ENZİMLER

Hayat için temel 2 koşul Canlı kendi kendini kopya etmeli, Hücre bölünmesi. Organizma kimyasal reaksiyonları etkin ve seçici bir şekilde katalize etmeli. Enzimatik reaksiyonlar

Birçoğumuz şekeri; enerji için, tatlandırıcı olarak yiyecek ve içeceklerde, veya şekerin kendisini direkt olarak kullanırız. Şekerin H2O ve CO2 ye çevrilmesi, oksijenli ortamda ve oldukça ekzergonik bir işlemdir. Oluşan serbest enerjiyi düşünmek, hareket, tatmak ve görmek için kullanırız. Bir paket şeker rafta H2O ve CO2 ye dönüştürülmeden yıllarca kalabilir. Oysa organizmalarda saniyeler içerisinde kimyasal enerjisini salar. Fark kataliz edilmeleridir. Kataliz haricinde şeker oksidasyonu uygun zaman periyodu içinde meydana gelmez. Canlılara bu özelliği kazandıran olağanüstü katalitik güce sahip olan ENZİM’lerdir.

Enzimler; Katalik güçleri çoğu zaman sentetik ve inorganik katalistlerden daha yüksektir. Her biyokimyasal reaksiyonun merkezinde yer alır. Moleküllerin parçalanması, kimyasal enerjinin korunması ve dönüştürülmesi sağlar Basit öncüllerden biyolojik makromoleküllerin yapılmasında görev alırlar. Eksiklikleri veya aşırı aktiviteleri bazı genetik hastalıkların sorumlusu olabilir. Bazı enzimlerin aktivitelerinin ölçülmesi, yine bazı hastalıkların tanısında önemlidir. Birçok ilaç enzimler üzerinden etkisini gösterir. Ayrıca kimya endüstrisi, yiyecek işlenmesi ve tarımda önemli kullanıma sahiptir. Protein yapıları farklı ama katalizledikleri reaksiyonlar aynı olan enzimlere izoenzim denir. Kalp ve kas Laktat dehidrogenaz enzimi örnektir. Enzimler E.C. (= Enzyme Comission) ye göre sınıflandırılırlar. E.C.1.4.3.6 gibi.

1700 lü yıllarda ilk enzimin varlığından söz edilmeye başlamıştır 1700 lü yıllarda ilk enzimin varlığından söz edilmeye başlamıştır. Mide salgıları ile etin parçalanması çalışmalarını, 1800 lü yıllarda çeşitli bitki ve tükrük ile nişastanın parçalanması çalışmaları izlemiştir. 1850 li yıllarda Pasteur mayalar tarafından şekerin alkole fermente olduğunu buldu. 1897 de Eduard Bucher fermentasyonun hücreler uzaklaştırıldığında bazı moleküllerce gerçekleştirildiğini saptadı. Frederick W. Kühne bu molekülleri Enzim olarak adlandırdı. Bundan sonraki çalışmalar yeni enzimlerin keşfi ve bunların biyokimyasal özelliklerinin araştırılması ile devam etti.

1926 yılında James Sumner, üreaz enzimini izole ederek kristal halde elde etti ve bütün enzimlerin protein olduğunu idda etti ve bu görüş 1930’lar da kabul gördü. Üreazı tripsin, pepsin ve diğer sindirim enzimlerinin keşfi ve biyokimyasal çalışmaları takip etti. Haldane’nin ilgi çekici önerisi; enzim ve substratı arasında kataliz reaksiyonunu mümkün kılan zayıf bağlanma etkileşimleridir. Bu bugünkü enzim anlayışımızın temelini oluşturmuştur. Bundan sonra binlerce enzim keşfi ve biyokimyasal çalışmaları devam etmiştir.

Çoğu enzim proteindir Katalitik RNA molekülleri dışında bütün enzimler proteindir. Katalitik aktiviteleri doğal protein konformasyonlarına bağlıdır. Eğer denatüre edilir (3 boyutlu yapısının bozulması) veya alt üniteleri ayrılırsa, katalitik aktivitelerini kaybederler. Eğer enzim aminoasit birimlerine ayrılırsa katalitik aktiviteleri yok edilir. Primer, sekonder, tersiyer ve kuarterner yapıları katalitik aktiviteleri için önemlidir.

Enzimler 12,000 ila 1,000,000 molekül ağırlığı arasındadır. Bazı enzimler aktiviteleri için sahip oldukları a.asitlerin dışında herhangi bir kimyasal gruba ihtiyaç duymazlar. Bazıları ise kofaktör olarak adlandırılan bir veya daha fazla Fe+2 Mg+2 Mn+2 veya Zn+2 gibi inorganik iyon veya koenzim olarak adlandırılan kompleks organik veya metalloorganik moleküllere ihtiyaç duyar.

TABLE 6-1 TABLE 6-2 Some lnorganic Elements That Serve as Cofactors tor Enzymes Cu2+ Fe2+ or Fe3+ K+ Mg2+ Cytochrome oxidase Cytochrome oxidase, catalase, peroxidase Pyruvate kinase Hexokinase, glucose 6-phosphatase, pyruvate kinase Arginase, ribonucleotide reductase Dinitrogenase Urease Glutathione peroxidase Carbonic anhydrase, alcohol dehydrogenase, carboxypeptidases A and B Mn2 + Mo Ni2 + Se Zn2+ TABLE 6-2 Coenzyme Some Coenzymes That Serve as Transient Carriers of Specific Atoms or Functional Groups Examples of chemica/ groups transferred Dietary precursor in mammals Biocytin Coenzyme A 5'-Deoxyadenosylcobal amin (coenzyme B12) Flavin adenine dinucleotide Lipoate Nicotinamide adenine dinucleotide Pyridoxal phosphate Tetrahyd rofolate Thiamine pyrophosphate C02 Acyl groups H atoms and alkyl groups Biatin Pantothenic acid and other compounds Vitamin B12 Electrons Electrons and acyl groups Hydride ion (:H-) Amino groups One-carbon groups Aldehydes Riboflavin (vitamin 82) Not required in diet Nicotinic acid (niacin) Pyridoxine (vitamin 86) Folate Thiamine (vitamin 81)

Suda Çözünür Vitaminler Yağda Çözünür Vitaminler Thiamin (B1) Riboflavin (B2) Niacin (B3) Pantothenic Acid (B5) Pyridoxal, Pyridoxamine, Pyridoxine (B6) Biotin Cobalamin (B12) Folic Acid Ascorbic Acid Vitamin A Vitamin D Vitamin E Vitamin K

Enzimler katalizledikleri reaksiyonlara göre adlandırılır Bir çok enzim –az eki alır. Üreaz veya DNA Polimeraz gibi. No. Sınıf Katalizlediği reaksiyon tipi Oksidoredüktazlar Transferazlar Hidrolazlar elektron transferi (hidrid iyonları veya H atomları) Grup transfer reaksiyonları Hidroliz reaksiyonları (suya fonsiyonel grupların suya transferi) 4 Liyazlar Çift bağlara grupların ilavesi, veya grupların uzaklaştırılmasıyla çift bağların oluşturulması. 5 İzomerazlar Molekül içine grupların transferi ile izomerik formların oluşturulması. 6. Ligazlar ATP hidrolizi ile C-C, C-S, C-O, ve C-N bağlarının oluşumu.

Enzimler nasıl çalışır? Biyolojik reaksiyonlar besinlerin parçalanması, sinir uyarılarının gönderilmesi, kas kasılması gibi olaylarda gereklidir. Aksi durumda bu reaksiyonlar çok yavaş ilerler. Biyolojik ortamlarda reaksiyonlar çok hızlıdır ve enzim, substrat ve ürün için uygun koşulları sağlar. Enzimin substratı ile reaksiyon verdiği bölge aktif bölge (aktif merkez) ve aktif bölgeye bağlanan molekül de substrat olarak adlandırılır. Aktif merkezdeki a.asitler ve bunların grupları substrat ile bağlanır ve kimyasal dönüşümü gerçekleştirir.

S (substrat) ve P (ürün) arasında bir enerji bariyeri vardır: geçici stabil olmayan yüklerin oluşumu, fonksiyonel grupların aktarılması, bağların yeniden düzenlenmesi her iki yönlü olarak enerji gerektirir. Molekülün bu yüksek enerji bariyerini geçmesi gerekir. Bu yüksek enerji seviyesi transisyon durumu (geçis durumu) dur. Bu bağ oluşumu ve yıkılması için gerekli olan enerji seviyesidir. Moleküllerin geçmesi gerekli olan bu enerji aktivasyon enerjisi olarak adlandırılır. Yüksek aktivasyon enerjisi reaksiyon hızının yavaş olmasına nedendir. Reaksiyon hızı sıcaklık artırılarak da hızlandırılabilir. Ancak biyolojik sistemler buna elverişli değildir.

Enzimler reaksiyon eşitliğini etkilemezler Enzimler reaksiyon eşitliğini etkilemezler. Sadece reaksiyonu hızlandırırlar. Reaksiyon sırasında ara ürünler oluşabilir. Reaksiyon denge durumu K ile gösterilir. K ve serbest enerji arasındaki ilişki yandaki formül ile gösterilir. R=8.315 J/mol dür. T= mutlak sıcaklık

lati nship n n A 10- 10-s 10-4 10 10-2 10-1 1 34. 1 1 11.4 7 1 1. 7 1 -11.4 103 -17.1 Note: The relmlonshlp cıalcul ted fram = -Rr in lleq {Eqn

1011 1012 1O 13 1014 1017 TABLE 6-5 Some Rate Enhancements Produced by Enzymes 105 107 109 1011 1012 1O 13 1014 1017 Cyc lophilin Carbonic anhydrase Triose phosphate isomerase Carboxypeptidase A Phosphoglucomutase Succ inyl-CoA transferase Urease Orotidine monophosphate decarboxylase

Enzim substratına nonkovalent olarak bağlanır (zayıf bağlarla) Enzim substratına nonkovalent olarak bağlanır (zayıf bağlarla). Bu bağlanma için gerekli enerji bağlanma enerjisidir. Bu enzim substrat etkileşimini stabilize eder ve reaksiyon aktivasyon enerjisini düşürür. Bu aynı zamanda enzim substrat özgüllüğünüde sağlar.

enzyme comı>lement:aey to trınııition ııtate + E p

Substrate concentration, [S] (m l\ı )

Enzim reaksiyonu Michaelis-Menten eşitliği ile ifade edilir. Turnover sayısı enzim substratı ile doygun olduğunda ürüne dönüştürülen substrat miktarıdır.

Enzim İnhibisyonu Geri Dönüşümlü

Geri Dönüşümsüz inhibisyon

Reaksiyon hızını etkileyen etkenler Sıcaklık pH Substrat konsantrasyonu İnhibitor varlığı Bazı iyonların varlığı ve konsantrasyonu Enzim konsantrasyonu Zaman Fiziksel etkenler

Allosterik enzimler: Regülatör bölge içerirler. Substrata karşı enzim aktivitesi grafiklendiğinde sigmoidal eğri gösterir. Çoğu zaman metabolizmada düzenleyici noktalarda görev görürler. Feed-back inhibisyonu ile kontrol edilebilirler. Bir metabolik yoldaki enzimin aynı metabolik yoldaki bir substrat tarafından inhibe edilmesidir.

Bazı enzimler inaktif öncüller halinde sentezlenir Bazı enzimler inaktif öncüller halinde sentezlenir. Bu inaktif öncüllere zimojen denir. Tripsin Tripsinojen olarak bulunur. Bazı enzimler sürekli aynı miktarda sentezlenirken (konstitutif enzimler) bazıları bir hücresel uyarı ile(indüklenen enzimler) sentezlenir.

Enzim aktivitesi tanımları Ünit aktivite bir mikromol substratı optimal şartlarda bir dakikada ürüne çeviren enzim miktarıdır. Spesifik aktivite, bir miligram protein başına enzim ünite sayısıdır.