ENZİMLER

1. ENZİMLER • Tarihçe, genel özelikler. • Adlandırılmaları,koenzim,kofaktör. • Etkili oldukları bölgelere göre sınıflandırma • Hız,aktivite, • Kinetik Yrd.Doç.Dr.V.Kenan ÇELİK

2. TARİHÇE • 1800 yılların başında “sütün ekşimesi, şekerin alkole fermantasyonu gibi” olayların canlı organizmalar aracılığı ile oluştuğu düşünülürdü. • 1833’de şekeri parçalayan aktif madde kismi olarak saflaştırıldı ve DİASTAZ (şimdi amilaz)olarak adlandırıldı.Gastrik sıvıdan PEPSİN izole edildi. • 1850’lerde LOUİS PASTEUR maya tarafından şekerin alkole dönüşmesinde “FERMENTLER” diye tanımladığı ve canlı organiz-mada bulunan maddeler yardımı ile oluştuğunu ileri sürdü. • 1878’ de ilk olarak KÜHNE tarafından ENZİM terimi önerildi. Enzim yunanca da “maya’da” anlamı taşıyan enzume (έγξνμη) den gelmektedir. • 1897’de EDUARD BUCHNER hiç canlı hücre içermemesine rağmen maya hücresi özütü eklendiğinde şekerin fermante olduğunu göstermesi bu görüşü ortadan kaldırmıştır. • 1926’da SUMMER soyadan ÜREAZ’ı kristallendirmiştir.

3. Sonra ki yıllarda saflaştırılan ve kristal yapıları incelenen enzimlerin çoğunun protein (RNA molekülleri (ribozim) hariç,Thomas Cech ve Sydney Altman 1982, 1989 Nobel kimya) yapısında oldukları belirlenmiştir. • Ribozimler ribozomlarda peptit transferi ve splicezomda intron transferinden sorumludur.

4. Günümüzde enzim hücreden çıkmış günlük ve ekonomik hayata girmiştir (1 milyar dolar)

5. Lipazlar: Deterjan end • Proteazlar:besin end (papain) • Karbohidrazlar besin end • Tekstil (Selülaz) • Farmakoliji (ilaç,) • Diagnostik

6. ENZİMLER NE YAPAR? ∆G (-) G (serbest enerji) Gibbs’in geliştirdiği bir değer. ∆G=∆H - T∆S ∆G > 0 ise endergonik,tep istemsiz ∆G < 0 ise ekzergonik, tep istemli ∆G = 0 ise tep dengede

7. Enzimler: Biyolojik sistemlerde kimyasal tepkimeleri katalizleyen ve tepkime sonunda yapıları değişmeyen moleküllerdir.Katalitik aktivite göstermeleri için yardımcı faktörlere gereksinirler. Enzimlerin aktivite göstermeleri için gerekli olan ve protein yapısında olmayan,genellikle metal iyonlarından oluşan yan gruplara “KOFAKTÖR” denilir. Tablo 1

8. Kofaktör olarak Zn2+ (karbonik anhidraz)

9. Enzimlerin aktivite göstermeleri için gereksinim duyduğu kompleks organik moleküllere KOENZİM denir. Özgül atomların ve işlevsel grupların geçici taşıyıcıları olarak görev yapan koenzimler: • Koenzim Transfer edilen grup Besinsel öncülü • Biositin CO2(yağ asi.sen)Biyotin (0.3 mg kc,yum.fıs) • KoenzimA (CoA) Açil grupları Pantotenik asit (Vit B 5) (aa/lipidlerin Glu.dönüş.) (10 mg,Salmon,kc,yum,tahıl ) • Flavin Adenin Elektron Riboflavin (Vit B2) Dinükleotid.FADH(1.7 mg kc,tavuk,yum,yeş.seb) • Nikotinamid Adenin Hidrit iyonu (:H-) Nikotinik asit (Niasin,Vit B3) Dinükleotid NADH ,NADPH(13-18 mg et,maya,kah.ren.prinç) • Pridoksal Fosfat PLP Amino grup Pridoksin (Vit B6) (2 mg, et,balık,ıspanak,fındık,fıstık) • Tetrahidro Folat THF Tek C’lu grup Folat (folik asit) (0.4 mg yeşil lifl sebz,kuru bakla, et, kuşkonmaz,hubu) • Tiamin pirofosfat TPP Aldehit Tiyamin (Vit B1) 2 mg, kc,süt,tahıl • Lipoat ê, ve açil grup diyette şart değil • 5’-deoksi kobalamin H , alkil grup Vit B12 3 µg et,süt,yoğurt

10. Koenzim fonksiyonu:

11. Bazı durumlarda enzim aktivite göstermek için hem kofaktöre hemde koenzime gereksinim duyabilir ve enzime kovalent olarak bağlana-bilir, bu durumda diyaliz ile uzaklaştırılmaları mümkün olmaz.Enzim yüzeyine sıkıca bağlanmış ve protein yapısında olmayan bu grup-lara “PROSTETİK GRUP” denir. • Karboksilaz-Biotin (Lys’e bağlı) • Eğer enzim koenzim veya kofaktörü ile birlikte ve katalitik bakımdan aktif durumda ise enzimin bu haline “HOLOENZİM” denir. • Koenzim ve kofaktör enzimden ayrılacak olur ve enzim inaktif hale gelirse, diyalizle ayrılmayan yalnız proteinden oluşan enzimin inaktif şekline “APOENZİM” denir.

12. Enzimleri diğer katalizörlerden ayıran 3 önemli özellik: • 1- Son derece hızlı çalışırlar: • CO2 + H2O H2CO3 (çok yavaş) • (Normal) • Karbonik anhidraz 1,3x10-1 1.000.000 (sn’de) • Β-amilaz 1.100.000 “ • DNA polimeraz 900. “ • Laktat Dehidrogenaz 1.000 “ • Karboksi peptidaz A 3x10-9 1011 • Üreaz 1014 • Fosfogluko mutaz 1012

13. 2- ÖZGÜLDÜRLER (KEMOSELEKTİF-STERO) Tüm enzimler Özgül değildir

14. 3-Biyokimyasal reaksiyonları düşük enerji ve vücut ısısında gerçekleştirirler: 2 H2O2 2H2O + O2 1 mol Hidrojen peroksit’in kendi kendine yıkılması için 18000 kal Enerjiye ihtiyaç vardır.KATALAZ bu reaksiyonu 2000 kal’ik Enerji ile yapabilmektedir.

15. ENZİMLERİN ADLANDIRILMASI: • Enzimler genellikle katelizledikleri reaksiyonların veya substratın sonuna “AZ” eki getirilerek adlandırılır. Ör. Üreaz , Fosfataz , Laktaz gibi • Çok azda “İN” takısı getirilerek adlandırılan özel enzimler vardır. Bunlar genellikle proteolitik enzimlerdir. (Pepsin, Kimotripsin, Tripsin) • IUB (Uluslar arası Biyokimya birliği) tarafından enzimler yaptıkları işe göre 6 sınıfa ayrılmıştır.

16. ENZİMLERİN SINIFLANDIRILMASI: • OKSİDO-REDÜKTAZLAR • TRANSFERAZLAR • HİDROLAZLAR • LİYAZLAR • İZOMERAZLAR • LİGAZLAR EC:Enzim sınıfını belirtir. (Oks…,Trans….,Hidrol…) EC:( 1.1.1.1) sınıfı Alt sınıfı (Etkilediği bağ) Alkoldehidrogenaz Enzimin bu gruptaki sıra numarası Akseptör (OH, P,NADH)

17. 1-OKSİDO-REDÜKTAZLAR • Redoks tepkimelerini katelizlerler. • Koenzimler (Donor-Akseptör) NADH,NADPH;FADH2 • Dehidrogenazlar,Oksidazlar, Redüktazlar. CH3-CH-COO- ll O Piruvat CH3-CH-COO- │ OH Laktat NADH + H+ NAD+ + + Donor Akseptör Laktat Dehidrogenaz

18. 2-TRANSFERAZLAR • CH2;NH2;PO4,S gibi grupları transfer eder. • Koenzimleri:TPP,THF,PLP,Lipoik asit, Vit.B12, CoASH • AST (SGOT), ALT (SGPT), KİNAZLAR GLUKOZ ATP Glukoz-6-Fosfat ADP + + Hekzokinaz EC: 2.1→ Tek Karbon 2.2→Aldehit, Keton 2.3→Açil 2.1.1→Hidroksimetil 2.1.1→Formil

19. 3- HİDROLAZLAR • C-C, C-N, C-P, C-S gibi bağlara H20 katarak yıkımı katelizler. • Genelde kofaktör kullanırlar • Proteazlar, ester hidrolazlar. NH2-C-NH2 ll O Üre H2O CO2 2 NH3 Ni2+ + + ÜREAZ

20. 4-LİYAZLAR • C-C, C-S, C-O ve belirli C-N bağlarını yıkıma uğratırlar. • Dekarboksilazlar, Dehidratazlar, Sentazlar (tersinir rea) O ll CH3-C-COO- Piruvat O ll CH3-CH Asetaldehit CO2 H+ + + PİRUVAT DEKARBOKSİLAZ

21. 5-İZOMERAZLAR • Optik ve geometrik izomerlerin rasemizasyonunu katelizlerler.Molekül ağırlığı değişmez. • Rasemazlar, mutazlar, epimerazlar,izomerazlar O ll -OOCCH2-C-CoA Süksinil CoA 3HC O l ll -OOC-CH-C-CoA Metilmalonil CoA MMCoA MUTAZ

22. 6-LİGAZLAR • ATP’nin hidrolizi ile C-C, C-S, C-O,ve C-N arasında bağ oluşumunu katelizler. • Sentetaz’lar olarakta kullanılır (Tersinmez reak) • Tirozin-tRNA-Ligaz, Karboksilazlar ATP ADP+Pi O ll CH3-C-COO- Piruvat O ll HOOC-CH2-C-COO- Okzaloasetat CO2 + Piruvat karboksilaz

23. DİAGNOSTİK (TEŞHİS) ENZİMOLOGİ • Enzimlerin etkili oldukları yere göre sınıflandırma: • Plazma özgü (spesifik) enzimler: Serin proteaz, Plazmalojen, Prokoagülanlar • Sekresyon Enzimleri: Salgılandıkları hücrenin dışın-da görev yaparlar.Genellikle PRECURSOR(öncül) olarak salgılanırlar, etkili olduğu bölgede aktifleşirler.α-amilaz (tükrük,pankreas), Lipaz, Pepsinojen (Mide) Tripsinojen,Prokarboksipeptidaz,Proelastaz (Pankreas.), Prostetik asit fosfataz • Hücresel enzimler: Sadece hücre içinde görev yapar-lar.Dokularda hasar olduğunda plazmaya geçerler.Plazmada belli bir yarılanma ömürleri vardır.

25. Enzimler bulundukları Yer bakımından özellik Gösterirler. LDH ve ALT Yanlızca sitoplazmada Bulunur.Unilokuler.AST MDH,İzositrat DH, hem Sito hemde mito. Bulunur Bilokuler enz. denir

26. İzozimler (izoenzimler) • Aynı reaksiyonu katelizlerler • İki yada daha fazla polipeptit zinciri içerirler (Dimer, trimer, tetramer vb) • Farklı genlerin ürünleridir. • Farklı amino asit dizilimlerine sahiptirler. • Dokuya özgüldürler.

27. Hemen hemen tüm dokularda. LDH-1 ve LDH-2 (Kalp kası, böbrek ve eritrosit) LDH-3(Sarılık ve toksik hepatit) LDH-4 ve LDH-5 (Karaciğer, iskelet kası) LDH- LAKTAT DEHİDROGENAZLDH iki eşdeğer olmayan alt üniteye sahip tetramer yapıdadır.11 ve 12. kromozom (LDH5(M4), LDH4(M3H), LDH3(M2H2), LDH2(MH3), LDH1(H4)

28. CK-1 izoenzimi genellik-le by-pass operasyon sonrası, Gastroints.has. Prostat, lösemi, akciğer CK-2 MI da (12 saat) CK-3 Merkezi Sinir Sistemi CK- KREATİN KİNAZ (EC:2.7.3.2)CK-1 (BB), CK-2 (MB), CK-3 (MM) Normal Miyokard infarktüs

29. TROPONİNLER(T,I),Kas hücrelerin de aktin ile miyozin etkileşimini düzenleyen motor ünite bileşenleridir. Spesifik kardiak izozimleridir 4 saat gibi kısa bir sürede aktivitesi artar.Çok duyarlı immunolojik tekniklerle saptanabilir. MİYOKART ENFARKTÜSÜ TAKİBEN SERUM DÜZEYLERİ HBDH—α-Hydroxybutyrate dehydrogenase

31. ENZİM AKTİF MERKEZİ Aktif bölge İnduced-fit Anahtar-Kilit modeli

32. Substrat bağlanması, altivasyonu ve reaksiyon enzim aktif merkezinde gerçekleşir. Substrat bağlanma enerjisi 3-12 kcal/mol • Anahtar-kilit modeli 1894 Ficher • İnduced-fit modeli 1958 Koshlan

33. Mavi=S’ın cep’e bağlandiği aromatik halka. Mor=Aromatik halkadaki karbonil grubu. Enzim “AKTİF MERKEZİN” de yer alan amino asitler Serin (ser) Lizin (lys) Histidin (his) Sistein (Cys) Tirozin (Tyr) Triptofan (Trp) Fenilalanin (Phe) Glutamat (Glu)

34. ENZİM KATALİZİ • Asit-Baz • Kovalent • Metal iyon • Elektrostatik • Yakınlaştırma ve yönlendirme etkisi • Geçiş komplekslerinde tercihli bağlanma Çok S’ lı tepkimeler PİNG-PONG (Bİ-Bİ) ya da sıralı (ardıl)- Gelişigüzel bağlanma mekanizmaları gösterir.

35. ASİT-BAZ KATALİZİ

36. KOVALENT KATALİZ Substrat üzerindeki elektrofilik grupla katalist üzerindeki nükleofilikgrup arasındaki kovalent bağ geçişinihızlandırırlar.

38. METAL İYON Karbonik Anhidraz

39. Elektrostatikkataliz. Enzim aktif merkezinin hidrofobik veya hidrofilik bir cep oluşturarak (yük dengesi değişikliği) substratın bağlanması. Yakınlaştırma ve yönlendirme. Oldukca önemli enzimler substrat üzerinde oranyantasyon ve rotasyon etkisi ile reaksiyonun hızlı bir şekilde gerçekleşmesini sağlar.Bu işlemi geçiş pozisyonunda yapar.

40. ENZİM AKTİVİTESİNİ ETKİLEYEN FAKTÖRLER 1-Ortam pH’sı 2-Sıcaklık 3- Enzim konsantrasyonu 4- Substrat “ 5- Zaman 6-Reaksiyon ürünü 7- Çeşitli iyonların derişimleri,özellikleri 8- Işık ve diğer fiziksel faktörlerin etkisi

41. 1-ORTAM pH’sı • pH = - log [ H+]

42. 2-SICAKLIK Reaks. Hızı Sıcaklık Maksimum aktivasyon Optimum sıcaklık

43. 3- ENZİM KONSANTRASYONU

44. Velocity, v Substrate conc., [S] 4- SUBSTRAT KONSANTRASYONU

45. HIZ (velocity, v) • S(substrat) → P(product) • -d [S] d [ P] -d [S] • v= ——— = ——— ise ——— = v= k. [ S ]n ( n= 1,2,3)derece • dt dt dt • [S] t [S]o • - d[S]= k dt ise 2,3 log —— = k.t • [S][S ] • [S]o 0 • [S]=[S]0 e-kt »» k log [S] = - —— t + log [ S ]o 2,3 y = m x + a

46. log[S] MİCHAELİS-MENTEN eşitliği 1902 Brown “ES” kompleks’ ini ileri sürüyor.1903 Henry hız eşitliğini ileri sürüyor. 1913 yılında Michaelis-Menten tarafından hız (v0ilk hız) ve [S] arasındaki ilişkiyi matematize ederek Kmgibi Enzim ve substrat arasındaki ilişkiyi veren sabit bir değer buldular. Böylece Michaelis-Menten eşitliği Enzim miktarı ile ilişkili bir reaksiyonun hızının ölçülmesine olanak sağlamıştır. Log [S]0 Eğim = - k / 2,3 [S]1/2 ------------ t t1/2 Bir reaksiyonun yarı ömrü t1/2 = 0,69 / k

47. Tek S’li bir enzimin katelizlediği reaksiyon k1 E ES k2 E P S + + k-1 3 Temel yaklaşım yapılmıştır; 1- Reaksiyonun başlangıç süresince ES kompleks derişimi (her ne kadar ürün oluş sada) sabittir. [ES]=sbt 2- Tüm E doygunluğa ulaştığında ES kompleksi oluşturulur. Serbest (boş) enzim yoktur. Bu yüksek [S] olur. 3- Tüm enzim “ES” kompleksini oluşturmuşsa, ürünlerin oluşum Hızı da maksimum orandadır. Vmax = k2[ES]

48. E + S ES E + P k1 k2 k-1 • [ES] için voluş = k1[E][ S], • v yıkım = k2[ES] + k-1[ES] = [ ES ] (k2 + k-1) • Steady-steate (kararlı hal) yapım = yıkım • k1[E][ S] = [ ES ] (k2 + k-1) • [E][S] =[ES] (k2 + k-1) • k1 • [E]=[Et]-[ES][S][Et]-[ES] =[ES]Km [S]’ [ES] bölers. • [Et]Km + [S] • [ES][S] • Km = k2 + k-1 • k1 = 1

49. Enzim S’ la tamamen dolmuş olsaydı [Et] = [ES]olacaktı. Bu durumda hız da max. Olur. Vmax = k2[ES]==>[Et]=Vmax/ k2 • Et’ ==> ES’ ye eşit olmadığında v= k2[ES]==> [ES] = v / k2 • [Et] Vmax / k2 • [ES] v/ k2 • 1’ de yerine konursa Vmax km +[S] • v [S] • Vmax [S] • ya da v = ————— • km + [S] Vmax / v = = =

50. Vmax [S] v = ————— Michaelis-Menten hız denklemi km + [S] 1°hız kinetiği [S]<< Km değerinden Olduğundan hız eşitliğinde ihmal edilir.Bu nedenle v= k.[S] dir v [S] 2°hız kinetiğinde v=k [A]1[B]1=[S]2 V [S] • Bir kimyasal reaksiyonun karakterini n (derece) belirtir. • v= k [ S ]n • 0° hız kinetiği [S]>> km değerinde gerçekleşir.Bu durumda Km ihmal • v = k0 dır. • Hız eşitliğinde reaktanların (S) derişimine ait bir ifade olmadığından reaktan ilavesi hızı artırmaz, hız maksimum hızda başlar ve sabittir. • v [S]