Enzimler

• Biyolojik sistemlerin katalizörü

• Kimyasal dönüşümlerin tipini tayin eden önemli moleküllerdir

• Ayrıca bir enerji formunun diğerine dönüşümüne aracılık eder

• Enzimlerin en önemli karakteristiği katalitik gücü ve spesifikliğidir

• Kataliz, enzimin özel bölgesi olan aktif bölge(aktif merkez) de gerçekleşir.

• Enzimlerin(neredeyse tümü) çoğu protein yapısındadır, bununla birlikte

• Katalitik olarak aktif RNA bulunuşu, RNA’ nın erken bir biyokatalizör olduğunu göstermektedir.

• Enzimler , tepkimenin denge sabitini değiştirmeden reaksiyon hızını 1011 kat veya daha fazla artırmaktadır

• Enzimlerele katalize edilen tepkimeye katılan bileşiklere substrat adı verilmektedir

• Günümüzde endüstride yaygın kullanılmakta

• Bilimsel araştırmalarda konuların çoğunluğunu oluşturmaktadır.

• Biyolojik sıvı(kan plazması ve idrar) ve dokulardaki enzim aktivitelerinin ölçümü tanı konması ve yönlendirilmesinde önemlidir.

• Enzimler, reaksiyonun ara basamağında transforme olacak molekülle geçici kovalent bir bağ yapabilir,

• Ancak reaksiyon sonunda , ürün ayrıldıktan sonra enzimler orijinal formlarına kavuşurlar. Dolayısıyla enzimlerin 2 öemli özelliğin hatırlatalım:

• 1. Enzimler kataliz sonucunda değişmezler• 2. Enzimler reaksiyonun denge sabitini

değiştirmezler, ancak dengeye yaklaşırken reaksiyon hızını artırırlar.

• Enzimler reaksiyonun gerçekleşmesi için aşılması gereken bariyer düşürür,

• Bunu da aktivasyon enerjisini düşürerek yapar

• Dolayısıyla bir katalizör hızı artırır, ancak etkileştiği sistemin termodinamik özelliklerini değiştirmez.

Kısa bir tarihçe

• 19.yy’a kadar sütün ekşimesi ve şekerin alkolle fermentasyonugibi olayların sadece canlı organizmalar yardımıyla gerçekleştiği düşünülürdü

• 1830’de şekeri parçalayan aktif madde kısmi olarak saflaştırıldı ve diastaz olarak adlandırıldı(amilaz)

• Kısa bir süre sonra diet proteinlerini parçalayan bir madde, gastrik sıvıdan izole edilerek pepsin olarak adlandırıldı

• Bu aktif bileşiklere fermentler genel ismı verildi.• Liebig, bu fermentler canlı hücreden izole edilen

cansız maddeler olabileceğini tanımladı• Anacak pastör ve diğerleri hala bu fermentlerin

canlı materyaller içermeleri gerektiğini iddia ediyorlardı

• Bu tartışmalar sürerken ferment terimi, yerini giderek enzime bırakt

• Enzim terimi ilk olarak kuhne tarafından 1878 de önerildi

• Enzim terimi, yunanca da “maya da” anlamını taşıyan enzume den türetilmiştir.

• 1897de Buchner ; hiç canlı hücre içermemesine rağmen, maya hücresi özütü eklendiğinde şekerin mayalandığını gözlemişlerdir.

• 1926’de Sumner; soya fasuyesi özütünden üreaz enzimini krietenllendirmiştir.

• Daha sonraki birkaç yıl içinde çok sayıda enzim saflaştırılmış ve kristallendirilmiştir.

• Enzimler saf halde elde edilince yapı ve kinetik özellikleri belirlenir.

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.

• Saniyede l mol substratın dönüşümü katal dir. Pratikte nanokatal daha çok kullanılır

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 mutasyon 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. Ör 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 ve SH oksidoredüktaz• Histidinin imidazol grubu, serinin hidroksil grubu

hidrolaz enzimleri• Lizinin ε-amino grubu bulunmaktadır.• Enzimlerin aktif merkezlerini oluşturan amino

asitlerin primer yapıda uzak konumda oldukları halde, tersiyer yapıda aktif merkezi oluşturmak üzereyakın konumda yapılandıkları gözlenmıştir.

• Enzim-substrat ilişkisi 2 modelle açıklanır

• 1. Kilit-anaktar modeli:

• Bu modelde tam bir uyum dan söz edilebilir

• 2. Uyum modeli:

• Substratın enzime bağlanması aktif merkezin yapısını uygun hale getirir

Enzimlerin adlandırılması

• 1.Geleneksel adlandırma:• Önceleri genel bir tanıma uymayan, pityalin ve

zimaz gibi karışık bir isimlendirme kullanılmıştır.• Daha sonra enzimler için etkiledikleri substratın

sonuna –az eki getirilerek(üreaz, amilaz, lipaz, arginaz,proteaz) veya katalizledikleri tepkimeyi tanımlayan(laktat dedidrogenaz) isimler kullanılmıştır.

• 2.Sistematik adlandırma

• Uluslar arası Biyokimya ve Moleküler Biyoloji Birliği: katalizledikleri tepkimenin türüne ve mekanizmasına göre enzimleri isimlendirmişlerdir.

• Enzimler 6 ana göre ayrılmıştır. Bu her 6 grubun 4-13 arasında değişen alt sınıfları bulunmaktadır. Her enzime 4 sayı ile belirlenen bir kod numarası verilmiştir.

• 1. Sayı tepkimenin tipini• 2.sayı vericinin etkilediği grubu• 3. Sayı alıcı olarak yararlanılan grup• 4. Sayı adlandırılan enzim belirlemektedir.• EC(enzim komisyonu)2.7.1.1 örneğinde• (2) transferaz türü tepkimeyi• (7) fosfat transferini• (1) fosfat alıcısının bir alkol olduğu• (1) ATP den glukozun 6. Karbonna fosfat transferini

yapan enzimi, ATP-hekzos-6-fosfotransferazı (hekzokinazı) tanımlamaktadır.

• 6 major enzim sınıfı

• 1.oksidoredüktazlar (dehidrogenazlar, oksidazlar, reduktazlar, peroksidazlar, katalaz, oksijenaz, hidroksilaz)

• 2. Transferazlar(transalolaz ve transketolaz, açil, metil glikozil ve fosforil transferazlar, kinazlar, fosfomutazlar

• 3. Hidrolazlar( esterazlar, glukozidazlar, peptidazlar, fosfatazlar, tiolazlar, fosfolipaz, amidaz, deaminaz, ribonukleaz)

• 4. Liyazlar ( dekarboksilaz, aldolaz, hidrataz dehidrataz

• 5. İzomeraz( rasemaz, epimeraz, izomeraz, mutaz)

• 6. Ligaz (sentetazlar, karboksilazlar)

1.Oksidoreduktazlar

• Bu enzimler, oksidasyon-reduksiyon reaksiyonlarını katalize etmektedir. Ör. Alkol –NAD+ oksidoredüktaz(bir dehidrogenaz-özellikle alkol dehidrogenaz). Alkolun, aldehide oksidasyonunu katalize eder. Alkolden 2 elektron ve 2 hidrohjen uzaklaştırarak aldehidi oluşturur.

• Alkoldeki C-H bağının 2 ektronu NAD+ye transfer edilir. Alkol ve aldehidin fonksiyonel gruplarına ek olarak dehidrogenazlar, ayrıca elektron vericisi olarak aşağıdaki gruplara etki eder

• -CH2-CH2-• -CH2-NH2-• -CH=NH-• NAD,NADP,FAD,FMN• Oksidoreduktazların alt sınıfı vardır:• Oksidazlar: veriden 2 elektronu oksijene transfer

eder ve H2O2 oluşturur. Elektronların substrattan ürüne akışını flavin koenzimleri veya metaller aracılık eder. Ör. D-amino asit oksidaz

• Sitokrom oksidazın farklı özelliği vardır., çünkü O2 nin reduksiyonundan H2O2 yerine H2O oluşmaktadır.

• Oksijenazlar:Oksijenlerin substratlara katılmasını katalize etmektedir.

• Dioksijenazlar: Her 2 oksijen atomu tek yapıda katılmış olur. Oysa Monooksijenazlarda tek oksijen atomu hidroksil grubu olarak yapıya eklenir. Diğer oksijen, substratın elektronları veya oksijen olmayan 2. Bir substrattan alınarakH2O’e redükte olur

• Bir monooksijenaz örneği olan Steroid hidroksilaz, bir oksijen atomu suya giderken, diğeri de steroide gider

• Peroksidazlar: Oksidant olarak, H2O yerine H2O2 kullanılır.

• Katalaz: H2O2’nin hem verici hemde alıcı olarak kullanıldığı tek enzim.

2.Transferazlar

• Alıcı ve verici arasında grup transferini yapan enzimlerdir. Amino, açil, fosfat, tek karbon, glikozil grupları transfer edilmektedir.

• Aminotransferazlar(transaminazlar)• Amino grubunun bir amino asitten, alıcıbir keto

asite transfer eder ve yeni bir amino asit ve yeni bir keto asit oluşumunu sağlar.

• Önemli 2 örnek:• Alanin transaminaz(ALT)=(GPT)Glutamat piruvat

transaminaz

• Aspartat transaminaz(AST)=(GOT) Glutamat oksaloasetat transaminaz

• ALT

Alanin+-ketoglutarat Piruvat+ Glutamat GPT ASTAspartat+-ketoglutarat Oksaloasetat+ Glutamat GOT

• Kinazlar: ATP ve diğer nükleosid trifosfatlardan labil -fosfatın alkol veya amino grubu alıcısına transferini katalize ederler. Bu alıcılar, glukoz gibi küçük organik moleküller veya protein gibi makromoleküllerdir. Ör. Protein kinaz A bazı spesifik enzimlerin serin hidroksil grubuna ATP’den aldığı fosfatı transfer eder

• Proteinin fosforile formu, non fosforile formuna göre çok veya az aktif olabilir (türlere göre).

• Genel olarak transfer edilecek grubun aktive edilmesi gerekir, bu da transfer öncesi labiliteyi sağlar.

• Genelde bu olay, ATP ‘nın katkısıyla ester oluşumu ile sonuçlanır.

3. Hidrolazlar

• Bu grup enzimler, transferazların özel bir sınıfı olarak kabul edilebilir, bunlarda verici grup suya transfer edilir.

• Genel de reaksiyon C-O,C_N,O-P ve C-S bağlarının hidrolitik yıkımın ilgilendirmektedir. Peptid a bağının kırılması, bu reaksiyonlara iyi bir örnektir.

• Proteolitik enzimler, peptidazlar olarak isimlen-dirilen hidrolazların özel bir sınıfıdir. Fosfatazlar, fosfat gruplarını, suyun OH ile yer değişmesini katalize eder.

• Protein fosfatazlar,protein kinazların ters fonksiyonunu yapar.

• 4. LİYAZ LAR• Su, amid ve CO2 elementlerini ekler veya

uzaklaştırır. Dekarboksilazlar, CO2’yi veya -keto asit veya amino asitlerden uzaklaştırır.

• Dehidratazlar, dehidrasyon reaksiyonunda suyu uzlaştırır

• 5.İZOMERZ LAR• Bu heterojen enzimler farklı tip izomerizasyonları

katalize ederler. Bunlar cis-trans, aldoz-ketoz etkileşimleri içerir.

• Asimetrik C atomlarının iversiyonunun katalize eder izomerazlar, ya epimeraz yada rasemaz dir.

• Epimeraz• D-ksililoz 5-fosfat D-ribuloz-5 fosfat

• rasemaz• D-laktik asit L-Laktik asit• Mutazlar, fosforil gibi grupların

intramoleküler transferini ilgilendirir. Bu transfer direkt olabilir, ancak ara ürün olarak fosforile enzimi çerebilir.

• Fosfogliserat mutaz; 2-fosfogliseratı, 3-fosfogliserata dönüşümünü katalize eder

• 6. LİGAZ lar• Ligate; bağlatma demek olduğundan,bu enzimler,

ATP ‘ninyüksek enerjili fosfat bağı varlığında iki molekülün birleştiği sentetik reaksiyonları içermektedir. Sentetazlar bu grup içindedir.

• Amino açil tRNA lar, açil Koenzim A, glutamin oluşumu, ayrıca CO2’nin piruvata eklendiği reaksiyon ligaz lar ile katalize edilir.

• Piruvat karboksilaz, ligaz için iyi bir örnektir