Enzimler

ENZİMLER
• Kimyasal
reaksiyonları
KATALİZÖR denir.
hızlandıran
bileşiklere
• 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
tanımlayan adlandırmalardır.
dehidrojenaz
tepkimeyi
• 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. 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, enzimürün 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…