ENZİMLER

DERSİN AMACI Bu dersin sonunda; Enzimlerin tanımı ve sınıflandırılması Enzimlerin klinikteki önemi Enzim inhibisyonlarını Yarışmalı Yarışmasız

Enzimler Bir kimyasal reaksiyonun hızını artıran, katalizlediği reaksiyon sonucu tüketilmeyen, protein yapısındaki katalizörlerdir.

Enzimlerin önemi Enzimlerele katalize edilen tepkimeye katılan bileşiklere substrat adı verilmektedir Günümüzde endüstride yaygın kullanılmaktadır. Bilimsel araştırmalarda konuların çoğunluğunu oluşturmaktadır. Biyolojik sıvı ve dokulardaki enzim aktivitelerinin ölçümü tanı konması ve yönlendirilmesinde önemlidir.

Birkaç tanım Kimyasal reaksiyonlarda hız ,rate veya velocity ile ifade edilir. Rate: birim zamanda başlangıç materyeli veya ürün miktarındaki değişim Velocity: birim zamanda başlangıc materyali veya ürün konsantrasyonu değişimidir. Enzim aktiviteleri ünite ile ifade edilir

Enzim birimi Internasyonel Ünite(IU): Optimum koşullarda (sıcaklık, pH için tanımlanmış koşullar) 1 dakikada 1 mikromol substratın dönüşümünü katalize eden enzim düzeyidir.

tanımlar Apoenzim: enzimin protein kısmıdır, kataliz için gerekli olan kofaktor veya prostetik grupları içermez. Apoenzim katalitik olarak inaktiftir. Tüm enzimler, kofaktör veya prostetik gruplara gereksinim duymazlar. Kofaktör: apoenzimin aktivite gösterebilmesi için gerekli olan küçük organik veya inorganik moleküllerdir. Ör lizin oksidaz da bakır, enzime gevşek bağlanır, ancak aktivite için gereklidir.

Prostetik grup: kofaktöre benzerdir, ancak apoenzime sıkıca bağlanma özelliği var. Örneğin sitokromlarda heme prostetik grubu apositokroma çok sıkı bağlanır ve ayrılması için kuvvetli asitlere gereksinim var. Holoenzim: kofaktör veya prostetik grubun apoproteine eklenmesi ile meydana gelir, bu da aktif enzimdir. Substrat: enzimin üzerine etki ettiği ve ürüne dönüştürdüğü maddedir. Bir çok reaksiyon reverzibl olduğundan, ileriye doğru olan bir reaksiyon ürünü ters yöndeki reaksiyonun substratıdır.

izoenzim Bazı enzimler, izoenzim(izozim) olarak isimlendirilen variantlara sahiptir. Bunlar aynı kimyasal reaksiyonu katalize ederler. Bu izoenzimler, elektroforetik olarak birbirinden ayrılabilir, çünkü proteinin kritik olmayan bölgesinde bir veya birden fazla amino asitte değişim vardır.

Allosterik enzimler Bazı enzimler, molekül üzerinde özel bir bölgeye sahiptir (allosterik bölge) . Bu bölge aktif merkez den farklı bir yerdir. Allosterik bölgeye spesifik küçük bir molekülün bağlanması enzim konformasyonunda değişime yol açar Bu da aktif bölgeyi (bağlanma bölgesinin substrata olan ilgisini artırarak veya azaltarak) çok aktif veya az aktif duruma getirir. Bu tür etkileşimler enzim aktivitesinin düzenlenmesinde önemlidir.

Enzimler, yüksek düzeyde bir spesifiteye sahiptir, ör glukoz oksidaz, glukozu okside eder (galaktozu değil). Bazı enzimlerin geniş özgüllüğü vardır. Örnek: glukoz, mannoz ve fruktoz hekzokinaz ile fosforile edilir , oysa glukokinaz glukoza spesifiktir. Bu özgüllük enzim yüzeyindeki bir bölge ile ilgilidir Aktif merkez(aktif bölge): Enzim molekülü üzerinde substrat bağlanma özelliğine sahip özel bölgeye aktif merkez adı verilir.

Bir enzimin aktif merkezinde görev yapan amino asitler ve grupları arasında; Sistein -SH Histidin imidazol, Serin hidroksil Lizin de ε-amino grubu bulunmaktadır. Enzimlerin aktif merkezlerini oluşturan amino asitlerin primer yapıda uzak konumda oldukları halde, tersiyer yapıda aktif merkezi oluşturmak üzere yakın konumda yapılandıkları gözlenmıştir.

Enzim-substrat ilişkisi 2 modelle açıklanır 1. Kilit-anaktar modeli: Bu modelde tam bir uyumdan söz edilebilir 2. Uyum modeli: Substratın enzime bağlanması aktif merkezin yapısını uygun hale getirir

Enzim ne iş yapar? Vücuttaki tüm reaksiyonlar enzimler tarafından yürütülür. Enzimler, enerji açısından mümkün olan birçok biyolojik reaksiyonu, reaktanları kullanışlı yollara seçici olarak kanalize eder. Böylece enzimler bütün metabolik olayları yönlendirir.

Enzimler nasıl isimlendirilir? A. Önerilen isim Substratına göre (üreaz gibi) Yapılan işin tanımına göre (Laktat dehidrogenaz) Sıradan isimler (tripsin veya pepsin gibi) B. Sistematik isim (IUBMB kuralına göre 6 grupta incelenir) Oksidoredüktazlar Transferazlar Hidrolazlar Liyazlar İzomerazlar Ligazlar Alkol Dehidrogenaz EC: 1. 1. 1. 1. Enzim sınıfını belirtir. (Oks,Trans,Hidrol) Alt sınıfı (Etkilediği bağ ) Akseptör (OH) Bu gruptaki sıra no

1.Oksido-redüktazlar Oksidasyon-redüksiyon reaksiyonlarını katalize ederler Laktat Dehidrogenaz CH3-CH-COO -+NAD+ CH-C-COO- +NADH + H+   OH O Laktat Piruvat

2.Transferazlar C, N ve P taşıyan grupların transferini katalize ederler Serin Hidroksi Metil Transferaz CH2-CH-COO- +THF CH2-COO- + THF      OH NH3 NH3 CH2 Serin Glisin

3.Hidrolazlar Bağlara su katarak yıkmayı kataliz eder. Üreaz NH2-C-NH2 +H2O  2NH3 +CO2  O Üre Amonyak

4.Liyazlar C-C, C-S ve belli C-N bağlarının yıkımını katalize eder. Piruvat Dekarboksilaz CH3-C – COO-  CH3-C-H +CO2   O O Piruvat Asetaldehit

5.İzomerazlar Optik veya geometrik izomerlerin rasemizasyonunu katalize ederler. Metil Malonil CoA Mutaz CH3  OOC-CH2- C- CoA  OOC-CH2- CH2 - C- CoA   O O Metil Malonil CoA Süksinil CoA

6.Ligazlar Yüksek enerjili fosfatların hidrolizi ile birlikte yürüyen C, O, S ve N arasında bağ oluşumunu katalizler. Piruvat karboksilaz CH3-CH-COO -+CO2 +ATP HOOC-CH2-C-COO- +ADP +Pi   O O Piruvat Oksaloasetat

Enzimlerin Özellikleri Aktif Bölge Katalitik etkinlik Spesifiklik Kofaktörler Düzenleme Hücre içindeki konumları

Enzimlerin Özellikleri Aktif bölge: Enzim molekülünde özel bir cep yada yuva bulunur Substrata komplementer üç boyutlu bir yapıdır Bu bölgede aminoasit yan zincirleri bulunur Aktif bölge substratı bağlayarak bir ES kopleksi oluşturur ES komleksi enzim-ürüne (EP) mmeydana getirir

Enzimlerin Özellikleri Katalitik etkinlik; Katalizlenen reaksiyonlar 103 ile 108 kat daha etkindir Her enzim molekülü saniyede 100 ile 1000 substrat molekülünü ürüne çevirir Enzim başına düşen ürüne çevrilmiş substrat molekülü sayısına turnover sayısı denir

Enzimlerin Özellikleri Spesifiklik; Enzimler bir veya birkaç belirli substratla etkileşirler Sadece tek tip kimyasal reaksiyonu katalize ederler

Enzimlerin Özellikleri Kofaktörler; Enzimler reaksiyon için nonprotein yapıda bir kofaktör ile birleşirler. Sık karşılaşılan kofaktörler Fe+2 ve Zn+2 gibi, Koenzim olarak bilinenler ise vitamin türevleri olup, NAD+, FAD ve koenzim A gibi organik moleküllerdir. Holoenzim; kofaktör+ enzim Apoenzim; holoenzim in protein kısmı Prostetik grup; enzimden ayrılmayan sıkıca bağlı koenzimdir.

Bazı koenzimler ve kaynakları Koenzim Transfer edilen grup Besinsel öncülü Biyotin CO2(yağ asi.sen) Biyotin KoenzimA (CoA) Açil grupları Pantotenik asit Flavin Adenin Dinükleotid.FADH Elektron Riboflavin Nikotinamid Adenin Dinükleotid NADH ,NADPH Hidrit iyonu (:H-) Nikotinik asit Pridoksal Fosfat PLP Amino grup Pridoksin Tetrahidro Folat THF Tek C’lu grup Folat (folik asit) Tiamin pirofosfat TPP Aldehit Tiyamin

Koenzimlerin fonksiyonu

Enzimlerin Özellikleri Düzenleme; Enzim aktivitesi ürün oluşum hızına göre düzenlenebilir. Hücrenin ihtiyacına göre aktive yada inhibe edilebilir Hücre içindeki konumları; Bir çok enzim hücre içindeki organellerde lokalizedir. Substrat ve ürünü diğer yarışan reaksiyonlardan izole eder Reaksiyon için uygun ortam sağlar Binlerce enzimi amaca uygun olarak organize eder.

Aktivasyon enerjisi

Enzim aktivitesini etkileyen faktörler 1-Sıcaklık 2-pH 3- Substrat konsantrasyonu 4-Enzim konsantrasyonu 5- Zaman 6-Reaksiyon ürünü 7- Çeşitli iyonların derişimleri 8- Fiziksel faktörlerin etkisi; ışık vb

Isının etkisi Maksimum aktivasyon Reaks. Hızı Optimum sıcaklık

pH etkisi pH = - log [ H+ ]

Substrat konsantrasyonun etkisi v Substrate conc., [S]

Enzim miktarının etkisi

Michaelis-Menten Eğrisi

Mikaelis-Menten grafiği 0° 2[S] = KM + [S] 1° [S] = KM Km , Enzimin substratına Olan ilgisini gösterir. Km ne kadar küçük ise enzim S’na olan ilgisi çok fazladır. Km ne kadar büyükse enzimin S’na ilgisi o kadar azdır.

Lineweaver-Burk