Transcript ENZİMLER Uzm. Dr. Kadir Okhan AKIN Sistematik isim: Enzimleri sayısız alt grup içeren 6 ana sınıfa ayırmıştır. Oksidoredüktazlar: Oksidasyon katalizlerler (LDH). redüksiyon tepkimelerini Transferazlar: C, N veya.

ENZİMLER
Uzm. Dr. Kadir Okhan AKIN
Sistematik isim: Enzimleri sayısız alt grup içeren 6 ana sınıfa
ayırmıştır.
Oksidoredüktazlar: Oksidasyon
katalizlerler (LDH).
redüksiyon
tepkimelerini
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-histidinsistein-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,
göre 103-108 kez daha hızlıdır.
katalizlenmeyenlere
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?
a.
b.
c.
d.
e.
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
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
Arginaz, ribonükleotid redüktaz, pirüvat
karbokslaz
Mg+2
Mn+2
Dinitrogenaz, ksantin oksidaz, sülifid
oksidaz, aldehit oksidaz
Mo
Üreaz
Ni+2
Glutatyon peroksidaz, thioredoksin
redüktaz, 52-deiyodinaz
Se
Karbonik anhidraz, alkol dehidrogenaz,
Zn+2
karboksipeptidaz A,B, DNA polimeraz
Amilaz, lipaz, lesitinaz
Süperoksid dismutaz (SOD)
mitokondriyal izoenzim
Süperoksid dismutaz (SOD)
sitoplazmik izoenzim
Ca+2
Mn+2
Cu+2 ve Zn+2
Aşağıdakilerden hangsi çinko içeren
bir metallo enzim değildir?
a.
b.
c.
d.
e.
Karbonik anhidraz
Karboksipeptidaz
DNA polimeraz
Ksantin oksidaz
Alkol dehidrogenaz
Aktivitesi için Ca++ gereken sindirim
enzimi hangisidir?
a.
b.
c.
d.
e.
Pepsin
Rennin
Tripsin
Kimotripsin
Elastaz
Aşağıdakilerden hangisi çok sayıda enzimin
koenzimi olarak görev yapan ve 340 nm dalga
boyunda verdiği absorbsiyon nedeni ile bu
enzimlerin aktivite ölçümünde kullanılır?
a. NADH+H
b. FADH2
c. PMNH2
d. GTP
e. ATP
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.
Geçiş durumu
T0
Serbest
enerji
Serbest aktivasyon
enerjisi (katalizlenmemiş)
Serbest aktivasyon
enerjisi (katalizlenmiş)
A
Başlangıç
durumu
(reaktanlar)
B
Son durum
(ürünler)
Reaksiyonun akış
yönü
Enzimler için hangisi yanlıştır?
a.
b.
c.
d.
e.
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).
V0 =
Vmax S
Km + S
(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
Yarışmalı inhibitör
varlığında Vmax
değişmez
inhibe
inhibe
Michaelis-menten sabiti Km
yarışmalı inhibitör varlığında
artar
inhibitör
yok
Yarışmasız inhibitör
varlığında Vmax azalır
İnhibitör
yok
Yarışmasız inhibitör
varlığında Km değişmez
Ankompetetif inhibisyon: Enzim substrattan farklı bir
yere ve daima enzim-substrat kompleksine bağlanır. Enziminhibitör-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:
1.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
CO2
Asetil Ko A
Asetil KoA
Karboksilaz
(biotin)
(-)
ATP
Malonil Ko A
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.
Allosterik
efektör
s1
E1
s2
Allosterik
efektör
s3
Sekonder
mesajcı
s10
Reseptör
Hormon
Enzim aktivitesinin düzenlenme mekanizmaları
Düzenleyici
olay
Substrat
varlığı
Ürün
inhibisyonu
Tipik
efektör
Substrat
Ürün
Allosterik
Son ürün
kontrol
Kovalent
Başka bir
modifikasyon enzim
Enzim
sentezi
yıkımı
Hormon
ve veya
metabolit
Sonuçlar
Hız değişir
Süre
Hemen
Vm ve/veya Hemen
Km değişir
Vm ve/veya Hemen
Km değişir
Vm ve/veya Hemen veya
Km değişir
dakikalar
içinde
Enzim
Saatler veya
miktarı
günler içinde
değişir