EnzimlerEnzimler

Yrd.Doç.Dr.Funda GÜLCÜ BULMUŞFırat 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

KofaktörApoprotein (apoenzim)

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

KofaktörApoprotein (apoenzim)

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 1Katalizör olarak bir enzimin fonksiyonu, aktivasyon enerjisini düşürmek suretiyle bir reaksiyonun hızını artırmaktır

Enzim katalizi 2Enzimle 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

• Reversibl (geriye dönüşümlü) enzim inhibisyonları

1) Kompetitif (yarışmalı) enzim inhibisyonu

2) Nonkompetitif (yarışmasız) enzim inhibisyonu

3) Ankompetitif enzim inhibisyonu

• İrreversibl (geriye dönüşümsüz) enzim inhibisyonları

Bazı ilaçlar ve bir kısım kimyasal maddeler enzimlerin katalitik etkilerine engel olurlar

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.

• NAD+ - NADH• NADP+ - NADPH • FAD - FADH2

• FMN - FMNH2

• Koenzim Q • Demir porfirinler • Demir-kükürt proteinleri -Lipoik asit

Hidrojen ve elektron transfer eden koenzimler

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