ENZİMLERİN GENEL ÖZELLİKLERİ

Enzimlerin
Genel
Özellikleri
Dr. G. Eskandari
Sağlık Slaytları
http://hastaneciyiz.blogspot.com
Amaç
 Enzimler hakkında bilgi sahibi olmak
Öğrenim hedefleri
Dönem I öğrencileri bu dersin sonunda
1. Enzimin biyolojik sistemlerde nasıl bir işlevi
olduğunu tanımlayabilecek,
2. Enzim yapısını tanımlayabilecek,
3. Enzim substrat birleşmesinin nasıl
gerçekleştiğini açıklayabilecek,
4. Enzim sınıflamasını sayabilecek,
5. Hangi sınıf enzimin hangi tip reaksiyonu
gerçekleştirdiğini açıklayabilecek,
6. Enzim isimlendirmesinin nasıl yapıldığının
farkında olabilecektir.
Yaşam için iki temel koşul var
Yaşayan varlık;
 Kendi kopyasını yapabilmeli
 Kimyasal tepkimeleri katalizleyebilmeli
(yeterli-seçici)
S
a
ğ
l
ı
k
S
l
a
y
t
l
a
r
ı
Enzimler
 Biyolojik reaksiyonları katalizler ve
hızlandırır
 Hemen hepsi protein yapısında
 Substratlarına spesifikler
 Aktif bölgeleri var
 Metabolik yolları düzenleyerek kontrol
ederler
 Reaksiyon sonunda değişmezler
Enzimler biyolojik reaksiyonları
katalizler ve hızlandırırlar
 Kimyasal reaksiyonların başlaması ve
hızlanmasını sağlayan maddelere katalizör
denir
 Enzimler; çok az miktarları ve üstün
katalitik güçleri ile biyolojik sistemlerdeki
kimyasal reaksiyonları hızlandıran
katalizörler
 Reaksiyonları 106 - 1012 kat hızlandırırlar
Enzim
Turnover sayısı (sn-1)
Karbonik anhidraz
600 000
Katalaz
80 000
Asetil kolinesteraz
25 000
Trioz fosfat izomeraz
4 400
300
-amilaz
Laktat dehidrogenaz
200
Kimotripsin
100
Aldolaz
11
Lizozim
0.5
Fruktoz 2,6-bifosfataz
0.1
 A→B tepkimesi için
enerji değişimlerini
gösteren tepkime
koordinat diagramı
 Hem ileri hem de geri
tepkimeler için
başlangıç noktası
zemin durumu olarak
adlandırılır
 Tepkimenin dengesi A
ve B’nin zemin
durumunun serbest
enerjilerindeki
farklılığı yansıtır
A
B
 B’nin zemin durumu
serbest enerjisi
A’nınkinden daha
düşüktür, böylece bu
tepkime için standart
serbest enerji
değişimi(∆G) negatiftir ve
denge A→B yönünü tercih
eder
 Ancak tercih edilen denge
A→B tepkimesinin
istenen hızda
gerçekleşeceği anlamına
gelmez
A
B
 Reaksiyonların önünde bir
enerji engeli var
 Aktivasyon Enerjisi: Belli
ısıda, 1 mol maddenin bütün
moleküllerini enerji
bariyerinin geçiş durumuna
getirebilmek için gerekli
kalori cinsinden enerji
miktarı
 Eğer moleküller enerji
bariyerini aşarlarsa ürüne
dönüşürler, aşamazlarsa
geriye dönerler
A
B
 Enzimler; reaksiyonun hızını artırmak için bu
enerji engelini azaltırlar
 Tepkimenin dengesi yani yönü herhangi bir
katalizörden etkilenmezken hızı katalizörlerden
etkilenir
Enzimler protein yapıda
 Katalitik etkili bazı RNA molekülleri
(Ribozimler) dışında bütün enzimler protein
 Katalitik aktiviteleri, doğal protein
konformasyonuna bağlı
 Enzimler denatüre olursa veya alt birimlerine
ayrılırsa katalitik aktiviteleri kaybolur
“enzimlerin primer, sekonder, tersiyer ve
quarterner yapısı katalitik aktivite için esas”
Substrat spesifikliği
 Enzim-katalizörlüğündeki reaksiyonlar ürün ve
substrat spesifitesi gösterir
 Substrat özgünlüğü, substrat bağlama
bölgesindeki amino asidlerin yapısı, yükleri,
polarite ya da hidrofobisiteleriyle belirlenir
 Spesifite, enzimden enzime değişebilir
 Bazı enzimler mutlak spesifite gösterirler
• Glukokinaz, ATP’den fosfatı sadece glukoza
transfer eder, diğer hekzoslarla
reaksiyona girmez
Bazı enzimler de grup spesifitesi gösterir
• Alkol dehidrogenazlar, alkollerin
oksidasyonunu kataliz edern(Etanol,
Metanol)
• Hekzokinaz, ATP’den fosfatı hekzoslara
transfer edern(Glukoz, Fruktoz, Galaktoz)
• Tripsin birçok protein ve peptidde, peptid
bağlarını parçalar
Aktif bölgesi var
 Primer yapıda farklı sıralardaki aminoasitler
katlanma, bükülme ve kırılmalar sonucu bir
araya gelerek aktif bölgeyi yapar
 Aktif bölge hem polar hem de nonpolar aa’ler
içerebilir (en çok Lizin, Histidin, Aspartat,
Glutamat, Serin, Sistein görülür)
Aktif bölgenin iki önemli fonksiyonu var;
substrat bağlama ve katalitik fonksiyon
Enzim-Substrat bağlanması
unlaştırma (induced fit) modeli; Bugün
enzimlerin esnek yapıda oldukları, serbest
ve substrat bağlı yapılarının farklı olduğu
gösterilmiştir.
Enzim-substrat bağlanması
 Substratın enzime bağlanması ile enzimde
konformasyonel değişiklik olur
 Enzim substratla bağlandıktan sonra spesifik
katalitik gruplar katalizi gerçekleştirir
 Bu anlamda en iyi bilinen mekanizmalar asidbaz katalizi, kovalent kataliz ve metal iyon
katalizi
Metabolik yolların düzenlenmesinde
kontrol edilirler
 Aktiviteleri uyarılara ya da metabolik
gereksinime göre ayarlanabilen enzimlere
regülatuvar enzimler denir
 Bu enzimler üzerinden yer aldıkları metabolik
yolak düzenlenebilir
 Bazı enzimler kademeli birçok reaksiyonu
kataliz edebilir (Multi enzim sistemi) (ör. yağ
asidi sentaz enzim kompleksi)
Bazı enzimler kofaktörlere
gereksinim duyar
 Enzimler kolaylıkla, asit-baz reaksiyonlarına
katılarak, geçici bağlar oluşturarak bir çok
reaksiyonu katalizleyebilirler
 Ancak oksidasyon-redüksiyon reaksiyonları
ve çoğu grup transferi reaksiyonlarını
kofaktör denen bazı küçük moleküller
aracılığıyla katalize edebilirler
Kofaktörler
• Cu+2, Fe+3, Zn+2, Mg+2 gibi metal iyonları
olabileceği gibi
• koenzim olarak bilinen organik moleküller de
olabilir.
 Bazı kofaktörler bir enzim ile geçici olarak
ilişki kurar ve kosubstrat olarak işlev görür
 Bazı kofaktörler ise enzime sıklıkla kovalent
bağla olmak üzere sıkıca bağlıdır ve bunlara
prostetik grup denir
 Holoenzim: Apoenzim + Kofaktör
– Katalitik olarak aktif, enzim-kofaktör kompleksi
 Holoenzimin kofaktörünün ayrılması ile oluşan
enzimatik olarak inaktif protein apoenzim
olarak adlandırılır
 Koenzim ve Metal iyonları ısıya dayanıklı
oldukları halde apoenzim ısı ile denatüre olur
Metal iyonu kofaktörler
 Genellikle enzime veya koenzime bağlanırlar
 Bir katalitik merkez oluşturarak substrat ile
enzimi birbirine bağlarlar
 Metallere gereksinim duyan enzimlere
metalloenzimler denir
Koenzimler
 Substratın özgül işlevsel gruplarının
taşıyıcısı olarak görev yaparlar
 Katıldıkları reaksiyon sırasında değişirler
 Prostetik gruplar o enzimatik reaksiyon
dizisinin bir evresinde, kosubstratlar ise
farklı bir enzimatik reaksiyonla rejenere
olur
 Koenzimler çoğunlukla diyette küçük
miktarlarda bulunan vitaminlerden türer
 Organizma tarafından üretilemedikleri için
esansiyeller
Enzimlerde
Sınıflama ve İsimlendirme
Klasik isimlendirme
• Birçok enzim, aktivitesini tarif eden deyim,
kelime ya da substrat adına (–az) eki
eklenerek isimlendirilir
• Üreaz; Üre hidrolizi
• DNA Polimeraz; DNA oluşturmak üzere
nükleotidlerin polimerleşmesi
• Bazı enzimler ise işlevi ve substratından
bağımsız olarak isimlendirilmiş
• Pepsin
• Tripsin
Enzimler katalizledikleri tepkime
tipine göre sınıflandırılır
 Uluslar arası enzim komisyonu enzimlerin
sistematik fonksiyonel sınıflandırması ve
adlandırılmasına ilişkin bir şema geliştirmiş
 Bu sistem ile enzimler katalizledikleri tepkime
tipi esas alınarak 6 temel gruba ayrılmış
 Her enzime katalizlediği tepkimeyi tanımlayan
4 sayıdan oluşan sınıflandırma numarası ve
sistematik bir isim verilmiş
Enzimler
1. Oksidoredüktazlar
2. Transferazlar
3. Hidrolazlar
4. Liyazlar
5. İzomerazlar
6. Ligazlar
ATP + Glukoz → ADP + Glukoz 6-Fosfat
 Heksokinaz
 ATP:glukoz fosfotransferaz
 EC.2.7.1.1
(2): Transferaz
(7): Fosfat transferi
(1): -OH grubunun alıcı olduğu
(1): fosforil grubu alıcısının glukoz olduğu
 Laktat Dehidrogenaz
 Laktat: NAD oxidoredüktaz
 EC.1.1.1.27
(1): Oksidoredüktaz
(1): Bir alkol grubunun H verici olduğunu
(1): NAD+ nin H alıcısı olduğunu
(27): Özel seri numarası
Oxidoredüktazlar




Elektron transferi (hidrit iyonları ve H
atomları) ve moleküler oksijen katılım
reaksiyonlarını katalizler
Dehidrogenazlar, Oksijenazlar, Peroksidaz bu
grupta
2. rakam: H veya e- vericisi grubu tanımlar
3. rakam: Alıcı grubu tanımlar
 Dehidrogenazlar en yaygın oksidoredüktazlar
 Bir substrat ve bir koenzim (NAD, NADP,
FAD, FMN) arasında hidrojen transferi
 Oksijenazlar substrat olarak moleküler
oksijeni kullanır
 Çoğu hidroksilazlar monooksijenaz
 Peroksidazlar substrat olarak hidrojen
peroksit veya organik bir peroksidi kullanır
Transferazlar
 Bir fonksiyonel grubu bir bileşikten diğerine
transfer (amino, karboksil, karbonil, metil,
açil, glikozil, fosforil)
 Kinazlar, Fosforilazlar, Transaminazlar gibi.
 2. rakam transfer olan grubu tanımlar (C
transferi)
 3. rakam ise ayrıntılı grup transferini gösterir
(CH3 transferi)
Hidrolazlar
 Bir karbon atomu ile bir başka atom arasındaki bağı
su ekleyerek kıran, hidroliz eden enzimler
 Sindirim enzimleri ve lizozomal enzimler gibi
 Substratlarına göre gruplandırılır (peptidazlar,
esterazlar, lipazlar, fosfolipazlar, glikozidazlar,
fosfatazlar gibi).
 2. rakam hidrolize olan bağı tanımlar (ester, peptid
bağı gibi)
 3. rakam ise hidrolize olan bağı ayrıntılı tanımlar
(karboksilikester, tiolester gibi)
Liyazlar






Substrattaki bir grubun, hidrolitik olmayan,
bir çift bağ oluşturarak ayrılmasını
katalizler
Çift bağlara grupların ilavesi ve yer
değiştirmesiyle çift bağların oluşması
Bu enzimler sıklıkla synthase (sentaz)
olarak adlandırılır
Karbon-karbon, karbon-sülfür ve karbonazot bağı kırılmasını katalizler
2. rakam kırılan bağı tanımlar (C-C, C-O, CS, C-N)
3. rakam uzaklaştırılan grubu tanımlar
(Karboksil, Aldehid, Ketoasid gibi)
İzomerazlar




Pozisyonal, geometrik ya da optik izomerlerin
birbirine dönüşümü ve molekül içi grup
transferi
Epimeraz, Rasemaz, Mutaz gibi
2. rakam reaksiyon tipini tanımlar
(epimerizasyon, cis-trans izomerizasyon gibi)
3. rakam izomerizasyona giden molekülü
tanımlar (amino asid, karbonhidrat gibi)
Ligazlar




ATP den sağlanan enerjiyle, karbon atomu ile
oksijen, kükürt, azot gibi atomlar arasında bağ
oluşumu
Sentetazlar olarak bilinirler
2. rakam hangi atomlar arasında bağ kurulduğunu
tanımlar (C-O, C-S, C-N, C-C)
3. rakam oluşan bağ tipini tanımlar
Aşağıdakilerden hangisi enzimlerin genel
özelliklerinden değildir?
a)
b)
c)
d)
e)
Ribozimler dışında protein yapıdadırlar.
Biyolojik reaksiyonların hızını arttırırlar.
Reaksiyon sonunda değişime uğrayabilirler.
Substrat özgünlüğü gösterirler.
Reaksiyonu gerçekleştiren aktif bölgeleri
vardır.
Sağlık Slaytları
http://hastaneciyiz.blogspot.com