ENZİMLER Uzm. Dr. Kadir Okhan AKIN

Sistematik isim: Enzimleri sayısız alt grup içeren 6 ana sınıfa ayırmıştır. Oksidoredüktazlar: Oksidasyon redüksiyon tepkimelerini katalizlerler (LDH). Transferazlar: C, N veya P taşıyan grupların transferlerini yaparlar (serin hidroksimetil transferaz) Hidrolazlar: Bağları su sokarak yıkmayı katalizler (Üreaz). Liyazlar: C-C, C-S ve belli C-N bağlarının yıkımını katalizlerler (pirüvat dekarboksilaz). İzomerazlar: Optik veya geometrik izomerlerin birbirine dönüşümünü katalizlerler (metil malonil CoA mutaz). Ligazlar: Yüksek enerjili fosfatların hidrolizi ile birlikte yürüyen karbon ve O, S, N arası bağ oluşumunu katalizlerler (pirüvat karboksilaz).

Enzim nedir? Bir kimyasal reaksiyonun hızını artıran ve katalizledikleri reaksiyon sırasında tüketilmeyen protein katalizörleridir. Enzimler kimyasal tepkimelerin hızını hücrenin gereksinimlerine göre ayarlarlar. Bu nedenle enzimler belirli hücresel kompartmanlarda yerleşir ve yüksek ölçüde spesifite gösterirler. Bir çok enzim spesifik organellerde lokalizedir. Enzimler protein yapılıdır. Primer-sekonder-tersiyer ve nadiren quarterner yapı gösterirler. Bazı RNA tipleri özellikle fosfodiester bağının yıkımı ve sentezi sırasında enzimler gibi davranabilirler. Böyle katalitik aktiviteye sahip RNA’lara Ribozim denir.

Aktif bölge: Enzim moleküllerinde aktif bölge denilen özel bir cep veya yuva bulunur. Substrat enzimin aktif bölgesine bağlanır. Enzimlerin aktif bölgesinde yer alan aminoasidler: genellikle lizin-histidin-sistein-serin-tirozin’dir. Aktif bölgedeki elektrofilik (elektron alıcısı) gruplar ise Mg+2-Mn+2-Fe+3 gibi metaller ve NH3+ gruplarıdır. Enzimin substrata bağlanması 2 şekilde olur: Anahtar kilit modeli: Bu modelde enzimin aktif merkezi substarata birebir benzer. Uyarılmış uyum modeli: Bu modele göre enzimin aktif merkezi,enzim substrattan uzakta olduğu dönemde substrata benzerlik göstermez. Enzim substrata yaklaştıkça enzimin aktif merkezi substratın şeklini alır. Uyarılmış-uyum modeli Substrat ile enzim arasında kovalent bağlar bulunmaz. H bağları, hidrofobik bağlar, iyonik ve Van der Waals bağları enzimle substrat arasındaki nonkovalent bağlardır.

Enzimle katalizlenen reaksiyonlar, katalizlenmeyenlere göre 103-108 kez daha hızlıdır. ENZİMLER 1 VEYA BİR KAÇ SUBSTRAT İLE ETKİLEŞİR FAKAT SADECE TEK TİP KİMYASAL REAKSİYONU KATALİZLERLER . Enzimler optik özgüllük gösterirler: Optik izomerlerin birbirine çevrimini katalize eden epimerazlar hariç olarak tutulacak olursa, enzimler en azından substrat molekülünün bir bölümüne karşı optik özgüllük gösterirler. Örneğin glikolitik yoldaki enzimler sadece D-şekerlere etki ederken L-şekerlere etki etmezler 1 mol enzimin 1 dakikada ürüne çevirdiği substratın molekül sayısına, enzim turnover sayısı denilir.

Kofaktör-Haloenzim-Apoenzim-Prostetik grup Zimojen Kimotripsinojen  kimotripsin (incebarsakda tripsin ve kimotripsin ile aktiflenir) Tripsinojen  tripsin (deudenumda enterokinaz, tripsin ile aktiflenir) Pesinojen  pepsin (mide de pepsin ve HCl ile aktiflenir) KOENZİME GEREKSİNİM GÖSTEREN ENZİM GRUPLARI (REAKSİYONLAR): Oksidoredüktazlar (oksidoredüksiyon), Transferazlar (grup transferi), İzomerazlar (izomerizasyon), Ligazlar (kovalemt bağların oluştuğu reaksiyonlardır) (IUB sınıf I, II, V, VI).

Hangisi sonucunda zimojen enzimler aktif hale dönüşür? Kısmi proteoliz Substrat bağlama ATP ile aktivasyon Enzimatik fosforilasyon Defosforilasyon

Koenzimler aktarmalarını kolaylaştırdıkları gruba göre sınıflanabilirler: Hidrojen hariç diğer grupların aktarılması ile ilgili olanlar: a. Vitamin türevi olanlar: KoA-SH: Asetil veya açil grubu transferine katılır. Tiamin pirofosfat: -ketoasitlerin oksidatif dekarboksilasyonunda ve HMY’de (heksoz monofosfat yolu) transketolaz reaksiyonunda kullanılır.

Piridoksal fosfat: Aminoasidlerin dekarboksilasyon, rasemizasyon, transaminasyon benzeri reaksiyonlarına katılır. Folat koenzimleri (THF): Formil, metilen ve metil benzeri 1 karbonlu birimlerin taşınmasına katılır. Biyotin: Karboksilasyon reaksiyonlarına katılır. B12 koenzimleri: Metil transfer reaksiyonlarına katılır.

b. Vitamin türevi olmayanlar: Lipoik asit: -ketoasitlerin oksidatif dekarboksilasyonunda açil grup transfer reaksiyonlarına katılır. Adenozin trifosfat (ATP): ATP enerji amaçlı kullanımı dışında, fosfat, adenozin ve AMP vericisi olarakda kullanılır. Sitidin difosfat (CDP): Fosfolipid sentezinde fosforil kolin, diaçilgliserol ve diğer moleküllerin taşıyıcısıdır. Üridin difosfat (UDP): Monosakkarid ve derivelerini bilirubin, laktoz, galaktoz ve mannoz metabolizması, glikojen sentezi gibi çeşitli reaksiyonlara taşır. .

Fosfoadenozin fosfosülfat: Sülfür taşıyan mukopolisakkaritlerin sentezinde ve sterol, steroid ve diğer bileşiklerin detoksifikasyonunda sülfat vericisi olarak kullanılır. S-adenozilmetionin (SAM): Biosentetik reaksiyonlarda metil grubu vericisidir. Metionin ve ATP’den sentezlenir. Heme: Oksijen taşınması (Hemoglobin), oksijen depolanması (myoglobin), elektron transportu (sitokrom), hidrojen peroksit inaktivasyonu (katalaz, peroksidaz), hidroksilaz, oksijenaz reaksiyonlarına katılır

NAD, NADP FMN, FAD Hidrojen aktarılması ile ilgili olanlar a. Vitamin türevi olanlar: NAD, NADP FMN, FAD b. Vitamin türevi olmayanlar: Lipoik asit: Hidrojen taşınmasına ek olarak, -ketoasitlerin oksidatif dekarboksilasyonunda açil grup transfer reaksiyonlarına katılır. Koenzim Q: İnsanda kolesterol sentezinde ara ürün olan farnesil pirofosfattan sentezlenebilir. Biopterin (tetrahidrobiopterin): Fenilalanin hidroksilaz benzeri hidroksilasyon reaksiyonlarına katılır.

ENZİM KOFAKATÖRLERİ OLARAK İŞLEV GÖREN İNORGANİK ELEMENTLER Sitokrom oksidaz, tirozinaz, lizil oksidaz, serüloplazmin, dopamin--hidroksilaz, monoamin oksidaz Cu+2 Sitokrom oksidaz, katalaz, peroksidaz Fe+2 veya Fe+3 Pirüvat kinaz K+ Heksokinaz, glukoz-6-fosfataz, pirüvat Kinaz, alkalen fosfataz, kreatin kinaz, fosfofruktokinaz, enolaz Mg+2 Arginaz, ribonükleotid redüktaz, pirüvat karbokslaz Mn+2

Dinitrogenaz, ksantin oksidaz, sülifid oksidaz, aldehit oksidaz Mo Üreaz Ni+2 Glutatyon peroksidaz, thioredoksin redüktaz, 52-deiyodinaz Se Karbonik anhidraz, alkol dehidrogenaz, karboksipeptidaz A,B, DNA polimeraz Zn+2 Amilaz, lipaz, lesitinaz Ca+2 Süperoksid dismutaz (SOD) mitokondriyal izoenzim Mn+2 Süperoksid dismutaz (SOD) sitoplazmik izoenzim Cu+2 ve Zn+2

Aşağıdakilerden hangsi çinko içeren bir metallo enzim değildir? Karbonik anhidraz Karboksipeptidaz DNA polimeraz Ksantin oksidaz Alkol dehidrogenaz

Aktivitesi için Ca++ gereken sindirim enzimi hangisidir? Pepsin Rennin Tripsin Kimotripsin Elastaz

NADH+H FADH2 PMNH2 GTP ATP Aşağıdakilerden hangisi çok sayıda enzimin koenzimi olarak görev yapan ve 340 nm dalga boyunda verdiği absorbsiyon nedeni ile bu enzimlerin aktivite ölçümünde kullanılır? NADH+H FADH2 PMNH2 GTP ATP

NADH ve NADPH’ın 340 nm’deki ışığı absorbe eder NADH ve NADPH’ın 340 nm’deki ışığı absorbe eder. Bu özellik NAD+ ve NADP+’de yer almaz. Bu özellikden dolayı NAD+ ve NADP+’ye bağımlı herhangi bir dehidrogenazın nicel analizinde bu özellik kullanılır.

Serbest aktivasyon enerjisi (katalizlenmemiş) Geçiş durumu T0 Serbest aktivasyon enerjisi (katalizlenmemiş) Serbest enerji Serbest aktivasyon enerjisi (katalizlenmiş) A Başlangıç durumu (reaktanlar) B Son durum (ürünler) Reaksiyonun akış yönü

Enzimler için hangisi yanlıştır? Tepkimeden değişmeden çıkarlar Denge sabitini değiştirmezler Tepkimenin dengeye varış hızını artırırlar Protein yapısındadır Tüm enzimler proenzim olarak sentezlenir ve proteazlarla aktive edilirler.

Reaksiyon hızını etkileyen faktörler: Substrat konsantrasyonu: Bir reaksiyonun hızı (v): Birim zamanda ürüne çevrilen substrat molekülü sayısıdır ve genellikle dakikada oluşan mol ürün olarak ifade edilir (mol/dak). Enzim katalizli bir reaksiyonun hızı substrat konsantrasonu artışı ile maksimum hıza (Vmax) ulaşana kadar artar. Enzimlerin çoğu Michealis-Menten kinetiği gösterir. Reaksiyon hızının (Vo) substrat konsantrasyonuna S karşı grafiğe çizilince hiperbolik bir şekil elde edilir (myoglobinin oksijen disosiasyon eğrisi benzeri). Fakat allosterik enzimler sigmoidal eğri gösterir (hemoglobin oksijen disosiasyon eğrisi benzeri).

(Km michealis menten sabiti) Vmax S Km + S V0 = (Km michealis menten sabiti)

Km’İN ÖZELLİKLERİ: Michealis menten sabiti bir enzime ve belirli bir substrata özeldir ve o enzimin substrata olan ilgisini yansıtır. Km sayısal olarak, reaksiyon hızının ½ Vmax’a eşit olduğu noktadaki substrat konsantrasyonudur. Km enzim konsantrasyonu ile değişmez ve enzimin substratına karşı gösterdiği afiniteyi gösterir. Küçük Km: Sayısal olarak küçük Km enzimin substratına karşı ilgisinin yüksek olduğunu gösterir.. Büyük Km: Sayısal olarak yüksek Km, enzimin substratına karşı olan ilginin düşük olduğunu gösterir..

Enzim aktivitesinin inhibisyonu: Enzimle katalizlenen bir reaksiyonun hızını azaltan maddeye inhibitör denir. Eğer inhibisyon geri dönüşümlü ise inhibitör enzime nonkovalent olarak bağlanmıştır ve enzim inhibitör kompleksi seyreltilirse inhibisyon geri döner. Eğer seyreltmeye rağmen oluşan inhibisyon geri dönmüyorsa o zaman geri dönüşümsüz (irreversible) inhibisyondan bahsedilir. Geri dönüşümsüz inhibitörler enzimin spesifik grupları ile kovalent bağ oluştururlar. Örneğin bazı böcek ilaçları nörotoksik etkilerini asetil kolinesteraz enziminin aktif bölgesine irrevesible bağlanarak yaparlar. İnhibisyon tipleri: Geri dönüşümlü Yarışmalı (kompetetif) Yarışmasız (nonkompetetif) Ankompetetif Geri dönüşümsüz

Michaelis-menten sabiti Km yarışmalı inhibitör varlığında artar inhibe Yarışmalı inhibitör varlığında Vmax değişmez inhibitör yok Michaelis-menten sabiti Km yarışmalı inhibitör varlığında artar

Yarışmasız inhibitör varlığında Km değişmez Yarışmasız inhibitör varlığında Vmax azalır İnhibitör yok

Ankompetetif inhibisyon: Enzim substrattan farklı bir yere ve daima enzim-substrat kompleksine bağlanır. Enzim-inhibitör-substrat kompleksi hiç bir zaman ürün veremez. Vmax, Km azalır. İrreversible inhibisyon: İnhibitörle enzim arasında kovalent bağlar oluşur. İnhibitör enzim aktivitesi için gerekli olan fonksiyonel grupları bağlar veya bunların yapısını bozar. İnhibitörün yapısı substrata benzemez ve substrat konsantrasyonu artışı ile geri dönmez. Kinetik olarak nonkompetetif inhibisyonla aynı özellikleri taşır. Örnek: Pb proteinlerdeki sistein sülfidril yan zincirleri ile kovalent bağlar yapar. Geri dönüşümsüz inhibisyon meydana gelir. Protoporfirine Fe girişini sağlayan ferroşelataz ve -aminolevülinat dehidraz Pb inhibisyonuna çok duyarlıdır.

Enzim aktivitesinin kontrolü devreye giriş hızlarına göre ele alınabilir: Substrat varlığı: Bir çok substratın hücre içi düzeyi Km civarındadır. Yani hücresel düzeyde çoğunlukla substrat az, enzim çok olacak şekilde konsantrasyonlar ayarlanmıştır. Bu nedenle substart artışı hızla reaksiyon hızını artırır ve substrat konsantrasyonunu normale getirmeye çalışır. Bu mekanizma hemen devreye girer. 2. Ürün inhibisyonu: Genelde ilk ürün şeklinde izlenir. Hız kısıtlayıcı basamakta oluşan ürün hız kısıtlayıcı enzimi inhibe eder. Bu mekanizma da hemen devreye girer. Örnek yağ asidi sentezi hız kısıtlayıcı basamağı asetil KoA karboksilaz enzimi asetil KoA’dan malonil KoA oluşumunu katalizler ve malonil KoA artışı ile inhibe edilir.

ADP ATP CO2 Asetil Ko A Malonil Ko A Asetil KoA Karboksilaz (biotin) (-)

negatif efektörler, pozitif efektörler 3. Allosterik etkileşimler Allosterik enzimler, aktif bölgeleri dışında bir yere nonkovalent olarak bağlanan efektör adlı (mediatör) moleküller tarafından düzenlenen enzimlerdir. Enzimin substrata olan ilgisini değiştirebilir. Enzimin maksimal katalitik aktivitesini değiştirebilir veya her ikisini beraber yapar. negatif efektörler, pozitif efektörler .

Homotropik etkiler: Substratın kendisi efektör görevi yapıyorsa, bu etkiye homotropik etki denilir. Genellikle pozitif efektörlerdir. Heterotropik etkiler: efektör substrattan farklıdır. Heterotropik efektörler inhibitörlerdir ve genelde son ürün inhibisyonu şeklinde ortaya çıkar. Örnek yağ asidi sentezi hız kısıtlayıcı basamağı asetil KoA karboksilaz enzimi asetil KoA’dan malonil KoA oluşumunu katalizler. Yağ asidi sentezi yolunun son ürünü palmitoil KoA’dır. Asetil KoA karboksilaz enzimi palmitoil KoA ile inhibe edilir. Allosterik etkilerde enzim aktivitesinin düzenlenmesinde hemen devreye giren mekanizmalardandır

4. Enzimlerin kovalent modifikasyonla düzenlenmesi Bir çok enzimin aktivitesi kovalent modifikasyonla düzenlenir. En sık görülen şekli serin, treonin ve tirozin kalıntılarına fosfat grubu eklenmesi veya ayrılmasıdır. protein kinaz-fosfoprotein fosfataz Bu enzim aktivitesini düzenleme mekanizması hemen veya dakikalar içinde devreye girmektedir.

5. Enzim sentezinin indüklenmesi ve baskılanması Hücreler genellikle var olan enzim miktarını, enzim sentez hızlarını değiştirerek de düzenleyebilirler. Sentezdeki artış veya azalma, enzim sayısını buna bağlı olarak da iş yapan aktif bölge sayısını değiştirir. Örn: Plazma şekeri  glukoz insülin  glikoz metabolizmasındaki anahtar enzimleri artışı Fakat sürekli kullanılan enzimler genellikle enzim sentez hızının artışı ile düzenlenmezler. Bu mekanizma enzim aktivitesinin düzenlenmesinde en yavaş devreye giran mekanizmadır. Enzim aktivitesinin kontrolünde diğerlerine göre kronik bir düzenlenme gibide düşünülebilir.

s1 s2 s3 s10 E1 Allosterik efektör Allosterik efektör Sekonder mesajcı Reseptör Hormon P

Enzim aktivitesinin düzenlenme mekanizmaları Düzenleyici olay Tipik efektör Sonuçlar Süre Substrat varlığı Substrat Hız değişir Hemen Ürün inhibisyonu Ürün Vm ve/veya Km değişir Allosterik kontrol Son ürün Kovalent modifikasyon Başka bir enzim Hemen veya dakikalar içinde Enzim sentezi ve yıkımı Hormon veya metabolit Enzim miktarı değişir Saatler veya günler içinde