ENZIMLER
advertisement
23.11.2015 Süper kahraman Kaptan Enzim Sağlığımızın koruyucusu ENZİMLERİN ÖNEMİ Biyokimyasal süreçlerin merkezinde yer alırlar. Hastalık tanısında kullanılan önemli belirteçlerdir. Birçok ilaç enzimlere etki ederek tedavi edici özelliklerini gösterir. ENZIMLER Doç.Dr.Pınar AKSOY SAĞIRLI Buchner, TARIHÇE Grekçe " enzymos " mayalandırmak, maya şekeri fermente eden madde için "zymase" terimini kullandı. gibi kabarmak 1877’de "Enzim" terimi ilk kez Wilhelm Kühne (1837-1900) tarafından ortaya atıldı. Enzim 1897’de Alman fizyolojist Eduard maddeler için, Buchner fermentasyonun canlı içermeyen Ferment ortamda da oluştuğunu gösterdi. 1907’de Nobel kimya ödülünü kazandı. 1926’da James B Sumner üreaz’ın saf 1965’te David Chilton Philips ve ark. İlk kez lizozim enziminin yapısını X- ışını kristalografisi yöntemi kullanarak çözdü. ve 1937’de de katalaz’ı kristalize etti. 1946’da Nobel kimya ödülü ikiye terimi, canlı organizmalar tarafından yapılan fermentasyon için kullanıldı. Eduard Buchner protein olduğunu buldu ve kristalize etti terimi, cansız maddeler örn. pepsin gibi kimyasal James Batcheller Sumner Yapısal biyolojinin başlangıcı bölü dü Y bölündü. Yarısı, enzimlerin i l i kristalize k i t li edilebildiğini kanıtlayan Sumner’a diğer yarısı ise enzimlerin saf protein olduklarını kanıtlayan Northrop ve Stanley’e verildi. John Howard Wendell Meredith Northrop Stanley 1 23.11.2015 Enzimlerin etki tarzı 1894’te Emile Fischer, Anahtar-kilit modeli 1930’lar Haldane enzim ve substrat arasında zayıf bağlar olduğunu öne sürdü. 1958’de Koshland, "induced fit " (uyum oluşturma) modeli ENZIMLERIN YAPıSı Metabolizma reaksiyonlarını hızlandıran protein yapısında biyolojik katalizörlere ENZİM denir. Bazı enzimlerin katalitik etki gösterebilmeleri için gereksinim duydukları protein olmayan organik bileşiğe veya metal iyonuna KOFAKTÖR denir. Kofaktörlere göre gruplandırma ENZIM ILE ILGILI DIĞER TANıMLAR Substrat: Enzimlerin etki ettikleri maddelere substrat adı verilir. Kofaktör: Enzimin kataliz edeceği kimyasal reaksiyonu belirler. Apoenzim: Enzimin etki edeceği substratı belirleyen kısım apoenzim adını alır. Holoenzim (enzim): Apoenzim ve kofaktörün oluşturduğu yapıya kompleks yapıya denir. DIĞER BIR SıNıFLANDıRMA: Koenzim kompleks organik bileşikler (NAD, Koenzim: FAD, TPP vb.) Kofaktör metal iyonları (Mg+2, Fe+2, Mn+2) Kofaktör: veya basit organik bileşikler HOLOENZIM 2 23.11.2015 Organik Kofaktör Örnekleri METAL IYONU IÇEREN ENZIMLER İyon Enzim Bakır, Cu+2 Sitokrom Oksidaz Askorbat oksidaz Tirozinaz Demir , Fe+2 veya Fe+3 Katalaz Sitokromlar Peroksidaz Nitrojenaz Hidrojenaz Magnezyum, Mg+2 Glukoz-6-fosfataz Hekzokinaz Pirüvat Kinaz, Kreatin kinaz, Fosfofruktokinaz, DNA polimeraz Mangan, Mn+2 Arginaz Ribonükleotid redüktaz Pirüvat karboksilaz Molibden Nitrat redüktaz Nitrojenaz Nikel Üreaz Çinko Alkol dehidrojenaz Karbonik anhidraz DNA polimeraz ENZİMLERİN REAKSİYON HIZLARINA ETKİSİ Kofaktör içermeyen enzimler: Pepsin, Tripsin, BIR REAKSIYONUN HıZı NASıL ARTTıRıLABILIR? Reaktanların konsantrasyonunun arttırılması Temperatürü arttırarak (böylece moleküllere enerji verilmiş olur), Ortama katalizör katılarak. Enzimler reaksiyon hızına etki eder, dengeye etki etmez. pH değişikliği 3 23.11.2015 Enzimler, biyolojik reaksiyonun hızını 109-1016 gibi bir faktör kadar arttırabilirler. Biyolojik sistemlerde hücrelerin kullanabileceği enerji türü “G” ile gösterilen GİBSS serbest enerjisidir. A+B ↔C+D reaksiyon sistemi, henüz dengede değilken denge durumuna ilerleme eğilimindedir eğilimindedir. Bu ilerleme eğilimi, reaksiyon için bir itici güç olduğunu gösterir. İtici güç, “Serbest enerji değişimi” olarak ifade edilen ve “ΔG” ile gösterilen bir büyüklük olup A+B ile C+D’nin sahip oldukları enerjilerin farkına eşittir. Aktivasyon enerjisi (Ea, ΔG+) ve serbest enerji değişimi (ΔG°) Şekilde termodinamik olarak ürün oluşumuna giden kimyasal bir reaksiyonun tipik enerji profilini görmekteyiz. ΔG (-) değerdedir. Serbest enerji değerinin negatif olması A ile B reaktanlarından C ve D ürünleri oluşurken enerji elde edildiğini ve dolayısıyla reaksiyonun EKZERGONİK olduğunu göstermektedir. Bu da reaksiyonun spontan olarak gerçekleşebileceğini gösterir. ΔG pozitif ise reaksiyon ENDERGONİK tir ve gerçekleşmesi için enerjiye ihtiyaç vardır. Reaksiyonun aktivasyonun enerjisini düsürerek reaksiyon hızını arttırırlar. Reaksiyonlarda reaktanlar ürüne dönüştürülmeden önce aşılması gereken bir enerji engeli vardır. Buna “Serbest aktivasyon enerjisi” denir. Enerjinin maksimum noktasına “ transition state (=geçiş durumu)” denir. Başka bir ifadeyle tüm reaktanların geçiş durumuna yükselmeleri için gereken enerji enerji, serbest aktivasyon enerjisi olarak tanımlanır. Sonuçta enzimler, biyolojik reaksiyonların hızını, moleküllerin aşması gereken bu enerji engelini (serbest aktivasyon enerjisini) düşürerek artırırlar. ENZIM SUBSTRAT BIRLEŞMESI Aktif bölge: Enzimin substratla birleştiği ve katalitik reaksiyonun meydana geldiği kısma denir. Aktif Bölge 1. Substrat bağlayan kısım (apoenzim) 2. Katalizleyici kısım (kofaktör veya bazı özel amino asid dizileri) ENZİM KİNETİĞİ Anahtar-Kilit Modeli Enzimatik reaksiyonun hızı Düşük substrat konsantrasyonlarında reaksiyonun hızı substrat konsantrasyonu ile doğru orantılıdır. Substrat konsantrasyonu arttıkça enzimatik reaksiyonun hızı substrat konsantrasyonu ile orantılı olarak artmaz daha az artar. Substrat konsantrasyonu daha fazla arttırılırsa reaksiyon hızı sabitleşir ve artık hız substrat konsantrasyonuna bağlı değildir. Enzim substrat ile doymuştur. 4 23.11.2015 MICHAELIS-MENTEN KINETIĞI Michaelis-Menten Teorisi Tek substratlı reaksiyonlarda reaksiyon hızı ile substrat konsantrasyonu arsındaki ilişki michaelisMenten kinetiği ile açıklanır ve aşağıdaki şekilde ifade edilir. ENZİM KİNETİĞİ Michaelis-Menten Teorisi Michaelis-Menten Teorisi Km, enzimatik reaksiyonun hızı, maksimum hızın yarısına eşit olduğu andaki substrat konsantrasyonudur ve molarite olarak ifade edilir ve enzimin substratına olan ilgisini belirler Leonor Michaelis 1875-1949 Km değeri düştükçe enzimin substratına olan affinitesi artar Bu teori enzimin önce ES komleksi oluşturmak üzere bağlandığını, ikinci olarak ES kompleksinin serbest enzim ve serbest ürün oluşturmak üzere yıkıldığını ve her iki basamağın iki yönlü olarak işlediğini kabul eder. Km büyüdükçe enzimin substratına olan affinitesi azalır Maud Menten 1879-1960 MICHAELIS-MENTEN KINETIĞININ ÖZELLIKLERI Km, bu eşitliğin sabitidir. E ve konsantrasyonlarından bağımsızdır. Vmax, enzim konsantrasyonuna ve enzim doygunluğu sağlayan substrat konsantrasyonuna göre değişir. Ancak substrat konsantrasyonundan y bağımsızdır. ğ Km ve Vmax, pH, temperatür ve diğer faktörlerle değişebilir [S]’a bağlı olarak değişen hız eğrisi, dikdörtgen biçiminde hiperbolik bir fonksiyon verir. 5 23.11.2015 İKI SUBSTRATLı REAKSIYONLARıN KINETIĞI Tek substratlıya göre daha karmaşıktır. Bu tip reaksiyonlarda enzimin substrat ile bağlanması iki farklı mekanizma ile gerçekleşir. 1. Tek yer değiştirmeli reaksiyon, reaksiyonun çin aynı y anda A ve B substratlarının ilerlemesi ç enzime bağlanması gerek (Malat dehidrojenaz) 2. Çift yer değiştirmeli reaksiyon, iki substratlı reaksiyonlarda çift yer değiştirmeli tipinde ikinci substrat bağlanıp ürün oluşturmadan önce birinci substrat enzime bağlanmalı ve oluşturduğu ürün enzimden ayrılmalı ve oly modifiye enzim ile ilerler. Oluşan modifiye enzim ikinci substrat ile bağlanır ve ikinci ürün oluşur (aspartat transaminaz). ENZIM İNHİBİTÖRLERİ Yarışmalı inhibisyon dört farklı durumda olur; 1. Substratın yapısal analogları, enzimin aktif bölgesine bağlanmak için substrat ile yarışır. 2. İki substratlı reaksiyonlarda; ikinci substratın yüksek konsantrasyonları enzime bağlanmak için bi i i substrat birinci b il yarışır. ile 3. Reaksiyon sonucunda oluşan ürün inhibitör gibi davranır. 4. Kofaktör olarak metal iyonu gerektiren bazı reaksiyonlar benzer metal iyonları ile inhibe olurlar. ENZİM İNHİBİSYONU Enzimatik tepkimelerin hızını azaltan veya enzimlerin kataliz görevini yerine getirmelerini tamamen engelleyen maddelere inhibitör adı verilmektedir. Enzimlere bağlanabildikleri halde, substrat gibi davranmayan ve ürün oluşturmayan bu maddeler enzimin katalitik görevini yerine getirmesini engellemektedir. Bu olaya da inhibisyon denir. A. REVERSİBL İNHİBİSYON 1.Kompetitif İnhibisyon (Yarışmalı) ÖRN. ● Suksinat dehidronejanaz’ın malonik asid, okzalat ve okzalasetat ile inhibisyonu. FADH2 FAD COOH CH - COOH CH2 CH2 COOH Suksinik asid suksinat dehidrojenaz HOOC - CH Fumarik asid COOH CH2 COOH Malonik asid 6 23.11.2015 ÖRN. ● Metanol zehirlenmelerinde yararlanılır. 2. Nonkompetitif inhibisyon (Yarışmasız, karışık) Nonkompetitif inhibisyonda, inhibitör, enzime aktif alan dışındaki bir yerden bağlanır bu bağlanma enzimin üç boyutlu yapısını değiştirir. Aktif bölge substratı bağlar ancak “transition state” stabilize edecek kadar ve reaksiyonu kataliz edecek kadar uzun değildir. Nonkompetitif inhibition, Vmax’ı düşürür ve enzim artık aynı etkinlikte reaksiyonu kataliz edemez. Reaksiyon, kompetitif inhibisyonda olduğu gibi [S] artırarak geri döndürülemez. ÖRN. CN-, H2S: Fe-porfirin içeren enzimlerin (sitokromlar, katalaz, peroksidaz) inhibitörüdür. NaF: Aktivasyonları için Ca2+ gerektiren enzimlerin (bazı fosforilazlar) inhibitörüdür. CN-, EDTA: Bakırlı enzimlerin (tirozinaz, askorbat oksidaz, ürat oksidaz) inhibitörüdür. Hg, Pb, Ag gibi ağır metaller: Enzimlerin aktif merkezinde veya enzimin konformasyonunda önemli olan, –SH grubu ile reaksiyona girerek inhibisyon yaparlar. Örn. Civa iyonları üreaz’ı inhibe eder. 3. Unkompetitif İnhibitör CO, İnhibitör sadece ES kompleksine bağlanır. Substrat konsantrasyonunun artması inhibisyon derecesini arttırabilir. İ hibitö substratın İnhibitör b t t aktif ktif bölgesi böl i dışındaki d d ki kısmına k b ğl bağlanır. B Bu tür inhibisyon çoğunlukla 2 substratlı enzimlerde görülür. Km ve Vmax azalır. Örn. Bağırsaklarda alkali fosfataz’ın L-fenilalanin tarafından inhibisyonu. 7 23.11.2015 B. İRREVERSIBL INHIBISYON ● İrreversibl inhibitörler enzimin aktif bölgesine kovalan olarak bağlanarak enzimin yapısını değiştirir. Bu nedenle geri dönüşümsüzdür. ● Sıklıkla reaktif fonksiyonel gruplar içerirler Bunlar; içerirler. Aldehit, haloalkalen, fenil sülfonat, florofosfonat gibi gruplardır. ● Bu elektrofilik gruplar kovalan bağ oluşturmak üzere amino asidlerin yan zincirlerindeki –OH veya –SH grupları ile reaksiyona girer. DIĞER INHIBITÖRLER ÖRN. ● Asetilkolin esteraz’ın sinir gazı (Nitrojen Mustard) zehirleri tarafından inhibisyonu ● Gümüş, civa ve oksidan ajanlar irreversibl inhibitörler arasında sayılabilir. ENZİM AKTİVATÖRLERİ (Proenzimler=zimojenler, preproenzimler) Soya fasulyesinde tripsin inhibitörü. Ascaris solucanında tripsin inhibitörü varlığı, solucanın bağırsaklarda sindirilmeden yaşamasını sağlar. İnhibitörleri, İ hibi l i yarışmalı l ve yarışmasız olmak l k üzere kesin k i sınırlarla birbirinden ayırmak çoğunlukla mümkün değildir. Proenzimler = zimojenler, preproenzimler Enzime bağlanarak onun aktivitesini arttıran maddelerdir. enzimin allosterik regülasyonunda rol oynarlar. Bu tür enzimler bazı iyonların, organik maddelerin veya enzimlerin i l i kendilerinin k dil i i aktif ktif şekilleriyle kill i l aktive kti edilirler. dili l Enzimlerin inaktif şekilleri, bazen pro- öneki veya –ojen son eki ile gösterilir. Proenzimler = zimojenler, preproenzimler Genellikle 8 23.11.2015 ENZİM AKTİVİTESİNİN ÖLÇÜLMESİ Bir internasyonal ünite enzim aktivitesi: 1 mikromol (mol) (10-6 mol) substratın belirli ve özel şartlarda, 1 dakikada değişikliğe uğramasını kataliz eden enzim miktarıdır (= 1U; U/L olarak gösterilir). Spesifik aktivite: 1mg enzim proteininin aktivitesidir. aktivitesidir U/mg ile gösterilir. Katal: Uluslararası Biokimya ve Moleküler Bioloji Birliği (IUBMB)’nin önerdiği birimdir. Mol/saniye olarak ifade edilir. Enzim konsantrasyonu ise katal/L olarak ifade edilir. 1U = 10-6mol/60 s = 16.7 x 10-9mol/s veya 1n katal/L = 0.06 U/L. ENZİM SİSTEMLERİ Enzim sistemlerinde bir enzimin oluşturduğu ürün, kendisinden sonra gelen enzim için substrattır. Enzim sistemlerinde yer alan enzimler sitoplazmada dağılmış halde bulunabilecekleri gibi, serbest olmayıp birleşmiş halde de bulunabilirler. Bazı enzim sistemlerinde yer alan enzimler birbirleriyle sıkı sıkıya bağlı olarak bulunur, bunlar enzim kompleksini oluşturur. l t Örn. asidi sentaz (7 enzim) Piruvat dehidrojenaz ve 2-oksoglutarat dehidrojenaz (3er enzim) Yağ YAĞ ASİDİ SENTAZ KOMPLEKSİ 9 23.11.2015 İZOENZİMLER (İZOZİMLER) İzoenzim (izozim), organizmada aynı reaksiyonu kataliz ettikleri halde, değişik dokularda farklı molekül yapısında bulunan enzimlere denir. Başka bir deyişle, aynı substrata etkili olan fakat birden fazla şekilde bulunan enzimlere 'izoenzim' denir. Bu farklı enzim formalarının tümüde aynı reaksiyonu kataliz ederler ve bu nedenle de aynı enzim gibi sınıflandırılırlar. Bunlar değişik Şartlarda bile (pH, ısı, ışık) aynı etkiyi gösterirler. İzoenzimlerin protein yapısı birbirlerinden küçük farklar gösterir, dolayısıyla bazı fiziksel ve kimyasal özellikleri de farklıdır. Ancak elektroforezde birbirlerinden ayrılabilirler. Başta laktat dehidrogenaz (LDH) olmak üzere kreatinin kinaz (CK), hekzokinaz, aldolaz, alkali fosfataz vb enzimlerin izoenzimleri saptanmıştır. Klinik kimyada en çok çalışılmış olan izoenzimler LDH ve CK izoenzimleridir. Izoenzimler elektroforezle, absorbtif özelliklerindeki farklarla (kolon kromatografisi) yada özgül antikorlarla birbirlerinden ayrılırlar. İzoenzimler Laktat dehidrojenaz (LDH) laktik asidin piruvik aside yükseltgenmesini sağlar. Laktat dehidrojenaz’ın temelden farklı iki değişik tipi [H (heart=kalp) ve M (muscle=kas)] vardır, bunlar da 4’er özdeş altbirim (H ve M alt birimleri) içerirler. H ve M izoenzimlerinin molekül ağırlıkları aynı olmakla birlikte (33.500), amino asid bileşimleri ve immunolojik özellikleri farklıdır. Kalp LDH’ı saf tetramer (H4), ) kas LDH’ı saf tetramer (M4) olup diğer dokularda ayrıca H ve M altbirimlerinin birleşmesiyle M3H, M2H2 ve MH3 olmak üzere üç tip daha LDH bulunur. İzoenzimler elektroforezle birbirlerinden ayrılabilirler. Elektroforezde LDH elektroforetik mobiliteleri birbirinden farklı, molekül ağırlıkları aynı olan beş fraksiyona ayrılır. ENZİMLERE ETKİ EDEN ETKENLER Enzim konsantrasyonu Substrat konsantrasyonu Temperatür pH Zaman Z Reaksiyon ürünleri Işık ve diğer fiziksel etkiler Hormonlar ve diğer maddeler 10 23.11.2015 Feed-back inhibisyon= Olumsuz ürün denetimi Enzim konsantrasyonu Eğer pH ve sıcaklık uygunsa yeterli miktara substrat bulunan bir ortamda, enzim yoğunluğu arttıkça k reaksiyon ki hızı h dda artar. Sınırlı miktarda substrat bulunan bir ortamda, enzim yoğunluğu artırılırsa reaksiyon bir süre devam eder ve sonra durur. Sitrik asit siklusu gibi yolaklarda bir enzimin ürünü diğer enzimin substratı olur. Bu metabolik yolaklarların ilk tersinmez aşamalarının kontrol edilebilmesiyle tüm yolağın hücre tarafından kontrol altına alınması sağlanabilir. Enzimli metabolik yolaklarda bu ilk tersinmez adımın kontrolü de bir engelleyici tarafından sağlanır aslında bu engelleyici yolağın son ürünüdür. Y l k iişledikçe Yolak l dik son ürün ü ü miktarı ik artar. Son S üürün ü miktarı ik gereken k seviyeyi geçince artık daha fazla ürün üretimi gereksiz olacağı için yolağın durdurulması gerekir. Yolağın son ürünü, enzime etkin nokta dışında bir yerden bağlanır ve enzimin yarışmasız engelleyicisi olur. Etkin noktanın yapısı değiştiği için artık substrat bağlanamaz. Bu şekilde düzenlenebilecek olan enzimlere de allosterik enzimler denir. Bazı enzim reaksiyonlarında oluşan ürünler enzimleri inhibe ettiklerinden reaksiyon ilerledikçe reaksiyon hızı, yüksek enzim konsantrasyonunda bile azalır. Ürünlerin bu tür inhibisyonuna feed-back inhibisyon (geriye dönük inhibisyon= olumsuz ürün denetimi) denir. inhibisyon Feed-back inhibisyon ile etkilenen enzimler allosterik enzim’lerdir. Substrat konsantrasyonu Enzim miktarı sabit tutulup substrat yoğunluğu artılırsa, reaksiyon hızı en yüksek noktaya ulaştıktan sonra sabit kalır. Bunun nedeni enzimlerin bir süre sonra substrata doymuş hale gelmeleri ve hiç boş kalmaksızın çalışmalarıdır. pH Temperatür Enzimler protein yapılı olduğundan, proteinleri etkileyen sıcaklık değişimlerine duyarlıdırlar.Tepkime hızının yyükselmesi,, sıcaklıkla doğru ğ orantılıdır. Fakat belirli bir noktadan itibaren düşmeye başlar ve tamamen durur. En iyi çalışabileceği sıcaklığa Optimum Sıcaklık denir. Bu değer pek çok canlıda 30 - 40 °C arasındadır. (İnsanda 36,5 °C ) Enzimler pH değişimine karşı çok duyarlıdırlar. Genellikle çok fazla asidik ve alkalik ortamda etkisizdirler. Bazı hallerde enzimler en yüksek etkinliği belirli bir pH derecesinde gösterirler. Bu pH derecesine "Optimum Optimum pH pH" denir. Örneğin, proteini parçalayan pepsin, midenin pH 2’lik asidik ortamında maksimum çalışır; buna zıt olarak pankreastan salgılanan ve yine protein sindiriminde rol alan tripsin, ancak pH 8,5’da optimum olarak çalışabilir. 11 23.11.2015 DÜZENLEYİCİ (REGÜLATÖR) ENZİMLER Bazı enzimlerin katalitik fonksiyonlarının yanı sıra metabolizma reaksiyonlarını düzenleyici, kontrol edici etkileri vardır. Bu enzimler; sinyal verici moleküllerle etkilenme şekillerine göre iki gruba ayrılır: Bu nedenle bu enzimler düzenleyici (regülatör) enzim olarak adlandırılır. 2) Kovalan bağlanma ile etkilenen enzimler 1) Allosterik enzimler (allo: diğer, başka; allosterik: başka yer) Düzenleyici enzimlerin aktiviteleri sinyal verici moleküllerle düzenlenir. 1.ALLOSTERIK ENZIMLER Allosterik yer, reaksiyon ürünü, enzim proteini ile substratın birleştiği yerin dışında bir yerde birleşebilir. Bu yere allosterik yer adı verilir. Eğer inhibisyon oluşuyorsa bu inhibisyon şekline allosterik inhibisyon veya son ürün inhibisyonu, son ürün tarafından inhibe edilen enzime de allosterik enzim denir. Allosterik enzim E1 Allosterik etki: Allosterik yere bağlanan madde enzimin etkili bölgesinde biçimsel bir değişiklik meydana getirebilir. getirebilir Bunun sonucu olarak enzim proteininin şeklinin değişmesi nedeniyle enzimin substratla birleşmesi, substratın yapısına ve konsantrasyonuna bağlı olarak inhibisyona sebep olabileceği gibi aktivasyona da sebep olabilir. Bu etkiye allosterik etki denir. A E2 B E3 C D Feed-back inhibisyon Efektör (sinyal verici molekül, modülatör), aktif bölge dışındaki bağlanma bölgelerine bağlanan maddelere denir. pozitif efektör (aktivatör), enzimin aktivitesini arttıran efektör, negatif efektör (inhibitör), enzimin aktivitesini azaltan efektör Allosterik aktivatör ve inhibitörler 12 23.11.2015 Allosterik enzimler Michaelis-Menten kinetiğine uymazlar. Örn. Fosfofruktokinazın allosterik regülasyonu 2.KOVALAN BAĞLANMA ILE ETKILENEN ENZIMLER Çeşitli kimyasal grupların enzime kovalan bağlanması sonucunda düzenleyici enzimlerin yapılarında değişiklikler meydana gelir. Böylece regülatör enzim aktif veya inaktif şekle dönüşür. Genellikle bu dönüşmeyi de enzimler katalizler. Hücresel enzimler çeşitli nedenlerle hücre dışına çıkarlar: HASTALIK TANISINDA ENZİMLER İnsanlarda görülen hastalıkların tanı veya ayırıcı tanısının yapılması ve sağaltımın izlenmesinde enzimatik i ik ölçümlerin öl ü l i uygulanması ile ilgilenen bilim dalı, klinik enzimoloji olarak adlandırılmaktadır. -Hücre membran hasarı -Hücre ölümü -Enzim üretiminde artış 13 23.11.2015 Fonksiyonel ve fonksiyonel olmayan enzimlerin farklılıkları Fonksiyonel plazma enzimleri Fonksiyonel olmayan plazma enzimleri Plazma konsantrasyonları Plazma kons. Dokuya oranla yüksek Normal şartlarda plazma konsantrasyonu dokuya oranla çok düşük Fonksiyonu Fonksiyonları biliniyor Bilinmiyor S bt t Substratı Substratlaı S b t tl plazmada l d mevcut S b t tl plazmada Substratları l d yok Sentez yeri Karaciğer KC, Kalp, iskelet kası, beyin gibi farklı organlar Hastalıktaki etkisi Karaciğer hastalıklarında Farklı organ azalır hastalıklarında artar Örnek Protrombin gibi pıhtılaşma faktörleri, Lipoprotein kinaz, psödokolinesteraz Klinik enzim ölçümleri Serum İdrar Gut sıvısı Plazma enzimleri 1. Fonksiyonal plazma enzimleri 2. Fonksiyonel olmayan plazma enzimleri Fonksiyonel olmayan enzim kaynakları AST, ALT, CK, alkalin fosfataz, asit fosfataz, lipaz Fonksiyonel olmayan enzimlerin tıptaki önemi nedir? Hücre Hasarı, Miyokard infarktüsü ve viral hepatit gibi hücre hasarının olduğu hastalıklarda enzimler kana salınır. Normal yolun tıkanması, örneğin safra yolunun tıkanması sonucu alkalin fofataz artar. 1. Hastalık tanısında, farklı organların hastalıkları farklı enzimlerin artışına sebep olur. Enzim sentezinin artması, tıkayıcı karaciğer hastalığında alkalin fosfatın sentez hızı artar. 2. Hastalığın prognozunda, tedavi öncesi ve sonrası enzim düzeyleri farklılık gösterir. Geçirgenliğin artması, hipoksik membranının geçirgenliği artar. durumlarda hücre HASTALIK TANISINDA Önemli ENZİMLER Hast. tanısında en sık kull.Enzimler Hastalık Serum pankreas amilaz’ı Bazı pankreas kanserlerinde ve pankreas iltihabında artar Serum asid fosfataz ve prostat spesifik antijen (PSA) Prostat kanserlerinde artar. Serum alkali fosfataz Kemik hastalıklarında, bazı kemik tutulumu olan kanser türlerinde ve kolestaz (safra akımının durması)’da artar. K Kreatin ti kinaz ki (CK) Kas distrofisinde, K di t fi i d karaciğer k iğ h hastalıklarında t l kl d ve miyokard infarktüsünde artar. GOT (Glutamat okzalasetat transaminaz; Aspartat transaminaz, AST) Miyokard (kalp kası) infarktüsünde, karaciğer hastalıklarında ve sarılıkta artar. GPT (Glutamat piruvat transaminaz; Alanin transaminaz, ALT): Karaciğer bozukluklarında, sarılıkta artar. Laktat dehidrojenaz (LDH): Kalp, karaciğer, kas hastalıklarında ve bazı kanserlerde (Örn. Lösemi) artar. -Glutamil transpeptidaz (-GT): Karaciğer, safra kesesi ve pankreas hastalıklarında artar. 14 23.11.2015 ENZİMLERİN ECZACILIKTA KULLANIMI Bugün tıp ,eczacılık, tarım, hayvancılık, çevre, gıda, kağıt, tekstil, deterjan vb. birçok alanda enzimler kullanılmaktadır. Son yıllarda biyoteknoloji alanında gelişmelerle elde edilen enzimlerin kullanımının en fazla olduğu alan gıda endüstrisidir. Proteazlar ve amilazlar bu alanda en çok kullanılan enzimlerdir. Eczacılıkta da enzimler kullanılmaktadır. Bu alandaki en iyi y örneği, hazım kolaylaştırıcı bazı ilaçların bileşimindeki Proteini parçalayan proteaz , nişastayı parçalayan selüloz , Yağları parçalayan lipaz ve Laktozu parçalayan laktaz enzimlerdir. Enzimlerin eczacılıkta kullanıma bir diğer örnek de penisilin amidan enzimidir. ENZİMLERİN ECZACILIKTA KULLANIMI ENZİMLERİN ECZACILIKTA KULLANIMI 1. 2. Bazı enzimler direk olarak ilaç olarak kullanılabilir Ya da Enzim inhibitörleri tedavi amaçlı kullanılabilir İlaç olarak kullanılan reversibl inhibitörler: İlacın adı İnhibe ettiği enzim Tedavi Lovastatin HMG-CoA redüktaz Hipolipemik (lipid düşürücü), Hipokolesterolemik Allopurinol Ksantin oksidaz Hipoürisemik (gut hastalığı) Asetazolamid Metazolamid Karbonik anhidraz Diüretik Metotreksat (=ametopterin) Dihidrofolat redüktaz Kanser Aspirin Prostaglandin sentetaz Antienflamatuvar Sitozin arabinozid DNA polimeraz RNA polimeraz Antiviral, kanser ACE inhibitörleri Enapril Cilazapril Lisinopril Anjiotensin dönüştürücü enzim (ACE) Antihipertansif 1.Bazı enzimler ilaç olarak kullanılır. a. Karaciğer, safra kesesi, pankreas hastalıklarından kaynaklanan sindirim bozukluklarında protein, karbohidrat ve lipidleri hidroliz eden enzimler ilaç olarak kullanılır. Sindirim enzimleri; Multanzim (pankreatin (lipaz-amilaz-proteaz), ağır sindirim rah.) Pankreoflat Pankrean Flaton (pankreatin, hemiselülaz) Festal b.Yara tedavisinde, dokunun oluşması için peptid bağlarını ve heteropolisaklaridleri hidroliz eden enzimler kullanılır. Hiyaluronidaz (lasonil) 2.Enzim inhibitörleri ilaç olarak kullanılır İlaç olarak kullanılan İrreversibl inhibitörler İlacın adı Sulfanilamid İnhibe ettiği enzim Tedavi Dihidrofolat sentetaz Antibakteriyel Hidrazinler Monoamin oksidaz (MAO) Antidepresan, psikostimülan Penisilin Transpeptidaz Antibiyotik Sefalosporin Klavulanik asid Transpeptidaz -Laktamaz Antibiyotik Antibiyotik adjuvanı (adjuvan: etki arttırıcı) 15 23.11.2015 Enzim İnhibisyonu İlaçlar farmakolojik etkilerini genellikle enzimlerin normal faaliyetlerinde değişikliğe neden olarak gösterirler. Bu da genellikle enzim inhibisyonu şeklindedir. Sülfonilamid Antimikrobiyal maddelerdir Bakteriyositatik etkiye sahiptirler Mikroorganizmaların folik asid sentezi sırasında moleküle PABA yerine sülfanilamid girmesi FOLIK ASID Mikroorganizmaların folik asid sentezi sırasında moleküle PABA yerine sülfanilamid girmesi Folik asid sentezi olmaz, mikroorganizma ölür Bir karbon atomlu köklerin, moleküller arasındaki geçişlerinde önemli rol oynar. Bazı amino asitlerden aldığı köklerin pürin ve pirimidin sentezinde kullanılır. DNA'nın sentezinde vazife alır. Bu vazifeyi yapabilmesi için bu vitaminin 5,10metiltetrahidrofolat halinde olması gerekir. Bu geçiş ise B12 yokluğunda mümkün olmaz. Buna göre megaloblastik kansızlığa, B12'nin, dolaylı olarak tesiri vardır. 16 23.11.2015 Folik asid redüktaz inhibitörleri Monoamino oksidaz inhibitörleri Folik asid tetrahidrofolik asid (THFA)’e dönüştükten sonra tek karbon atomlu grupları taşıma görevini yapar. Folik asid redüktaz inhibitörleri, Aminopterin Ametopterin Yapı olarak folik aside çok benzerler, folik asidle yarışarak bu enzimle birleşir ve enzimi inhibe ederler. Sonuç olarak, THFA meydana gelemez, purin biosentezi, dolayısıyla da RNA, DNA biosentezi önlenir. Bu nedenle bu ilaçlar kanserde, özellikle de lösemide kullanılır. Adrenalin, noradrenalin, serotonin, tiramin gibi biolojik aminler sinir iletiminde nörotransmiter olarak görev yaparlar. Monoamin oksidaz (MAO) ise bunları oksidatif dezaminasyona uğratarak etki göstermelerini önler. MAO inhibitörleri (izokarboksazid, nialamid, fenelazin) bu enzimi inhibe ederek, bu aminlerin inaktivasyonuna engel olur ve etkilerinin devamını sağlar. Bu nedenle psikostimulan olarak kullanılırlar. Hidroksimetilglutaril-CoA (HMG-CoA) redüktaz inhibitörleri MEVCUT STATINLER HMG-CoA redüktaz inhibitörleri (Örn. Lovastatin) kolesterol biosentezini inhibe ettiğinden hipolipidemik ve hipokolesterolemik olarak kullanılır. HO O O O O H3 C C HO O C - C H3 C SCoA O HMG-CoA CH3 O H H H CH3 H3 C Lovastatin Ksantin oksidaz inhibitörleri Allopurinol yapı olarak hipoksantine benzediğinden, kompetitif inhibisyonla ksantin oksidaz’ı inhibe ederek, ürik asid yapımını durdurur. Aşırı ürat yapımından kaynaklanan gut (damla, nikris) hastalığında, hipoürisemik olarak kullanılır. Anjiotensin dönüştürücü enzim (ACE=Angiotensin Converting Enzyme) inhibitörleri Damar daraltıcı etkisiyle tansiyonu yükselten anjiotensin II’nin biosentezini sağlayan ACE enzimini inhibe eden ilaçlar hipertansiyon tedavisinde kullanılır. İlaç Günlük Doz Benazepril 10 mg Captopril 50 mg (25 mg bid) Enalapril 5 mg Fosinopril 10 mg Lisinopril 10 mg Moexipril 7.5 mg Perindopril 4 mg Quinapril 10 mg Ramipril 2.5 mg Trandolapril 2 mg 17 23.11.2015 Bakteri Hücre duvarı Transpeptidaz inhibitörleri NAGA Bakterilerin hücre duvarlarının oluşmasında yer alan penta glisin köprüleri transpeptidaz adlı bir enzimin etkisiyle iki alanini birbirine bağlar. NAMA glu ala NAGA NAMA NAGA ala liz ala -ala transpeptidaz +pentaglisin (5 glisin) Alanil alanin yapısında olan penisilinler, kompetitif inhibisyonla bu enzimi inhibe ederler, bunun sonucunda bakterinin hücre duvarı parçalanır. NAGA NAMA glu ala NAGA gli gli ala glu NAGA NAMA liz gli gli NAMA NAGA ala gli liz ala NAMA NAGA NAMA Bakteri hücre duvarının şematik yapısı. (NAGA=N-Asetil glukozamin; NAMA=N-Asetil muramik asid). ENZİMLERİN SINIFLANDIRILMASI Enzimler “Uluslararası Biokimya ve Moleküler Bioloji Birliği (IUBMB)’nin Enzim Komisyonu (E.C.)” tarafından 6 sınıfa ayrılmıştır: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Oksidoredüktazlar Transferazlar Hidrolazlar Liyazlar İzomerazlar Ligazlar Her enzime, kısa ve günlük kullanışa elverişli bir “önerilmiş önerilmiş isim” isim katalizlediği reaksiyona göre “sistematik sistematik isim isim” uluslararası araştırma dergileri, özetler ve indekslerde yer alan doğru ve açık tanımını yapan “klasifikasyon klasifikasyon numarası” verilmiştir. numarası 2. Örnek: ATP + kreatin ADP + kreatin fosfat önerilmiş isim: kre reatin atin kinaz sistematik isim: ATP : kreatin fosfotransferaz klasifikasyon numarası: EC EC..2.7.3.2 EC 2 7 3 2 enzim komisyonu ana sınıf (= transferaz) alt sınıf (= fosfotransferaz) alt-alt sınıf (= alıcısı azotlu bir grup) özel seri numarası Bu altı sınıfın alt sınıfları ve alt-altsınıfları vardır. Her enzimin bir numarası vardır ve bu numara E.C. olarak belirtilir. Örneğin: Suksinil Co A hidrolaz (E.C. 3.1.2.3) 3: Enzim sınıfı: Hidrolaz 1: Enzim altsınıfı: Ester bağlarını hidroliz eder. 2: Enzim alt-altsınıfı: Tioester bağlarını hidroliz eder. 3: Enzimin kendi özel numarası, bu enzimin alt-altsınıfta üçüncü enzim olduğunu gösterir. 18 23.11.2015 1. Oksidoredüktazlar • dehidrojenazlar • oksidazlar • redüktazlar • peroksidazlar • katalaz • oksijenazlar • hidroksilazlar 4. Liyazlar • dekarboksilazlar • aldolazlar • hidratazlar • dehidratazlar • sentazlar • liyazlar 2. Transferazlar • transaldolaz • transketolaz • acil, metil, glikozil ve fosfotransferazlar • kinazlar • fosfomutazlar 5. İzomerazlar • rasemazlar • epimerazlar • izomerazlar • mutazlar 3. Hidrolazlar • esterazlar • glikozidazlar • peptidazlar • fosfatazlar • tiyolazlar • fosfolipazlar • amidazlar • deaminazlar • ribonükleazlar 6. Ligazlar • sentetazlar • karboksilazlar 19
