Enzim Kine)ği (Hızı) Yrd. Doç. Dr. Bekir Engin Eser ENZİMLERİN KATALİZ HIZINA ETKİ EDEN FAKTÖRLER
Kataliz Hızı, birim zamanda oluşan ürün ya da kaybolan
substrat miktarıdır (turnover number)
Enzimle katalizlenen reaksiyonların hızını etkileyen
faktörler:
1.Enzim Konsantrasyonu
2.Substrat Konsantrasyonu
3.Sıcaklık – organizmalara göre farklılık gösterir
4.pH – her enzimin optimum çalışma pH’ı vardır
1) Enzim Konsantrasyonu •  Enzim konsantrasyonu arttıkça reaksiyon hızı
artar – substrat konsantrasyonunun yüksek
olduğu durumlarda
2.SUBSTRAT KONSANTRASYONU
- Enzimle katalizlenen bir reaksiyonun hızı (V), ortamda enzim
konsantrasyonunun sabit olması şartıyla, substrat
konsantrasyonu ile [S] birlikte hızla artar – Vmax değerinde artış
durur
VMAX V VO [S] Çünkü bütün enzim molekülleri substrat molekülleri ile bağlanmış
(doymuş) haldedir.
3.SICAKLIK
- Enzimle katalizlenen bir reaksiyonda sıcaklığın yükselmesi
reaksiyon hızının artışını sağlar
-Ancak enzimler protein yapısında maddeler olduklarından, belirli bir
ısı derecesinden itibaren (40-45ºC) enzimin denatürasyonu (bozunması) meydana
gelir
(reaksiyon hızında da bir azalma olur)
Optimum Sıcaklık:
§  Enzimin katakiz hızının en yüksek olduğu sıcaklıktır (turnover number)
§  Bu ısı derecesi, reaksiyon hızını maksimuma çıkarırken, daha
ilerisinde enzimin denatürasyonuna yol açar
Genellikle, başlangıçta sıcaklığın her 10 ºC artışı, reaksiyon hızının iki
katına çıkmasını sağlamaktadır.
4. pH
Enzimatik reaksiyonların kataliz hızı ortamın H+ iyonu
konsantrasyonundan etkilenir
§  Enzim etkinliğinin en yüksek olduğu pH , optimum pH’dır.
enzima0k ak0vite b a pH 4 5 6 7 8 9 10 a) Dar sınırlar içinde etkiyi gösteren çan eğrisi
b) Geniş sınırlar içinde etkiyi gösteren plato eğrisi
Genelde enzimlerin optimum pH’ı 5-8 arasında değişmektedir.
Op0mum etki Enzima0k ak0vite Op0mum etki 4 6 8 10 12 TRİPSİN pH 2 3 4 5 6 7
PEPSİN pH pH değişikliklerinin enzimatik aktivite üzerindeki çeşitli etkileri
- Ortamın çok yüksek ve çok düşük pH düzeyleri, enzimin
denatürasyonuna
yol açarak, yapısında geri dönüşümsüz değişiklikler yapar.
- Bir protein olan enzimin yapısındaki amino ve karboksil gruplarının
iyonizasyon durumu, ortamın pH değerine bağlı olarak değişir.
Aktif bölgedeki iyonizasyon değişikleri, enzim-substrat reaksiyonunu
ve buna bağlı olarak katalizi bozar.
- pH değişikliklerinden substratın da iyonizasyon durumu da
etkilenebilir.
ENZİM KİNETİĞİ Reaksiyon Hızı (v):
Enzim etkisiyle birim zamanda kaybolan substrat miktarı veya
oluşan ürün miktarı ile ölçülür.
Dönüşüm sayısı (Turnover number)
Optimum reaksiyon şartlarında, 1 molekül enzim tarafından birim
zamanda (saniye veya dakika) ürüne dönüşen substrat miktarıdır.
Spesifik Enzim Aktivitesi:
mg protein başına düşen enzim aktivitesidir
Enzim kinetiği
E+S
k1
k-1
ES
kcat
E + P ES hem oluşuyor, hem de yıkılıyor, ancak bu
iki işlem dengede ve ES konsantrasyonu
değişmiyor
‘steady state’ kararlı denge durumu
Michaelis-­‐Menten Denklemi Michealis – Menten Denklemi
• 
Km, Vmax’ın yarısı hıza karşılık gelen substrat
konsantrasyonu ve enzimin substratına olan afinitesini
belirtir
• 
Km değeri düştükçe enzimin substratına olan afinitesi
artar
• 
Km büyüdükçe enzimin substratına olan affinitesi azalır
• 
Vmax / Km değeri bir enzimin verimliliğini belirtir (enzyme
efficiency or catalytic efficiency) – bu değerin büyüklüğü
enzim verimliliğinin de yüksek olduğunu gösterir
• 
Genelde enzimler veya substratlar karşılaştırılırken
Vmax / Km değeri kullanılır
Michealis – Menten Grafiği hDp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Michaelis-­‐Menten_satura)on_curve_of_an_enzyme_reac)on.svg Michaelis-­‐Menten Denklemi •  Michaelis-­‐Menten denkleminin eldesinde durgun-­‐hal kine0ği koşulu varsayılır; •  Yani, [ES] kompleksinin oluşum hızının parçalanma hızına eşit olduğu durum; ES kompleks oluşum hızı = k1[E][S] ES kompleks parçalanma hızı = k-­‐1[ES] + k2[ES] durgun-­‐hal durumunda iki hız birbirine eşit olacakWr; ES kompleks oluşum hızı = ES kompleks parçalanma hızı k1[E][S] = k-­‐1[ES] + k2[ES] Serbest enzim konsantrasyonu toplam enzim (Et) miktarından [ES] kompleksini oluşturan enzim miktarı çıkarılarak bulunabilir; [E]serbest = [E], [E] = [Et] – [ES], bu ifadeyi yukarıdaki denklemde yerine koyarsak; k1([Et]-­‐[ES])[S] = k-­‐1[ES] + k2[ES] k1[Et][S] – k1[ES][S] = k-­‐1[ES] + k2[ES] Eşitliği tekrar düzenlersek (bütün [ES]’ler eşitliğin aynı taraZnda olacak şekilde); k1[Et][S] = k-­‐1[ES] + k2[ES] + k1[ES][S] veya k1[Et][S] = (k-­‐1 + k2 + k1[S])[ES] Bu durumda durgun-­‐haldeki [ES] şu şekilde ifade edilir; [ES] = (k1[Et][S]) ⁄ (k-­‐1 + k2 + k1[S]) pay ve paydayı k1 ile bölersek; [ES] = ([Et][S]) ⁄ ((k-­‐1 + k2)/k1) + [S] ([ES]’in durgun-­‐haldeki konsantrasyonu) Kataliz hızı, yani v0 = k2[ES] olduğundan; v0 = k2([Et][S]) ⁄ ((k-­‐1 + k2)/k1) + [S] (k-­‐1 + k2)/k1 = Km olduğuna göre Ini)al velocity – S sabit varsayılıyor Lineweaver-­‐Burk Grafiği •  Hiperbolik bir eğri veren Michaelis-­‐Menten eşitliği her iki taraZn tersi alınarak doğrusal bir şekle dönüştürülebilir (Double-­‐reciprocal plot) •  Özellikle inhibisyon çeşitlerinin belirlenmesinde kullanılır Michaelis-­‐Menten Denklemi Enzim Ak)vitesinin İnhibisyonu •  Enzima)k bir tepkimenin hızının inhibitörler taraZndan azalWlması veya tamamen durdurulmasıdır •  İnhibitörler genellikle substrat büyüklüğndeki moleküllerdir hDp://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/573inhibit.html uncompe))ve 1) Kompete)f (Yarışmalı) İnhibisyon (Compe))ve Inhibi)on): •  İnhibitör (I) molekülünün enzim ak)f merkezine bağlanmak için substrat ile yarışWğı inhibisyon çeşididir •  İnhibitör yapısal olarak substrat ile benzerlik gösterir •  İnhibitörün enzim ak)f merkezine bağlanması tersinir (reversible) olarak gerçekleşir •  Örnek: Süksinat dehidrogenaz enzimi Substrat: HOOC-­‐CH2-­‐CH2-­‐COOH (Süksinik asit) Kompete)f İnhibitör: HOOC-­‐CH2-­‐COOH (Malonik asit) Alkol dehidrogenaz enzimi Substrat: CH3-­‐CH2-­‐OH (ethanol) Kompete)f İnhibitör: CH2(OH)-­‐CH2(OH) (ethylene glycol) hDp://elte.prompt.hu/sites/default/files/tananyagok/prac)cal_biochemistry/images/1cf9e9bb.jpg KI = EI kompleksinin ayrışma sabi) (dissocia)on constant for EI complex) k’1 E + I EI k’-­‐1 KI = k’-­‐1 / k’1 hDp://www.mikeblaber.org/oldwine/BCH4053/Lecture25/Image18.jpg 2) Non-­‐Kompete)f (Yarışmasız) İnhibisyon (Non-­‐compe))ve): •  İnhibitör, substraWn bağlandığı ak)f merkezden daha farklı bir bölgeye tersinir olarak bağlanır •  Bundan dolayı substrat ile inhibitör arasında aynı bölgeye bağlanmak için bir yarış olmamaktadır •  Substrat ve inhibitör yapısal olarak benzerlik göstermemektedir hDp://images.tutorvista.com/content/cellular-­‐macromolecules/noncompe))ve-­‐inhibi)on-­‐process.jpeg Tersinir bağlanma •  Bu tür inhibisyonda, Km değerinde değişiklik olmaz ama EIS kompleksinin oluşumu tekrar ES kompleksinin oluşumunu yavaşlaqğı için Vmax azalır hDp://alevelnotes.com/content_images/i79_Chap9-­‐enzymeinhibi)on.gif hDp://www.tutorvista.com/content/biology/biology-­‐iii/cellular-­‐macromolecules/enzymes-­‐classifica)on.php hDp://www.mikeblaber.org/oldwine/BCH4053/Lecture25/Lecture25.htm 3) Ankompete)f (Uncompe))ve) İnhibisyon: •  İnhibitör serbest enzim (E) yerine sadece ES kompleksine bağlanabilmektedir •  İnhibitör ak)f merkezden farklı bir yere bağlanmaktadır •  İnhibisyon sonucu hem Vmax hem de Km değeri azalmaktadır hDp://elte.prompt.hu/sites/default/files/tananyagok/prac)cal_biochemistry/ch09s04.html hDps://biochemtas)c.wordpress.com/tag/uncompe))ve/ Karışık (Mixed) İnhibisyon •  Karışık inhibisyon durumunda inhibitör hem substraDan farklı bir merkeze bağlanmakta (non-­‐compe))ve) hem de serbest enzim veya ES kompleksine bağlanabilmektedir •  Vmax her zaman azalır •  Km artabilir veya azalabilir İrreversible (Geri dönüşümsüz) İnhibitörler •  Enzim ile kuvvetli kovalent bağ oluşturan inhibitörlerdir •  Oluşan kovalent bağın etkisi substrat eklenmesiyle tersine döndürülemez •  Bu bağ ak)f merkezde veya ak)f merkezden uzakta olabilir •  Eğer substrat benzeri bir molekül (substrat analoğu) ak)f merkeze bağlanacak olursa bu durumdaki irreversible inhibisyona “in)har (suicide) inhibisyonu” (mekanizmaya dayalı inhibisyon) denir hDp://nptel.ac.in/courses/104103018/module3/lec2/images/15.png İrreversible İnhibisyon Substrat analoğu Geri-­‐dönüşümsüz bir şekilde inak)ve olmuş enzim ak)f merkezi “dead-­‐end complex” hDp://chemwiki.ucdavis.edu/Organic_Chemistry/Organic_Chemistry_With_a_Biological_Emphasis/Chapter_06%3A_Introduc)on_to_organic_reac)vity_and_catalysis /Sec)on_6.5%3A_How_enzymes_work •  Birçok ilaç irreversible inhibitör grubuna dahildir(aspirin, penisilin) •  Örneğin penisilin, bakteri hücre duvarını sentezleyen enzimi irreversible olarak inhibe eder hDp://chemwiki.ucdavis.edu/Organic_Chemistry/Organic_Chemistry_With_a_Biological_Emphasis/Chapter_12%3A_Acyl_subs)tu)on_reac)ons/ Çoklu-­‐substrat (Mul)-­‐substrate) Enzimlerin Kine)ği • 
• 
• 
• 
Birden fazla substrat kullanan enzimlerdir İki substrat genelde en sık görülen çeşididir Bu substratlardan bir kısmı koenzim de olabilir (vitamin koenzimler) Genelde proteine sıkı bir şekilde bağlı olarak bulunan kofaktörler (metal kofaktörleri gibi) substrat olarak sayılmazlar Fenilalanin hidroksilaz 3 substrat kullanır 1) Sıralı (Sequen)al) Mekanizma •  Bu tür mekanizmada substratlar hepsi bağlanmadan ürün oluşumu gerçekleşmez A) Rastgele sıralı (Random Sequen)al) B) Düzenli Sıralı (Ordered Sequen)al) •  A) Rastgele sıralı (Random Sequen)al): •  B) Düzenli Sıralı (Ordered Sequen)al): 2) Pin-­‐Pon (Ping-­‐Pon) Mekanizması •  Bu mekanizmada ilk ürün ikinci substrat bağlanmadan önce oluşur 
Download

Enzim Kinemği (Hızı)