Enzimler Nasıl Çalışır Enzim Kinetiği

1. Enzimler Nasıl ÇalışırEnzim Kinetiği Dr. Gülçin Eskandari

2. Enzimler nasıl çalışırlar? • Oldukça etkili katalizörler • Reaksiyon hızını  • Enzimlerin oldukça büyük yapılarına karşın, kataliz işleminin gerçekleştiği yer aktif bölge • Enzimlerin aktif bölgesi substrat özgünlüğü de gösterir

3. Enzimler nasıl çalışırlar? • Substrat özgünlüğü, substrat bağlama bölgesindeki amino asidlerin yapısı, yükleri, polarite ya da hidrofobisiteleriylebelirlenir • Enzimin substrat bağlaması hidrojen bağı, hidrofobik ya da iyonik etkileşim gibi zayıf bağlarla olur • Bazı enzimler tek bir substrata özgünlük gösterirken, bazıları daha geniş bir spektrumu katalizlerler

5. Enzimler nasıl çalışırlar? C + D A + B Enzimler aktivasyon enerjisini düşürürler.

7. Enzimler nasıl çalışırlar? • Bir reaksiyonun hızı geçiş aşamasına (transitionstate) birim zamanda geçen substrat konsantrasyonu ile orantılı • Aktivasyon enerjisinin yüksek olması hızı düşürür • Hızı arttırmak, ya ısıyı arttırarak reaksiyona girecek substratların enerjisini arttırmakla (collisiontheory) ya da aktivasyon enerjisini düşürmekle mümkün • Canlı organizmalarda bu işlem aktivasyon enerjisinin düşürülmesi, yani reaksiyonları enzimlerin katalizlemesiyle gerçekleşir

9. Enzimler nasıl çalışırlar? • Enzimle katalizlenen reaksiyonların hızı artarken G ya da Keq değerlerinde herhangi bir değişiklik olmaz • Reaksiyonun hızı reaksiyona giren moleküllerin konsantrasyonu ile doğru orantılı

10. k1 AnBm nA + mB k-1 Hız1 = k1An Bm Hız-1 = k-1AnBm

11. Denge durumunda ise Hız1 = Hız-1 olacaktır. K1An Bm = k-1 AnBm k1AnBm Keq = = k-1AnBm • Keq  1 ise reaksiyon spontan olarak gelişecektir. • Keq  1 ise reaksiyonun oluşabilmesi için dışardan enerji alması gerekecektir.

12. Reaksiyon hızı • Bir internasyonel ünite enzim miktarının, belirlenen şartlar altında bir mol ürünü bir dakikada oluşturması

13. Reaksiyon hızını etkileyen faktörler • Isı • pH • Enzim konsantrasyonu • Substrat konsantrasyonu • İnhibitör varlığı

14. Isı

15. pH

16. Substrat ve enzim konsantrasyonu

17. Enzim kinetiği k1 kcat 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 ‘steadystate’ kararlı denge durumu E + S ES E + P k-1

19. k1 kcat E + S ES E + P k-1 ES oluşumu = k1ESES yıkımı = kcat ES + k-1ES Oluşum = Yıkım k1ES = kcat ES + k-1ES k1ES = ES (kcat+ k-1) k1 ES = ES (kcat+ k-1) 1/Km

20. Km . ES = ES E = ET – ES Km .ES = (ET - ES) .S Km .ES = ETS - ES .S Km .ES + ES .S = ETS ES (Km + S) = ETS ETS ES = Km + S

21. kcat k1 E + S ES E + P k-1 V = kcat .ES ise Vmax = kcat .ET ETS ES = Km + S V ETS = kcatKm + S ETS V = kcat Km + S Vmax .S V = Km + S

22. Michealis – Menten Denklemi Vmax .S V = Km + S

23. Michealis – Menten Denklemi Km, Vmax’ın yarısı hıza karşılık gelen substrat konsantrasyonu ve enzimin substratına olan ilgisini belirler Km değeri düştükçe enzimin substratına olan affinitesi artar Km büyüdükçe enzimin substratına olan affinitesi azalır

24. Michealis – Menten Grafiği

25. Eğer S Km ise hız substrat konsantrasyonu ile doğru orantılı Vmax .S V = Km + S Vmax .S V = Km V  S Birinci derece kinetiği

26. Eğer S Km ise hız Vmax’ta Vmax .S V = Km + S V = Vmax Sıfır derece kinetiği

27. Km değerinin, genelleme yapılamasa da, intrasellüler S kons.unu yansıttığı söylenir Ancak gerçek olan bu değerin ya çok düşük ya da çok yüksek olduğu Böylece enzimin hızı ya S kons.u ile doğru orantılı ya da maksimum hızda çalışıyor Km değeri enzimin değişmeyen bir parametresi In vitro deneylerde gerekli olan S miktarı Km değerine göre ayarlanabilir Unutulmaması gereken bir nokta da çok yüksek S kons.larında ES = ET olduğu

28. Substrat konsantrasyonuna karşı çizilen hız eğrisinden Vmax ve Km hesaplaması her zaman mümkün olmamakta Bu durumda Michealis-Menten grafiğini lineer hale getirmek gerekir Bu işlem de 1/S’e karşılık 1/V transformasyonu ile yapılabilir

29. Vmax .S V = Km + S 1 Km + S = V Vmax .S 1 KmS = + V Vmax .SVmax .S

30. 1 Km 1 1 = . + V Vmax SVmax y = a  x + b

31. Lineweaver Burk Grafiği

32. Birden fazla substratı olan enzimlerin katalizlediği reaksiyonlarda substrat bağlanması farklılık gösterebilir • Düzenli (ordered) mekanizma • Rastgele (random) mekanizma ile bağlanma gerçekleşebilir

33. Düzenli mekanizmayla bağlanma Örnek: Laktat Dehidrogenaz

34. Rasgele mekanizmayla bağlanma Örnek: Hekzokinaz

35. Düzenli ya da rastgele mekanizmaların her ikisinde de ping-pong mekanizmasıyla bağlanma olabilir.

36. Birden fazla substratı olan enzimler için Lineweaver Burk grafiği denklemi

37. ENZİM İNHİBİSYONLARI Enziminhibitörleribilinen en iyifarmasötikajanlar Örneğin aspirin prostaglandin sentezinde ilk basamağıinhibeedereketkisinigösterir İki tip inhibisyonvardır; 1. Reversible (geridönüşümlü) inhibisyonlar 2. İrreversible (geridönüşümsüz) inhibisyon

38. Kompetetif (yarışmalı) İnhibisyon Kompetetif inhibitör madde aktif bölgeye bağlanmak için substratla yarışır Kompetetif inhibitörler yapıca substrata benzeyen moleküllerdir ve enzimle birleşerek EI kompleksini oluştururlar

39. Süksinat dehidrogenaz

40. Kompetetif (yarışmalı) İnhibisyon

41. Kompetetif (yarışmalı) İnhibisyon İnhibitör enzime geri dönüşümlü bağlandığı için S kons.u arttırılarak inhibisyon engellenebilir İnhibitör varlığında kinetik açıdan değişecek olan Km değeri, çünkü enzim aktif bölgesine inhibitör de bağladığından, substrata olan ilgisi azalır Sonuçta Km değeri 

42. Kompetetif (yarışmalı) İnhibisyon Enzim Vmax’a nasıl ulaştırılır? S kons.u arttırılarak Dolayısıyla Km’in artması ve Vmax’ın değişmemesi kompetetifinhibisyon için karakteristik Yine inhibitör kons.unu artırmakla Km daha da artar

43. Kompetetif (yarışmalı) İnhibisyon

44. Kompetetif (yarışmalı) İnhibisyon Kompetetif inhibisyonun terapatik amaçla tıpta kullanıldığı durumlar söz konusu Örneğin metanol zehirlenmesinde; metanol alkol dehidrogenaz enzimiyle fromaldehide çevrilirFormaldehid özellikle gözde olmak üzere, birçok dokuda hasara yol açar Alkol dehidrogenazın esas substratı olan etanol verildiğinde, enzime bağlanmak için etanolle metanol arasında yarışma başlar Etanol konsantrasyonu daha da artırıldığında metanolün toksik formaldehide çevrimi engellenmiş olur Metanol de idrarla atılır

45. Nonkompetetif İnhibisyon İnhibitör madde substratın bağlandığı bölge dışında bir yere bağlanır İnhibitörün bağlanması substratın bağlanmasını etkilemez Dolayısıyla aynı anda enzime hem substrat, hem de inhibitör bağlanabilir İnhibitör bağlandığında enzim inaktive olmakta, enzime substratın da bağlı olması bunu etkilememekte

46. Nonkompetetif İnhibisyon

47. Nonkompetetif inhibisyon’da kinetik açıdan değişen nedir? Vmax İnhibitör effektif olarak aktif enzim konsantrasyonunu düşürür ve bu da Vmax’ın düşmesine neden olur Diğer taraftan inhibitörün substrat bağlanma bölgesiyle etkileşimi olmadığından Km üzerine olan etki ya çok düşüktür ya da yoktur

48. Nonkompetetif İnhibisyon

49. Unkompetetif İnhibisyon İnhibitöryinesubstartınbağlandığıbölgedenfarklıbiryerebağlanır Ancakunkompetetifinhibisyondainhibitörmaddeancak ES kompleksioluştuktansonraenzimebağlanabilir Unkompetetifinhibisyondakinetik açıdan değişen nedir? HemVmax, hem de Km azalır

50. Unkompetetif İnhibisyon