Enzimler ve enzim sınıflandırılması
advertisement
Süper kahraman Kaptan Enzim Sağlığımızın koruyucusu ENZIMLER Doç.Dr.Pınar AKSOY SAĞIRLI ENZİMLERİN ÖNEMİ Biyokimyasal süreçlerin merkezinde yer alırlar. Tüm metabolizma enzimler sayesinde müthiş bir koordinasyon ve kontrol içinde yürür. Hastalık tanısında önem taşırlar. Birçok ilaç enzimlere etki ederek tedavi edici özelliklerini gösterir. TARIHÇE Grekçe " enzymos " mayalandırmak, maya gibi kabarmak 1877’de "Enzim" terimi ilk kez Wilhelm Kühne (1837-1900) tarafından ortaya atıldı. 1897’de Alman fizyolojist Eduard Buchner fermentasyonun canlı içermeyen ortamda da oluştuğunu gösterdi. 1907’de Nobel kimya ödülünü kazandı. Eduard Buchner Buchner, şekeri fermente eden madde için "zymase" terimini kullandı. Enzim terimi, cansız maddeler örn. pepsin gibi kimyasal maddeler için, Ferment terimi, canlı organizmalar tarafından yapılan fermentasyon için kullanıldı. 1926’da James B Sumner üreaz’ın saf protein olduğunu buldu ve kristalize etti ve 1937’de de katalaz’ı kristalize etti. James Batcheller Sumner 1946’da Nobel kimya ödülü ikiye bölündü. Yarısı, enzimlerin kristalize edilebildiğini kanıtlayan Sumner’a diğer yarısı ise enzimlerin saf protein olduklarını kanıtlayan Northrop ve Stanley’e verildi. John Howard Wendell Meredith Northrop Stanley 1965’te David Chilton Philips ve ark. Ġlk kez lizozim enziminin yapısını X- ışını kristalografisi yöntemi kullanarak çözdü. Yapısal biyolojinin başlangıcı 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 Substrat Substratın bağlanmasıyla Enzim cok az şekil değiştirir Ürün Aktif alan Substrat enzimin aktif bölgesine gelir Enzim/Substrat Kompleksi Enzim/Ürün Kompleksi Ürün aktif bölgeden ayrılır ENZĠMLERĠN YAPISI Metabolizma reaksiyonlarını hızlandıran protein yapısında biyolojik katalizörlere ENZĠM denir. Bazı enzimlerin katalitik etki gösterebilmeleri için gereksinim duydukları protein olmayan organik bileşiğe veya metal iyonuna KOFAKTÖR denir. Kofaktörlere göre gruplandırma Kofaktör Organik Prostetik grup Koenzim (Sıkı bağlı) (GevĢek Bağlı) Ġnorganik (metal iyonları) Metalloenzimler Ġyon aktivatörler (Sıkı bağlı) (GevĢek Bağlı) DEĞIŞIK BIR SıNıFLANDıRMA: Koenzim: kompleks organik bileşikler (NAD, FAD, TPP vb.) Kofaktör: metal iyonları (Mg+2, Fe+2, Mn+2) veya basit organik bileşikler Substrat: Enzimlerin etki ettikleri maddelere substrat adı verilir. Kofaktör: Enzimin kataliz edeceği kimyasal reaksiyonu belirler. Apoenzim: Enzimin etki edeceği substratı belirler. Holoenzim (enzim): Apoenzim ve kofaktörün oluşturduğu yapıya denir. HOLOENZIM Kofaktör Katalitik alan Koenzim Apoenzim Holoenzim Metal iyonu içeren enzimler: -Cu2+ içeren enzimler Askorbat oksidaz Tirozinaz -Zn2+ içeren enzimler Karbonik anhidraz (eritrosit duvarında bulunur) Fe-porfirinli enzimler -Sitokromlar -Katalaz -Peroksidaz Kofaktör içermeyen enzimler: Pepsin, tripsin ENZĠMLERĠN REAKSĠYON HIZLARINA ETKĠSĠ BIR REAKSIYONUN HıZı NASıL ARTTıRıLABILIR? Reaktanların konsantrasyonunun arttırılması Temperatürü arttırarak (böylece moleküllere enerji verilmiĢ olur), Ortama katalizör katılarak. Enzimler reaksiyon hızına etki eder, dengeye etki etmez. pH değiĢikliği Aktivasyon enerjisi (Ea, ΔG+) ve serbest enerji değiĢimi (ΔG°) ENZIM SUBSTRAT BIRLEġMESI 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) Anahtar-Kilit Modeli ENZĠM KĠNETĠĞĠ 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. Michaelis-Menten Teorisi ENZĠM KĠNETĠĞĠ 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 Km değeri düĢtükçe enzimin substratına olan affinitesi artar Km büyüdükçe enzimin substratına olan affinitesi azalır Leonor Michaelis 1875-1949 Maud Menten 1879-1960 MICHAELIS-MENTEN KINETIĞININ ÖZELLIKLERI Km, bu eĢitliğin sabitidir. E ve konsantrasyonlarından bağımsızdır. Vmax, enzim konsantrasyonuna ve enzim doygunluğu sağlayan substrat konsantrasyonuna göre değiĢir. Ancak substrat konsantrasyonundan bağımsızdır. Km ve Vmax, pH, temperatür ve diğer faktörlerle değiĢebilir [S]’a bağlı olarak değiĢen hız eğrisi, dikdörtgen biçiminde hiperbolik bir fonksiyon verir. ENZĠM ĠNHĠBĠSYONU Enzimatik tepkimelerin hızını azaltan veya enzimlerin kataliz görevini yerine getirmelerini tamamen engelleyen maddelere inhibitör adı verilmektedir. Enzimlere bağlanabildikleri halde, substrat gibi davranmayan ve ürün oluĢturmayan bu maddeler enzimin katalitik görevini yerine getirmesini engellemektedir. Bu olaya da inhibisyon denir. ENZIM ĠNHĠBĠTÖRLERĠ A. REVERSĠBL ĠNHĠBĠSYON YarıĢmalı inhibisyon dört farklı durumda olur; 1. Substratın yapısal analogları, enzimin aktif bölgesine bağlanmak için substrat ile yarıĢır. 2. Ġki substratlı reaksiyonlarda; ikinci substratın yüksek konsantrasyonları enzime bağlanmak için birinci substrat ile yarıĢır. 3. Reaksiyon sonucunda oluĢan ürün inhibitör gibi davranır. 4. Kofaktör olarak metal iyonu gerektiren bazı reaksiyonlar benzer metal iyonları ile inhibe olurlar. 1.Kompetitif Ġnhibisyon (YarıĢmalı) ÖRN. ● Suksinat dehidronejanaz’ın malonik asid, okzalat ve okzalasetat ile inhibisyonu. FADH2 FAD COOH CH - COOH CH2 CH2 suksinat dehidrojenaz COOH Suksinik asid HOOC - CH Fumarik asid COOH CH2 COOH Malonik asid ÖRN. ● Metanol zehirlenmelerinde yararlanılır. 2. Nonkompetitif inhibisyon (YarıĢmasız, karıĢık) 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. CO, 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 Ġnhibitör Ġnhibitör sadece ES kompleksine bağlanır. Substrat konsantrasyonunun artması inhibisyon derecesini arttırabilir. Ġnhibitör substratın aktif bölgesi dışındaki kısmına bağlanır. Bu tür inhibisyon çoğunlukla 2 substratlı enzimlerde görülür. Km ve Vmax azalır. Örn. Bağırsaklarda alkali fosfataz’ın L-fenilalanin tarafından inhibisyonu. B. ĠRREVERSIBL INHIBISYON ● Ġrreversibl inhibitörler enzimin aktif bölgesine kovalan olarak bağlanarak enzimin yapısını değiştirir. Bu nedenle geri dönüşümsüzdür. ● Sıklıkla reaktif fonksiyonel gruplar içerirler. Bunlar; 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. ÖRN. ● Asetilkolin esteraz’ın sinir gazı (Nitrojen Mustard) zehirleri tarafından inhibisyonu ● Gümüş, civa ve oksidan ajanlar irreversibl inhibitörler arasında sayılabilir. DIĞER INHIBITÖRLER Soya fasulyesinde tripsin inhibitörü. Ascaris solucanında tripsin inhibitörü varlığı, solucanın bağırsaklarda sindirilmeden yaşamasını sağlar. Ġnhibitörleri, yarışmalı ve yarışmasız olmak üzere kesin sınırlarla birbirinden ayırmak çoğunlukla mümkün değildir. ENZĠM AKTĠVATÖRLERĠ (Proenzimler=zimojenler, preproenzimler) Enzime bağlanarak onun aktivitesini arttıran maddelerdir. Genellikle enzimin allosterik regülasyonunda rol oynarlar. Bu tür enzimler bazı iyonların, organik maddelerin veya enzimlerin kendilerinin aktif şekilleriyle aktive edilirler. Enzimlerin inaktif şekilleri, bazen pro- öneki veya –ojen son eki ile gösterilir. Proenzimler = zimojenler, preproenzimler Proenzimler = zimojenler, preproenzimler ENZĠM AKTĠVĠTESĠNĠN ÖLÇÜLMESĠ 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. 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. ENZĠM SĠSTEMLERĠ 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. Örn. Yağ asidi sentaz (7 enzim) Piruvat dehidrojenaz ve 2-oksoglutarat dehidrojenaz (3er enzim) YAĞ ASİDİ SENTAZ KOMPLEKSİ ĠZOENZĠMLER (ĠZOZĠMLER) Ġzoenzim (izozim), organizmada aynı reaksiyonu kataliz ettikleri halde, değişik dokularda farklı molekül yapısında bulunan enzimlere denir. 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. Ġzoenzimler elektroforezle birbirlerinden ayrılabilirler. Elektroforezde LDH elektroforetik mobiliteleri birbirinden farklı, molekül ağırlıkları aynı olan beş fraksiyona ayrılır. Ġzoenzimler CK LDH iki tipi olan tetramerik bir enzim H (heart=kalp) M (muscle=kas) H4M3HM2H2MH3M4 olmak üzere 5 izoenzimi vardır iki tipi olan dimerik bir enzim B (brain=beyin) M (muscle=kas) Sitosolik: BB MB MM izoenzimleri ve Mitokondriyal CK izoenzimi olmak üzere 4 izoenzimi vardır ENZĠMLERE ETKĠ EDEN ETKENLER Enzim konsantrasyonu Substrat konsantrasyonu Temperatür pH Zaman Reaksiyon ürünleri Işık ve diğer fiziksel etkiler Hormonlar ve diğer maddeler Enzim konsantrasyonu Eğer pH ve sıcaklık uygunsa yeterli miktara substrat bulunan bir ortamda, enzim yoğunluğu arttıkça reaksiyon hızı da artar. Sınırlı miktarda substrat bulunan bir ortamda, enzim yoğunluğu artırılırsa reaksiyon bir süre devam eder ve sonra durur. Feed-back inhibisyon= Olumsuz ürün denetimi 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. Feed-back inhibisyon ile etkilenen enzimler allosterik enzim’lerdir. 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. Yolak işledikçe son ürün miktarı artar. Son ürün miktarı gereken 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. 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. Temperatür Enzimler protein yapılı olduğundan, proteinleri etkileyen sıcaklık değişimlerine duyarlıdırlar.Tepkime hızının yükselmesi, sıcaklıkla doğru 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. (Ġnsanda 36,5 °C ) pH 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 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. DÜZENLEYĠCĠ (REGÜLATÖR) ENZĠMLER Bazı enzimlerin katalitik fonksiyonlarının yanı sıra metabolizma reaksiyonlarını düzenleyici, kontrol edici etkileri vardır. Bu nedenle bu enzimler düzenleyici (regülatör) enzim olarak adlandırılır. Düzenleyici enzimlerin aktiviteleri sinyal verici moleküllerle düzenlenir. Bu enzimler; sinyal verici moleküllerle etkilenme şekillerine göre iki gruba ayrılır: 1) Allosterik enzimler (allo: diğer, başka; allosterik: başka yer) 2) Kovalan bağlanma ile etkilenen enzimler 1.ALLOSTERIK ENZIMLER Allosterik yer, reaksiyon ürünü, enzim proteini ile substratın birleştiği yerin dışında bir yerde birleşebilir. Bu yere allosterik yer adı verilir. Allosterik etki: Allosterik yere bağlanan madde enzimin etkili bölgesinde biçimsel bir değişiklik meydana 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. 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 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 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. HASTALIK TANISINDA ENZĠMLER Ġnsanlarda görülen hastalıkların tanı veya ayırıcı tanısının yapılması ve sağaltımın izlenmesinde enzimatik ölçümlerin uygulanması ile ilgilenen bilim dalı, klinik enzimoloji olarak adlandırılmaktadır. Hücresel enzimler çeĢitli nedenlerle hücre dıĢına çıkarlar: -Hücre membran hasarı -Hücre ölümü -Enzim üretiminde artış Klinik enzim ölçümleri Serum Ġdrar Gut sıvısı Plazma enzimleri 1. Fonksiyonal plazma enzimleri 2. Fonksiyonel olmayan plazma enzimleri 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 Substratı Substratlaı plazmada mevcut Substratları plazmada 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 AST, ALT, CK, alkalin fosfataz, asit fosfataz, lipaz Fonksiyonel olmayan enzim kaynakları 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. Enzim sentezinin artması, tıkayıcı karaciğer hastalığında alkalin fosfatın sentez hızı artar. Geçirgenliğin artması, hipoksik membranının geçirgenliği artar. durumlarda hücre Fonksiyonel olmayan enzimlerin tıptaki önemi nedir? 1. Hastalık tanısında, farklı organların hastalıkları farklı enzimlerin artıĢına sebep olur. 2. Hastalığın prognozunda, tedavi öncesi ve sonrası enzim düzeyleri farklılık gösterir. HASTALIK TANISINDA Önemli ENZĠMLER 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. Kreatin kinaz (CK) Kas distrofisinde, karaciğer hastalıklarında 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. ENZĠMLERĠN 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 örneği, hazım kolaylaĢtırıcı 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. ENZĠMLERĠN ECZACILIKTA KULLANIMI 1. 2. Bazı enzimler direk olarak ilaç olarak kullanılabilir Ya da Enzim inhibitörleri tedavi amaçlı kullanılabilir ENZĠMLERĠN ECZACILIKTA KULLANIMI 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 Ġlaç olarak kullanılan reversibl inhibitörler: Ġlacın adı Ġnhibe 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 Ġlaç olarak kullanılan Ġrreversibl inhibitörler Ġlacın adı Sulfanilamid Ġnhibe 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) Enzim Ġnhibisyonu Ġlaçlar 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 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. Mikroorganizmaların folik asid sentezi sırasında moleküle PABA yerine sülfanilamid girmesi Folik asid sentezi olmaz, mikroorganizma ölür Folik asid redüktaz 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. Monoamino oksidaz inhibitörleri 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 HMG-CoA redüktaz inhibitörleri (Örn. Lovastatin) kolesterol biosentezini inhibe ettiğinden hipolipidemik ve hipokolesterolemik olarak kullanılır. HO O O O H O H3 C C C HO O C - SCoA O HMG-CoA H3 C O H H CH3 H3 C Lovastatin CH3 MEVCUT STATINLER 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 Transpeptidaz inhibitörleri Bakterilerin hücre duvarlarının oluşmasında yer alan penta glisin köprüleri transpeptidaz adlı bir enzimin etkisiyle iki alanini birbirine bağlar. Alanil alanin yapısında olan penisilinler, kompetitif inhibisyonla bu enzimi inhibe ederler, bunun sonucunda bakterinin hücre duvarı parçalanır. Bakteri Hücre duvarı NAGA NAMA glu NAGA NAMA NAGA ala liz ala ala -ala transpeptidaz +pentaglisin (5 glisin) NAGA NAMA NAGA NAMA NAGA ala glu ala liz gli gli gli gli gli ala glu NAMA NAGA liz ala NAMA NAGA NAMA Bakteri hücre duvarının şematik yapısı. (NAGA=N-Asetil glukozamin; NAMA=N-Asetil muramik asid). ENZĠMLERĠN 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 Ġzomerazlar Ligazlar Her enzime, kısa ve günlük kullanıĢa elveriĢli bir “önerilmiĢ isim” katalizlediği reaksiyona göre “sistematik isim” uluslararası araĢtırma dergileri, özetler ve indekslerde yer alan doğru ve açık tanımını yapan “klasifikasyon numarası” verilmiĢtir. 2. Örnek: ATP + kreatin ADP + kreatin fosfat önerilmiĢ isim: kreatin kinaz sistematik isim: ATP : kreatin fosfotransferaz klasifikasyon numarası: 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. 1. OKSĠDOREDÜKTAZLAR Redoks tepkimelerini katalizlerler. Koenzimler (Donor-Akseptör) NADH, NADPH; FADH2 R-CH2OH + NAD+ (Primer Alkol) R-CHO + NADH+H+ (Aldehid) Enzim : EC.1.1.1.1, Alkol NAD+ oksidoredüktaz Oksidoredüktazların sınıflandırılması-1 1- >CHOH gruplarına, 2- –CHO veya >CO gruplarına, 3- >CH–CH gruplarına, 4- >CH–NH2 gruplarına, 5- –CH–NH– gruplarına, 6- NADH veya NADPH’a, 7- Diğer azotlu bileşiklere, 8- Sülfür gruplarına, 9- Hem gruplarına, 10- Difenollere ve bunlarla ilgili gruplara, 11- Akseptör olan bir peroksid üzerine etki eden, 12- Donör olan hidrojene etki eden oksidoredüktazlar vb. olmak üzere alt gruplara ayrılırlar. Oksidoredüktazların sınıflandırılması-2 1- Dehidrojenazlar ve sitokromlar a) Nikotinamid nukleotidli enzimler b) Flavin nukleotidli enzimler c) Fe3+ porfirinli enzimler (sitokromlar) d) Lipoatlı enzimler e) Kinonlu enzimler 2-Oksidazlar 3- Oksijenazlar olmak üzere de sınıflandırılabilir. 1- Dehidrojenazlar Özellikleri; -Hidrojen atomu (H+ + e-) taşır, -Diğer bir deyişle, dehidrojenasyon yaparlar. -Bir substrattan hidrojenin uzaklaşmasını kataliz eden enzimlerdir. Hava oksijeni ile doğrudan doğruya temasları yoktur. -Oksijen hidrojen alıcısı olarak davranmadığı için bu enzimler koenzimlere ihtiyaç duyarlar. -Koenzim hidrojen alarak indirgenir ve daha sonra hidrojenlerini substrata vererek tekrar yükseltgenmiş duruma geçer. Dehidrojenaz sınıfı enzim grupları ÖRNEK Taşıdığı grup Nikotinamid nukleotidli oksidoredüktazlar Gliserol fosfat dehidrojenaz Laktat dehidrojenaz (Glikoliz) Malat dehidrojenaz L-Glutamat dehidrojenaz NADP’li: Glukoz-6-fosfat dehid. hidrojen atomu (H+ + e-) Flavin nukleotidli enzimler Suksinat dehidrojenaz (TCA) Kolin dehidrojenaz Açil CoA dehidrojenaz hidrojen atomu (H+ + e-) Sitokromlar (Fe3+ porfirinli enzimler), Sitokrom a ve sitokrom a3, Sit b, c1, c sadece elektron taşırlar mitokondride; sit P450 ve sit b5 endoplazmik retikulumda bulunur. Lipoatlı enzimler Dihidrolipoil asetil transferaz Dihidrolipoil süksiniltransferaz Kinonlu enzimler Koenzim Q 2H+ +2 e(α-keto asidlerin dekarboksilasyonu) Nikotinamid nukleotidli dehidrojenazlar Trigliserid biosentezi Glikoliz TCA Pentoz fosfat yolu Flavin nukleotidli enzimler TCA Β-oksidasyon Lipoatlı enzimler Kinonlu enzimler 2- Oksidazlar, Bir substrattan elektronların (veya hidrojenlerin) taĢıyıcı olan kofaktörleri aracılığıyla H2O veya H2O2 teĢkil etmek üzere oksijene aktarılmasını kataliz eden enzimlerdir. Vücuttaki oksidasyon reaksiyonları sırasında bazen peroksid bazen de superoksid radikalleri oluşur, bunlar toksik radikallerdir. Bu radikallerin zehirsizleştirme reaksiyonlarını oksidazlar katalizler: Örn Zehirsizleştirme reax. Katalaz peroksid radikalini zehirsizleştirir Peroksidaz peroksid radikalini zehirsizleştirir Superoksid dismutaz superoksid radikalini zehirsizleştirir. Glutation peroksidaz peroksid radikalini zehirsizleştirir (Bkz. Glutation). Oksidazlar içerdikleri kofaktöre göre de alt-alt sınıflara ayrılırlar: 1. Bakırlı oksidazlar (askorbat oksidaz, ürat oksidaz) 2. Demir-porfirinli oksidazlar (katalaz, peroksidazlar, sitokrom oksidaz) 3. Flavin nukleotidli oksidazlar (L-amino asid ve D-amino asid oksidazlar, ksantin oksidaz, Monoamin oksidaz, Diamin oksidaz) Bazı oksidazlar amino asid metabolizmasında etkilidir: L- amino asid oksidazlar (kofaktörü FMN): L-amino asidlerin oksidatif dezaminasyonunu katalizler. D- amino asid oksidazlar (kofaktörü FAD): D-amino asidlerin oksidatif dezaminasyonunu katalizler. (Ġnsan organizmasında L-amino asidler bulunur.) 3- Oksijenazlar Organik bir substrata oksijen girmesini kataliz eden enzimlerdir. 2 alt sınıfa ayrılırlar: a) Dioksijenazlar b) Monooksijenazlar (hidroksilazlar) a) Dioksijenazlar Bir oksijen molekülünün her iki atomunun substrat molekülüne girmesini kataliz ederler. Ġki oksijen atomu aromatik halkadaki C=C (çift bağlı karbon atomlarına) bağına iştirak eden karbonlara girerse halka açılması meydana gelir. Örneğin triptofan-2,3-dioksijenaz. b) Monooksijenazlar (Hidroksilazlar): Substrata, oksijen molekülünün 2 oksijen atomundan birinin hidroksil (-OH) grubu halinde girmesini kataliz ederler. Diğer oksijen atomu genellikle suya indirgenir, bu atomun suya indirgenebilmesi için başka bir indirgen faktör gereklidir. Ġndirgen faktörler: Ubikinon, glutation, Fe2+-2-oksoglutarik asid, askorbat, NADH, NADPH Örneğin fenilalanin-4-monooksijenaz. Örn. Fenilalanin-4-monooksijenaz, Kinürenin-3-monooksijenaz, Tirozin-3-monooksijenaz, Prolin monooksijenaz, Lizin monooksijenaz, steroid monooksijenaz Enzim sistemleri halinde iĢlev yapan Monooksijenazlar Örneğin sitokrom b5 (sit b5), doymuş yağ asidlerinin doymamış şekle dönüştürülmesinde görev yapan monooksijenaz enzim sisteminde rol alır. sitokrom P450 (sit P450), steroid maddelerin biosentezindeki hidroksilasyon reaksiyonlarıyla ksenobiyotiklerin metabolizmasındaki (ilaç ve toksik maddelerin zehirsizleştirilmesinde) hidroksilasyon reaksiyonlarında (Faz I) yer alan monooksijenaz enzim sisteminde vardır. Sit b5 ve sit P450 ile katalizlenen reaksiyonlar karaciğerin düz yüzeyli endoplazmik retikulumunda gerçekleşir. 2. TRANSFERAZLAR 1-Tek karbonlu gruplarını aktaran, 2- Aldehit veya keton gruplarını aktaran (Trasaldolaz, transketolaz), 3- Açil gruplarını aktaran (Asetil açil transferazlar), 4- Glikozil gruplarını aktaran (Glikojen sentetaz), 5- Azotlu grupları aktaran (Glutamat okzalasetat transaminaz, Glutamat piruvat transaminaz) 6- Fosfotrasferazlar Fosfomutazlar; fosfoglukomutaz Fosfokinazlar; Glikokinaz, fruktokinaz, galaktokinaz 7- Kükürt içeren grupları, 8- Selenyum içeren grupları aktaran enzimler olmak üzere çeşitli alt sınıflara ayrılırlar. Enzim Aktarılan grup Örnek Transaçilazlar, asetil veya açil gruplarını asetil-CoA açiltransferaz Transaminazlar, transaminasyon (amino gruplarının aktarılmasını) Glutamat okzalasetat transaminaz ve Glutamat piruvat transaminaz Fosfotransferazlar, fosfokinazlar fosfat grubu Glukokinaz, fruktokinaz, fosfoglukomutaz 3. HĠDROLAZLAR Hidroliz reaksiyonlarını (suyun H+ ve OH- iyonları yardımıyla moleküllerin yıkılmasıdır) kataliz ederler. 1- Ester bağlarına, a. Karboksiesterazlar (Lipaz, Kolesterol esteraz) b. Tiolesterhidrolazlar (asetil CoA hidrolaz, Süksünil CoA hidrolaz) c. Fosfotazlar (fosfomonoesterazlar, fosfodiesterazlar) d. Sülfatazlar 2- Glikozil bileşiklerine, a. O-glikozil bileşiklerine etki eden α-glikozidaz, β-galaktozidaz β-D-fruktofuranozid fruktohidrolaz β-glukoronidaz, oligodekstrin-6-glokanohidrolaz, α-amilaz, hiyaluronidaz, heparinaz b. N-glikozil bileşiklerine etki eden Nükleozidaz c. S-glikozil bileşiklerine etki eden 3- Peptid bağlarına, Karboksipeptidaz A ve B Pepsin Rennin Tripsin Kimotripsin Katepsinler Trombin 4- Diğer C–N bağlarına, Üreaz, Glutaminaz, Asparaginaz, Arginaz 5- Asid anhidrid bağlarına, ATP fosfohidrolaz Karbohidratların, lipidlerin ve proteinlerin sindirimi sırasında mide-bağırsak sisteminde (gastrointestinal sistemde) hidrolazlar yer alır. Glikozidlerin, oligo- ve polisakkaridlerin glikozid bağlarını hidroliz eden enzimlere glikozidaz’lar denir. Enzim Oligo, polisakkarid Bağ -Glukozidaz maltoz Glikozid bağı -Galaktozidaz laktoz Glikozid bağı -D-Fruktofuranozid sakkaroz Glikozid bağı nişasta Glikozid bağı fruktohidrolaz -Amilaz Proteinlerin sindirimi sırasında etkili hidrolazlar Örn. Tripsin, kimotripsin, pepsin peptid bağlarını hidroliz eden enzimlerdir. Lipidlerin sindirimi sırasında ester bağlarına etkili hidrolazlar Örn. Lipaz Rennin (labferment, kimozin): Kazeindeki peptid bağlarını hidroliz ederek süt kazeinini çöktürür. Bu enzim bebeklerin mide özsuyunda bulunur, bebeklerin sütten beslenmelerini sağlar. Fosfataz’lar, fosfat bağlarını hidroliz eden hidrolazlardır. H2O Pi ADP ATP ATP fosfohidrolaz H2O Pi Glukoz-6-P Glukoz glukoz-6-fosfataz 4. LĠYAZLAR Liyazlar, bir organik moleküldeki grupların hidrolitik veya oksidatif olmayarak ayrılmasını kataliz ederler 1- C–C liyazlar, a. Karboksi liyazlar Piruvat dekarboksilaz 2-oksoglutarat dekarboksilaz α-aminoasid dekarboksilazlar tirozin, histidin, DOPA dekarboksilaz b. Aldehit Liyazlar Fruktoz-1,6- difosfat D gliseraldehit-3-fosfat- liyaz c. Keto asid liyazlar Sitrat okzalasetat liyaz (Sekil) 2- C–O liyazlar, Karbonik anhidraz Fumarat hidrataz 3- C–N liyazlar, Arginino süksinat liyaz 4- C–S liyazlar, 5- C–halojen liyazlar, 6- P–O liyazlar, 7- Diğer liyazlar Örn. (Keto asid liyaz) Sitrat oksalasetat liyaz sitrattan oksalasetatın ayrılmasını kataliz eder. H2C - COOH sitrat okzalasetat liyaz O = C - COOH HO - C - COOH H2C - COOH H2C - COOH + CH3 - CO ~ SCoA Asetil-CoA Okzalasetat Sitrat Dekarboksilazlar (molekülden CO2 ayrılmasını katalizleyen enzimler) da liyazlar sınıfına girerler. Örn. Tirozin dekarboksilaz. 5. ĠZOMERAZLAR Ġzomerazlar, substratın molekül içi değişiklerini kataliz ederler 1- Rasemazlar 2- Epimerazlar, 3- Cis-trans izomerazlar, Epimerazlar, epimer şekerleri birbirine dönüştüren izomerazlardır. Organizmaya gıdalarla alınan monosakkaridlerin hepsi karaciğerde glukoza dönüşür. Örn. Galaktozun karaciğerde glukoza dönüşmesi bir epimerazın katalitik etkisiyle olur. 6. LĠGAZLAR Ligazlar, iki molekülün birleşmesini kataliz ederler. Bu birleşme için gerekli enerji ATP, ADP gibi yüksek enerjili fosfat bileşiklerinden sağlanır. Ligazlar, 1- C–O ligazlar (Amino asid-RNA ligaz), 2- C–S ligazlar (Asetil CoA sentetaz, Açil CoA sentetaz), 3- C–N ligazlar (Asparagin sentetaz, Glutatyon sentetaz), 4- C–C ligazlar (piruvat karboksilaz, Asetil CoA karboksilaz), 5- Fosfat-ester (DNA LĠGAZ) 6- N–metal bağlarını oluşturan enzimler olmak üzere alt sınıflara ayrılırlar. Karboksilazlar, moleküle karbondioksid katan, diğer bir deyişle –COOH grubu oluşturan enzimlerdir. Karboksilazların kofaktörü biotin’dir. Örn. Piruvat karboksilaz, asetil-CoA karboksilaz 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. Ġzomerazlar • rasemazlar • epimerazlar • izomerazlar • mutazlar 3. Hidrolazlar • esterazlar • glikozidazlar • peptidazlar • fosfatazlar • tiyolazlar • fosfolipazlar • amidazlar • deaminazlar • ribonükleazlar 6. Ligazlar • sentetazlar • karboksilazlar
