Enzimler ve Özellikleri Her enzimin hücre içinde özel görevi vardır ve hücrede bulunduğu yer bu görevi ile ilişkilidir. Çekirdekte bulunan Biyolojik reaksiyonların çoğu enzim denilen organik enzimler daha çok genetik materyalin onarımı, kullanımı maddeler tarafından katalize edilir. Bu maddeler kendileri ile ilgilidir. Mitokondride bulunan enzimlerin çoğu enerji bir değişikliğe uğramadan hücre içinde meydana gelen üretici veya hücresel çalışmalar için güç sağlayıcı olarak iş reaksiyonların hızını artırırlar. görür. Ribozomda yer alan enzimler protein sentezinde,
Bir reaksiyonu hızlandıran fakat kendisi reaksiyondan lizozomda bulunanlar hücrenin daha fazla ihtiyaç değişmeden çıkan maddelere katalizör denir. Enzimler ise duymadığı maddelerin parçalanması yani hücre içi canlı hücreler tarafından sentezlenen, etki yapabilmesi için sindirim işinde görev yaparlar. Plazmada kanın hücreye gereksinim duymayan, ısıya dayanıksız, protein pıhtılaşması ile ilgili, hücre zarında madde geçişini tabiatında, biyolojik katalizörlerdir. sağlayan enzimler yer alır.
Enzimler katalizör olarak nitelendirilseler de bazı yönleri Enzim Reaksiyonlarının Mekanizması ile anorganik katalizörlerden ayrılırlar. Bu farklar Enzimler (E) substratları (S) ile bağlanır. Substrat enzim şunlardır; tarafından etkilenen sadece o enzime özgü özel bir • Anorganik katalizörler çok çeşitli reaksiyonları bileşiktir. Substrat enzimin aktif bölgesine bağlanır. katalize ettikleri halde, enzimler ancak kendileri Enzimin üzerinde bulunan, substratın bağlandığı özel yere için özel olan belirli maddeler üzerine etki enzimin aktif yeri veya aktif bölgesi denir. Enzimle gösterirler. substrat birbirine bağlandığında önce enzim-substrat • Anorganik katalizörler katalize ettikleri reaksiyon bileşiği meydana gelir. Daha sonra bu bileşik enzimatik tarafından değiştirilmezler ve reaksiyon sonunda reaksiyon sonucunda oluşan madde olarak tanımlanan değişiklik olmadan yeniden elde edilebilirler, ürüne dönüşür. Enzimler bir reaksiyonda birden fazla enzimler ise aktiviteleri sırasında az çok tahrip substratla bağlanabildiği gibi, reaksiyon sonucunda bir olurlar, bu nedenle vücutta devamlı sentez veya birden fazla ürün oluşabilir.
edilmeleri gerekir. Anahtar Kilit Modeli
Enzimin tanımını oluşturan önemli özelliklerini maddeler Enzimle substrat arasındaki ilişki anahtarla kilit arasındaki halinde özetlersek; bağlantıya benzer. Enzim reaksiyonunda olay o enzimin
1. Canlı hücreler tarafından sentezlenen aktif yerine tam uyan bir substrat bağlanırsa gerçekleşir ve maddelerdir. ürün meydana gelir.
2. Etki gösterebilmek için hücreye gereksinim Uyarılmış Uyum Modeli duymazlar, laboratuar ortamında etki gösterirler. 3. Isıya dayanıksız maddelerdir, yüksek ısı ile Bu bağlanma tipinde başlangıçta enzimle substrat arasında denatüre olurlar. tam bir yapısal benzerlik yoktur. Fakat birbirine 4. Protein yapısındadırlar ve proteinler gibi primer, uyabilecek enzim ile substrat bir ortamda bulunursa, önce sekonder, tersiyer ve kuarterner yapıları vardır. bir ilk uyarı etkileşimi meydana gelmekte ve enzimin 5. Biyolojik reaksiyon hızlandırıcılarıdırlar. değişebilir özellikteki bağlanma bölgesi yapısal bir değişikliğe uğrayarak, substratının bağlanabileceği hale Enzimlerin Yapısı ve Hücre İçindeki Özel Konumları gelmektedir. Daha sonra yine enzimle substratı birbirine
Enzimler canlı hücreler tarafından sentezlenen protein bağlanır ve ürün oluşur.
yapıda maddelerdir. Enzimlerin bazıları basit protein Bir reaksiyonun oluşabilmesi için sadece enzimle yapıdadır ve katalitik etki bu protein yapı tarafından substratın birbirine bağlanması yani ES kompleksinin gerçekleştirilir. Enzimin protein yapısındaki kısmına oluşumu yeterli değildir. Ortamda enerjiye de ihtiyaç apoenzim denir. Örneğin pepsin, tripsin, üreaz sadece vardır. Reaksiyonun hızını artırmak için sıcaklığı protein yapıdadır ve bu enzimlerin aktivitesi için başka bir artırabiliriz. Bu durumda ısıya bağlı olarak ortamdaki gruba ihtiyacı yoktur. Bu enzimlerde apoenzim moleküllerin hareketi artar. Reaksiyonun hızını artırmanın holoenzime eşittir. Bazı enzimlerin ise katalitik etki başka yolları ortama anorganik katalizör ya da biyolojik gösterebilmeleri için metal iyonu ya da protein olmayan katalizör ilave etmektir. Enzimler kimyasal reaksiyonların organik bir bileşiğe veya her ikisine de ihtiyaçları vardır. aktivasyon enerjisini düşürerek reksiyonların hızını Karbonik anhidraz çinko, tirozinaz ve askorbik asit artırmaktadır. oksidaz Cu (bakır), katalaz ve sitokrom oksidaz Fe (demir) taşırlar. Yardımcı bu iyon ve bileşiklere genel olarak Enzimlerin İsimlendirilmesi ve Sınıflandırılması kofaktör denir. Organik bileşikler enzimin protein kısmı Pratik ve Geleneksel İsimlendirme ile oldukça sıkı birleşmiş kolay ayrılmıyorsa, prostetik grup, pek sıkı birleşmemiş, kolay ayrılabiliyorsa koenzim Günlük hayatta kullanılan isimlendirme şeklidir. Pratik adını alır. Böyle enzimlerde ne apoenzim ne de koenzim isimlendirmeye şu örnekleri verebiliriz; Oksidazlar, tek başına etki yapamazlar. Koenzim ve apoenzimden kinazlar, mutazlar, fosforilazlar. meydana gelen tam bir enzime holoenzim denir.
Sistematik İsimlendirme Sıcaklığın Etkisi
Uluslararası Biyokimya Birliği tarafından kurulan enzim Her enzimin en iyi etki ettiği yani en iyi çalıştığı sıcaklık komisyonu tarafından enzimler altı ana enzim sınıfına derecesi vardır. Buna o enzimin optimum sıcaklık derecesi ayrılmıştır. Bu tür isimlendirme enzimin katalize ettiği denir. Bu derecenin üzerinde enzimler üç boyutlu reaksiyonun özelliklerini belirgin şekilde tanımlamaktadır. yapılarını kaybederek denatüre olurlar ve reaksiyon hızı Enzim, kod numaraları noktalarla ayrılmış dört rakamdan düşer. Hayvansal enzimlerin çoğunun optimum sıcaklığı oluşur. İlk rakam altı ana enzim grubundan hangisine dâhil 40-50 °C arasında iken, bitkisel kaynaklı enzimlerin olduğunu, ikinci rakam etki ettiği kimyasal yapıyı veya genellikle 50-60 °C arasındadır. Kimyasal reaksiyonların bağını, üçüncü rakam alıcısı olarak ifade edilen hızı sıcaklık arttıkça artar. Her 10 °C sıcaklık akseptörünü yani ayrılan grubun neye bağlanarak ya da yükselmesinde hız iki kat artar ancak enzimin çalışmasına neyin yardımıyla taşındığını anlatır, dördüncü rakam ise engel olacak kadar yükseldiğinde beklenenden farklı belli bir sınıfın içerisinde o enzimin sıra numarasını olarak reaksiyon hızı yavaşlar hatta durabilir, sıcaklığın belirtir. Bu ana enzim grupları kendi içinde birçok alt etkisi ortadan kalktığında tekrar eski durumuna dönebilir. gruplara (sub class) ayrılırlar. Alt gruplarda tekrar kendi Fakat enzimin yapısını bozacak kadar sıcaklık içinde alt alt gruplar (sub-sub class) oluştururlar. uygulanmasından sonra enzim tekrar eski haline dönemez.
Enzimlerin altı ana grubu şöyledir; pH’nın Etkisi
1. Oksidoredüktazlar Enzimin en aktif olduğu pH derecesine o enzimin 2. Transferazlar optimum pH değeri denir. Enzimler pH değişimlerine çok 3. Hidrolazlar hassastır. Optimum pH değerlerinden daha düşük veya 4. Liyazlar daha yüksek değerlerde reaksiyon hızı düşer ve değişik 5. İzomerazlar pH’lar enzimi denatüre edebilir. Enzimlerin çoğunun 6. Ligazlardır optimum pH’ları 5-7 değerleri arasındadır. Örneğin tripsin 7 pH’da en iyi çalışır, fakat midede bulunan pepsin gibi Oksidoretüktazlar: Oksidasyon redüksiyon enzimler 1-2 gibi çok düşük pH’larda en iyi aktivite reaksiyonlarının oluşumunu sağlayan enzimlerdir. Bu gösterirler. enzimler hidrojen veya oksijen atomlarını ya da elektronları bir substrattan diğerine aktarırlar. Örnek; Zaman laktat dehidrojenaz (LDH) Enzim ile katalize edilen reaksiyonun hızı zamanla azalır. Transferazlar: Aldehit, keton, fosfat gibi fonksiyonel Bunun sebebi reaksiyon ürünlerinin kendi aralarında grupları taşıma görevi yapan enzim ana sınıfıdır. Örnek; birleşerek, zıt yönde bir reaksiyon meydana getirmeleridir. aspartat aminotransferaz (AST), alanin aminotransferaz Başka bir deyişle enzimin zamanla inaktive olması veya (ALT) substratın tükenmesidir. Bu nedenle enzimatik ölçümler substratın % 10’nun kullanıldığı başlangıç kısmında Hidrolazlar: Substratın çeşidine göre ester, eter, peptit yapılır. gibi bağlar üzerine etki ederek, su aracılığı ile onları parçalayan enzimlerdir. Örnek; amilaz, üreaz, arjinaz Enzim Konsantrasyonu
Liyazlar: Hidrolizden başka bir mekanizma ile organik Substrat konsantrasyonu sabit tutularak enzim moleküllerdeki grupların ayrılmasını sağlayan enzimlerdir. konsantrasyonunun artırılması durumunda, reaksiyon hızı Örnek; aspartat amonyak liyaz, piruvat dekarboksilaz da orantılı olarak artar. Çünkü her enzim birbirinden bağımsız olarak iş görür. İzomerazlar: Substratın izomerizasyonunu katalizlerler. Molekül içinde tekrar düzenlenmeyi sağlarlar. Örnek; Substrat Konsantrasyonu glukoz fosfat izomeraz Sabit bir enzim konsantrasyonunda, enzimatik Ligazlar: Daha büyük bir molekülü oluşturmak için iki reaksiyonun hızı belirli bir noktaya kadar, substrat metabolitin bağlanmasına neden olurlar. C–O, C–N veya konsantrasyonu ile artar. Hız maksimuma ulaştığı zaman C–C bağlarını kurarlar. Örnek; pirüvat karboksilaz, substrat konsantrasyonunun artması ile reaksiyon hızı glutamin sentetaz, DNA ligaz değişmez. Enzim substrat ile doymuştur. Substrat konsantrasyonu enzim miktarını aştığı zaman yeni Enzim Aktivitesini Etkileyen Faktörler substratlarla birleşebilmek için enzimlerin görevlerini
Enzimlerin aktivitesine etki eden çok fazla etken tamamlayıp, reaksiyondan ayrılması ve tekrar yeni bulunmaktadır. Bunlardan önemli olan bazı faktörler substratları katalize etmek için olaya katılması gerekir. Bu sıcaklık, pH ve zamanın etkisi, enzim konsantrasyonu, durumda hız sabit olarak devam eder. substrat konsantrasyonu, reaksiyon ürünleri, çeşitli maddelerin ortamda bulunması olarak sıralanabilir. Reaksiyon Ürünleri
Bir enzim reaksiyonunun hızı zamana bağlı olarak reaksiyonda meydana gelen ürünlerin artmasından dolayı
azalır. Enzim reaksiyonları genelde iki yönlü olarak Allosterik Enzimler, İzoenzimler ve Koenzimler çalışır. Ürün oluştuğu zaman ortamdan çabuk bir şekilde uzaklaştırılmazsa oluşan bu ürünlerin bazıları substratla Allosterik Enzimler
yapısal benzerliklerinden dolayı enzimle birleşerek onun Metabolizmada bazı çoklu enzim sistemlerinin yeni substratlara bağlanmasına engel olur. çalışmasında, son ürünün miktarı hücre gereksinimini
Çeşitli Maddelerin Ortamda Bulunması aştığında, metabolik yolun son ürünü tarafından veya dışarıdan başka bir madde tarafından bu enzim sisteminin Aktivatörler: Enzim reaksiyonlarının hızını artıran düzenleyici enzimi inhibe edilir. Düzenleyici enzime ait maddelere aktivatörler, aktivatörlerin etkisi ile enzim reaksiyon yavaşladığında, bütün ardışık enzimler de reaksiyonunun hızının artmasına aktivasyon denir. Bunlar substratları azaldığı için düşük hızlarda çalışırlar. Böylece başlıca metal iyonları olup, eser haldeki miktarları bazı metabolik yoldaki son ürününün üretim hızı hücrenin enzimlerin aktivitesi için gereklidir. Aktivatörler gereksinimiyle dengeye gelir. Bu şekilde üzerinde yer reaksiyonun hızını ya substratla birleşerek gösterirler veya aldıkları bir metabolik geçidin düzenli çalışmasını serbest enzime bağlanarak etki ederler. sağlayan ve o metabolik geçit ile ilgili son ürün veya İnhibitörler: Enzimatik reaksiyonun hızını azaltan veya başka bir molekül tarafından aktiviteleri kontrol edilen tamamen durduran maddelere inhibitörler denir. enzimlere allosterik enzimler denir.
İnhibitörler vasıtası ile enzimatik reaksiyonun hızının Allosterik enzimlerce katalize edilen reaksiyonların hızını azalmasına veya durmasına da inhibisyon denir. Enzim düzenleyen maddelere effektörler veya modülatörler denir. inhibisyonları geriye dönüşümlü (reversible) ve geriye Allosterik enzime bağlanmak suretiyle reaksiyonu dönüşümsüz (irreversible) olarak ikiye ayrılır. Bunların da yavaşlatan veya durduran maddelere negatif effektör veya kendi içinde alt grupları vardır. modülatör, reaksiyonu hızlandıran maddelere ise pozitif Geriye Dönüşümlü (Reversibl) İnhibisyon effektör veya modülatör denir. Negatif effektörün bağlanması ile reaksiyon hızının azalması veya durması Kompetitif İnhibisyon: Kompetitif inhibisyonda inhibitör allosterik inhibisyon olarak isimlendirilir. Benzer şekilde aktif yere bağlanmak için yarıştığı substrata yapısal olarak pozitif effektörün bağlanması ile reaksiyon hızının artması benzerlik gösterir. Kompetetif inhibisyona örnek ise allosterik aktivasyon olarak adlandırılır. endüstride yaygın şekilde kullanılan metil alkolün zararlı etkisini azaltabilmek için metil alkol ile zehirlenmiş bir İzoenzimler
canlıya erken dönemde etil alkol verilmesi olabilir. Birden fazla molekül şeklinde bulunan enzimlere izoen- Nonkompetitif İnhibisyon: Nonkompetitif inhibisyonda zimler denir. Aynı kimyasal reaksiyonu katalize ettikleri inhibitör genellikle subtrata yapısal olarak benzerlik halde kinetik özellikleri, aminoasit bileşimleri ve hatta taşımaz. Enzime substratın bağlandığı bölgeden farklı bir dizeleri bakımından farklılık gösterirler. Aynı zamanda yerden bağlanır. İnhibitörle substrat arasında enzime izoenzimlerin fiziksel, kimyasal ve immunolojik bağlanma bakımından yarışma mevcut değildir. Bu özellikleri bakımından belirgin farklar vardır. Örneğin inhibisyon substrat konsantrasyonunun artışından laktat dehidrojenaz (LDH) laktatın piruvata dönüşümünü katalizleyen beş izoenzime sahip bir enzimdir. etkilenmez. İnhibitör ya bir serbest enzime veya bir enzim-substrat kompleksine bağlanabilir. Her iki durumda Koenzimler da oluşan kompleks katalitik olarak inaktiftir. Örnek olarak kurşun zehirlenmesi verilebilir ve bu durum Çoğu enzimlerin aktivite gösterebilmesi için protein hemoglobinin yapısını oluşturan hem sentezinde iki yerde yapısında olmayan organik maddelere ihtiyaç duyduğunu inhibisyonla anemiye neden olur. ve bunların koenzim olarak isimlendirildiğini konunun başlarında belirtmiştik. Koenzimler, genellikle bir atom Ankompetitif İnhibisyon: Ankompetitif inhibisyonda, veya atom grubu için alıcı (akseptör) veya verici (donör) inhibitör sadece enzim-substrat kompleksine bağlanır ve rolü üstlenerek, bu grupları küçük substrat ESİ kompleksi oluşur. Reaksiyon gerçekleşmez. Ortama moleküllerinden alarak veya ilave ederek, grup substrat ilave edilmesi inhibitörün bağlanma olasılığını transferinde, izomerizasyon reaksiyonlarında, oksidasyon artırabilir. redüksiyon olaylarının gerçekleşmesinde rol oynarlar. Geriye Dönüşümsüz (İrreversibl) İnhibisyon: İnhibitör Koenzimler başlıca üç grupta toplanabilir;
enzimin aktif yeri ya da yakınında reaksiyona girdiğinde Enerjice Zengin Trifosfatlar: Bunlara daha çok ve enzime sıkıca bağlandığında meydana gelir. Fiziksel endotermik metabolizma reaksiyonlarında ihtiyaç duyulur: ayırma işlemleri enzimden inhibitörü uzaklaştırmada etkisizdir. İnhibitör uzaklaştırılsa bile enzimin yapısında a. ATP (Adenozin trifosfat) meydana getirdiği kalıcı bozukluklardan dolayı tekrar eski b. UTP (Uridin trifosfat) haline dönemez. Bu nedenle geriye dönüşümsüz olarak c. CTP (Sitidin trifosfat) ifade edilir. Asetilkolinin asetat ve koline hidrolizini d. GTP (Guanozin trifosfat) katalizleyen asetilkolin esteraz enziminin inaktivasyonu geriye dönüşümsüz inhibisyona güzel bir örnektir.
Grup Nakleden Koenzimler:
a. Pridoksal Fosfat: Aminoasitlerin transaminasyon ve dekarboksilasyon reaksiyonlarında görev yapar, b. Tiyamin Pirofosfat: Alfa-ketoasit dekarboksilazların aktif merkezini oluşturur, c. Koenzim A (CoA): Asetil gruplarının taşınmasında görev yapar, d. Tetrahidrofolik Asit (Fol H4): Metanol, formaldehit gibi bir karbonlu birimlerin metabolizmasında rol oynar, e. Biotin: Karboksil gruplarının taşınmasında görevi vardır, f. Kobalamin (B12 vitamini): Metil malonil CoA’nın süksinil CoA’ya dönüşümünde gereklidir, g. Lipoik asit: Açil gruplarının taşınmasında görev yapar.
C, H, O ve Elektron Taşıyan Koenzimler:
a. NAD (Nikotinamid adenin dinükleotid) ve NADP (Nikotinamid adenin dinükleotid fosfat: Altı ana enzim grubundan olan oksidoredüktazların koenzimidirler, b. FAD (Flavin adenin dinükleotid) ve FMN (Flavin mono nükleotid): Oksidoredüksiyon reaksiyonlarının büyük bir kısmını katalize ederler, c. Koenzim Q (Ubikinon): Biyolojik oksidasyon sisteminde elektron taşınmasında yer alır, d. Demirli porfirinler: O2 ve elektron taşıyan enzimlerin prostetik grubudur, e. Koenzim olarak Cu: Askorbik asit oksidaz, ürikaz, tirozinaz ve benzeri enzimlerin prostetik grubudur.