ENZİMLER Kimyasal reaksiyonları hızlandıran bileşiklere KATALİZÖR denir. Canlıların yaşamları boyunca, vücutlarında çok çeşitli kimyasal reaksiyonlar gerçekleşir. Bu biyokimyasal reaksiyonların hepsi enzimler tarafından yürütülürler. Vücudumuzda meydana gelen biyokimyasal reaksiyonların hızını arttıran katalizörlere ENZİM denir.

Enzimlerin İsimlendirilmeleri Birçok enzim, substratlarının adına veya aktivitelerini tanımlayan bir kelime veya sözcük grubuna “-az” soneki ekleyerek adlandırılır. Üreaz, amilaz, arjinaz, proteaz ve lipaz substratı tanımlayan; DNA polimeraz, laktat dehidrojenaz tepkimeyi tanımlayan adlandırmalardır. Ancak bazı enzimler, ilgili enzimatik reaksiyon hakkında hiçbir ipucu vermeyen orijinal isimlere sahiptir. Ör: pepsin, tripsin, kimotripsin gibi…

Enzimlerin Sınıflandırılmaları Uluslararası Biyokimya ve Moleküler Biyoloji Birliği, enzimlerin her birinin çok sayıda alt grup içeren 6 ana sınıfa bölündüğü bir isimlendirme sistemi geliştirmiştir. Bunlar: 1. Oksidoredüktazlar 2. Transferazlar 3. Hidrolazlar 4. Liyazlar 5. İzomerazlar 6. Ligazlar

1-OKSİDOREDÜKTAZLAR: Oksidasyon ve redüksiyon reaksiyonlarını katalizlerler. Alkol dehidrojenaz, Laktat dehidrojenaz, Glukoz oksidaz, Glutatyon redüktaz, Katalaz bu gruba giren enzimlerdir.

2-TRANSFERAZLAR: Fonksiyonel grupların bir molekülden diğerine transferini kataliz ederler. Transketolaz, Transaldolaz, Aspartat transaminaz(AST), Alanin transaminaz(ALT), Heksokinaz, Kreatin kinaz bu gruba giren enzimlerdir.

3-HİDROLAZLAR: Bağlara su katılmasıyla bağların parçalandığı hidroliz reaksiyonlarını katalize eder. Triaçilgliserol lipaz, Kolesterol esteraz, Lipoprotein lipaz, Alkalen fosfataz, Pankreatik ribonükleaz, -Amilaz, Tripsin bu gruba giren enzimlerdir.

4-LİYAZLAR: C-C, C-N, C-S arasındaki bağları yıkar veya oluştururlar. Pirüvat dekarboksilaz, Sitrat sentaz, Arjininosüksinat liyaz, Adenilat siklaz bu gruba giren enzimlerdir.

5-İZOMERAZLAR: Bir molekül içerisindeki geometrik ve yapısal değişiklikleri yani izomerizasyon reaksiyonlarını katalizlerler. Ör: Triozfosfat izomeraz, Glukoz-6-fosfat izomeraz, Fosfoglukomutaz, DNA topoizomeraz bu gruba giren enzimlerdir.

6-LİGAZLAR: Enerjice zengin bir bağın hidrolizi ile iki molekülün birbirine bağlanmasını katalize ederler. Arjininosüksinat sentaz, Pirüvat karboksilaz, DNA ligaz bu gruba giren enzimlerdir.

ENZİMLERİN YAPISAL ÖZELLİKLERİ Organizmadaki hemen hemen bütün enzimler proteindirler. (küçük bir grup hariç). Proteinlere ait tüm yapısal özellikleri gösterirler. Bazı enzimler; aktivite için, protein yapıyı oluşturan amino asit kalıntılarından başka kimyasal bileşen gerektirmezler. (sadece proteinlerden oluşurlar.) Ör: üreaz, amilaz, pepsin, tripsin gibi.

Birçok enzim ise, aktivite gösterebilmek için, protein kısmın yanısıra protein olmayan kofaktör diye adlandırılan bir ek kimyasal bileşen gerektirirler Kofaktör kısım, -bazı enzimler için Fe2+, Mg2+, Mn2+, Zn2+ gibi bir veya daha fazla inorganik iyon, -bazı enzimler için ise, koenzim denen vitaminler gibi organik bir moleküldür. Ör: NAD, NADH2, FAD, FADH2, NADP, NADPH, Koenzim Q, Koenzim A, piridoksal fosfat(PLP) tiyamin pirofosfat (TPP), tetrahidrofolat (H4-folat) önemli bazı koenzimlerdir.

Enzimin protein kısmına apoenzim veya apoprotein denir. Apoenzimin yardımcı kısımla(kofaktör) birlikte oluşturduğu yapıya holoenzim denir. Holoenzim, tam ve katalitik olarak aktif bir enzimdir.

ENZİMLERİN KATALİZÖR ETKİNLİĞİ Substratın, ürüne dönüşümü için gerekli minimum enerjiye aktivasyon enerjisi denir. Katalizör olarak bir enzimin fonksiyonu, aktivasyon enerjisini düşürmek suretiyle bir reaksiyonun hızını artırmaktır.

Enzimle katalizlenen bir reaksiyonun ayırt edici özelliği, enzim üzerinde aktif merkez denen bir cep sınırları içinde meydana gelmesidir. Enzimin etki ettiği maddeye substrat denir. Aktif merkez, enzim molekülü üzerinde, substrat bağlama özelliğine sahip özel bölgedir; substratı tutar ve enzim-substrat kompleksi oluşur, substratın ürüne dönüşmesiyle oluşan enzim-ürün kompleksinden enzimin ayrılmasıyla ürün serbestleşir.

Aktif bölge substratın bağlanacağı basit bir yuva değildir Aktif bölge substratın bağlanacağı basit bir yuva değildir. Substratın ürüne dönüşümünü hızlandıracak birçok mekanizmayı yürüten moleküler bir makinadır. Bir substrat molekülü, aktif merkezin içine yerleştiği zaman, enzim substrat molekülünü tutar ve ürün molekülüne dönüştürür. Bu olay sonucunda, enzim-ürün kompleksi oluşur. Ürün molekülü daha sonra aktif merkezi terk eder. Ve sonuçta, enzim ve ürün ayrılarak, enzim hiç değişmeden tepkimeden çıkar. Enzimler girdikleri reaksiyon sonucunda bozulmazlar ve tekrar tekrar kullanılırlar. Yani enzim-ürün kompleksi ayrıldıktan sonra, enzim bir başka substrat molekülüne aynı şeyleri yapmak için hazırdır.

Aktif merkez için, enzim-substrat bağlanmasını açıklayan iki model ileri sürülmüştür Fisher’in anahtar-kilit modelinde, substrat ve enzimin aktif yerinin birbirine uyacak şekilde önceden belirlenmiş olduğu varsayılır. Koshland’ın uyum oluşturma modeline göre; aktif merkez esnek yapıdadır; substrat varlığında, proteinin tersiyer yapısında oluşan bir değişiklikle, enzim substratını en doğru biçimde bağlayacak biçimsel bir değişikliğe uğrar.

ENZİMLERİN GENEL ÖZELLİKLERİ Reaksiyon sırasında değişmezler. Reaksiyon hızını aktivasyon enerjisini düşürerek arttırırlar. Genellikle protein yapısındadırlar. Bazıları, protein gruba ek olarak kofaktörlere sahiptirler. Enzim aktivitesi düzenlenebilir. Birçok enzim hücre içindeki spesifik organellerde lokalizedir. Ör: mitokondride; TCA siklusu, yağ asidi oksidayonu ile ilgili enzimler, nukleusta DNA ve RNA sentezi ile ilgili enzimler, lizozomda kompleks makromoleküllerin yıkımıyla ilgili enzimler, sitoplazmada glikoliz ve hekzos monofosfat yolu enzimleri bulunur. Bu şekildeki lokalizasyon, reaksiyonun substrat ve ürününü diğer reaksiyonlardan izole eder, reaksiyon için uygun ortamı hazırlar ve hücredeki binlerce enzimi amaca uygun olarak organize eder. Enzimler spesifiktir. Bazen tek yönlü ama çoğunlukla çift yönlü olarak reaksiyonları katalizler. Enzimler genellikle takım halinde çalışırlar.

Hücre metabolizmasında enzim grupları, belli bir metabolik süreci gerçekleştirmek için art arda gelen yollarda birlikte iş görürler. (Takım halinde çalışırlar. Ör: sindirim enzimlerini düşünün.) Böyle enzim sistemlerinde, ilk enzimin reaksiyon ürünü daha sonraki reaksiyonun substratı olur ve böyle devam eder.

ENZİMLERİN SPESİFİKLİĞİ Mutlak spesifiklik: Bir enzimin, yalnızca spesifik bir substratın spesifik bir reaksiyonunu katalize etmesi özelliğidir. Grup spesifikliği: Bir enzimin, benzer fonksiyonel grupları içeren sınırlı sayıda substrat ile reaksiyonlaşması özelliğidir. Bağ spesifikliği: Bir enzimin proteinlerin peptid bağı, karbonhidratların glukozidik bağı gibi belli bağ tipleri üzerine etkili olması özelliğidir.

Enzim aktivitesinin düzenlenmesi Düzenleyici enzimlerin aktivitesi ya allosterik etki vasıtasıyla, ya da reversibl kovalent modifikasyon vasıtasıyla düzenlenir; gereğine göre enzimin aktivitesi artar veya azalır. Bundan başka bazı enzimlerin aktiviteleri, kendilerine bağlanan ve aktivitelerini etkileyen ayrı kontrol proteinleri vasıtasıyla düzenlenir; gereğine göre enzimin aktivitesi artar veya azalır. Zimojenler (proenzim) denen bazı enzimler, proteolitik yıkılım vasıtasıyla aktive edilirler. Enzim sentezinin indüksiyonu veya represyonu da metabolik sürecin hızının düzenlenmesinde önemli faktördür.

Allosterik etki vasıtasıyla enzim aktivitesinin düzenlenmesi Bazı enzimler, enzimin aktif bölgesi dışında bir yere bağlanan modülatör denilen moleküllerle (son ürün, O2, Hem grubu gibi) regüle edilirler. Bunlar enzimin substrata ilgisini arttırabilir veya azaltabilir. Her enzim sisteminde düzenleyici enzim adı verilen en az bir enzim tüm dizinin hızını ayarlar. Ör: Bazı multienzim sistemlerinde düzenleyici enzim, son ürün gerektiğinden aşırı fazla olduğunda yolun son ürünü tarafından spesifik olarak inhibe edilir.

Reversibl modifikasyon vasıtasıyla enzim aktivitesinin düzenlenmesi Bazı enzimlerin aktif bölgesindeki serin, treonin ve tirozin gibi aminoasitlerin –OH grubuna, fosfat(P) gruplarının eklenmesi ve ayrılmasıyla enzim aktivitesi artabilir veya azalabilir. .Ör: glikojen fosforilaz, fosfat( P) bağlayınca aktive olur. Glikojen sentaz, P bağlayınca inaktive olur.

Protein/protein etkileşimi vasıtasıyla enzim aktivitesinin düzenlenmesi Bazı enzimlerin aktiviteleri, ayrı kontrol proteinleri vasıtasıyla düzenlenir ve böylece hücrede farklı yanıtlar ortaya çıkar.

Proteolitik yıkılım vasıtasıyla enzim aktivitesinin düzenlenmesi Bazı enzimler zimojen(proenzim) olarak adlandırılan inaktif öncül maddeler halinde sentez edilirler. Zimojenler, gerektiğinde aktif bölgelerindeki bir veya birkaç spesifik peptid bağının kırılmasıyla aktiflenirler.Ör: Mide ve pankreasın bazı enzimi inaktif prekürsörlerinin proteolitik yıkılımı sonunda aktif forma dönüşürler

Enzim sentezinin indüksiyonu veya represyonu Gereksinime göre enzimatik süreçlerin hızı; çeşitli faktörlerin, düzenleyici enzim sentezini indüklemesi veya represe etmesi ile ayarlanabilmektedir. Örneğin glukoz metabolizmasındaki anahtar enzimlerin sentezi, kan glukozu düzeyine göre artar (indüksiyon); veya azalır (represyon)

Enzimatik Bir Reaksiyonun Hızını Etkileyen Faktörler Enzimatik bir reaksiyonun hızını etkileyen birçok faktörden bazıları şunlardır Enzim konsantrasyonu Substrat konsantrasyonu pH Sıcaklık Su Aktivatörler İnhibitörler

Enzim konsantrasyonunun enzimatik reaksiyonların hızına etkisi Yeterli miktarda substrat bulunan bir ortamda, enzim yoğunluğu arttıkça tepkime hızı artar.

Substrat konsantrasyonunun enzimatik reaksiyonların hızına etkisi Enzim yoğunluğunun sabit olduğu bir ortamda, substrat konsantrasyonunun arttırılmasıyla, tepkime hızı bir noktaya kadar artar(enzimin aktif bölgeleri substratla tamamen doyana kadar), bu noktadan sonra tepkime hızı sabitleşir.

pH’ın enzimatik reaksiyonların hızı üzerine etkisi Her enzimin maksimum aktivite gösterdiği bir pH değeri vardır ki bu pH değerine enzimin optimal pH değeri denir. Enzimler genellikle p H 5-9 arasında aktiftirler. p H’daki aşırılıklar enzimin denatüre olmasına neden olur.

Sıcaklığın enzimatik reaksiyonların hızı üzerine etkisi Sıcaklık artışıyla enzimatik reaksiyonun hızındaki artış, sıcaklık belli bir değere yükselinceye kadar devam eder; daha yüksek sıcaklıklarda enzim denatüre olarak aktivitesini kaybeder ve reaksiyon hızı azalır. Enzimatik reaksiyonun hızının maksimum olduğu sıcaklık derecesine optimal sıcaklık denir.

Su Ortamdaki suyun % 15’in altında olması enzim etkinliğini durdurur. Moleküllerin birbirine çarparak reaksiyonu gerçekleştirebilmeleri için hareketi sağlayacak sıvı bir ortamın olması gerekir.

Aktivatörler Enzimle katalizlenen reaksiyonun hızını arttırıcı etki yapan maddelere aktivatör denir. Özellikle Co, Mn, Ni, Mg ve Cl iyonları enzim etkinliğini arttırırlar. Bazı aktivatörler, enzime bağlanmış olan toksik maddeyi kendilerine bağlayarak enzimin serbest kalmasını ve enzimatik tepkimenin normal devam etmesini sağlarlar. Bazı aktivatörler de, enzimin aktif yüzeyini daha aktif hale getirerek, enzimin substratla birleşmesini kolaylaştırır ve reaksiyon hızını arttırırlar.

İnhibitörler Enzim-substrat kompleksinin oluşmasını değişik şekillerde etkileyen ve enzimle katalizlenen reaksiyonun hızını azaltan maddelere inhibitör denir. Antibiyotikler gibi ilaçlar, bazı zehirler(siyanür), ağır metaller inhibitör örnekleridir. Enzimler 3 şekilde inhibisyona uğrar. -Kompetetif inhibisyon -Nonkompetetif inhibisyon -Ankompetetif inhibisyon

KOMPETETİF İNHİBİSYON: Bu tip inhibisyonda; enzimin substratına kimyasal olarak çok benzeyen bir inhibitör madde, enzimin aktif merkezine bağlanarak, enzimin kendi substratına bağlanmasını önler.

NONKOMPETETİF İNHİBİSYON: Bir inhibitör madde, Ya serbest enzime ya da, enzim substrat kompleksine aktif merkezin dışındaki bir bölgeden bağlanarak reaksiyonun yürümesine engel olur.

ANKOMPETETİF İNHİBİSYON: Nonkompetitif inhibitör, serbest enzime veya ES kompleksine bağlanabildiği halde; ankompetitif inhibitör, yalnızca ES kompleksi oluştuktan sonra enzimin substratın bağlı olduğu aktif yerden başka bir yerine bağlanarak enzimi inaktive eder.

ENZİMLERİN HASTALIK TANISINDA KULLANILMASI İnsan vücudunda bulunan yüzlerce farklı enzimin birçoğu, hücre içinde sentez olur ve bu enzimlerin çoğu fonksiyonlarını oluşturuldukları hücre içerisinde yaparlar. Bu tip enzimlere intrasellüler enzimler denir. (Bazı enzimler ise, hücre içerisinde yapılıp, inaktif şekilde(zimojen olarak) hücre dışına salınır ve fonksiyonlarını hücre dışında yaparlar.) Enzimler kaynaklandıkları hücrelerin içinde, bu hücreleri çevreleyen hücre zarı tarafından tutulurlar. Hücrenin enerji üretimini bozan herhangi bir olay, bu zarın bütünlüğünü bozar ve bundan dolayı zar sızdırmaya başlar. Önce küçük moleküller, daha sonra enzimler gibi büyük moleküller harap olan hücrelerden salınırlar. Daha sonra da nekrotik hücrenin bütün içeriği salınır. Çeşitli organlardan plazmaya karışan bu intrasellüler enzimler, bazı dokularda ileri derecede bulunur. Bu nedenle, bu enzimlerin plazmada artmaları ait oldukları dokulardaki bozukluğu düşündürür.

Kanda Bulunan Enzimler Plazmaya özgü enzimler: Pıhtılaşma ve fibrinoliz ile ilgili enzimlerdir. Sekresyon enzimleri: Bir dokuda sentezlenirler ve genelde bir kanal yoluyla bir lümene salgılanırlar, plazmaya geçen miktarları normalde azdır. Sellüler enzimler: Esas olarak hücre içinde bulunan, etkilerini hücre içinde gösteren, plazmada normalde düşük konsantrasyonda bulunan enzimlerdir.

Klinik tanıda önemli olan serum enzimleri 1 Transaminazlar (AST ve ALT) Laktat dehidrojenaz (LDH, LD) Kreatin kinaz (CK, CPK) Fosfatazlar (ALP(Alkalen fosfataz) ve ACP(Asit fosfataz) Amilaz (AMS) Lipaz (LPS)

Klinik tanıda önemli olan serum enzimleri 2 Gama glutamiltransferaz (GGT, -GT) Aldolaz (ALS) 5-nükleotidaz (5-NT) Lösin aminopeptidaz (LAP) Glukoz-6-fosfat dehidrojenaz (G-6-PD)

İzoenzimler (izozimler) Belli bir enzimin katalitik aktivitesi aynı, fakat doku dağılımı, ısı, inhibitör ve aktivatörlere yanıtları farklı olan formlarına o enzimin izoenzimleri denir. Kreatin kinaz (CK) enziminin üç izoenzimi önemlidir.

Laktat dehidrojenaz (LD, LDH) enziminin beş izoenzimi önemlidir

Kalp krizinin tanısında yararlı enzimler Total kreatin kinaz (CK, CPK) CK-MB Aspartat transaminaz (AST) Laktat dehidrojenaz (LD, LDH 1) Akut miyokard enfarktüsünde (AMI) ilk değişiklik gösteren ve en değerli enzim CK’dır. Ayrıca MI’dan sonra, insan ventriküler miyozin zincirleri olan troponin ve miyoglobin proteinleri de kanda artar. (troponin ve miyoglobin enzim değil)

Karaciğer hastalıklarının tanısında yararlı enzimler Transaminazlar (ALT, AST) LDH GGT (-GT) ALP 5-nükleotidaz (5-NT) lösin aminopeptidaz (LAP)

Kas hastalıklarının tanısında yararlı enzimler CK LDH Aldolaz AST

Kemik hastalıklarının tanısında yararlı enzimler Alkalen fosfataz (ALP) Asit fosfataz (ACP)

Pankreas hastalıklarının tanısında yararlı enzimler -amilaz lipaz Prostat hastalıklarının tanısında kullanılan enzimler ∙ ACP(Asit fosfataz)

Genetik hastalıkların tanısında yararlı enzimler fenilalanin hidroksilaz, galaktoz-1-fosfat üridiltransferaz, glukoz-6-fosfat dehidrogenaz vb…