 den 1 milyona kadar değişen molekül ağırlığına sahiptir. q Bazı enzimler amino asit kalıntıları dışında aktivite için kimyasal gruplara gereksinmez. Diğerleri kofaktör olarak adlandırılan Fe +2, Mg +2, veya Zn +2 gibi bir veya daha fazla inorganik iyona veya koenzim olarak adlandırılan kompleks organik ve metalloorganik moleküllere gereksinir. q Bazı enzimler aktivite için hem koenzime hem de bir veya birden fazla metal iyona gereksinir q Enzimler proteinine çok sıkı olarak veya hatta kovalent olarak bağlanan bir koenzim veya metal iyonu prostetik grup olarak adlandırılır. q Metal iyonlarıyla ve/veya koenzimiyle birlikte katalitik olarak aktif olan bir enzim holoenzim olarak adlandırılır. Bu enzmlerin protein kısmı apoenzim veya apoprotein olarak adlandırılır. q Koenzimler çoğunlukla diyette küçük miktarlarda bulunan gerekli organik besinler olan vitaminlerden türer. İSİMLENDİRME q Birçok enzim; aktivitesini tarif eden deyim veya kelimeyle ya da substratın adına -az soneki ilavesiyle adlandırılır. Ör, üreaz ürenin hidrolizini, DNA polimeraz nükleotidlerin polimerleşmesini katalizler. q Pepsin ve tripsin gibi diğer enzimler substratlarını veya tepkimelerini belirtmeksizin isimlendirilir. q Bazen aynı enzimler iki veya daha fazla ada veya iki farklı enzim aynı ada sahiptir. Bu gibi belirsizlikler ve yeni keşfedilen enzimlerin sayısındaki sürekli artış nedeniyle enzimlerin sınıflandırılması ve adlandırılması için uluslararası anlaşmayla bir sistem benimsendi q Bu sistem, katalizlediği tepkime tipini esas alarak enzimleri altı temel gruba ayırır 1
İN SINIFLANDIRILMASI 1. Oksidoredüktaz 2. Transferaz 3. Hidrolaz 4. Liyaz 5. İzomeraz 6. Ligaz 1. Oksidoredüktazlar: Oksidasyon redüksiyon tepkimelerini katalizler (Ör, LDH) Laktat+ NAD LDH + Pirüvat+ NADH 2. Transferazlar: Karbon, azot veya fosfat içeren grupların transferini katalizler (Ör, serin hidroksimetil transferaz). Alanin +α ketoglutarat AlaninTransferaz Pirüvat + Glutamat 3. Hidrolazlar: Bağlara su sokarak yıkımı katalizlerler. Üre + H Üreaz 2O CO2 + 2NH3 4. Liyazlar: C-C, C-S ve bazı C-N bağlarının yıkımını katalizler Pirüvat Pirüvatdekarboksilaz Asetaldehid + CO 2 5. İzomerazlar: Optik veya geometrik izomerazların rasemizasyonunu katalizler. MetilmalonilCoA+ MetilmalonilCoAMutaz Sük sinilcoa 6. Ligazlar: Yüksek enerjili fosfatların hidrolizi ile birlikte yürüyen karbon ve oksijen, sülfür, azot arasında bağ oluşumunu katalizler. Pirüvat + CO2 Pirüvatkarboksilaz Okzaloasetat 2
Enzimlerin Özellikleri q Enzimler, bir kimyasal reaksiyonun hızını artıran ve katalizledikleri reaksiyon sırasında tüketilmeyen protein katalizörlerdir. q Canlı sistemlerde tepkimelerin enzimatik oluşması şarttır. Biyolojik olarak uygun koşullarda, katalizlenmeyen tepkimeler yavaş gerçekleşme eğilimindedir. q Aktif Bölge q Katalitik Etkinlik q Spesifiklik q Kofaktörler q Düzenleme A. Aktif Bölgeler B. Katalitik Etkinlik q Enzim moleküllerinde aktif bölge denilen özel bir cep yada yuva bulunur. Aktif bölge substrata komplementer olan üç-boyutlu bir yüzey yaratan amino asit yan zincirleri içerir. q Aktif bölge substratı bağlayarak bir enzimsubstrat (E-S) kompleksi meydana getirir. E-S sonradan enzim ve ürüne parçalanan enzimürüne (E-P) dönüşür q Enzimle katalizlenen reaksiyonların çoğu katalizlenmeyen reaksiyonlara göre 10 3 ve 10 8 kere daha hızlı olarak oldukça etkindir q Her enzim molekülü saniyede 100-1000 substrat molekülünü ürüne çevirme yeteneğindedir. q Enzim başına düşen ürüne çevrilmiş substrat molekülü sayısına turnover sayısı denir C. Spesifiklik q Enzimler bir veya birkaç belirli substratla etkileşerek ve sadece tek tip kimyasal reaksiyon katalizleyerek oldukça spesifiktir D. Kofaktörler q Bazı enzimler, enzimatik reaksiyon için gerekli olan bir protein olmayan kofaktörle birleşmiştir. En çok Zn 2+, Fe 2+ gibi metal iyonları ve koenzim olarak bilinen, genellikle vitamin türevi olan organik moleküller yer alır. q Ör, NAD koenzimi niyasin, FAD koenzimi riboflavin q Haloenzim, enzimle birlikte kofaktörünü ifade eder. q Apoenzim, haloenzimin protein kısmını ifade eder ve uygun kofaktör yoksa, apoenzim biyolojik aktivite göstermez. q Prostetik grup enzimden ayrılmayan sıkıca bağlı koenzimdir E. Düzenleme q Enzim aktivitesi düzenlenebilir, yani enzimler ürün oluşum hızı ve hücrenin ihtiyacını karşılayacak şekilde aktive veya inhibe edilebilir F. Hücre İçindeki Konumları q Birçok enzim hücre içindeki spesifik organellerde yerleşmiştir q Böylece reaksiyonun substrat veya ürünün diğer yarışan reaksiyonlardan izole eder, reaksiyon için uygun ortam sağlar ve hücredeki binlerce enzimi amaca uygun olarak organize eder 3
Reaksiyon Hızını Etkileyen Faktörler q Enzimler hücrelerden izole edilerek özellikleri test tüpü içinde (in vitro) araştırılır. Farklı enzimler substrat konsantrasyonu, ısı ve ph daki değişikliklere farklı olarak yanıt verirler A.Substrat Konsantrasyonu B. Isı D. Enzim Derişimi E. Aktivatörlerin Varlığı A. Substrat Konsantrasyonu 1. Maksimal Hız: Bir reaksiyonun hızı veya oranı (V) birim zamanda ürüne çevrilen substrat molekül sayısıdır ve genellikle dakikada oluşan mikromol ürün olarak ifade edilir. Enzim-katalizli bir reaksiyonun hızı maksimum hıza (V max ) ulaşana kadar substrat konsantrasyonuyla artar. Reaksiyonun hızının dengeye ulaşması enzimin bütün uygun bölgelerinin substratla doygunluğuna işaret eder. 2. Enzim kinetik eğrisinin hiperbolik şekli: Enzimlerin çoğu Michaelis-Menten kinetiği gösterir ve reaksiyonun hızı Vo ın substrat konsantrasyonuna karşı çiziminde bir hiperbolik şekil meydana gelir. B. Isı 1. Hızın ısıyla artışı: Reaksiyon hızı maksimum hıza erişinceye kadar ısıyla artar. Bu artış enerji bariyerini geçip reaksiyon ürünlerini oluşturmaya yetecek enerjiye sahip olan molekül sayısının artmasına bağlıdır 2. Hızın ısıyla azalması: Isının daha da artırılması sonucunda enzimin ısıyla denatürasyonuna bağlı olarak reaksiyon hızında bir azalma meydana gelir. 1. ph ın aktif bölgenin iyonizasyonu üzerine etkisi: H + konsantrasyonu reaksiyon hızını etkiler. Katalitik işlem için genellikle enzim ve substratın spesifik gruplarının reaksiyona girebilmeleri için iyonize veya iyonize olmamış durumda bulunmaları gerekir Ör, katalitik aktivite için enzimin amino grubunun protonlanmış durumda (-NH 3+ ) olması gerekebilir. Alkali ph ta bu grup denatüre olur ve bu yüzden reaksiyon hızı düşer. 2. ph ın enzim denatürasyonuna etkisi: Katalitik olarak aktif olan bir protein molekülünün yapısı amino asit yan zincirlerinin karakterine bağlı olduğu için, ph taki yükseliş enzimin denatürasyonuna neden olur 3. Optimum ph farklı enzimler için değişiktir: Maksimum enzim aktivitesinin eriştiği ph enzimlere göre değişir ve genellikle enzimin vücutta fonksiyon gösterdiği [H + ] nu yansıtır q Ör, midedeki bir sindirim enzimi olan pepsin ph 2 de maksimum aktivite gösterirken, nötral ph ta aktif olan enzimler bu ph aralığında denatüre olurlar. 4
Enzim Derişimi: Yeterli substrat varsa enzim miktarı arttıkça hız da artar fakat substrat miktarı sabit ise belli bir yere kadar artış görülür. Aktivatörlerin Varlığı: Bazı enzimlerin çalışması için aktivatörlere gerek vardır. Bunlar iyonik gücü etkileyerek tepkime hızını artırır fakat aktivatör olmasa da tepkime yürür (Cl iyonu amilaz enzimi için aktivatördür). 5