Enzimler

Cenk Önsoy

Yazarın şu ana kadar yazılmış 1432 makalesi bulunuyor.
Enzimler
Enzimler

Enzimler canlı hücreler tarafından sentez edilen, fakat invitro olarak da etkinlik gösteren ve biyokimyasal reaksiyonları özgüllükle katalize eden, özel yapı kazanmış protein moleküller olarak tanımlanmaktadır. Katalitik RNA moleküllerinin küçük bir grubu hariç bütün enzimler proteindirler. Enzimlerin etki ettiği madde karışımına substrat denir. Başka bir deyimle bir enzim etkisi altında biçim değiştiren maddeye substrat elde edilen maddeye de ürün denir.

Canlılık olayları enzimler sayesinde düzenlenmekte ve yaşam devam etmektedir. Enzimler olağanüstü katalitik aktiviteye sahip moleküllerdir. Örneğin; Karbonik anhidraz C enzimi dakikada 36 milyon molekülü değişikliğe uğratmaktadır. Enzimler substratlarına karşı oldukça özgül davranmakta ve bir molekülün ancak belirli bir kısmına etki ederek bu bölgeden bir veya birkaç atomu veya fonksiyonel bir grubu almakta veya ilave etmektedir.

Günümüzde enzimler hala bilimsel araştırma konularının çoğunluğunu oluşturmaktadırlar. Hastalıkların teşhisinde bir yardımcı olarak incelenirlerken, etkilerinin çok seçici olması nedeniyle analitik reaktif olarak çok değerlidirler. Enzimlerin endüstriyel kullanımı da oldukça yaygındır. Enzimler bugün hücreden çıkmış günlük hayata girmiştir. Ekmek, bira, peynir vb. besinlerin üretiminden, temizlik alanında, biyolojik savaşta da yer almaktadır.

Enzimlerin Yapısı

Enzimler polipepdit zincirler halinde sentezlenmektedir. Ancak, enzimin aktivite kazanabilmesi için polipepdidin sekunder, tersiyer ve bazı hallerde de kuarterner yapı kazanması gerekmektedir. Enzimi oluşturan polipepdit zincirinin primer yapısı, bu enzimin sentezinden sorumlu olan genler tarafından tayin edilmektedir. Eğer enzim tek polipepdit zincirden meydana gelmiş ve bir tek monomerden oluşmuş ise tersiyer yapıdan sonra enzim tamamen aktiftir. İki veya daha fazla monomerden veya subüniteden meydana gelmiş olan enzim moleküllerinin alt birimleri aktivite gösterebilmek için daha üst yapılar meydana getirmek üzere belli bir düzen dahilinde bir araya gelmek zorundadır. Bu yapı şekli kuaterner yapıdır. Enzim molekülleri genellikle iki yada daha fazla monomerden oluştukları için kuarterner yapıdadırlar. Ribonükleaz 1, hekzokinaz 2, adenilat kinaz 3, laktat dehidrogenaz 4, glutamin sentetaz 12 ve piruvat dehidrogenaz kompleksinde 72 subünite bulunmaktadır. Enzim proteinindeki amino asitlerin özel dizilişi enzimin özel bir konformasyon ve kuarterner yapıyı kazanmasında en önemli rolü oynamakatadır.

Bazı enzimler (pepsin, tripsin, kimotripsin) yalnız amino asitlerin birbirlerine eklenmesi ile meydana gelen proteinlerden oluşmuştur. Bunlarda aminoasitler dışında başka yapı taşı bulunmaz. Diğer bazı enzimler ise aminoasitlerden başka grupları da ihtiva etmektedirler. Enzimlerin yapısında yer alan ve aktivite göstermeleri için mutlaka gerekli olan, ancak protein yapısında bulunmayan, genellikle metal iyonlarondan oluşan yan gruplara ‘Kofaktör’ adı verilmektedir. Sitokrom oksidaz Cu2+, DNA-polimeraz Zn2+, Üreaz Ni2+’e kofaktör olarak ihtiyaç duymaktadır.

Çoğu enzim kendi substratlarını ancak özgül, ısıya dayanıklı, düşük molekül ağırlıklı bir organik molekülün varlığında etkileyebilirler. Enzimlerin aktivite göstermek için ihtiyaç duydukları kompleks organik moleküllere de ‘Koenzim’ denilmektedir. Örneğin: Süksinik dehidrogenaz FAD’e, piruvat karboksilaz biyotin’e, GOT pridoksal fosfata itiyaç duymaktadır. B grubu vitaminler koenzim olarak rol oynamaktadır. Bu nedenle vitaminler organizmada son derece önemli maddelerdir.

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.

Koenzimler spesifik atomların veya fonksiyonel grupların transfer edilmesinde önemli rol oynamaktadır. Koenzimler, çoğu zaman ikinci bir substrat gibi davranırlar. Bu nedenle, bu tür koenzimlere Kosubstrat’da denir. örneğin, oksidoredüksiyon reaksiyonlarında (dehidrogenaz reaksiyonlarında) yer alan NAD ve NADP kosubstrat olarak davranır. Bir molekül substrat oksitlenirken bir molekül koenzim redüklenir.

Bazı hallerde enzim aktivitesi için hem kofaktöre ve hem de koenzime ihtiyaç duyulabilir. Kofaktörler genellikle ısıya dayanıklıdır.

Kofaktör ve koenzimler enzimlere kovalan yada kovalan olmayan şekilde bağlanabilirler. Bunlar enzime kovalan bir şekilde bağlanmışlar ise genellikle diyalizle bunları enzimden ayırmak mümkün olmaz. Enzime kovalan olarak bağlanan ve protein yapısında olmayan bu gruplar prostetik grup olarak adlandırılmıştır.

Kofaktör yada koenzimin bağlanmadığı enzime ‘Apoenzim’ denir. Apoenzim kendi başına katalitik aktivite gösteremez. Ancak kofaktör, koenzim yada herikisi ile birleştiğinde katalitik aktivite gösterebilir. Kofaktör ve/veya koenzimle birleşmiş halde olan, yani katalitik aktivitesi tam olan enzime ‘holoenzim’ denir. Enzimin özelliği ve özgüllüğü (spesifikliği) apoenzime bağlı olduğundan koenzimi aynı olan fakat etkileri farklı olan pek çok enzim vardır.

Enzim üzerinde, apoenzimi oluşturan aminoasitlerin özel gruplaşmaları ile oluşan, substratın bağlanması için gerekli üç boyutlu bölgeye enzimin ‘aktif yeri’, ‘aktif merkezi’ denir. Aktif merkezda sadece aminoasitler değil çeşitli kofaktör ve koenzimler de yer almaktadır. Örneğin katalaz enziminin aktif merkezinde demir bulunmaktadır.

Enzimlerin bir kısmı inaktif prekürsörler olarak sentezlenirler. Daha sonra bu proteinde bir veya birkaç pepdit bağının koparılması ile enzim aktif hale dönüşmektedir. Bu inaktif enzimlere ‘zimojen’ (proenzim) denir. Zimojenleri aktifleştiren enzimler kinaz’lardır.

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.

Sıralı şekilde birbiri ardısıra faaliyet gösteren enzimler topluluğu multi-enzim kompleksi adını alır. Bu enzimler en iyi örnekleri bakteriel dokuların keto asit dehidrogenazları ve hayvansal ve maya hücrelerinin yağ asitleri sentetazıdır. Bu sistemde 1. enzimin ürünü 2. enzim için substrat olur ve reaksiyon devam eder.

Birçok enzim hücre içerisindeki spesifik organellerde lokalizedir. Bu lokalizasyon şekli bir reaksiyonun substrat veya ürününün diğer reaksiyonlardan ayırdedilmesini sağlar, reaksiyon için uygun ortamı sağlar ve hücredeki binlerce enzim değişik amaçlara uygun bir şekilde organize edilmiş olur.

Enzimlerin Adlandırılması ve Sınıflandırılması

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.

Çok eskiden beri bilinen enzimler hala orjinal isimleri ile tanınmaktdır. Bu enzimlerin isimlendirilmesinde -in hecesi ile sonlanan isimler verilmiştir; pepsin, tripsin, pityalin gibi. İsimlendirmede enzimin etki ettiği substratın tipinin esas alınıp bunun sonuna “-ase” (az) veya “lytic” (-litik) takısı getirilmiştir. Yağları parçalayan lipaz (lipolitik enzim), nişastayı parçalayan amilaz (amilolitik enzim) veya proteinleri parçalayan proteaz (proteolitik enzim) gibi. Bazen enzimin kaynağı da belirtilerek pankreatik lipaz, mide salgısının proteolitik enzimi gibi detaylı isimler de verilebilir.

Enzim adları ile genellikle içerdikleri substratlar belirtilmiştir. Laktaz, bir disakkarit olan laktozu onun bileşenleri olan monosakkaritlere glukoz ve galaktoza hidroliz eder. Ancak, laktaz ismi ilgisiz bir kısaltmadır. Doğrusu laktozazdır. Laktaz kulağa hoş geldiği için kullanılmıştır.

Yeni bir enzim karakterize edildiğinde, değişik bir reaksiyonu kataliz eden bir enzim ile aynı adı almamasını sağlamak için, büyük bir dikkat gerektiğini söylemeye gerek yoktur. Pek çok enzimin adı substratı ve katalizlenen reaksiyonun doğasını da açıklar. Örneğin, malat dehidrojenaz tarafından katalizlenen reaksiyon hakkında çok az belirsizlik vardır: Bu enzim, oksaloasetat oluşturmak üzere malattan hidrojenin uzaklaştırılmasını sağlar. Ancak pek çok enzim gibi, malat dehidrojenaz birden çok isimle bilinmektedir.

Böylece isimlendirmedeki uyumun yok olması ve bilinen enzimlerin sayısının hızla artması nedeniyle, enzimlerin adlandırılması ve sınıflandırılması için sistematik bir yola olan gereksinimi ortaya çıkarmıştır. Uluslararası Biyokimya Birliği (International Union of Biochemistry) tarafından kurulan bir komisyonun 1964 yılında yayınladığı ve 1972, 1978 ve 1984 yıllarında gözden geçirdiği rapor, günümüzde kabul edilen sistemin temelini oluşturur.

Enzim Komisyonunun Sınıflandırma Sistemi

Enzim komisyonu, enzimleri katalizledikleri tüm tepkime temelinde 6 ana sınıfa ayırmıştır. Her enzim noktalarla ayrılan ve 4 birimden oluşan bir kod numarası ile belirtilmiştir. Birinci basamak, aşağıda gösterildiği gibi enzimin ait olduğu ana sınıfı gösterir. Enzim s ınıfı ve katalizlenen tepkimenin t ürü aşağıdaki gibidir.

1 – Oksidoredüktazlar : Yükseltgenme/indirgenme tepkimeleri

2 – Transferazlar : İki molekül arasında bir atom veya grubun transferi (diğer sınıflardaki tepkimeler hariç)

3 – Hidrolazlar : Hidroliz tepkimeleri

4 – Liyazlar : Substrattan bir grubun ayrılması (hidroliz dışında)

5 – İzomerazlar : İzomerizasyon tepkimeleri

6 – Ligazlar : İki molekülün sentezle birleşmesi eşliğinde

Kod numarasındaki ikinci ve üçüncü basamaklar, katalizlenen tepkimenin türünü tanımlar. Bunun genel bir kuralı yoktur; çünkü her ana sınıf için bu basamakların anlamı ayrı ayrı tanımlanmıştır. Enzimler aynı olmayan; fakat çok benzer tepkimeleri katalizlerler; örneğin, farklı karboksilik asit esterlerinin hidrolizinde kodlardaki ilk üç basamak aynı olacaktır. Bu yönteminde en son numara isa enzimin kendi numarasını gösterir. Yani, dördüncü basamakta gerçek substrat tanımlanarak, örneğin, gerçek karboksilik asit esteri hidrolizlenerek aralarından ayrılır.

Ancak aynı tepkimeleri katalizleyen farklı enzimler olan izoenzimlerin dört sınıflandırma şeklinde aynı olacağı bilinmelidir. Örneğin, laktat dehidrojenazın insan vücudunda 5 farklı izoenzimi vardır ve bunlar aynı koda sahip olacaktır. Böylece sınıflandırma, bir enzimin sadece belirli bir tanım temeline göre yapılır; tek izoenzim ve onun kaynağının tanımlanması gereklidir.

Örneğin, EC 3.1.3.2 şeklindeki kod numarasıyla gösterilen enzim, asit fosfatazdır. Buradaki EC, Enzyme Commision’un kısaltmasıdır. Bu kod numarasının yanısıra bir de sistematik ad verilmiştir.

Enzim komisyonunu her enzime onun alışılagelmiş adına ek olarak bir sistematik ad vermiştir. Bu sistematik ad, substratın adını veya bütün substratların adını içerir ve “az” ile biten kelime, katalizlenen tipkemenin tabiatını gösterir. (Eğer iki substrat varsa, her ikisinin de adı yazılır ama aralarına “:” işareti konur). Bu kelime, enzimlerin ya 6 ana sınıfından biri veya alt sınıflarından birini ifade eder. Bir tepkime tam olarak iki tür değişim içeriyorsa, örneğin, oksidasyon ve dakarboksilasyonda ikinci fonksiyon parantez içinde gösterilir; örneğin, oksidoredüktaz (dekarboksilaz)


Enzimlerin Etkisi

Enzimlerin etki mekanizması iki farklı açıdan ele alınabilmektedir. Bunlardan birincisi tepkime süresince gerçekleşen enerji değişikliklerinin, diğeri ise kataliz sırasında aktif bölgedeki yapısal değişikliklerin incelenmesi ile ilişkildir.

A – Aktivasyon Enerjisi

Moleküllerin birbirleri ile reaksiyona girebilmeleri için dışarıdan enerji almaları gereklidir. Bütün kimyasal tepkimelerede aktivasyon enerjisi olarak adlandırılan bir enerji engelinin aşılması gerekmektedir. Aşağıdaki şekilde de görüldüğü üzere rekasiyonun hızını belirleyen en önemli faktör aktivasyon enerjisi (E) denilen bu enerji ihtiyacının büyüklüğüdür. Enerji engeli ne kadar yüksek olursa birim zaman içerisinde bu engeli aşan moleküllerin sayısı da o oranda az olacaktır. Reaksiyon hızını artırabilmek için sisteme kimyasal veya biyolojik bir katalizör ilave edilebilir. Bu durumda katalizör substrat ile (ES) kompleksi yaparak aktivasyon enerjisini aşağılara çekebilir.

Hidrojen peroksidi ele alalım. H2O2’nin su ve oksijene yıkılması bir mol hidrojen peroksit için 18 kcal aktivasyon enerjisi gerektirir. Katalist olarak kimyasal bir katalizör; demir kullanılırsa bu değer 13 kcal, platin kullanırsa 12 kcal’e iner. Bir karaciğer enzimi olan katalaz ise aktivasyon enerjisini 2 kcal’e düşürür.

ES kompleksinin oluşması ile daha çok substrat aktivasyon enerji engelini aşabilmekte, reasiyon hız artmakta ve birim zamanda oluşan ürün miktarı çoğalmaktadır. Reaksiyyon sonunda serbest kalan enzim ortamdaki diğer substrat moleküllerine bağlanarak onların da aktivasyon enerjilerini düşürecek ve onların da ürüne dönüşümünü hızlandıracaktır. Genel olarak aktivasyon enerjisi düşük olan tepkimelerin hızları yüksek olmaktadır.

 ****

Hücresel koşullarda enzimler daha düşük aktivasyon enerjisi gerektiren alternatif yollar oluşturarak tepkimelerin gerçekleşmesini sağlamaktadır. Enzimle katalizlenen reaksiyonların çoğu katalizlenmeyen reaksiyonlara göre 10-3 ila 10-8 kere daha hızlı olarak etkindir. Tipik olarak her enzim molekülü saniyede 100 – 1000 substrat molekülünü ürüne çevirme yeteneğine sahiptir. Enzim başına düşen ürüne çevrilmiş substrat molekülü sayısına ‘Turnover sayısı’ denir.

B – Aktif Bölgedeki Değişiklikler

Aktif yerler bir şerit yarık, çatlak, oyuklardır ve kataliz için gerekli temel polar artıklarda ihtiva ederler. Yapıları bilinen enzimlerin hepsi de substrat molekülleri çoğunlukla suyun ayrılması ile yarık veya çatlaklara bağlanırlar. Aktif yerler bir enzimin total hacmine oranla küçük bir kısmını teşkil eder.

Aktif merkezde, bir enzimin substarta yapıştığı bölge ve bir de kataliz olayının gerçekleştirildiği bölge (katalitik yer) olmak üzere 2 kısım bulunur. Bir enzimin katımındaki amino asit artıklarının çoğu substratla temas halinde değildir. Birçok enzimde katalitik yerde serin, sistin, histidin tirozin ve lizin bulunur.

Aktif yerin başlıca vazifelerinden birisi de bir orbital dümen meydana getirmektir. Yani substrat ile enzimin katalitik grubunun en uygun oryantasyonunu sağlar. Orbital dümen hipotezine göre substrat ile enzimin katalitik grubunun sadece yakınlaştırılması yeterli olmadığı aynı zamanda uygun bir plana da getirilmesi gerektiği bildirilmiştir. Böylece ilgili yörüngeler birbiri üzerine oturabilir.

Aktif merkez ile substrat, bir anahtar ile kilidi gibi birbirine uygunluk gösterir. Bu şekil Emil-Fischer’in tarif ettiği ‘anahtar ve kilit’ durumuna uyar. Bazı görüşlere göre de enzim substrat olmadığı zaman serbest olarak bulunmaktadır. Ancak substrat ile buluştuktan sonra enzim özel yapısını almakta ve substrat aktif bölgeye bağlanmaktadır. Bu dinamik tanıma olayına ‘indüklenmiş uyum’ veya ‘sonradan olma uyum’ (induced-fit) denir.

Enzimler bu şekilde kimyasal bir reaksiyonun hızıbı artırırlar veya azaltırlar.

Enzim Aktivitesini Etkileyen Faktörler

Enzimler tarafından katalizlenen reaksiyonların hızını etkileyen faktörler arasında pH, ısı, ışık ve diğer fiziksel faktörler, enzim konsatrasyonu, substrat konsantrasyonu, zaman, reakasiyon ürünleri, ortamda çeşitli iyonların varlığı, hormonların ve diğer biyokimyasal faktörlerin etkisi sayılabilir.

pH

Enzimin reaksiyon hızı, ortamın pH’ına da bağlıdır. Belirli bir pH alanında enzimin etkisi daha fazladır. Bir enzimin reaksiyonu en fazla hızlandırdığı pH’ya enzimin optimum pH’sı denir. Örneğin pH yaklaşık 1-2 arasında en kuvvetli etki gösteren pepsin nötral ve alkali ortamda hiç etkili değildir. Optimum pH’sı 8 olan tripsin ise asidik pH da etkili değildir. Alkalen fosfataz pH 10’da en aktiftir. Optimum pH’nın aşağısında ve yukarısında reaksiyon hızı azdır.

Belirli bir pH da enzim tamamen etkisiz kalır ve çok defa tahrip olur. Enzimlerin çoğunun optimum pH’sı 4-11 arasında olmakla beraber, istisnalar da mevcuttur.

Isı

Enzimatik reaksiyonun hızı ısı ile de artar. Isının başlangıçta her 10 C artışı enzim aktivitesinin % 100 artmasına neden olur. Her 10 C’lık ısı artışı için reaksiyon hızında meydana gelen artışa “o reaksiyonun ısı katsayısı” denir ve Q10 ile gösterilir. Fakat belirli bir sıcaklık aşıldıktan sonra enzimler de diğer proteinler gibi denatüre olurlar ve etkilerini kaybederler.

Her enzim için birim zamanda substratını en fazla değişikliğe uğrattığı belirli bir ısı vardır. Bu ısıya o enzimin optimum ısısı denir. Hayvansal enzimlerin çoğunun optimum ısısı 40-50 C arasındadır. Bitkisel kaynaklı enzimler daha yüksek sıcaklığa dayanıklıdır, optimum ısıları 50-60 C arasındadır.

Zaman

Bir enzim tarafından katalize edilen bir reaksiyon sürerken reaksiyonun hızı giderek düşer. Bunun nedeni reaksiyon devam ederken oluşan Ürünlerin aralarında birleşerek aksi yönde bir reaksiyon oluşturmaları, enzimin zamanla inaktive olması, reaksiyonu önleyen maddelerin teşekkül etmesi ve substratın tükenmesi gibi faktörlerdir.

Bu faktörlerin etkilerinin ortadan kaldırılması için enzim çalışmaları çoğunlukla substratın yaklaşık % 10’unun sarfedildiği reaksiyonun başlangıç aşamasında gerçekleştirilir.

Allosterik Etki

Invitro enzim reaksiyonu devam ettikçe reaksiyon Ürünlerinin enzimi inhibe ettiği görülmektedir. Bundan dolayı enzim reaksiyonunun hızı azalır. Çünkü enzim reaksiyonu geri döner özelliktedir :

B ve C oluşur oluşmaz ortamdan uzaklaştırılırsa, reaksiyon % 100 oranında tamamlanır. Aksi durumda reaksiyon ürünlerinden bir kısmı substrat ile yapısal benzerlik gösterebilir ve enzimle birleşerek onun bir kısmını inhibe edebilir. Bu inhibüsyona sebep, reaksiyon Ürünlerinin molekül yapısı bakımından substratı andırması ve enzime substrattan daha fazla bağlanmasıdır. Reaksiyon ürünü, enzim proteini ile substratın birleştiği yerin dışında bir yerde birleşebilir. Bu yere allosterik yer denir. 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 inhibüsyona sebep olabileceği gibi aktivasyona da sebep olabilir. Bu etkiye allosterik etki denir. Eğer inhibüsyon oluşuyorsa bu inhibüsyon Şekline allosterik inhibüsyon veya son ürün inhibüsyonu, son ürün tarafından inhibe edilen enzime de allosterik enzim denir.

Işık ve Diğer Fiziksel Etkenlerin Etkileri

Enzimlerin etkileri ışıkla artırılabilir veya azaltılabilir. örneğin kırmızı ve mavi ışık tükrük amilazının etkisini arttırır. UV ışık ise ters etki gösterir. Enzim çözeltisinin kuvvetlice çalkalanması da enzimi denatüre edebilir.

Hormonlar ve Diğer Biyokimyasal Faktörlerin Etkisi

Hormonlar, amino asitler ve diğer maddeler enzimin durumunu etkileyebilirler. Glutamat dehidrojenaz enzimi gevşek olarak bağlanmış 4 alt üniteden ibarettir. Bunlar ayrışarak enzimin aktivitesinin kaybolmasına neden olabilirler. Enzim yapısındaki bu değişme çeşitli östrojenik, androjenik ve diğer bazı steroid gebelik hormonları tarafından meydana getirilebilir. Bu durum esansiyel amino asitle, ADP, L-Löysin, L-Metiyonin ve L-Izolöysin tarafından geri çevrilebilir. Halbuki NAD enzimi steroidlerin etkisine daha duyarlı hale getirmektedir.

Enzim Konsantrasyonunun Enzim Aktivitesi Üzerindeki Etkisi

Enzim reaksiyonunun hızı enzimin substrata doygun olduğu koşullarda enzim konsantrasyonuna bağlı olarak doğrusal olarak artmaktadır. Ortamda ne kadar çok enzim molekülü varsa ve çalışıyorsa, yeterli substrat olduğu sürece reaksiyon da hızla sürecektir.

In vivo koşullarda enzimin lokalize olduğu yerde herzaman yeterince substrat bulunmadığından dolayı enzim miktarının yuksek konsantrasyonlarda bulunmasına rağmen reaksiyon hızı yukarıda anlatıldığı şekilde olmaz.

Substrat Konsantrasyonunun Enzim Aktivitesi Üzerindeki Etkisi

 

Enzim konsantrasyonu sabit tutularak substrat konsantrasyonuna bağlı olarak ulaşılan maksimum hız noktası Vmax adını alır. Işte ideal enzim aktivite ölçümü, hız sabitleştiğinde yapılmalıdır. Ilk hızın sabit olabilmesi için substrat konsantrasyonunun yüksek olması gerekir. Reaksiyon hızının sabit olması gerekir. Reaksiyon hızının sabit olduğu ve substrat konsantrasyonundan etkilenmediği bu noktada sıfır derece kinetiği söz konusudur.

Çoğu kez hız eğrisinden Vmax’ın ulaşıldığı noktayı tesbit etmek hatalı sonuçlara neden olabilir. Bu nedenle Vmax’ın yarısna denk gelecek ölçümler yapılır. Reaksiyon hızının 1/2 Vmax ulaştğı zamaki substrat değerine de Michaelis Konstantı denir ve Km ile gösterilir.

Substrat konsantrasyonu Km’e eşit olduğu zaman reaksiyon hızı maksimal hızın yarısına ve reaksiyon hız da kendi maksimal hızının yarısına eşit olduğu zaman Km substrat konsantrasyonuna eşittir.

Yukarıdaki şekilde bir eğri elde edildiğinde maksimum hızın yarısına karşılık düşen substrat konsantrasyonu enzimin söz konusu substrat için Michaelis sabitini (Km) verir. Km değerinin 10 katı, hatta daha da iyisi 100 katı substrat konsantrasyonlarında maksimum hızı (Vmax) büyük ölçüde ulaşılır ve reaksiyonun sıfır derece kinetiğine uyması sağlanır. Km’in 10 katı konsantrasyonda substrat kullanıldığında teorik maksimum hızın yaklaşık % 91’ine ulaşılır.

Bazı enzimler bu şekilde hiperbolik bir Micheilis-Menten eğrisi vermezler, signoid (S Şeklinde) bir eğri verirler. Bunun nedeni, enzimin birden fazla substrat molekülünü bağlayabilmesidir. Bu tür enzimlere allosterik enzimler denir. Allosterik enzimler genellikle poliner yapıda moleküllerdir. Organizmadaki biyokimyasal reaksiyonlarda hız belirleyici (hız sınırlayıcı) basamakların enzimleri, genellikle allosteriktir. Çünkü, substrat konsantrasyonu belirli bir düzeye yükselmeden reaksiyon hızlanmaz.

Substrat konsantrasyonu açısından bir önemli durum da, aşırı miktarda ortamda var olan substratın enzimi inhibe etmesidir. Ortamda çok fazla miktarlarda substrat bulunması, substrat moleküllerinin enzime bağlanmasını zorlaştırır. Buna aşırı substrat inhibisyonu denir. Enzim analizlerinde substrat konsantrasyonu belirlenirken, buna dikkat edilmelidir.

Değişen substrat konsantrasyonu aracılığı ile maksimal hız ve Km tayin edilebilir. Enzimlerin Km değerleri çok değişiktir. Bir enzimin Km değeri özel substrat/substratlarına bağlı olabildiği gibi, ısı, pH, ortamdaki iyonların etkileri gibi çevre şartlarına da tabiidir

Km Nedir ?

V max/2 olduğu zaman substrat konsantrasyonunu gösteren Km;

**

1 – Km enzimin bir karekteristiğidir. Bir sıvının kaynama noktası gibi. Ancak birden fazla enzim aynı Km’ e sahip olabilir,

2 – Km bize substrat için enzim afiinitesi hakkında fikir verir. Bir enzim düşük Km’ e sahip ise substrat için yüksek afiiniteye sahiptir. Çünkü düşük substrat konsantrasyonunda maksimim hıza ulaşılmış yani doymuştur.

3 – Metabolizmada düşük Km’ e sahip (yüksek affinitedeki) enzimler büyük önem taşır. Düşük Km değerleri (1/1.000.000) 10-6 M olarak verilir. Veya hatta daha da küçü 10-7,10-8 M olabilir. Düşük affinitedeki yüksek Km e sahip enzimler ise metabolizma için az önemlidir. Bu Km değerleri 1/100 M-> 10-2 veya 10-1 M olarak verilir.

4 – Enzim üzerine bir inhibütör etki ediyorsa Km etki tarzı hakkında bilgi verir. Km Micchaelis-Menten hız konstantıdır. Km’in anlamı enzimin aktif yerinin yarısının dolu olduğu substrat konsantrasyonunun ifadesidir.

Enzimlerin Kinetik Özellikleri İçin Michaelis-Menten Hipotezi

Iyonların Tabiatı ve Konsantrasyonları

Enzimatik reaksiyonun hızı ortamda bulunan iyonların tabiatı ve konsantrasyonundan da etkilenir. Aktivatörler ve inhibitörleri bu grupta incelenir.

Aktivatörler ve İnhibütörler

Bir enzimin etkisini artıran maddelere bu enzimin aktivatörleri veya daha doğru başka bir deyişle akselatörleri denir. Bu aktivatör veya akselatörler çok defa inorganik iyonlar ve bazen de organik gruplardır.

İnhibütörler bir enzimin etkisini azaltan maddelerdir. Enzim ürünlerinden başka enzimleri inhibe eden birçok madde vardır. Enzimin yapısının parçalanmasıyla sonuçlanan inhibütör fiksasyonuyla irreverzibl inhibütörler veya inhibütörün etkisi durunca aktivitenin yeniden ortaya çıkışıyla ilgili olarak reverzibl inhibütörler olmak üzere iki türlü inhibütör vardır.

1 – İrreverzibl İnhibüsyon

İrreverzibl inhibüsyonda inhibütör, enzim molekülünün katilitik aktivitesi için gerekli fonksiyonel grubuna bağlanır ve fonksiyonel grubu tahrip eder. Enzim inhibütör ile kovalent bağ ile birleşmiştir ve bağlar kolaylıkla kırılamaz. Enzim-inhibütör kompleksi kalıcı olarak inaktiftir ve enzim zehirlenmiştir. Ağır metallerle zehirlenmeleri inhibüsyon irreverzibl bir inhibüsyondur.

Bu tür inhibüsyon Michaelis-Menten prensiplerine uymaz. İrreverzibl inhibüsyon çoğu kez enzimin normal kinetrik reaksiyonuna göre daha yavaş olarak başlar. İnhibüsyon başlangıçta tam değildir. Ancak zamanla devamlı olarak artar. Çünkü enzim moleküllerinin kimyasal modifikasyona uğrayan kısımları devamlı olarak artmaktadır.

2 – Reverzibl İnhibüsyon

Reverzibl inhibütörlere bağlı olarak oluşan inhibüsyon ise kompetetif, nonkompetetif ve unkompetetif olarak üç şekilde incelenmektedir.

A – Kompetetif İnhibisyon

Kompetitif inhibisyonda inhibitörün yapısı substrata benzer ve enzimin aktif merkezi için inhibitör ve substrat yarışırlar. Aşırı substrat inhibisyonu da bir tür kompetitif inhibisyondur. Ürün inhibisyonu da bir tür kompetitif inhibisyondur.

****

 **** 

Kompetitif inhibüsyona klasik bir örnek olarak süksinat dehidrogenaz’ın malonat anyonu (Malonik asitle) tarafından inhibüsyonudur. Süksinat dehidrogenaz sitrik asit siklusu enzimlerindendir. Bu enzim etkisiyle süksinik asit, fumarik aside çevrilir. Malonik asidin yapısı süksinik aside benzemektedir ve iki karboksil grubu ile süksinik aside benzer bileşik yapabilmektedir.

Kompetetif inhibüsyon Michaelis-Menten teorisi ile kantitatif olarak tayin edilebilir. Kompetetif inhibüsyonda enzimin inhibütör ile bağlanması reverzibldir, substrat konsantrasyonunun artması ile bu ilişki kopabilir. Bu tür inhibüsyonda maksimum hız değişmez ancak Km artar.

B-Nonkompetitif İnhibisyon

Nonkompetitif inhibisyonda, inhibitörün yapısı substrata benzemez. İnhibitör inhibütör enzimin aktif yerinin dışında bir yerde bağlanarak enzimi inhibe eder. Dolayısıyla substratın enzime bağlanmasını etkilemez, ama substratın enzime bağlanmasıyla oluşan enzim-substrat kompleksinin ürün ve enzime ayrışmasını önler. Bu tür inhibisyona örnek enolaz’ın florür iyonuyla inhibisyonudur.

****

Bu tür inhibüsyonda enzim moleküllerinin substratla reaksiyona girme hızında bir azalma meydana gelmektedir. Dolayısıyla Vmax değerini belirgin olarak azalma olur; yarı maksimal hızın gözlendiği noktadaki substrat konsantrasyonu olan Km değeri üzerine etkisi olmadığından Km değişmez.

C-Unkompetetif İnhibüsyon

Bu inhibüsyonda inhibütör serbest enzime değil de enzim-substrat kompleksine bağlanır. Daha önce bildirildiği üzere kompetetif inhibüsyonda sadece Km, nonkompetetif inhibüsyonda ise yalnızca Vmax değişmektedir. Unkompetetif inhibüsyonda ise hem Vmax hem de Km değişmektedir.Unkompetitif inhibisyon sonucu Vmax değeri azalırken Km değeri küçülür.

Aşağıda reverzibl inhibisyonların özellikleri birlikte gösterilmiştir.

21.05.2009

http://80.251.40.59/veterinary.ankara.edu.tr/fidanci/Ders_Notlari/Ders_Notlari/Enzimler.html

 Prof. Dr. Arif Altıntaş, Ders Notları

ZİYARETÇİ YORUMLARI

Henüz yorum yapılmamış. İlk yorumu aşağıdaki form aracılığıyla siz yapabilirsiniz.

BİR YORUM YAZ