ENZİMLER
BİYOKİMYA A.B.D BAŞKANI
PROF. DR. NİHAT MERT
GİRİŞ VE TANIM
İlk enzim çalışmaları sindirime ilişkin enzimlerin araştırılmaya başlandığı 1760-1825 yılları arasındadır.
Enzimler biyolojik sistemlerde oluşan tepkimelerde etkili olan biyolojik katalizörler olarak tanımlanmaktadır. Termodinamik yönden oluşabilen bir tepkimenin hızını katalizörler, tepkimenin denge sabitini değiştirmeden 1011 kat veya daha fazla arttırmaktadır.
Kofaktörler: Bazı enzimler, enzimatik reaksiyon için gerekli olan bir non protein faktörle birleşir. Bu faktörler arasında metal iyonlar (Zn+2,Fe+2) ve koenzim olarak bilinen, genellikle vitamin türevi olan (NAD+,FAD,CoA) organik moleküller yer alır.
Holoenzim, kofaktörü ile birlikte enzimi ifade eder.
Apoenzim holoenzimin protein kısmını ifade eder.
Holoenzim= Apoenzim +Koenzim
Enzimin inaktif şekline zimojen (proenzim), zimojeni aktifleştiren maddeye de kinaz adı verilir.Birden fazla şekilde bulunan enzimlere izoenzim denir.
Prostetik grup enzimden ayrılamayan sıkıca bağlı bir koenzimdir.(Ör:Karboksilazların biyotini)
Bir reaksiyonu hızlandıran fakat kendisi reaksiyondan değişmeksizin çıkan maddeye ‘‘KATALİZÖR’’ denir.Enzimlerle reaksiyon veren maddelere ‘‘SUBSTRAT’’ denir.

Enzim-Substrat
ENZİMLERİN ÖZELLİKLERİ
Enzimler, protein tabiatındadırlar.
Hücre içinde ve dışında bulunurlar.
Biyolojik maddeleri katalizlerler.
Enerji açığa çıkaran maddelerdir.
Üzerinde aktif merkez ile bağlanma yeri vardır.
Kinetik olarak çalışırlar.
Enzimler spesifiktir.
ENZİMLERİN ADLANDIRILMASI
International Union of Biochemistry (IUB)’nın ‘‘Nomenculture Committe’’ tarafından tavsiye edilen sınıflandırma şöyledir;(1984)
Enzim sınıflandırma ve isimlendirilmesinde iki yol izlenir;
1-Sistematik Yol
2-Çalışma veya trivial yoldur.
Sistematik yol, enzimin muhtemel fonksiyonu aynı olacak şekilde isimlendirilmesidir.Enzim katalitik olarak tanımlanır.
Trivial yol, kısa ve genel kullanımdan sıkça bahsedilen enzimlerin sistematikte yer almayan şekli verilir.
A-) Geleneksel Adlandırma:
Enzimler etkili oldukları substratın sonuna
–az eki getirilerek (ÜREAZ, AMİLAZ, ARJİNAZ, PROTEAZ, LİPAZ) veya katalizledikleri tepkimeyi tanımlayan (Laktat Dehidrogenaz, Adenilat Siklaz) isimleri kullanılarak adlandırılmıştır.
B-) Sistematik Adlandırma:
Uluslar arası biyokimya ve moleküler biyoloji birliğinin (IUBMB) göre; enzim adlandırmaları, enzimin etkilediği tepkimenin türüne ve mekanizmasına göre yapılmaktadır. Tepkimeler ve bu tepkimeleri katalize eden enzimler 6 ana gruba ayrılmıştır. Bu 6 grubun 4-13 arasında değişen alt sınıfları bulunmaktadır. Her enzime 4 sayı ile belirlenen bir kod numarası verilmiştir.
ENZİMLERİN SINIFLANDIRILMASI
1-) Oksidoredüktazlar
2-) Transferazlar
3-) Hidrolazlar
4-) Liyazlar OTHALİL
5-) İzomerazlar
6-) Ligazlar
vNOT: Sınıflandırmada baş harflerini birleştirirsek ‘‘OTHALİL’’ elde ederiz böylelikle enzimlerin sırasını karıştırmamış oluruz.
İSİMLENDİRME VE NUMARALANDIRMA
1961 yılında enzim komisyonu, kod numaralı sistemi geliştirdi. 4 element bazı farklarla ayrılarak işlem yapıldı.
A-)Birinci numara altı ana bölümden birisini simgeler.
B-)İkinci numara subklası gösterir.
C-)Üçüncü numara subsubklası ifade eder.
D-)Dördüncü numara ise subsubklastaki enzimin seri numarasını gösterir.
Örnek verecek olursak;
1.1.1.1
a b c d
a: Ana sınıf
b: Subklas
c: Subsubklas
d: Subsubklas seri no
Tepkimenin tipini birinci sayı, vericinin etkilediği grubu ikinci sayı, alıcı olarak yararlanılan grubu üçüncü sayı ve adlandırılan enzimi dördüncü sayı belirlemektedir.
Örnek : EC(Enzim komisyonu).2.7.1.1
2 Transferaz türü tepkimeyi
7 Fosfat transferini
1 Fosfat alıcısının bir alkol olduğunu gösterir,
1 ATP molekülünden glikozun altıncı karbonundaki hidroksil grubuna fosfat transferi yapan enzimi, ATP-D-Heksozaltıfosfotransferazı (hekzokinaz) tanımlamaktadır.
1-) OKSİDOREDÜKTAZLAR:
( Oxidoreductases)
Bu sınıftaki enzimler oksido- redüksiyon reaksiyonlarını katalizlerler.
R-CH2OH+NAD+ R-CHO+NADH+H+
(Primer Alkol) (Aldehid)
Enzim :EC.1.1.1.1, Alkol NAD+ oksidoredüktaz
1.a-) DEHİDROJENAZLAR: (Redüktazlar)
Uygun bir H+ alıcısının mevcudiyeti halinde substrattan hidrojeni ayırırlar.
1.b-) OKSİDAZLAR: H+ alıcısı olarak oksijene sahiptirler. Aldehit oksidaz gibi.
Aldehit + H2O +O2 Asit + H2O2
2-) TRANSFERAZLAR: Bu gruptaki enzimler bir fonksiyonel grubu bir molekülden diğerine aktarmaktadırlar.
CH3CO-CoA + HOCH2N+(CH3)3
Asetil CoA Kolin
CH3CO-O-CH2N+(CH3)3 + CoA (O-Astilkolin)
Enzim.EC.2.3.1.6, Asetil CoA: Kolin-O-asetil transferaz
2.a-) 1C’lu grupları transfer ederler(Metil transferaz)
2.b-) Aldehitten keton transfer ederler (Transketolaz)
2.c-) Diğerleri, Alkil, N, P, S’lü grupları transfer ederler.
3-)HİDROLAZLAR: Bu enzimler, su katılması ile bağların parçalandığı hidroliz tepkimelerini katalizlemektedir.
H2N-CO-NH2+H2O 2NH3+CO2
Enzim.EC. 3.5.1.5, Üreaz
3.a-) Basit esterazlar 3.g-) Selülaz
3.b-) Lipazlar 3.h-) İnulaz
3.c-) Fosfatazlar 3.i-) Glikozidaz
3.d-) Kolinesterazlar 3.j-) Üreaz
3.e-) Peptid hidrolazlar 3.k-) Asparajinaz
3.f-) Nükleazlar 3.l-) Arjinaz
4-) LİYAZLAR: Bu gruptaki enzimler hidrolizden başka mekanizmalarla C-C, C-S ve bazı C-N bağlarının parçalanması tepkimelerinde görev yapmaktadırlar.
CH3-CO-COO CH3-CH0+CO2
(PİRUVAT) (ASETALDEHİT)
Enzim. EC.4.1.1.1, Piruvat dekarboksilaz
4.a-)Dekarboksilazlar. Okzaloasetat karboksilaz gibi.
4.b-)Karbonik Anhidraz
4.c-)Aspartat amonyak liyaz
4.d-)Sistein desülfhidraz
5-)İZOMERAZLAR: Optik veya geometrik izomerlerin rasemizasyonu tepkimelerini katalize eden enzim grubudur.
L-Alanin D-Alanin
Enzim.EC.5.1.1.1, Alanin Rasemaz
5.a-) Rasemazlar ve epimerazlar
5.b-) Cis transizomerazlar
5.c-) İntramoleküler oksidoredüktazlar
5.d-) İntramoleküler transferazlar
5: Isomeraz
6-)LİGAZLAR: C ve O, S,N arasında yeni bağ oluşumunu katalize eden enzimlerdir.Tepkimelerde gerekli enerji, yüksek enerjili bir fosfat bileşiğinin hidrolizi ile sağlanmaktadır.
-OOC-CH2CH2-COO-+CoA+GTP (Süksinat)
-OOC-CH2CH2-CO-CoA+GDP+Pi (Süksinil CoA)
ENZİMLERİN ÖZELLİKLERİ
A-) Aktif Bölgeler: Enzim moleküllerinde aktif bölge denilen özel bir cep ya da yuva bulunur. Aktif bölge, substrata komplementer olan üç boyutlu bir yüzey yaratan amino asit yan zincirleri içerir.
Aktif bölge, substratı bağlayarak ES kompleksi meydana getirir. ES, sonradan enzim ve ürüne parçalanan EP’ye dönüşür. Aktif merkez için E-S bağlanmasını açıklayan iki model öne sürülmektedir.
a-) Anahtar-Kilit Modeli(Fischer Modeli): Bu modelde, substrat ve enzimin aktif yerinin birbirine uyacak şekilde önceden belirlenmiş olduğu varsayılmaktadır.
b-) Uyum oluşturma modeli / El eldiven modeli (Koshland Modeli):

ØBu modelde aktif merkez esnek yapıdadır. Proteinin tersiyer yapısında oluşan bir değişiklik ile enzim, substratını katalize uygun ve en doğru biçimde bağlayacak şekilde biçimsel bir değişikliğe uğramaktadır.
B-) Katalitik Etkinlik: Enzimle katalizlenen reaksiyonların çoğu katalizlenmeyen reaksiyonlara göre 10-3 ile 108 kere daha hızlı olarak oldukça etkindir.Her enzim molekülü saniyede 100-1000 substrat molekülünü ürüne çevirme yeteneğine sahiptir.
C-)Spesifiklik: Enzimler bir veya birkaç substratla etkileşerek ve sadece tek tip kimyasal reaksiyonu katalizleyerek oldukça spesifiktir.
D-) Kofaktörler: Bazı enzimler, enzimatik reaksiyon için gerekli olan bir non protein faktörle birleşir. Bu faktörler arasında metal iyonlar (Zn+2,Fe+2) ve koenzim olarak bilinen, genellikle vitamin türevi olan (NAD+,FAD,CoA) organik moleküller yer alır. Holoenzim, kofaktörü ile birlikte enzimi ifade eder. Apoenzim holoenzimin protein kısmını ifade eder. Prostetik grup enzimden ayrılamayan sıkıca bağlı bir koenzimdir.(Ör:Karboksilazların biyotini)
ENZİM KİNETİĞİ
Enzim kinetiği, enzimlerin katalize ettikleri reaksiyonların hızlarını inceler. Isı yükseldikçe enzim aktivitesi artmaktadır. Ateşli hastalıklarda metabolizma hızlanmaktadır.
Eric Niederhoffer SIU-SOM
ENZİM REAKSİYONUNUN HIZINA ETKİ EDEN FAKTÖRLER
Uygulamada bir enzimin etkinliği, verilen bir zamanda ve belli başlangıç koşullarında, enzimin bilinen miktarının etkisi altında değişime uğrayan substratın miktarı ile ölçülür. Bir enzimin etkinliğinin, özellikle şu faktörlerle değiştiği görülür;
1- SICAKLIK
2- ZAMAN
3- pH
4- ENZİM KONSANTRASYONU
5- SUBSTRAT KONSANTRASYONU
6- DİĞER FAKTÖRLER
1-) SICAKLIK: Enzimatik tepkimelerde sıcaklığın artması ile moleküller arası, çarpışmanın artışına bağlı olarak genellikle tepkimenin hızı artmaktadır.Ancak maksimum bir hıza ulaşıldıktan sonra sıcaklığın artışı ile hızda tekrar bir azalma gözlenmektedir. Maksimum hıza ulaşıldığındaki sıcaklığa optimal sıcaklık adı verilmektedir.
Enzimler protein yapısında oldukları için bu sıcaklık üzerinde yapıyı oluşturan bağlar parçalanmakta ve molekül denatürasyona uğramaktadır. ES oluşumu bozulduğu için tepkimenin hızı azalmaktadır. Optimum sıcaklık insanlar için 37 o C, bazı mikroorganizmalar için daha yüksek olabilmektedir.
2-) ZAMAN: Enzim reaksiyonun hızı zamanla artar, çünkü reaksiyon ürünleri zamanla denatüre olur, substrat azalır veya tükenebilir. Bunun için enzim ölçümleri genellikle yaklaşık %10 nun kullanıldığı başlangıç zamanına rastlar.
Hız Substrat konstrasyonun azaldığı

0 10 20 30 40 (Zaman)

3-) pH: enzimlerin aktiviteleri, ortamın hidrojen iyon konsantrasyonuna bağlı olarak değişmektedir. Enzimatik tepkimenin hızının optimal olduğu ve her enzim için değişik olan bir optimum pH değeri bulunmaktadır.
Belirli bir pH alanında enzimin etkinliği en fazladır. Bu pH’ya o enzimin optimum Ph’sı denir. Örneğin: pH:1-2 de en kuvvetli etki gösteren Pepsin, nötral veya alkali ortamda etkin değildir.
4-) ENZİM KONSANTRASYONU: Enzimatik bir tepkime ortamında fazla miktarda substrat bulunması halinde tepkimenin hızı, enzimin konsantrasyonu ile orantılı olarak artmaktadır. Denge halinde sağa doğru olan hızı (k1), sola doğru olan hızına(k2) eşittir
V1=k1. [E].[S] V2=k2. [E].[P] k1. [E].[S]=k2.[E].[P] V1=V2
Kdenge= k1/k2= [P]/ [S] 5-) SUBSTRAT KONSANTRASYONU:
Sabit enzim konsantrasyonunda, enzim reaksiyonunun hızı belirli bir noktaya kadar substrat konsantrasyonu ile artar.Bundan sonra substrat konsantrasyonunun artması ile artık reaksiyon hızı değişmez.
Başlangıçta artan [S], enzim molekülleri ile bağlanarak [ES] kompleksi oluşturmaktadır. Maksimum kapasiteye ulaşıldığında enzimde substrat bağlayacak tüm boş yerler dolduğundan, eklenen substrat artık [ES] kompleksi oluşturamayacağı için enzimatik tepkimenin hızı Vmax değişmemektedir.
6-) DİĞER FAKTÖRLER: Bunlar reaksiyon sonunda oluşan ürün, ortamdaki iyonların tabiatı, konsantrasyonları, allosterik etki, ışık ve diğer fiziksel faktörler, hormonlar ve diğer biyokimyasal faktörler olarak söylenebilir.

AKTİVATÖRLER VE İNHİBİTÖRLER:
Çoğu enzimlerin maksimum aktivite için spesifik iyonlara ihtiyacı vardır. Heksokinaz gibi bütün fosfat transfer eden enzimlerin Mg+2 iyonlarına ihtiyacı vardır.Diğer metal iyon aktiviteleri de Mn+2 ,Ca+2, Zn+2, Fe+2 ,K+ dir. Bazı enzimlerinde maksimum aktivite için birkaç iyona birden ihtiyaçları vardır.Her durumda aktivatörün optimal konsantrasyonu, substrat konsantrasyonu da optimal olduğu zaman belirlenmelidir.
İnhibitörler bir enzimin katalitik aktivitesini azaltan maddelerdir.Bir çok inhibitör tipi ve birkaç inhibisyon sınıfı vardır. İnhibitörler, kelat teşkil ederek bir enzimin aktivitesini ortadan kaldırabilirler.
Ör; Ca+2 ve Mg+2 nin etkisini EDTA ortadan kaldırır.Hekzokinazın inhibisyonu da okzalat tarafından gerçekleştirilir. Bunlar etkilerini substratla yarışarak aktif yere bağlanarak gösterebildikleri gibi, enzim aktivitesinde etkili olan allosterik yer gibi bir yerde kompleks oluşturarak ta gösterebilirler.
İnhibitörler, başlıca 3 gruba ayrılırlar;
1-)Kompetatif inhibitörler
2-)Kompetatif olmayan inhibitörler(Unkompetative)
3-)Non kompetatif inhibitörler
1-)KOMPETATİF İNHİBİTÖRLER:
I aktif yere bağlanmada S ile yarışır.
Reversible dır.Artan [S] azaltılabilir.
Vmax etkilenmez çünkü reversibledır.
Km substrat etkilendiğinden artar.
A-) Aynı Bağlanma Yeri
Baskılama
Competitive Inhibition
Kompetatif İnhibitörler
2) Kompetatif Olmayan İnhibitörler (Unkompetatif)
Uncompetitive Inhibition
3) Yarışmasız İnhibisyon (Nonkompetatif):
Allosterik veya regülatör yere bağlanır.
S ilavesi ile reverzibl olmaz. Çünkü enzim üzerinde farklı yere bağlanır. I ile S arasında fark yoktur. Km etkilenmez.
Ortamdaki E ve ES azalacağı için Vm azalır.
E + S ES E + P
+ +
I I Vm: Değişken
Km: Sabit
EI + S ESI
Irreversible Inhibitörler
Noncompetitive Inhibition
1 k12 2 k23 3
E + S ES E + P
k21
k12: ES’nin oluşması k 23: Es’nin yıkılması
k12 k23
1. E + S ES E + P
k21

2. V= k23 [ES] 3. ES= [E] ES= k12.E.S Substrat sonsuz ise
4. Vm= k23 [Et] Enzim substrata doyduğu Vm

5. V/Vm = ES/Et
6. ES oluşması ES. k12 = dES/dt
7. ES(k21 + k23)= dES/dt Es’nin yıkımı
8. dES/dt= E.S. k12 – ES(k21 + k23) Birikme
Es oluşma hızı ile Es yıkılma hızı aynı ise Es oranı sabittir,değişmez.
9. E.S. k12 = ES(k21 + k23)
10. E.S/ES= (k21 + k23)/ k12 =Km=Keq
Km= k21 + k23/ k12 Michealis/Menten Sabiti
11. Et= ES + E
E= Et – ES
Michaelis-Menten
Vmax
Km
Kcat
Kcat/Km
12. [Et – ES]. S/ES= Km
13. V= Vm.[S] / [Km] + [S] 14. 1/V=1/Vm + 1/S . Km/V Lineweaver Burk
Denklemi
15. Vm= V.Km/S + V
V= Vm – Km.V/S Eadie Hofstee Bağıntısı
V/[S]= -V/Km + V/Km
İki substratlı enzimatik tepkimelerde E-S ilişkisi: İki S’nin E’ye bağlanabildiği enzimatik tepkimeler için, iki model öne sürülmüştür;
S1 ve S2 substrat, P1 ve P2 ise ürünleri göstermektedir.
E
S1+S2 P1+P2
1-) Tek substrat tek ürün(uni-uni) reaksiyonunun gösterilişi:
S Ü
E ES (ES EÜ) E
2-)İki substrat iki product (ürün) düzensiz (Bi-Bi) reaksiyonunun gösterilişi:
3-) İki substrat iki product (ürün) düzenli (Bi-Bi) reaksiyonunun gösterilişi:
S1 S2 Ü1 Ü2
E ES1 (ES1S2 EÜ1EÜ2) EÜ2
4-) Ternary (üçlü) kompleks:
a-) Gelişi güzel (Randomly (EAB,EPQ)):
5-) Bi-Bi, Ping-Pong Mekanizması :
A P B Q
E EA FP F FB EQ E
İzoenzimler (izozimler)
Koenzimler
Hidrojen ve Elektron Transfer Eden Koenzimler
Fonksiyonel Grup Transfer Eden Koenzimler
Piridoksal-5-fosfat (PLP)
Tiamin pirofosfat (TPP)
Koenzim A (CoA×SH)
Biotin (vitamin H)
Tetrahidrofolat (H4 folat)
Koenzim B12 (5′-deoksiadenozil kobalamin)
Liyaz, izomeraz ve ligazların koenzimleri
Kanda Bulunan Enzimlerin Kaynakları
Plazmaya özgü enzimler: fibrinojen gibi…
Sekresyon enzimleri: a-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 venadan alınır.
Kan alırken hemolizden kaçınılmalıdır.
Kan, pıhtılaşmasından hemen sonra santrifüj edilerek serum ayrılmalıdır.
Günlük taze kan kullanılması en iyisidir.
Klinik Tanıda Önemli Olan Serum Enzimleri
transaminazlar (AST ve ALT)
laktat dehidrojenaz (LDH, LD)
kreatin kinaz (CK, CPK)
fosfatazlar (ALP ve ACP)
amilaz (AMS)
lipaz (LPS)
gama glutamiltransferaz (GGT, g-GT)
aldolaz (ALS)
5¢-nükleotidaz (5¢-NT)
lösin aminopeptidaz (LAP)
psödokolinesteraz (ChE)
glukoz-6-fosfat dehidrojenaz (G-6-PD)
ENZİMATİK TANI ALANLARI
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 (g-GT)
ALP
5¢-nükleotidaz (5¢-NT)
lösin aminopeptidaz (LAP)
KAS HASTALIKLARININ TANISINDA YARARLI ENZİMLER
CK
LDH
aldolaz
AST
KEMİK HASTALIKLARININ TANISINDA YARARLI ENZİMLER
Alkalen fosfataz (ALP)
Asit fosfataz (ACP)
Osteoblastik aktivite artışı ile karakterize kemik hastalıklarında ALP yükselir
Osteoklastik kemik hastalıklarında ALP yanında ACP da yükselir.
PANKREAS HASTALIKLARININ TANISINDA YARARLI ENZİMLER
a-amilaz
lipaz
MALİGNİTELERİN TANISINDA YARARLI ENZİMLER
Organ Spesifik Enzimler
ACP, ALP, GGT, 5¢-nükleotidaz, lösin aminopeptidaz (LAP), a-amilaz ve lipaz
Organ Spesifik Olmayan Enzimler
LDH, aldolaz, fosfoheksoz izomeraz
GENETİK HASTALIKLARIN TANISINDA YARARLI ENZİMLER
fenilalanin hidroksilaz,
galaktoz-1-fosfat üridiltransferaz,
glukoz-6-fosfataz gibi birçok enzim
HEMATOLOJİK HASTALIKLARIN TANISINDA YARARLI ENZİMLER
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 ……..
ZEHİRLENMELERİN TANISINDA YARARLI ENZİMLER
Organik fosfor bileşikleri ile zehirlenme durumlarında
serum kolinesteraz (ChE) düzeyi düşük bulunur

…