Medikal Biyoloji - Enzimler

METABOLİZMA VE ENZİMLER

Metabolizma

Hücre içinde meydana gelen enerji transformasyonlarına yani kimyasal değişmelerin toplamına denir.

Katabolizma: Maddelerin parçalanması. Ekzergoniktir. Enerji açığa çıkar.

Anabolizma: Yeni maddelerin sentezlenmesi. Endergoniktir. Enerji kullanılır.

n  Glukoz, amino asitleri, yağ asitleri gibi hücreye giren besin maddelerinin hücrede daha ufak moleküllere parçalanması katabolik olaylardır.

n  Bu parçalamadan enerji meydana gelir. Bu enerji adenozin trifosfat (ATP)’de tutulur.

n  Hücre yeni ve kompleks maddelerin sentezi, yani anabolik olaylar için örneğin proteinin sentezlenmesi için katabolizmada ortaya çıkan enerjiyi kullanır.

n  Hücrede bu olaylar belli bir vücut ısısında, düşük iyon konsantrasyonunda, dar bir aralığa giren pH derecelerinde meydana gelir. Hücrede enerji transformasyonları bu şartlar altında enzimlerin aracılığı ile molekül seviyesinde yapılır.

Enzimler

n  Enzimler hücredeki kimyasal reaksiyonların hızını arttıran biyolojik katalizörlerdir.

n  Protein yapıdadır.

            - Katalitik güçleri fazladır

            - Özgüldür.

n  Enzimler katalizör olarak girdikleri kimyasal reaksiyonlar sırasında substrat denen madde ile birleşerek bir ara madde olan enzim-substrat kompleksini meydana getirirler ve reaksiyon sonunda başlangıçtaki hallerine dönerler.

            Geriye dönebilen (reversibl)

n  Genellikle, Enzimin üzerinde aktivite gösterdiği maddenin adının başına “az” eki getirilerek isimlendirilir.

n  Örn:  Proteinaz proteinlere etki eder,

            Lipaz lipidlere etki eder,

Üreaz üreyi hidrolize ederek, CO2 ve amonyağa ayırır.

Bir kısmının kendine ait adı vardır. Örn:  Tripsin…

            Katalitik özellikleri protein yapılarına bağlıdır.

            Protein yapılarında değişiklik oluşması durumunda enzimlerin aktiviteleri de etkilenir.

            Saf protein moleküllerinden (a.a.’lerden) oluşan ve başka bir grup bulundurmayan enzimler vardır.

            Örn: pankreatik ribonükleaz (aktivite göstermek için ilave gruplara ihtiyaç olmaz).

Faal olmayan enzim hücrede zymogen granülleri tarzında bulunur ve kinaz adı verilen bileşiklerle aktif hale getirilirler.

Örn; pankreas hücrelerindeki tripsinojen pankreas hücrelerinin zymogen granülleri halinde olan bir enzim salgısıdır ve on iki parmak barsağında enterokinaz ile aktive edilir. Aktive edilmiş haline tripsin denir.

Bu aktivasyon ile muhtemelen enzimin substrat ile asıl faaliyete girecek aktif yeri denen kısmı meydana çıkartılır.

Bazı enzimler bir veya bir kaç küçük iyon veya molekül yardımıyla aktivite gösterir. Bu maddelere aktivatör denir. Mg2+ ve Ca2+ böyle aktivatörlerdir. İnorganik metal iyonları kofaktör olarak adlandırılır. Aktivatör bulunmazsa hiçbir enzim faaliyeti olmaz.

Bazı aktivatörler spesifik olurlar. Bunlara koenzim denir. Genel olarak koenzimler kompleks yapılı organik moleküllerdir ve reaksiyona girerler. Faal olmayan enzime Apoenzim denir.

Apoenzim+koenzim= Holoenzim (faal)

Koenzimler: Apoenzimlerle bazen sıkı bazande zayıf bağlarla bağlanmışlardır. Koenizmlerin enzim aktivitesinde önemleri çok fazladır.

Enizmlerim etkin bölümünü oluşturan koenzimlerin yapısında vitaminlerde(tiamin,riboflamin,niasin,pantotenik asit,folik asit,pridoksin) bulunur.

Substrat için atom yada elektronları taşırlar.

ÖR: NADPà elektron taşıyıcıdır.

       ATP    à fosfat ve enerji taşır..

Enzimler katalizör olarak girdikleri kimyasal reaksiyonlar sırasında substrat denen madde ile birleşerek bir ara madde olan enzim-substrat kompleksini meydana getirirler ve reaksiyon sonunda başlangıçtaki hallerine dönerler. Kendileri reaksiyona girmezler. Aktivasyon enerjisini düşürerek reaksiyonu hızlandırırlar.

Yüksek enerjili bileşikler daha kolay reaksiyona girebilen moleküllerdir. Bir reaksiyonun hızını artırmanın yolları:

            -Isıyı artırmak,

            -Katalizör ilave etmek.

Aktif Merkez
   (Katalitik Bölge)

n  Enzimlerle yapılan reaksiyonlar sırasında substrat kendini enzimin bir komponentine bağlar. Bu bağlanma için enzim üzerinde spesifik olan yere veya yerlere aktif merkez adı verilir. Kompleks bir yapı gösterir. Substratla aktif merkez arasında sabit kimyasal bağlar oluşmaz.

Aktivasyon Enerjisi

n  Enzimatik reaksiyonun oluşmasında reaksiyonun kendiliğinden ilerleme hızı aktivasyon enerjisinin bir fonksiyonudur. Yani bütün reaksiyonlar başlatılmadan önce, moleküller bir enerji eşiğine yükseltilmelidir.

n  Bir tepede duran kayanın aşağı yuvarlanabilmesi için bir enerji gerekir. Burada aktivasyon enerjisi kayayı tepede tutan sürtünmeyi ortadan kaldırmak için gereken güçtür.

n  Enzim reaksiyonun ilerlemesi için gereken aktivasyon enerjisini azaltır.

n  Böylece sistemdeki moleküller sınırı kendiliğinden aşarlar ve reaksiyon tamamlanır.

ANAHTAR KİLİT MODELİ

n  Enzimler substrat özgüllüğü olan moleküllerdir.

      Enzimle etkileşime girecek substratın sahip olması gereken özellikler

n  Enzimin tanıyabileceği özgül bir kimyasal bağ veya bağlantı.

n  Substratı enzim üzerinde yerleştirmeye yarayan bir fonksiyonel grup.

1. Substrat (S) enzimin (E) aktif (katalitik) bölgesi ile birleşir.
2. Enzim-Substrat kompleksi [ES] oluşur.
3. Substrat ürüne dönüşür (Ü).
4. Oluşan ürün enzimden ayrılır.
5. Enzim eski formuna döner.
6. Enzimin çok az miktarı kısa bir süre içinde çok sayıdaki biyokimyasal reaksiyonları katalize edebilir.

                  E + S   à   ES

                  ES      à   Enzim + Ürün

Enzim Aktivitesini Etkileyen Faktörler

n  1. Enzim ve substrat konsantrasyonu

n  2. Reaksiyon ortamının sıcaklığı

n  3. Reaksiyon ortamının pH’sı

n  4. Aktivatör maddeler

n  5. İnhibitör maddeler

ENZİM İNHİBİSYONU

n  KOMPETETİF İNHİBİSYON

n  NON-KOMPETETİF İNHİBİSYON

KOMPETETİF İNHİBİSYON

n  Kompetetif inhibitörler enzimin aktif merkezine bağlanmak için substrat ile rekabete girerler.

n  Bağlandıktan sonra reaksiyonu durdururlar. Substrat konsantrasyonu artırılarak önlenebilir.

NON-KOMPETATİF İNHİBİSYON

n  İnhibitör madde aktif merkez dışında bir yere bağlanır.

n  Enzim molekülünün şeklini bozar.

n  Aktif merkezi inaktif hale getirir.

n  Serbest enzim ve ES kompleksine bağlanabilir.

ALLOSTERİK ENZİMLER

n  Basit enzimlerden farklıdır.

n  Bu tip enzimlerin alt birimleri ve dolayısıyla birden fazla aktif merkezleri bulunmaktadır. Bu aktif merkezlerden birinin durumu diğerini kontrol eder.

n  Bağlandıkları küçük düzenleyici moleküller efektör olarak adlandırılır.

n  Allosterik efektörler allosterik bölgelere bağlanarak katalitik modifikasyonlara neden olur. Enzimin aktif bölgesinde konformasyonel değişime neden olur.

n  Enzime bağlanan moleküller molekülün üç boyutlu yapısı ve alt birimlerin birbirleriyle ilişkilerini etkiler.

KOENZİMLER

n  Tiamin Pirofosfat Yapısında Tiamin (B1 vitamini) bulunur. Reaksiyonlarda ara taşıyıcıdır. Örn: Piruvat dekarboksilaz reaksiyonlarında asetaldehit taşıyıcısıdır.

n  Flavin nükleotidler

n  Flavin mononükleotid (FMN) ve Flavin Adenin Dinükleotid(FAD) Riboflavin (B2 vitamini)’in koenzim şeklidir. Oksidasyon ve redüksiyon enzimlerinin prostetik grubu olarak görev yaparlar.

n  Nikotinamid adenin dinükleotid (NAD) ve nikotinamid adenin dinükleotid fosfat (NADP) niasinin koenzim şekli ’dir. Oksidoredüktaz enzimlerinin katalizlediği reaksiyonlarda rol oynarlar. Pek çok dehidrojenaz enzimlerinin (laktat, malat dehidrojenaz gibi) koenzimidir. Özgül substrat moleküllerinden hidrojenlerin ayrılmasında elektron alıcısıdırlar.

Koenzim A

n  Ana komponenti pantotenik asittir.

n  CoA açil grubunun ara taşıyıcısıdır.

n  CoA reaktif tiol (-SH) grubu içerir.

Piridoksal fosfat

n  Yapısında B6 vitamini, piridoksin bulunur.

n  Amino asitlerin taşındığı reaksiyonlarda enzimlere bağlı prostetik grup

1. Biotin

Enzimatik karboksilasyon reaksiyonlarında (COO_) karboksi grubunun ara taşıyıcısıdır.

2. Koenzim B12

Ana bileşeni B12 vitaminidir. Metil grubu transferi yapan enzim reaksiyonlarına katılır.

3. Tetrahidrofolik asit

Ana bileşeni folik asittir. Hidroksi metil, formil veya metil gruplarının transfer edildiği enzimatik reaksiyonlarda,  amino asit, pürin ve pirimidin metabolizmasında tek karbon transferi olan reaksiyonlarda görev yapar. Karaciğer ve koyu yeşil yapraklı sebzelerde bulunur.

ENZİMLERİN SINIFLANDIRMASI

1. Oksidoredüktazlar

            Elektron transferi yaparlar. Yani Oksidasyon-redüksiyon reaksiyonlarını katalizlerler

2. Transferazlar

Bir maddedeki bir kimyasal grubun diğer bir kimyasal maddeye aktarılmasını katalizlerler.

3. Hidrolazlar

            Su ile parçalama reaksiyonlarına girerler.

4. Liyazlar

            Bir molekülden herhangi bir grubu koparan enzimlerdir.

 5. İzomerazlar

İzomerik formları vermek üzere, molekül içi grup transferi yapan enzimlerdir.

(örn: trioz fosfat izomeraz)

6. Ligazlar (Sentetazlar)

            ATP yıkımı ile kondensasyon reaksiyonlarını katalizleyen enzimlerdir. (örn: Asetil CoA sentetaz),