ENZİMLER. VÜCUT SIVILARINDAKİ ENZİMLER - E
advertisement
Enzimler Yrd.Doç.Dr.Funda GÜLCÜ BULMUŞ Fırat Üniversitesi SHMYO Enzimler Biyokimyasal olayların vücutta yaşam ile uyumlu bir şekilde gerçekleşmesini sağlayan katalizörlerdir. Katalitik RNA moleküllerinin küçük bir grubu hariç bütün enzimler protein yapısındadır. Enzimin birleştiği, aktivitesini gösterdiği maddeye “substrat” adı verilir. Enzimlerin yapısal özellikleri Apoprotein (apoenzim) Kofaktör Holoenzim - Enzimin protein kısmına apoenzim adı verilir. Apoenzim tek başına katalitik olarak aktif değildir. Enzimin aktivitesini gösterebilmesi için kofaktör/koenzime ihtiyaç vardır. - Apoenzimin koenzim yada kofaktörü ile birleşmiş şekline holoenzim denir. Enzimlerin yapısal özellikleri Apoprotein (apoenzim) Kofaktör Holoenzim Kofaktör, ya Fe2+, Mg2+, Mn2+, Zn2+ gibi bir veya daha fazla inorganik iyon (kofaktör) ya da koenzim denen kompleks bir moleküldür. Kofaktör → Fe 2+ , Mg 2+, Mn 2+, Zn 2+ gibi bir metal iyonu Koenzim → FAD NAD veya çeşitli vitaminler gibi organik moleküller Enzimlerin adlandırılmaları Birçok enzim, substratlarının adına veya aktivitelerini tanımlayan bir kelime veya sözcük grubuna “az” soneki ekleyerek adlandırılır. Üreaz, amilaz, arjinaz, proteaz ve lipaz, substratı tanımlayan; DNA polimeraz, laktat dehidrojenaz ve adenilat siklaz, tepkimeyi tanımlayan adlandırmalardır. Enzimlerin sınıflandırılmaları • • • • • • 1. Oksidoredüktazlar 2. Transferazlar 3. Hidrolazlar 4. Liyazlar 5. İzomerazlar 6. Ligazlar 1. Oksidoredüktazlar redüksiyon-oksidasyon reaksiyonlarını katalize ederler Laktat dehidrojenaz Katalaz 2. Transferazlar fonksiyonel grupların bir molekülden diğerine transferini katalize ederler Aspartat transaminaz Alanin transaminaz Heksokinaz Kreatin kinaz 3. Hidrolazlar su katılması suretiyle bağların parçalandığı hidroliz reaksiyonlarını katalize ederler lipaz Kolesterol esteraz Alkalen fosfataz -Amilaz Tripsin 4. Liyazlar oksidasyon veya hidrolizden başka yollarla bağları yıkar veya oluştururlar Pirüvat dekarboksilaz Sitrat sentaz Adenilat siklaz 5. İzomerazlar bir molekül içindeki değişiklikleri katalize ederler Triozfosfat izomeraz Glukoz-6-fosfat izomeraz 6. Ligazlar enerjice zengin bir bağın hidrolizi ile iki molekülün birbirine bağlanmasını katalize ederler DNA ligaz Enzim katalizi 1 Katalizör olarak bir enzimin fonksiyonu, aktivasyon enerjisini düşürmek suretiyle bir reaksiyonun hızını artırmaktır Enzim katalizi 2 Enzimle katalizlenen bir reaksiyonun ayırt edici özelliği, enzim üzerinde aktif merkez denen bir cep sınırları içinde meydana gelmesidir. Enzim kinetikleri Bir enzimatik reaksiyonun hızı, enzimin etkinliği veya enzimin aktivitesi ile ilişkilidir. Etkinliği veya aktivitesi fazla olan bir enzim, belirli bir sürede daha fazla substrat molekülünü ürün haline dönüştürür. En çok kullanılan enzim aktivitesi birimi, IU’dir. 1 IU enzim aktivitesi, optimal koşullarda, 1 dakikada 1mol substratı değiştiren enzim etkinliğini ifade eder Enzimatik bir reaksiyonun hızını etkileyen faktörler • • • • • • • • • Enzim konsantrasyonu, substrat konsantrasyonu, pH, ısı veya sıcaklık, zaman, ışık ve diğer fiziksel faktörler, iyonların doğası ve konsantrasyonu, hormonlar ve diğer biyokimyasal faktörler, reaksiyon ürünleri. Enzim konsantrasyonunun enzimatik reaksiyonların hızına etkisi Substratın çok bol olduğu bir ortamda optimal şartlarda enzimatik bir reaksiyonun ölçülen ilk hızı (Vo), enzim konsantrasyonu E ile doğru orantılıdır Substrat konsantrasyonunun enzimatik reaksiyonların hızına etkisi Enzim konsantrasyonu ve diğer bütün şartların sabit olduğu bir ortamda enzimatik tepkimenin hızı, substrat konsantrasyonunun artırılmasıyla başlangıçta doğrusal bir artış gösterir; fakat substrat ilave edildikçe hız giderek daha az artar ve belirli bir Vmax düzeyinde sabit kalır. pH’ın enzimatik reaksiyonların hızı üzerine etkisi Her enzimin maksimum aktivite gösterdiği bir pH değeri vardır ki bu pH değerine enzimin optimal pH değeri denir. Pepsinın pH-aktivite grafiği Glukoz-6-fosfatazın pH-aktivite grafiği Isı veya sıcaklığın enzimatik reaksiyonların hızı üzerine etkisi Sıcaklık artışıyla enzimatik reaksiyonun hızındaki artış, sıcaklık belli bir değere yükselinceye kadar devam eder; daha yüksek sıcaklıklarda enzim denatüre olarak aktivitesini kaybeder ve reaksiyon hızı azalır Enzimatik reaksiyonun hızının maksimum olduğu sıcaklık derecesine optimal sıcaklık denir Zamanın enzimatik reaksiyonların hızı üzerine etkisi Bir enzim tarafından katalizlenen bir reaksiyonun hızı, zamanla azalır. Bunun sebebi, reaksiyon ürünlerinin kendi aralarında birleşerek aksi yönde bir reaksiyon meydana getirmeleri, enzimin zamanla inaktive olması, reaksiyonu önleyen maddelerin oluşması substratın tükenmesidir. • • • • • Enzimatik aktivitenin düzenlenmesi Allosterik enzimler Protein/protein etkileşimi Kovalent modifikasyon/kaskat sistemler Zimojen aktivasyon Enzim sentezinin indüksiyonu veya represyonu Zimojen aktivasyon Bazı enzimler proteolitik yıkılım vasıtasıyla aktive olurlar. Proteolitik yıkılım vasıtasıyla aktive edilen enzimlerin inaktif prekürsörü, zimojen olarak isimlendirilir. Enzim inhibisyonu Bazı ilaçlar ve bir kısım kimyasal maddeler enzimlerin katalitik etkilerine engel olurlar • Reversibl (geriye dönüşümlü) enzim inhibisyonları 1) Kompetitif (yarışmalı) enzim inhibisyonu 2) Nonkompetitif (yarışmasız) enzim inhibisyonu 3) Ankompetitif enzim inhibisyonu • İrreversibl (geriye dönüşümsüz) enzim inhibisyonları Kompetitif (yarışmalı) enzim inhibisyonu Bu çeşit inhibisyonda inhibitör madde ve substrat kimyasal olarak birbirlerine benzerler ve enzimin aktif merkezi ile birleşmek için birbirleri ile yarışırlar. Nonkompetitif (yarışmasız) enzim inhibisyonu Bu tip inhibisyonda inhibitör madde enzimin aktif merkezi dışında, enzim yüzeyinde farklı, ikinci bir bölgeye bağlanır. Sonuç olarak da; inhibitör madde ile substrat arasında herhangi bir yarışma yoktur. Ankompetitif enzim inhibisyonu Bu tip inhibisyonda inhibitör madde direkt olarak enzime değil de; enzim-substrat kompleksine bağlanmaktadır. İrreversibl enzim inhibisyonları İrreversible (geriye dönüşümsüz) enzim inhibisyonunda inhibitör madde enzime kovalent olarak bağlanır veya enzim aktivitesi için esas olan bir fonksiyonel grubu yıkarak enzimi inaktive eder. Böylece; geriye dönüşümsüz olarak enzim aktivitesi ortadan kalkar. Bu inhibisyona örnek; toksik maddeler. İzoenzimler (izozimler) Belli bir enzimin katalitik aktivitesi aynı, fakat elektriksel alanda göç, doku dağılımı, ısı, inhibitör ve aktivatörlere yanıtları farklı olan formlarına o enzimin izoenzimleri denir. CK izoenzimi İzoenzimin özellikleri CK1 (CK-BB) Beyinde bulunur; serumda her zaman aktivitesi gösterilemez. CK2 (CK-MB) Kalp kasında bulunur; plazma düzeyi normalde total CK düzeyinin %2’sinden daha azdır; miyokard enfarktüsünden sonra plazma düzeyi artar. CK3 (CK-MM) İskelet kasında bulunur; normalde plazma total CK aktivitesinin %98’ini oluşturur. Koenzimler bazı enzimlerin aktiviteleri için gerekli olan ve kofaktörlerin kompleks molekül yapısında olanlarıdır Koenzimler, fonksiyonlarına göre genellikle üç grupta incelenebilirler: 1) Hidrojen ve elektron transfer eden koenzimler. 2) Fonksiyonel grup transfer eden koenzimler. 3) Liyaz, izomeraz ve ligazların koenzimleri. Hidrojen ve elektron transfer eden koenzimler • NAD+ - NADH • NADP+ - NADPH • FAD - FADH2 • FMN - FMNH2 • Koenzim Q • Demir porfirinler • Demir-kükürt proteinleri -Lipoik asit Fonksiyonel grup transfer eden koenzimler • • • • Piridoksal-5-fosfat (PLP) Tiamin pirofosfat (TPP) Koenzim A (CoASH) Biotin (vitamin H) • Tetrahidrofolat (H4 folat) • Koenzim B12 (5'-deoksiadenozil kobalamin) Liyaz, izomeraz ve ligazların koenzimleri Hidrojen ve elektron transfer eden koenzimler ile fonksiyonel grup transfer eden koenzimlerin bazıları liyaz, izomeraz ve ligazların koenzimleri olarak da görev görürler; bazı hallerde ara ürün, koenzim olarak işlev görür. Kanda bulunan enzimlerin kaynakları • Plazmaya özgü enzimler: fibrinojen gibi... • Sekresyon enzimleri: -Amilaz gibi... • Sellüler enzimler: transaminazlar gibi... Serum enzim düzeyini etkileyen faktörler • • • • Enzimlerin hücrelerden serbest kalma hızı Enzim üretiminde değişiklikler Enzimlerin dolaşımdan uzaklaştırılma hızı Enzim aktivitesini artıran nonspesifik nedenler Kan enzimlerinin aktivite tayinlerinde dikkat edilecekler • Kan, antikoagulansız tüpe (düz tüp) alınmalıdır • Kan genellikle venden alınır • Kan alırken hemolizden kaçınmalıdır • Kan, pıhtılaşmasından hemen sonra santrifüj edilerek serum ayrılmalıdır • günlük taze kan kullanılması en iyisidir Klinik tanıda önemli olan serum enzimleri 1 • • • • • • transaminazlar (AST ve ALT) laktat dehidrojenaz (LDH, LD) kreatin kinaz (CK, CPK) fosfatazlar (ALP ve ACP) amilaz (AMS) lipaz (LPS) Klinik tanıda önemli olan serum enzimleri 2 • • • • • • gama glutamiltransferaz (GGT, -GT) aldolaz (ALS) 5-nükleotidaz (5-NT) lösin aminopeptidaz (LAP) psödokolinesteraz (ChE) glukoz-6-fosfat dehidrojenaz (G-6-PD) Enzimatik tanı alanları • • • • • • • • • kalp ve akciğer hastalıkları karaciğer hastalıkları kas hastalıkları kemik hastalıkları pankreas hastalıkları maligniteler genetik hastalıklar hematolojik hastalıklar zehirlenmeler Kalp ve akciğer hastalıklarının tanısında yararlı enzimler • • • • total kreatin kinaz (CK, CPK) CK-MB aspartat transaminaz (AST) laktat dehidrojenaz (LD, LDH) Karaciğer hastalıklarının tanısında yararlı enzimler • • • • • • transaminazlar (ALT, AST) LDH GGT (-GT) ALP 5-nükleotidaz (5-NT) lösin aminopeptidaz (LAP) Kas hastalıklarının tanısında yararlı enzimler • • • • CK LDH aldolaz AST Kemik hastalıklarının tanısında yararlı enzimler • alkalen fosfataz (ALP) • asit fosfataz (ACP) Osteoblastik aktivite artışı ile karakterize kemik hastalıklarında ALP yükselir Osteoklastik kemik hastalıklarında ALP yanında ACP da yükselir. Pankreas hastalıklarının tanısında yararlı enzimler -amilaz • lipaz Malignitelerin tanısında yararlı enzimler • organ spesifik enzimler ACP, ALP, GGT, 5-nükleotidaz, lösin aminopeptidaz (LAP), -amilaz ve lipaz • organ spesifik olmayan enzimler LDH, aldolaz, fosfoheksoz izomeraz Genetik hastalıkların tanısında yararlı enzimler • fenilalanin hidroksilaz, • galaktoz-1-fosfat üridiltransferaz, • glukoz-6-fosfataz gibi birçok enzim Hematolojik hastalıkların tanısında yararlı enzimler • anaerobik glikoliz ile ilgili bazı enzimler • pentoz fosfat yolu ile ilgili bazı enzimler • glutatyon metabolizması ile ilgili bazı enzimler • adenozin deaminaz gibi pürin ve pirimidin katabolizması enzimleri • Na+/K+ ATPaz • lesitin kolesterol açil transferaz (LCAT) • methemoglobin redüktaz ........ Zehirlenmelerin tanısında yararlı enzimler • Organik fosfor bileşikleri ile zehirlenme durumlarında serum kolinesteraz (ChE) düzeyi düşük bulunur
