Enzimler Nasıl Çalışır? Enzim Kinetiği ( Dr. Gülçin Eskandari )
n Enzimler Nasıl Çalışır Enzim Kinetiği
n Dr. Gülçin Eskandari
n Enzimler nasıl çalışırlar?
n Oldukça etkili katalizörler
n Reaksiyon hızını
n Enzimlerin oldukça büyük yapılarına karşın, kataliz işleminin gerçekleştiği yer aktif bölge
n Enzimlerin aktif bölgesi substrat özgünlüğü de gösterir
n Substrat özgünlüğü, substrat bağlama bölgesindeki amino asidlerin yapısı, yükleri, polarite ya da hidrofobisiteleriyle belirlenir
n Enzimin substrat bağlaması hidrojen bağı, hidrofobik ya da iyonik etkileşim gibi zayıf bağlarla olur
n Bazı enzimler tek bir substrata özgünlük gösterirken, bazıları daha geniş bir spektrumu katalizlerler
n Bir reaksiyonun hızı geçiş aşamasına (transition state) birim zamanda geçen substrat konsantrasyonu ile orantılı
n Aktivasyon enerjisinin yüksek olması hızı düşürür
n Hızı arttırmak, ya ısıyı arttırarak reaksiyona girecek substratların enerjisini arttırmakla (collision theory) ya da aktivasyon enerjisini düşürmekle mümkün
n Canlı organizmalarda bu işlem aktivasyon enerjisinin düşürülmesi, yani reaksiyonları enzimlerin katalizlemesiyle gerçekleşir
n Enzimle katalizlenen reaksiyonların hızı artarken DG ya da Keq değerlerinde herhangi bir değişiklik olmaz
n Reaksiyonun hızı reaksiyona giren moleküllerin konsantrasyonu ile doğru orantılı
n Reaksiyon hızı
n Bir internasyonel ünite enzim miktarının, belirlenen şartlar altında bir mmol ürünü bir dakikada oluşturması
n Reaksiyon hızını etkileyen faktörler
n Isı
n pH
n Enzim konsantrasyonu
n Substrat konsantrasyonu
n İnhibitör varlığı
n Isı
n pH
n Substrat ve enzim konsantrasyonu
n Enzim kinetiği
1. Varsayım: E + P oluştuktan sonra geri dönüş reaksiyonunu ihmal ediyoruz
2. Varsayım: ES hem oluşuyor, hem de yıkılıyor, ancak bu iki işlem dengede ve ES konsantrasyonu değişmiyor
Bu durum ‘steady state’ kararlı denge durumu
n Michealis – Menten Denklemi
n Michealis – Menten Grafiği
n Eğer [S] << Km ise hız substrat konsantrasyonu ile doğru orantılı
n Eğer [S] >> Km ise hız Vmax’ta
n Lineweaver Burk Grafiği
n Düzenli mekanizmayla bağlanma
n Rasgele mekanizmayla bağlanma
n Düzenli ya da rastgele mekanizmaların her ikisinde de ping-pong mekanizmasıyla bağlanma olabilir.
n Birden fazla substratı olan enzimler için Lineweaver Burk grafiği denklemi
n ENZİM İNHİBİSYONLARI
n Kompetetif (yarışmalı) İnhibisyon
n Süksinat dehidrogenaz
n Kompetetif (yarışmalı) İnhibisyon
n Nonkompetetif İnhibisyon
n Nonkompetetif inhibisyon’da kinetik açıdan değişen nedir?
n Nonkompetetif İnhibisyon
n Unkompetetif İnhibisyon
n İrreversible inhibisyonlar
n Enzim aktivitesi için gerekli olan, enzimin fonksiyonel bir grubu ile birleşerek ya da bu fonksiyonel grubun yapısını bozarak etki gösterirler
n İrreversible inhibitör ile enzim arasında kovalent bir bağ oluşumu olabilir
n İrreversible inhibisyonlar
n İodoasetamid aktif bölgesinde –SH grubu içeren enzimlere bağlanarak alkil enzim türevi oluşturur
n Diizopropil–florofosfat enzimin serin residuesunun –OH grbundan enzime kovalent olarak bağlanarak, enzimin diizopropil-fosfat türevini oluşturur
n Kimotripsin bir serin proteaz
n Aktif bölgesinde 195. pozisyonda serin amino asidi bulunur
n Enzim katalitiz mekanizmaları
§Asit-baz katalizi
§Elektrostatik kataliz
§Kovalent kataliz
§Metal iyon katalizi
§Yakınlık etkisi
n Genel asid-baz katalizi
n Kimyasal bağlar elektronlar tarafından oluşturulur
n Bağların yeniden düzenlenmesi ya da kırılması elektronların hareketini gerektirir
n Reaktif kimyasal grupların elektrofil ya da nükleofil gibi fonksiyon gördüğü söylenebilir
n Genel asid-baz katalizi
n Elektrofiller, elektron açığı olan maddeler olup, elektron fazlası olan maddelerle reaksiyona girerler
n Nükleofiller, elektron fazlası olan maddeler olup, elektron açığı olan maddelerle reaksiyona girerler
n Genel asid-baz katalizi
n Potansiyel olarak reaktif olan bir grubun intrinsik elektrofilik ya da nükleofilik karakterini arttırarak, daha reaktif hale getirilmesi sonucu kataliz gerçekleşebilir
n Bu olayı gerçekleştirmenin en kolay yolu bir proton eklenmesi ya da uzaklaştırılması
n Genel asid-baz katalizi
n Genel asid-baz katalizi
n Su intrinsik olarak zayıf bir nükleofil, bir katalist yokluğunda esterle olan reaksiyonu çok yavaş gerçekleşir
n Ancak ester hidrolizi yüksek ya da düşük pH’da çok daha hızlı gerçekleşir
n Enzimlerin aktif bölgelerinde bulunan asidik ya da bazik amino asidlerin varlığı ile asid ya da baz katalizi gerçekleşir
n Genel asid-baz katalizi
n Ester ya da amid hidrolizinde bir diğer mekanizma su yerine enzimin aktif bölgesinde daha nükleofilik bir grubun yer alması
n Serin amino asidinin –OH grubu enzimler tarafından bu amaçla kullanılmakta
n Asetoasetat dekarboksilaz enzimi
n Elektrostatik kataliz
§Enzimlerin aktif bölgesinde yüklü grupların bulunması elektrostatik etkileşimlerin oluşmasını sağlar
§Substratın bağlanması genellikle enzimin aktif bölgesinden suyu uzaklaştırır
§Daha polar bir yapıya kavuşan aktif bölge, sulu ortamdakinden daha güçlü elektrostatik etkileşimler geliştirir
n Kovalent kataliz
§Enzim üzerindeki nükleofilik bir grup ile substrat üzerindeki elektrofilik bir grup arasında kovalent bağ oluşumu ile kataliz gelişir
n Metal iyon katalizi
§Enzimlerin yaklaşık üçte biri katalitik aktiviteleri için metal iyonlarına ihtiyaç duyar
§Metal iyonları
§Substratları bağlayarak,
§Elektrostatik olarak negatif yükleri stabilize ederek ve koruyarak,
§Oksidasyon-redüksiyon reaksiyonlarına, metal iyonunun geri dönüşümlü oksidasyon değişiklikleri yoluyla aracılık ederek katalitik sürece katılır
n Yakınlık etkisi
n Bir enzim uygun bir oryantasyonda iki reaktanı bir araya getirerek, reaksiyonu başlatabilir
n Özellikle bir molekülde gruplar arasında gelişen intramoleküler reaksiyonlar, iki ayrı substratın bir araya gelmesi ile oluşan reaksiyonlardan daha hızlı olarak gerçekleşir
n Yakınlık etkisi
n Moleküller arası reaksiyonları katalizleyen enzimler aktif bölgelerine substratlarını bağlayarak, bu substratlar arasında yakınlık oluşturup, reaksiyona uygun oryantasyonu sağlamış olurlar
n Substratlar bu şekilde bağlandıktan sonra, sanki tek bir molekül üzerindeki intramoleküler bir olay gibi reaksiyon gerçekleşir
Aşağıdakilerden hangisi reaksiyon hızını etkilemez?
a)Ortam ısısı
b)Ortam pH’sı
c)Substrat özgünlüğü
d)Enzim konsantrasyonu
e)Substrat konsnatrasyonu
…
