2009-2010 dönem i enzimler

Enzimlerin Tanımı ve Özellikleri

Dr. Akın Yeşilkaya

2009-2010 Eğitim DönemiAkdeniz ÜniversitesiTıp FakültesiBiyokimya Anabilim Dalı

İçerik

Enzim nedir? Koenzim-Kofaktör Enzimlerin genel özellikleri Aktivasyon enerjisi Enzimlerin sınıflandırılması

Enzimler

Protein yapısında olup biyolojik sistemlerde kimyasal reaksiyonları hızlandıran spesifik katalizörlerdir.

Kimyasal katalizörler gibi reaksiyona girer, reaksiyonu hızlandırır ve reaksiyondan sonra değişmeden kalırlar.

Bir reaksiyonun hızı enzim varlığında 102-109 kat artar.

Enzimler

Reaksiyon dengesini bozmazlar,

ancak

Dengeye varış süresini kısaltırlar ve reaksiyonun daha kısa sürede gerçekleşmesini sağlarlar.

Enzim Yapısı

Terim Anlam

Apoenzim Enzimin protein kısmı

Kofaktör Enzimin nonprotein kısmı, inorganik kısmı

Prostetik Grup Koenzim, enzim proteinine kovalent bir bağ ile bağlanmıştır

Holoenzim Enzim + Kofaktör/Koenzim

Substrat Enzim ile reaksiyona giren molekül

Ürün Enzimatik reaksiyon sonucunda ortaya çıkan

Aktif merkez Substratın enzime bağlandığı bölge veya reaksiyonun meydana geldiği yer

Enzim Komponentleri

Kofaktör

Kofaktörler enzim aktivitesi için esansiyal olan nonprotein moleküllerdir.

Biyolojik reaksiyonlarda pek çok inorganik molekül kofaktör olarak aktivite gösterir.

Kofaktör Enzim

Cu2+ Sitokrom oksidaz

Fe2+ veya Fe3+ Sitokrom oksidaz, katalaz, peroksidaz

K+ Piruvat kinaz

Mg2+ Hekzokinaz, Glukoz-6-fosfat dehidrogenaz, Piruvat kinaz

Mn2+ Arjinaz, ribonükleotid redüktaz

Zn2+ Karbonik anhidraz, alkol dehidrogenaz, karboksipeptidaz

Koenzimler

Koenzim Enzim Grup transferi

Tiamin pirofosfat Piruvat dehidrogenaz Aldehit

Flavin adenin nükleotid Monoamin oksidaz elektron, proton

Nikotinamid adenin dinükleotid Laktat dehidrogenaz elektron, proton

Piridoksal fosfat Glikojen fosforilaz amino grubu

Koenzim A (KoA) Asetil KoA karboksilaz Açil grubu

Biyotin Piruvat karboksilaz CO2

5-Deoksiadenozil kobalamin Metilmalonil mutaz alkil grubu

Tetrahidrofolat Timidilat sentaz tek karbonlu gruplar

Enzimle reversible olarak bağlanabilen ve enziminin fonksiyonu için gerekli olan moleküllerdir.

Enzimatik reaksiyon

Enzim + Substrat Enzim Substrat kompleksi

Enzim Substrat kompleksi Enzim + Ürün

Kısaca

E + S ES E + P

Substratın enzime bağlanmasında, enzimin birincil yapısı değişmez, üç boyutlu yapısı

değişir. Buna konformasyonel değişiklik denir.

http://www.chemistry.wustl.edu/~edudev/LabTutorials/Carboxypeptidase/carboxypeptidase.html

Enzim-Substrat Etkileşimi

Anahtar-Kilit Modeli Uyarılma sonucu uyum Modeli

Uyarılmış uygunluk modeli Induced-fit model

Enzim-Substrat Etkileşimi

http://www.cas.muohio.edu/~wilsonkg/old/gene2005/syllabus_F03_23.jpg

Enzim(sucrase)

Aktif bölge

1

2

3

Substrat(sucrose)

Aktif bölgesi boş

Substrat enzime bağlanır

Substrat ürüne

dönüşür

4

Ürün ortama bırakılır

Glucose Fructose

Eğer bir enzim; • denatüre olursa,

• sub-ünitelerine ayrılırsa,

• amino asitlerine parçalanırsa

• bir şekilde aktif bölgesi kapanırsa (substrat bağlayamazsa)

katalitik aktivitesini kaybeder.

Protein yapılı enzimlerin primer, sekonder, tersiyer ve varsa kuaterner yapıları katalitik aktiviteleri için gereklidir.

Enzimlerin Spesifikliğinin Nedenleri

Mutlak özgüllük Sadece tek bir substratla ilgili reaksiyonu katalizliyorsa

Grup spesifikliği Bazı özel fonksiyonel gruplara ilgi göstermesi

Reaksiyon ve bağ spesifikliği Belli tipteki reaksiyonları katalizliyorsa

Stereokimyasal spesifiklik Belirli sterik veya optik izomeri etkiliyen enzimler

Enzimlerin Adlandırılması

Her enzime iki isim verilmiştir.

1. Birincisi geleneksel adlandırma:A. Enzimler için önceleri genel bir tanıma uymayan,

pityalin, zimaz gibi karışık bir isimlendirme kullanılmıştır.

B. Daha sonra enzimler etkili oldukları substratın sonuna “–az” eki getirilerek (üreaz, amilaz) veya katalizledikleri tepkimeyi tanımlayan (laktat dehidrogenaz, adenilat siklaz) isimler kullanılmıştır.

2. Sistematik adlandırma:

Uluslararası Biyokimya ve Moleküler Biyoloji Birliği’ne (IUBMB) göre enzim adlandırmaları enzimin etkilediği tepkimenin türüne ve mekanizmasına göre yapılmaktadır.

Enzimlerin IUBMB Adlandırılması

TepkimeninTipi

Alıcı Olarak

YararlanılanGrup

VericininEtkilediği

grup

Enzim

Transferaz

Fosfat Transferi

Alıcı Grup OlarakAlkol

Hekzokinaz

ATP-D-Heksoz-6-fosfotransferaz2.7.1.1

Enzimlerin Sınıflandırılması

1. Oksidoredüktaz’lar

2. Transferaz’lar

3. Hidrolaz’lar

4. Liaz’lar

5. İzomeraz’lar

6. Ligaz’lar (Sentetaz)

R – CH2OH + NAD+ R – CHO + NADH + H+

Alkol Aldehit

Enzimlerin Sınıflandırılması

1) Oksidoredüktazlar

Bu enzimler oksido-redüksiyon tepkimelerini kataliz etmektedirler.

1.1 –CH-OH bağı üzerine

1.2 –C=O bağı üzerine

Örneğin:

EC. 1.1.1.1, Alkol-NAD+ oksidoredüktaz

Enzimlerin Sınıflandırılması

2) Transferazlar

Bu gruptaki enzimler bir fonksiyonel grubu bir molekülden diğerine aktarmaktadırlar.

2.1 bir karbonlu grup transferi

2.2. Aldehit veya keton grubu transferi

2.3. Açil grubu transferi

Örneğin:

EC. 2.7.1.40, Piruvat Kinaz

Fosfoenol piruvat

ADP ATP

Piruvat

Enzimlerin Sınıflandırılması

3) Hidrolazlar

Bu enzimler su katılması ile bağların parçalandığı hidroliz tepkimelerini katalizlemektedir.

3.1 Ester bağı hidrolizi

3.2 Glikozidik bağı hidrolizi

3.3 Eter bağı hidrolizi

Örneğin:

EC. 3.5.3.1, Arjinaz

Arjinin

H2O Üre

Ornitin

Enzimlerin Sınıflandırılması

4) Liyazlar

Bu gruptaki enzimler, oksidasyon veya hidrolizden başka mekanizmalarla bağlarının parçalanması veya oluşması tepkimelerinde görev yapmaktadırlar.

4.1 karboksi liyazlar

4.2. C-O bağının koparılması veya yapılması

Örneğin:

EC. 4.1.1.1, Piruvat dekarboksilaz

C

C

O

CH3

O O

CH O

CH3

Piruvat

CO2

Asetaldehit

Enzimlerin Sınıflandırılması

5) İzomerazlar

Optik veya geometrik izomerlerin rasemizasyonu tepkimelerini katalizleyen enzim grubudur.

5.1 Rasemizasyon veya epimerizasyon

5.2 Cis-trans izomerizasyonu

Örneğin:

EC. 5.1.1.1, Alanin rasemaz

CH

C

CH3

O O

NH3

+CH

C

CH3

O O

NH3

+

L-Alanin D-Alanin

Enzimlerin Sınıflandırılması

6) Ligazlar

C ve O, S, N arasında yeni bağ oluşumunu katalizleyen enzimlerdir. Bu tepkimelerde gerekli enerji, yüksek enerjili bir fosfat bileşiğinin hidrolizi ile sağlanmaktadır.

6.1 C-O bağı oluşumu

6.2 C-S bağı oluşumu

6.3 C-N bağı oluşumu

Örneğin: EC. 6.2.1.4, Süksinat CoA ligaz (Süksinat tiyokinaz)

C

CH2

CH2

O

C

S CoA

O

OCH2

CH2 CO

O

CO

OGDP + Pi GTP

CoA-SH

Süksinil CoA Süksinat

EA bariyer

1

P maddesi2

En

zim

A maddesi

P maddesi

A maddesi

Enzimler reaksiyon hızını nasıl arttırırlar?

A maddesi P maddesine dönüşürken geçmesi gereken bariyerin tepe noktasına “Transisyon durumu” veya “geçiş noktası” denir.

Geçiş durumu stabil olmayan bir ara basamaktır.

Bu tepe noktasından sonra A maddesi hızla P maddesine dönüşür.

Aktivasyon enerjisi

Bir sistemin geçiş durumuna ulaşabilmesi için ihtiyaç duyduğu enerji miktarı.

Reaksiyon hızı aktivasyon enerjisi tarafından belirlenir. Aktivasyon enerjisi düşük ise reaksiyon hızı daha

büyük olur, ürün artar.

Enzimler reaksiyonun aktivasyon enerjisini düşürürler

Enzimler reaksiyonun ΔG değerini değiştirmez.

Enzim Aktivitesini Etkiliyen Faktörler

pHSıcaklıkZamanEnzim miktarı Substrat miktarı Işık ve diğer fiziksel faktörler

pH

Enzimler amfoterik moleküllerdir Aktif kısımlarında ve yüzeylerinde çok

sayıda asidik yada bazik grup taşırlar Bu grupların yükleri pH’nın etkisiyle

değişebilir

pH’nın Etkisi

Bu iyonik gruplar, reaksiyonu katalizleyebilmek, substratı bağlayabilmek ve aktif merkezin konformasyonunu koruyabilmek için uygun iyonik formda olmalıdır.

pH değişimi, enzimin net yükünü, dolayısıyla aktiviteyi, yapısal stabiliteyi ve enzimin çözünürlüğünü etkiler.

Substrat iyonize olabilen gruplar içerebilir...

Substratın sadece bir iyonik formu enzime bağlanabilir ya da katalize olabilir.

pH’nın Etkisi

Optimum pH

pH’nın Etkisi

Enzimin reaksiyon hızı, ortamın pH’sına bağlıdır. Belirli bir pH aralığında enzimin etkisi daha fazladır. Bir enzimin reaksiyonu en fazla hızlandırdığı pH'ya

enzimin “optimum pH’sı” denir. Optimum pH'nın aşağısında ve yukarısında reaksiyon hızı

azdır.

pH’nın Etkisi

Belirli pH’da enzim tamamen etkisiz kalır ve çok defa tahrip olur.

Enzimlerin çoğunun optimum pH’sı 4-11 arasında olmakla beraber, istisnalar da mevcuttur.

PEPSİN AMİLAZ TRİPSİN

pH’nın Etkisi

Örneğin pH yaklaşık 1-2 arasında en kuvvetli etki gösteren pepsin nötral ve alkali ortamda hiç

etkili değildir.

Optimum pH’sı 9 olan tripsin ise asidik pH’da etkili değildir.

Optimum pH’sı 7 olan amilaz nötral pH’da etkilidir.

Alkalen fosfataz pH 10'da en aktiftir.

Optimum Aktivite için pH

Enzim Optimum pH

Lipaz (pankreas) 8.0

Lipaz (mide) 4.0 - 5.0

Pepsin 1.5 - 1.6

Tripsin 7.8 - 8.7

Ureaz 7.0

Maltaz 6.1 - 6.8

Amilaz (pankreas) 6.7 - 7.0

Amilaz (malt) 4.6 - 5.2

Katalaz 7.0

pH’nın Etkisi

pH’nın Etkisi

Enzimin pH stabilitesi birçok faktöre bağlıdır.– Sıcaklık

– iyonik güçler

– tamponun kimyasal doğası

– koruyucuların konsantrasyonu (gliserol, sülfidril bileşikleri)

– metal iyonlarının konsantrasyonu

– substrat ya da kofaktörlerin konsantrasyonu

– enzim konsantrasyonu

d(pKa) -H

dT 2.303RT2

pKa ile sıcaklık arasındaki ilişkiyi gösteren denklem

Enzimatik reaksiyonun hızı sıcaklık ile, Arrhenius eşitliğine göre artar.

k = Ae-G’/RT

k : reaksiyonun kinetik hız sabiti

A : Arrhenius sabiti

G’ : standart serbest enerji

R : gaz sabiti

T : mutlak sıcaklık

SICAKLIK

Isının başlangıçta her 10°C artışı enzim aktivitesinin %100 artmasına neden olur.

Her 10°C'lık ısı artışı için reaksiyon hızında meydana gelen artışa “reaksiyonun ısı katsayısı" denir ve Q10 ile gösterilir.

Sıcaklık

Fakat belirli bir sıcaklık aşıldıktan sonra enzimler de diğer proteinler gibi denatüre olurlar ve etkilerini kaybederler.

Sıcaklık

Her enzim için birim zamanda substratını en fazla değişikliğe uğrattığı belirli bir ısı vardır. Bu ısıya o enzimin “optimum ısısı” denir.

Sıcaklık

Hayvansal enzimlerin çoğunun optimum ısısı 40-50 °C arasındadır.

AKTİVASYON İNAKTİVASYON

OPTİMUM

Sıcaklık

Termofilik bakterilerin enzimleri daha yüksek sıcaklığa dayanıklıdır, optimum ısıları 80-100 °C arasındadır.

Sıcaklık

Zaman

Bir enzim tarafından katalize edilen bir reaksiyon sürerken reaksiyonun hızı giderek düşer.

Bunun nedeni; reaksiyon devam ederken oluşan ürünlerin aralarında birleşerek

aksi yönde bir reaksiyon oluşturmaları, enzimin zamanla inaktive olması, reaksiyonu önleyen maddelerin teşekkül etmesi ve substratın tükenmesi gibi faktörlerdir.

Enzim Konsantrasyonu

Enzim reaksiyonunun hızı enzimin substrata doygun olduğu koşullarda enzim konsantrasyonuna bağlı olarak doğrusal olarak artmaktadır.

Ortamda ne kadar çok enzim molekülü varsa ve çalışıyorsa, yeterli substrat olduğu sürece reaksiyon da hızla sürecektir.

Substrat konsantrasyonu sabit

1 2 3 4 5 60

1

2

3

4

5

6

7

Enzim Konsantrasyonu

Re

ak

siy

on

hız

ı

Substrat Konsantrasyonu

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 140

1

2

3

4

5

6

7

8

Substrat Konsantrasyonu

Re

ak

siy

on

hız

ıEnzim konsantrasyonu sabit

Enzim konsantrasyonu sabit tutularak substrat konsantrasyonuna bağlı olarak ulaşılan maksimum hız noktası Vmax adını alır.

Reaksiyon hızının 1/2 Vmax ulaştığı zamanki substrat değerine de Michaelis sabiti denir ve Km ile gösterilir.

Işık ve Diğer Fiziksel Etkenlerin Etkileri

Enzimlerin etkileri ışıkla artırılabilir veya azaltılabilir. Örneğin kırmızı ve mavi ışık tükrük amilazının etkisini

arttırır. UV ışık ise ters etki gösterir. Enzim çözeltisinin kuvvetlice çalkalanması da enzimi

denatüre edebilir.

Leonor Michaelis ve Maud Menten (1913)

Leonor Michaelis (1875-1949)

Maud Menten (1879-1960)

Kinetik nedir?

Kinetik; hareket olaylarını inceleyen bilim dalıdır. Hareketi ona neden olan ve o hareketten doğan

kuvvetleri de göz önüne alarak inceler. Kimyasal Kinetik; kimyasal tepkimelerin hızlarını

inceleyen bilim dalıdır.

Kinetik nedir?

Termodinamik ile kimyasal bir tepkimenin yönü ve denge konumu hakkında bilgi edinmek mümkün olsa bile, hızı hakkında bilgi edinilemez.

Bu nedenle, başlangıcından son buluncaya kadar bir kimyasal tepkimenin hızı ve bu hızın hangi şartlara ya da niceliklere bağlı olduğunun incelenmesi ve tepkime mekanizmasının irdelenmesine Kimyasal Kinetik adı verilir.

Enzim Kinetiğinin Kullanılabildiği Alanlar

Enzim-İzoenzimlerin tayininde

Enzimler yardımıyla kimyasal metabolitlerin ölçüm tekniğinde Bazı maddelerin miktar tayininde (glukoz oksidaz ile glukoz ölçümü gibi)

Hastalıkların tanı, ayırıcı tanı ve izlenmesine yardımcı olarak

Tedavi amacı ile – farmakolojik ajanlar

Gıda teknolojisinde

HIZ

Bir enzimatik reaksiyonda belirli bir zaman aralığında kaybolan substrat veya oluşan ürün o reaksiyonun hızını “V” verir.

İlk Hız (Vo): Bir reaksiyonun ters yönde gerçekleşmesi için

yeterli ürün miktarı oluşmadan önceki hızdır.

Michaelis - Menten Teorisi

1913 yılında Leonard Michaelis ve Maud Menten bu hiperbolik şekilli eğrinin matematiksel olarak nasıl ifade edileceğini bir formüle bağlamışlardır.

Onlar bir enzimatik reaksiyonda ES kompleksinin önemli bir ara bileşik olduğunu önermişlerdir.

E + S ES E + Pk-1

k1

k-2

k2

1) Başlangıçta hız (v0): Gözardı edilebilecek miktarda ürün oluşacağı için E + P birleşip de tekrar ES oluşumu hemen hemen hiç yoktur. Dolayısıyla k-2 sıfır kabul edilir.

Başlangıçtaki Hız

E + S ES E + Pk1

k-1

kcat

k-2

Yani E + S ES E + Pk1

k-1

kcat

Denge Durumunda

E + S ES E + Pk1

k-1

k2

Denge durumunda = [ES] sabitdir. ES oluşumu ile yıkımı denge halindedir ve reaksiyonun denge sabitleri birbirine eşittir.

ES oluşumu = k1[E][S]ES yıkımı = k-1[ES] + kcat[ES] = [ES](k-1+ k2)

Dolayısıyla

1) k1[E][S] = [ES](k-1+ k2)

2) (k-1+ k2) / k1 = [E][S] / [ES]

3) (k-1+ k2) / k1 = Km (Michaelis sabiti)

4) Km = [E][S] / [ES]

Denge durumunda:

Ürün oluşum hızı (hız kanunu), v = k2[ES].

m

tkkkK

tt

tt

tt

KS

SEES

kkkS

SE

kkSk

SEkES

kkSkESSEkESkkSESkEk

ESkkSESkSEkESkkSESEk

m

1

21 )(

1

21211

1

21112111

2111211

)())((

))(()(

)()()(

EESEt SESEkSEkv tf )(11

m

t

KS

SEkv

2

Michaelis-Menten Eşitliği

1 2

1M

k kK

k

Birim zamanda oluşan ürün miktarı

Enzim konsantrasyonunun artışıyla beraber Vm da lineer olarak artar.

KM V = 1/2 Vm anındaki substrat konsantrasyonudur.

MAX

M

d P V SV

dt K S

2MAXV k r r = [E] + [ES]

KM ne anlama geliyor?

KM değeri her enzim için farklıdır.

KM değeri, mevcut enzimin yarısını

doyuran substrat miktarıdır.

KM değerinin düşük olması; enzimin

substrata olan ilgisinin yüksek

olduğunu gösterir, yani ½Vmax hızına

erişmek için düşük konsantrasyonda

substrat yeterli olmaktadır.

KM değerinin büyük olması; enzimin

substrata olan ilgisinin düşük

olduğunu gösterir, enzimi yarı yarıya

doyurmak için yüksek

konsantrasyonda substrat gerekir.

Düşük KM sıkı bağlanma; yüksek KM zayıf

bağlanma demektir.

Vmax/2

KM2KM1

Vmax

V

[S]

Glukoz + ATP Glukoz-6-fosfat + ADP

Substrat KM

Glukoz 8 x 10-6

Alloz 8 x 10-3

Mannoz 5 x 10-6

Hekzokinaz

Vmax

Teorik maksimal hız Vmax , bir sabittir.

Vmax reaksiyonun teorik maksimal hızıdır – ancak gerçekte ASLA elde edilemez.

Vmax’ a ulaşmak için TÜM enzim moleküllerinin substrat ile sıkıca bağlanmasını gerekir.

Substrat arttıkça Vmax’ a asimptotik olarak yaklaşılır.

Turnover sayısı (kcat)

Katalitik aktivitenin bir ölçümü

kcat, turnover sayısı:Enzim, substrat ile doyurulduğunda birim zamanda enzim molekülü başına ürüne çevrilen substrat moleküllerinin sayısıdır.

Lineweaver – Burk Grafiği

Hiperbolik eğrinin yüksek substrat konsantrasyonlarında yukarı doğru hafif eğimi nedeniyle Vmax’a ne zaman erişildiğini saptamak her zaman mümkün olmayabilir.

Eğer 1/V0 , 1/[S]’ye karşı çizilecek olursa düz bir çizgi elde edilir.

Bu grafiğe Lineweaver-Burk grafiği denir. Ve hem Km hem de Vmax hesaplanmasında kullanılır.

Matematiksel olarak Michaelis-Menten eşitliğinin her iki tarafını bir’e bölünmesi ile elde edilir.

Lineweaver – Burk Grafiği

1 1v

K SV S

KV S V

M M

m ax m ax m ax

][S

vKVv mm

Eadie-Hofstee Grafiği

Michaelis-Menten denkleminin her iki tarafı Vm ile çarpılacak olursa Eddie-Hofstee eşitliği elde edilir:

Birimler

Enzim aktivitesi: 1 mmol (10-6) substratı bir dakikada 25oC’de optimal

şartlarda dönüştüren enzim miktarına bir ünite enzim aktivitesi denilir. (U)

Spesifik aktivite: 1 mg enzim proteinin gösterdiği aktivitedir. Spesifik aktivite, enzim preparatının saflık derecesi

hakkında fikir verir Birimi “Katal”dır

Enzim Aktivitesinin İnhibisyonu

İnhibitörler

Enzimatik bir tepkimenin hızını azaltan ya da tamamen durduran maddelerdir.

İnhibitörler reversibl yada irreversibl (ağır metaller) olarak bağlanabilirler.

Niçin inhibisyon? [S] veya [P] kontrol etmek için Reaksiyona girmeyen [S] artırmak Oluşan [P] azaltmak

Reversibl İnhibitörler

1. Kompetitif (yarışmalı) inhibitörler

2. Nonkompetitif inhibitörler

3. Ankompetitif inhibitörler

Kompetitif İnhibisyon

En yaygın olarak görülen inhibisyondur

İnhibitör enzimin aktif yeri için substrat ile yarışır (kompetisyon)

Enzimin substrata olan ilgisini azaltır.

Kompetitif İnhibisyon

Reaksiyon Şeması

Kompetitif İnhibisyon

I ve S, E için birbirleriyle yarışır

[I]’nın artması [EI]’yı artırır

Substrat bağlayan [E] oranını azaltır

İnhibisyonu devam ettirmek için [I] oranı

yüksek tutulmalıdır.

Kompetitif İnhibisyon

[S]αK

[S]VV

M

max0

Lineweaver-Burk grafiğinin eğimini artırır. Km artar V max değişmez

maxmax

M

0 V

1

[S]

1

V

αK

V

1

Kompetitif İnhibisyon

Fosfoenolpiruvat + ADP Piruvat + ATP

Piruvat kinaz

Kofaktör olarak metal iyonu gerektiren bazı reaksiyonlar benzer metal iyonları ile inhibe olabilir. Örneğin piruvat kinaz K+ ile aktive, Na+ ve Li+ ile inhibe olur.

+ K+

- Na+

- Li+

CH3OH

Metanol

Formaldehit Formik asitAlkol dehidrogenaz Aldehid dehidrogenaz

CH3CH2OH

Etanol

Asetaldehit Asetik asitAlkol dehidrogenaz Aldehid dehidrogenaz

Kompetitif İnhibisyon

Endüstride yaygın olarak kullanılan metanol ve araba radyatörlerinde kullanılan antifiriz zehirlenmeleri etanol ile inhibe edilerek tedavi edilir. Etanol, alkol dehidrogenaza bağlanmak için metanol ile yarışır.

Kompetitif İnhibisyon

Süksinat dehidrogenaz süksinatın analogları olan malonat, okzalat ve okzalasetat ile inhibe olur.

Süksinat + FAD Fumarat + FADH2

Kompetitif İnhibisyon

Substrat konsantrasyonunu artırarak yarışma substrat lehine çevrilebilir.

Nonkompetitif İnhibisyon(Miks İnhibisyon)

İnhibitör enzimin aktif olmayan bir bölgesine geri dönüşümlü olarak bağlanarak enzimi inaktivite eder.

Substrat bağlanmasını bloke etmez

Reaksiyon şeması

Nonkompetitif İnhibisyon

Nonkompetitif İnhibisyon

Nonkompetitif İnhibisyon

Vmax azalır Km değeri değişmez

Nonkompetitif İnhibisyon

Nonkompetitif İnhibisyon

Aktiviteleri için Mg2+ ve Ca2+ metallere ihtiyaç duyan enzimler EDTA ile inhibe edilebilir.

-SH gruplarına sahip enzimler Ag, Pb ve Hg gibi ağır metal iyonları ile inhibe olabilirler.

Nonkompetitif İnhibisyon

Glikoliz’de enolazın katalizlediği basamak ortama florür iyonları eklendiğinde aktivitesi için gerekli olan Mg2+ fosfofloridat iyonları ile bağlandığı için inhibe olur.

Fosfoenol piruvat Piruvat Alanin

Piruvat kinaz

Glukoz 2 Fosfogliserat Fosfoenol piruvatEnolaz

Mg2+

Florid

Ankompetitif İnhibitör

Nonkompetitif inhibitör gibi, enzim üzerinde substratın bağlandığı aktif yerden ayrı bir yere reversibl olarak bağlanır

ES kompleksi oluştuktan sonra enzime bağlanır

ES konsantrasyonunu azaltır.

Reaksiyon şeması

Nonkompetitif İnhibisyon

Km ve Vmax değerleri azalır

İrreversibl İnhibitörler

Kovalent bağ ile enzime bağlanırlar ya da Enzim aktivitesi için gerekli olan fonksiyonel

grubu yok ederler.

İnhibisyon Çeşitleri (Özet)

Regülatör Enzimler

1. Allosterik enzimler

2. Kovalent Modifikasyon ile regüle edilen enzimler

Allosterik ne demek?

Allos “diğer”

Stereos “katı” veya “şekil”

“diğer şekil” veya “farklı yapı”

Allosterik Enzimler

Eğer bir substrat molekülünün bağlanması ile boş bölgeler için yapısal veya elektronik değişimlerle birlikte afinite değişimleri söz konusu ise, hız eğrileri Michaelis-Menten kinetiğini izlemeyecek ve enzim bir allosterik enzim olarak sınıflandırılacaktır.

Allosterik Enzimler

Enzim molekülünün aktif bir bölgesi dışında başka bir yerine nonkovalent olarak bir molekülün bağlanmasıyla kinetik özellikleri değişen enzimlerdir.

Bağlanan moleküle Modulatör veya Effektör veya Regülatör molekül denilir.

Modülatör molekülün bağlandığı bölgeye de regülatör bölge denilir.

Allosterik Enzimler

Allosterik Enzimler

Allosterik Enzimler

Bir allosterik modülatör; Enzimin substratına olan afinitesini (ilgisini)

değiştirebilir (KM)

Enzimin katalitik aktivitesini değiştirebilir (VM) Hem afinitesini hemde aktivitesini değiştirebilir.

Allosterik Enzimler

Modülatör molekül enzim üzerinde negatif veya pozitif bir etki gösterebilir. Pozitif modulatör veya pozitif effektör,

Afinitesini ve/veya aktivitesini arttırabilir. Negatif Modülatör veya negatif effektör,

Afinitesini ve/veya aktivitesini azaltabilir.

Allosterik Enzimler

Allosterik enzimlere, bir modulatör molekül bağlanmasına sonucunda, enzim konformasyonel değişikliğe uğrarlar.

Allosterik enzimler özellikleri nedeniyle oligomerik bir yapı gösterirler.

Oligomerik yapının içinde katalitik bölge, regülatör bölge farklı yerlerde bulunur.

Allosterik Enzimler

Allosterik Enzimler

Allosterik Enzimler

Enzimin kendi substratı effektör molekül rolündeyse Homotropik etki

Farklı bir molekül effektör rolundaysa Heterotropik etkiden bahsedilir.

Allosterik Enzimler

A B C D EX

A B C DX E

Allosterik Enzimler

A B C D EX

K L M NX O

Hiperbolik ve Sigmoidal cevap

Aynı hızda sigmoidal cevap veren enzimin kullanmış olduğu substrat konsantrasyonuna dikkat!

Michaelis-Menten, hiperbolik cevabını gösteren enzimin Vmax/2 hızındaki kullanmışolduğu substrat miktarı (Km) ile sigmoidal cevabı yansıtan enzimin kullandığı substrat konsantrasyonuna dikkat!

Aynı konsantrasyondaki substrat miktarının, iki enzimin o andaki hızına olan etkisine dikkat!

Allosterik Enzimler

Enzim Allosterik Modülatör Aktivasyonun şekli

Treonin deaminaz İzolösin -

Piruvat karboksilaz Asetil CoA +

Fosfofruktokinaz Fruktoz-6-fosfat +

Aspartat transkarbomilaz CTP -

Kovalent Modifikasyon

Kovalent Modifikasyon ile regüle edilen enzimler Enzime bir kovalent bağ ile bir grubun

bağlanması sonucu regüle edilmesidir. Fosforilasyon Metilasyon Adenilasyon Üridilasyon Adenozin difosfat ribozilasyonu

Kovalent Modifikasyon

Fosforilasyon En sık rastlanan

modifikasyon şeklidir. Enzim proteininin bir serin,

treonin veya tirozin grubunun fosforilasyonuyla veya

fosforile grubunun defosforilasyonu ile enzim aktivitesi modüle edilir.

Bazı enzimlerin fosfo formu aktif iken bazılarında da defosfo formu aktifdir.

Fosforilasyon

Enzimlerin fosforilasyonu veya defosforilasyonu yine enzimlerle gerçekleşir.

Enzim Enzim

PATP ADP

Kinaz

ATP ADPFosforilaz

Aktif

İnaktif

İnaktif

Aktif

Fosforilasyon enzimde konformasyonel değişime neden olur. Bu değişim ile

birlikte substrat bağlama ve/veya enzimatik aktivitede artış veya azalış ile

sonuçlanır.

Hücre içinde protein kinazların fosforilasyonu bir reaksiyon dizisini başlatır.

ADP-ribozil grubu bir koenzim olan NAD’den gelir ve hedef proteine kovalent bağlarla bağlanır. Böylece proteinin inaktivasyonuna neden olur.

Kovalent Modifikasyonlar: ADP-Ribolizasyonu

Hücrede sadece birkaç proteinde vardır.

Difteri ve kolera toksinleri hücredeki anahtar enzimlerin ADP-ribolizasyonunu ve inhibisyonunu katalizlemektedir.

Difteri toksini translasyonda görevli bir protein olan Elongation factor-2’nin inhibisyonuna neden olur.

Kolera toksini ise G proteinine atak yapar.

Kovalent modifikasyonlar: ADP-ribolizasyonu

Zimojenler

Zimojen

Proprotein olarak salgılanırlar. Protein eğer bir enzim ise Proenzim veya

Zimojen denilir

Proprotein

Aktif parça Uzaklaştırılan kısım

Proteolitik etki

•Enzimatik yıkım•Asidik yıkım

Zimojen

Pepsinojen-Pepsin

Midede

Pepsinojen Pepsin (40 kDa) asidik (32,7 kDa)

44 aminoasitlik birim uzaklaştırılmaktadır.

Trp, Phe, Tyr, Met, Leu gibi aminoasitlerin karboksil ucundan hidrolizler

X-Trp-Y-….

Zimojen

Pankreas sindirim enzimleri de proenzim formunda salınırlar Tripsinojen-Tripsin

Arg ve Lys karboksil terminalinden etki eder.

Kimotripsinojen-Kimotripsin Aromatik aminoasitlerin karboksil ucundan etki gösterir.

Prokarboksipeptidaz-Karboksipeptidaz C terminalinde bulunan aminoasitleri amino ucundan hidrolizler

Proelastaz-Elastaz Alifatik aminoasitlerin (Gly, Val, Ala, Ile) karboksil ucundan etkiler

EnteropeptidazTripsinojen Tripsin

Zimojen

Enteropeptidaz

Tripsinojen

Proelastaz Elastaz

Prokarboksipeptidaz KarboksipeptidazKimotripsin

Prolipaz Lipaz

xx

x

x

Kimotripsinojen

Tripsin

Pankreas

XIIIa

XIII

Trombin

FibrinPolimerFibrinojen

Fibrin Monomer

IX

XI

XIa

IXa

XaVa

XIIaProtrombin

TF+VIIaPL

PL, Ca2+VIIIa

PL, Ca2+

X

İntrensek Yol

PrekallikreinHMW

Kininogen

Ekstrensek Yol

Ortak Yol

Koagulasyon: Pıhtılaşma Mekanizması

Ca2+

Zimojen

Enzimin Zimojen formda olması diğer proteolitik enzimlere karşı korunma sağlamaktadır.

Enzimatik aktivitelerin gerektiği zamanlarda devreye girmesini sağlar.

Sistemin düzenli çalışmasını sağlar ve kontrol eder.

İzoenzimler

Bir enzimin ayı reaksiyonunu katalizliyen fakat farklı fiziksel özelliklere sahip (doku dağılımı, ısı, inhibitör ve aktivatörlere yanıtı) farklı olan formlarına İzoenzim (izozim) denir.

İzoenzimler

1. Farklı organlarda farklı metabolik düzen. Glikojen fosforilaz – glikojen yıkımı – iskelet kası, karaciğer izozimleri

2. Aynı hücre içindeki izozimler için farklı yerleşimler ve farklı metabolik düzen.

İzositrat dehidrogenaz – sitosol ve mitokondri izozimleri

3. Embriyonik ve erişkin dokularda farklı gelişim dönemleri.

LDH- fetal ve erişkin karaciğer izozimleri- malin kanserlerde fetal izozimi artar.

4. İzozimlerin allosterik modülatörlere farklı tepkileri.Karaciğer hekzokinaz’ı ve doku glukokinaz’ın Glukoz 6-fosfat’la inhibisyona duyarlılığı farklı.

İzoenzimler

Klinikte, total enzim aktivitesinin belirlenmesi ile karşılaştırıldığında izoenzim ölçümleri daha yararlıdır.

Farklı dokulardan kaynaklanan ve hasara uğramış doku veya organı daha iyi belirleyebilen izoenzimler, özgünlüğü arttıran göstergelerdir.

Bir enzimin farklı izozimlerinin dağılımı en azından dört unsuru yansıtır.

İzoenzimler

İzoenzim ÖzelliğiCK-1 (CK-BB) Beyinde bulunur, serumda her zaman aktivite gösteremez.

CK-2 (CK-MB) Kalp kasında bulunur; plazma düzeyi normalde total CK düzeyinin % 2’sinden azdır; miyokard enfaktüsten sonra plazma düzeyi artar.

CK-3 (CK-MM) İskelet kasında bulunur, normalde plazma düzeyi total CK düzeyinin % 98’ini oluşturur.

Kreatin kinaz (CK), kreatin fosfokinaz (CPK); kreatin’in fosforlanmasından sorumludur. 3 izoenzimi vardır:

İzoenzimler

LDH, Laktat dehidrogenaz; Piruvat’ın laktik aside dönüşümünden sorumlu

enzim. 5 tane izoenzimi vardır: LDH1, LDH2, LDH3,

LDH 4, LDH5.

Ribozimler and Abzimler

Oldukça yeni bulunmuşlardır Ribozimler – Protein olmaksızın enzimatik

aktivite gösteren RNA parçaları Örnek: RNaz P ve peptidil transferaz

Abzimler – İlgili bir reaksiyonu denge formunda tutan antikorlar (antibody, Ab) Science dergisinde, Vol. 269, sayfa 1835-1842

(1995) bunlarla ilgili detay bilgi bulunabilir.

TEŞEKKÜRLER