Upload
akin
View
3.195
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Akdeniz Üniversitesi Tıp Fakültesi Dönem I öğrencilerine 2009-2010 eğitim yılında anlatmış olduğum Enzimlere giriş dersi
Citation preview
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