Enzim Aktivitesinin Düzenlenmesi PDF
Document Details
Uploaded by UnbeatableWhistle
Tags
Summary
Bu belge, enzim aktivitesinin düzenlenmesi hakkındaki bir özet niteliğinde bilgiler sunmaktadır.Allosterik enzimler, kovalent modifikasyonlar ve enzim sentezi gibi konular ele alınmaktadır.
Full Transcript
İzoenzim??? İzoenzim: Aynı reaksiyonu katalizleyen Farklı kimyasal yapıya sahip Farklı fiziksel özelliklere sahip Farklı dokularda görev alan Polipeptit yapıları, aminoasit dizilişleri farklı olan Elektroforezle birbirinden ayrılan İmmünolojik özellikleri farklı İzoenzim: Aynı reaksiyonu katalizle...
İzoenzim??? İzoenzim: Aynı reaksiyonu katalizleyen Farklı kimyasal yapıya sahip Farklı fiziksel özelliklere sahip Farklı dokularda görev alan Polipeptit yapıları, aminoasit dizilişleri farklı olan Elektroforezle birbirinden ayrılan İmmünolojik özellikleri farklı İzoenzim: Aynı reaksiyonu katalizleyen Farklı kimyasal yapıya sahip Farklı fiziksel özelliklere sahip Farklı dokularda görev alan Polipeptit yapıları, aminoasit dizilişleri farklı olan Elektroforezle birbirinden ayrılan İmmünolojik özellikleri farklı Michaelis-Menten Kinetiği Reaksiyonun hızı, birim zamanda ürüne çevrilen substrat molekülü sayısıdır. Reaksiyonun dengeye ulaşması enzimin bütün bölgelerinin substratla doyduğunu ifade eder ve bu noktadaki hıza maksimum hız yani Vmax denir. Enzimlerin çoğu Michaelis-Menten kinetiği gösterir. Reaksiyon hızının (Vo), substrat konsantrasyonuna (S) karşı grafiği çizilince hiperbolik bir şekil elde edilir. Fakat allosterik enzimler (düzenleyici enzimler) sigmoidal eğri gösterir ve Michaelis-Menten kinetiğine uymazlar. Michaelis-Menten denklemi reaksiyon hızının substrat konsantrasyonu ile nasıl değiştiğini gösterir. Vo, Vmaxın yarısı olduğu anda, denklem düzenlenirse ortaya Km çıkar Vo tam Vmax’ın yarısı olduğunda; Michaelis –Menten eşitliğinde yeni bir bağlantı ortaya çıkar. Vo= Vmax/2 olduğu an için; Her iki tarafı Vmax A böldüğümüzde; Eşitliğini elde ederiz. Buradan Km için maksimum hızın yarısını veren substrat konsantrasyonu tanımı elde edilir. Km; Michaelis –Menten sabiti olup, şu özelliklere sahiptir 1. Bir enzim ve belirli bir substrata özeldir ve o enzimin substrata olan ilgisini yansıtır. 2. Km sayısal olarak reaksiyon hızının ½ Vmax’a eşit olduğu noktadaki substrat konsantrasyonudur. 3. Km, enzim konsantrasyonu ile değişmez ve enzimin substrata karşı gösterdiği afiniteyi (ilgiyi) gösterir. 4. Km birimi substrat konsantrasyonunun birimi ile aynıdır. Michaelis-Menten Kinetiği Sayısal olarak küçük Km: Enzimin substratına karşı Hangi enzimin substrata ilgisinin yüksek olduğunu gösterir. Çünkü ½ Vmax ilgisi daha yüksek??????? hızına erişmek, yani enzimi yarı yarıya doyurmak için düşük konsantrasyonda substrat yeterli olacaktır. Sayısal olarak yüksek Km: Enzimin substratına karşı ilgisinin düşük olduğunu gösterir. Çünkü ½ Vmax hızına erişmek, yani enzimi yarı yarıya doyurmak için yüksek konsantrasyonda substrat gerekecektir. Lineweaver-Burk Grafiği Michaelis –Menten eşitliği cebirsel olarak deneysel verilerin çizilmesi için daha yararlı olan grafiklere dönüştürülmüştür. Michaelis-menten eşitliğinin her iki tarafı da ters çevrilerek yapılabilir. Eşitliğin sağ tarafının payını bileşenlere ayırır ve eşitliği sadeleştirirsek; çıkan formülle enzimler için düz bir çizgi çizebiliriz. Lineweaver-Burk Grafiği Hiperbolik eğri veren Michaelis-Menten eşitliği Lineweaver-Burk dönüşümü kullanılarak doğrusal bir şekle dönüştürülebilmektedir. Lineweaver-Burk Grafiği Michaelis-Menten grafiği hiperbolik olduğu için hesaplamalarda zorluk yaşanabilmektedir. Bu grafik ise hem Km ve Vmax hesaplamalarında hem de enzim inhibitörlerinin etki mekanizmalarının saptanmasında kullanılır. Aşağıdaki ifadelerden hangisi bir enzimatik reaksiyondaki Km i en doğru şekilde tanımlar. a. %50 inhibisyon oluşturan inhibitör konsantrasyonu b. Substratın satüre düzeylerindeki reaksiyon hızı c. Maksimum hızın yarısı d. Maksimum hızın yarısını oluşturan substrat konsantrasyonu e. Maksimum hızın yarısını oluşturan enzim miktarı Aşağıdaki ifadelerden hangisi bir enzimatik reaksiyondaki Km i en doğru şekilde tanımlar. a. %50 inhibisyon oluşturan inhibitör konsantrasyonu b. Substratın satüre düzeylerindeki reaksiyon hızı c. Maksimum hızın yarısı d. Maksimum hızın yarısını oluşturan substrat konsantrasyonu e. Maksimum hızın yarısını oluşturan enzim miktarı ENZİM AKTİVİTESİNİN DÜZENLENMESİ Doç. Dr. Kamile YÜCEL Multienzim sistemleri Bir hücrede enzimler bir arada çalışırlar ve seri halde birçok reaksiyonu katalizlerler. Birinci enzimin ürünü daha sonrakinin substratı olur. Bu tip enzimlerin oluşturdukları enzim topluluklarına multienzim sistemleri denir ve 3 tip moleküler organizasyona sahiptirler. Multienzim Sistemleri 1. En basit tipteki multi enzim sistemlerinde enzimler stoplazma içinde çözünmüş ve birbirlerinden ayrı halde bulunurlar. Glikoliz ve pentoz fosfat yolu enzimleri bunlara örnektir. Multienzim Sistemleri 2. Enzimler son derece organize olmuş ve birbirleriyle fiziksel manada birleşmiş enzim kompleksleri halindedir. Örn: Yağ asidi sentaz enzim kompleksi Multienzim Sistemleri 3. Enzimler membranlar veya ribozomlar gibi yapıların üzerine dizilmiş haldedir. Solunum zinciri ve protein sentezi enzimleri gibi Bu sistemlerde reaksiyonun hızları, reaksiyonun en yavaş yürüyen enziminki ile sınırlıdır. Enzim Aktivitesinin Düzenlenmesi 1. Substrat-Ürün Konsantrasyonu ile Düzenleme 2. Aktif Bölgedeki inhibisyon 3. Konformasyonel Değişiklikler Vasıtasıyla Düzenleme a. Allosterik Düzenleme b. Kovalent Modifikasyonlar c. Kaskat Sistemler-Protein-protein etkileşimleri bir tanisi yoksa yavaşlanıyor d. Zimojen Aktivasyon-proteolitik kesim hizlimndirir 4. Enzim Sentezinin indüksiyonu veya represyonu ENZİM AKTİVİTESİNİN DÜZENLENMESİ Organizmanın sayısız metabolik işlemi kontrol edebilmesi için enzimatik reaksiyonların aktivitesinin düzenlenmesi şarttır. Enzim aktivitesinin düzenlenmesinde konformasyonel değişikliklerle ve enzim sentezinin artırılıp azaltılmasıyla kontrol sağlanabilir. 1. Allosterik enzimler 2. Kaskat sistemler/kovalent modifikasyon 3. Zimojen aktivasyon 4. Enzim sentezinin indüksiyonu veya represyonu ENZİM AKTİVİTESİNİN DÜZENLENMESİ 1. Allosterik enzimler Allosterik enzimler, enzimlerin aktif merkezleri dışında ayrı bir bölge olan allosterik bölgede aktivatörleri bağlarlar. Allosterik bir aktivatörün bağlanması, substrat için enzimlerin afinitesini arttıran bir yönde katalitik bölgenin konformasyonunu değiştirir. Aktif bölge dışındaki bir yere nonkovalent olarak bağlanan efektör adlı moleküller tarafından düzenlenen enzimlerdir. Bir allosterik efektör enzimin substratına olan ilgisini (Km), enzimin katalitik aktivitesini (Vmax) veya her ikisini birden değiştirebilir. Enzimin aktivitesini azaltan efektörlere negatif allosterik efektör, Enzimin aktivitesini arttıran efektörlere pozitif allosterik efektör denir. Sonuçta allosterik efektörler ⮚*Enzimin substrata olan ilgisini, yani diğer bir deyişle enzimin Km’i değişir. ⮚*Enzimin maksimal katalitik aktivitesini değiştirebilir veya her ikisini beraber yapar. ENZİM AKTİVİTESİNİN DÜZENLENMESİ a. Homotropik efektörler: Substrat kendisi bir efektör görevi yapıyorsa bu etkiye homotropik etki denir. Genellikle allosterik bir substrat pozitif bir efektör olarak fonksiyon gösterir. Bu durumda enzimin bir bölgesinde bir substrat molekülünün varlığı, diğer substrat bağlayıcı bölgelerin katalitik özelliklerini uyarır. b. Heterotropik efektörler: Efektör substrattan farklıdır. Allosterik enzimler; T form ve R form olmak üzere 2 yapı göstermektedir. Molekülün gergin yapısını oluşturan T formunun enzim aktivitesi düşüktür. Enzimatik aktivitenin yüksek olduğu R formu ise gevşek yapı olarak tanımlanır. 1. Allosterik enzimler Multienzim sistemlerinden glikolizin bir enzimi olan fosfofruktokinaz Reaksiyonunu katalizler. Enzim 4 alt birimden oluşmuştur üzerinde çok sayıda allosterik merkezler bulundurur. ADP enzimi aktive ederken, ATP inhibe eder. Aynı enzimin başka aktivatör ve inibitörleri de bulunmaktadır. ALLOSTERİK ENZİMLERDE SUBSTRATLA EFEKTÖR ARASINDA enzime bağlanma açısından NE FARK VAR??????? ALLOSTERİK ENZİMLERDE SUBSTRATLA EFEKTÖR ARASINDA enzime bağlanma açısından NE FARK VAR??????? allosterik enzim nedir tıp ile ilgili görsel sonucu" *Allosterik enzimler, aktif merkezleri dışında bir yere bağlanırlar. ENZİM AKTİVİTESİNİN DÜZENLENMESİ 1. Allosterik enzimler Çoklu enzim sistemlerinde bir enzimin substratı bir önceki enzimin ürünüdür. *Genelde çoklu enzim sistemlerinde düzenleyici enzim, son ürün konsantrasyonu hücre gereksinimini aştığında son ürün tarafından inhibe edilir. Düzenleyici enzim tepkimesi yavaşladığında diğer enzimler için de substrat miktarı azalacak ve enzim substrat çarpışmalarının olasılığı azalacaktır. Böylece reaksiyonun hızı yavaşlar. Bu tip düzenlemelere feedback (geri beslemeli) inhibisyon denir. enzim aktivitesinin düzenlenmesi ile ilgili görsel sonucu" *Çoklu enzim sistemlerinde zincirin ilk enzimi bir düzenleyici enzimdir. Allosterik etkiler enzim aktivitesinin düzenlenmesinde hemen devreye giren sistemlerdir. X T U Y Z Bu metabolik yolda X ile gösterilen allosterik enzim genellikle hangi bileşikte inhibe edilir? (Nisan-89) A. T B. U C. V D. Y E. Z X T U Y Z Bu metabolik yolda X ile gösterilen allosterik enzim genellikle hangi bileşikte inhibe edilir? (Nisan-89) A. T B. U C. V D. Y E. Z Cevap: e Enzim aktivitesi genel olarak son ürün tarafından inhibe edilir. ENZİM AKTİVİTESİNİN DÜZENLENMESİ 1. Allosterik enzimler *Allosterik enzimler Michaelis-Menten kinetiğinden farklı ilişki gösterirler. Bunların eğrileri sigmoidaldir. 1. Allosterik enzimler Allosterik efektörlerle ezim aktivitesinin düzenlenmesi diğer düzenleme yöntemlerinin üstüne çeşitli avantajlar sağlar. Allosterik inhibitörler aktif katalitik bölgede, genellikle yarışmalı yarışmasız inhibitörlerden daha hızlı etki gösterirler. Çünkü allosterik efektörler katalitik bölgeyi işgal etmezler. Dahası allosterik efektörler enzimin substratı veya ürününe benzerlik gerektirmezler. ENZİM AKTİVİTESİNİN DÜZENLENMESİ Allosterik enzimlerin özellikleri: * Allosterik enzimler genelde sistemin ilk enzimleridir. * Katalizledikleri reaksiyonlar geri dönüşümsüzdür. ?????????? * Allosterik enzimler genelde diğer enzimlerden daha büyüktür. * Allosterik enzimler, enzim aktivitesinin düzenlenmesinde hemen devreye giren mekanizmalardır. * Allosterik enzimler Michaelis-Menten kinetiğinden farklı ilişki gösterirler ve eğrileri sigmoidaldir. *Allosterik enzimler genelde 2 veya daha fazla alt birim (subünit) içerirler ve pozitif kooperative gösterirler. Yani bir alt birime 1 substratın bağlanması diğer alt birime substratın bağlanmasını daha da kolaylaştırabilir. Buna örnek verebilirmisiniz????????? Pozitif kooperative Buradaki etki Hb’nin oksijene bağlanmasındaki etkinin aynısıdır ve substratın enzime bağlanması, enzimdeki diğer bölgeleri etkileyerek enzimde konformasyonel değişikliğe neden olur. Diğer substratların bağlanmasını kolaylaştırır. glkikoz glikoz 6 fosforglikoz Geri dönüşümsüzdür ne demek???? tek yol bir enzim privüt Geri dönüşümsüzdür ne demek???? Allosterik enzimlerle ilgili hangileri doğrudur. 1. Allosterik enzimler genellikle düzenleyici basamakta görev alır. 2. Kinetik eğrileri genellikle sigmoidaldir. 3. Allosterik efektörler, substratın bağlandığı bölgeye bağlanırlar. 4. Efektörleri substratlarına tamamen benzer yapılıdır. Allosterik enzimlerle ilgili hangileri doğrudur. 1. Allosterik enzimler genellikle düzenleyici basamakta görev alır. 2. Kinetik eğrileri genellikle sigmoidaldir. 3. Allosterik efektörler, substratın bağlandığı bölgeye bağlanırlar. 4. Efektörleri substratlarına tamamen benzer yapılıdır. ENZİM AKTİVİTESİNİN DÜZENLENMESİ 2. Kaskat sistemler/ Kovalent modifikasyonla düzenlenmesi Bir çok enzim kovalent modifikasyonla, enzimin belirli serin, treonin veya trozin kalıntılarına (metil, asetil, fosfat gurupları) sıklıkla fosfat guruplarının kovalent bağlarla eklenmesi veya ayrılmasıyla düzenlenir. Protein fosforilasyonu- defosforilasyonu hücresel işlevlerin kontrolündeki belli başlı yollardan biri olarak bilinir. Protein Kinaz Protein Fosfataz KASKAT SİSTEMLERDE BİR ENZİMİN, BAŞKA BİR ENZİM TARAFINDAN AKTİFLENMESİ Taşıdığı negatif yüklerden ötürü fosfat, proteinin aktif merkezinde konformasyonel değişikliğe yol açmaktadır. Bu değişiklik sonucu enzim daha aktif veya daha inaktif olmaktadır. 2. Kaskat sistemler/ Kovalent modifikasyonla düzenlenmesi Protein kinazlar fosfat gruplarının bağlanmasını, protein fosfatazlar ise fosfat gruplarının koparılmasını katalizlerler. Bu enzimlerin fosforile halleri aktifse, defosforile halleri inaktiftir. Bu tip enzimlerin fosforilasyonları veya defosforilasyonları ile metabolik yol istenilen doğrultuda yönlendirilir. Bu enzimler ise hormonal ve sinirsel kontrol altında tutulmaktadır. Serin/treonin protein kinazlar, ATP den bir fosfatı hedef enzim üzerindeki spesifik bir serinin (bazen treoninin) hidroksil grubuna transfer ederler. Tirozin kinazlar spesifik bir tirozinin hidroksil grubuna bir fosfat transfer ederler. Fosfat sayesinde oluşan konformasyonel değişimle enzim daha aktif veya daha inaktif hale gelebilir. Glikojen sentetaz enzimine bir fosfat gurubu ilave edince inhibe olurken, glikojen fosforilaz enzimine bir fosfat gurubu ilave edince aktive olur. ENZİM AKTİVİTESİNİN DÜZENLENMESİ 2. Kaskat sistemler/ Kovalent modifikasyonla düzenlenmesi En sık kovalent modifikasyona katılan aminoasitler serin, treonin, ve trozin gibi hidroksil grubu içeren aminoasitlerdir. Bu aminoasitlere ATP’den koparılan bir fosfat grubu eklenmesiyle fosforilasyon gerçekleşirken, takılan fosfat grubunun ayrılması ile defosforilasyon gerçekleşir. Bu enzim aktivitesini düzenleme mekanizması hemen veya dakikalar içinde devreye girmektedir. Enzim moleküllerine fosfat grubunun bağlanması genellikle hangi aminoasit üzerinden gerçekleşir. a. Valin b. Glutamat c. Lizin d. Serin e. Asparagin Enzim moleküllerine fosfat grubunun bağlanması genellikle hangi aminoasit üzerinden gerçekleşir. a. Valin b. Glutamat c. Lizin d. Serin e. Asparagin serin treonin veya trozin ENZİM AKTİVİTESİNİN DÜZENLENMESİ 3. Zimojen aktivasyon ▪ Hücre dışında görev yapan bazı enzimler, bulundukları yere zarar vermemeleri için aktif olamayan öncül moleküller şeklinde sentez edilirler. Bu moleküllere proenzim veya zimojen adı verilmektedir. ▪ Zimojen aktivasyonu bir veya birkaç peptid bağının koparılması (kısmi proteoliz) (yarılması, kırılması) ile olur. ❖Pankreasta sentezlenen tripsinojen (inaktif) etki gösterdiği barsaklara salgılandığında peptid bağları kırılır ve aktif şekle dönüşür. 3. Zimojen aktivasyon Örn: Kimotripsinojen intestinal lümene açılan kanallara sekrete edilinceye kadar pankreatik veziküllerde depolanır. Sindirim sisteminde, kimotripsinojen proteolitik enzim tripsinle N-terminal bölgesinden küçük bir peptidin kesilmesiyle kimotripsine dönüşür. Bu kesim konformasyonel değişim nedeniyle enzimi aktif hale getirir. Yine kan phıtılaşma mekanizmaları da bu zimojen aktivasyon için güzel bir örnektir. ENZİM AKTİVİTESİNİN DÜZENLENMESİ 4. Enzim sentezinin indüklenmesi ve baskılanması Hücreler genellikle var olan enzim miktarlarını, enzim sentez hızlarını değiştirerek de düzenleyebilir. Enzim miktarı ihtiyaca göre genetik olarak kontrol edilir ve yeniden sentezlenir. Bu da diğer kontrol mekanizmalarına göre daha daha uzun zaman alır. Bu mekanizma enzim aktivitesinin düzenlenmesinde en yavaş devreye giren mekanizmadır. Enzim sentezinde artma veya azalma, enzim sayısını ve buna bağlı olarak da enzimin iş yapabilen aktif bölge sayısını değiştirir. ENZİM AKTİVİTESİNİN DÜZENLENMESİ 4. Enzim sentezinin indüklenmesi ve baskılanması Glikoz metabolizmasındaki anahtar enzimlerin sentezi kan glukozu yükseldiğinde artmaktadır. Deney hayvanlarında protein içeriği yüksek diyet ile beslenmesinden sonra arginaz (üre döngüsünde bir enzim) enzim düzeyinin arttığı gösterilmiştir. Neden bu mekanizma daha yavaş diğerlerine göre??????? 4. Enzim sentezinin indüklenmesi ve baskılanması Protein sentezi, DNA’dan mRNA’ya protein genetik kodunun transkripsiyonunun olduğu gen transkripsiyonu süreci ile başlar. mRNA’daki kod daha sonra proteinin primer aminoasit sırasına çevrilir. Genellikle enzim sentez hızı gen transkripsiyon hızına bağlıdır burada. Yine hücrede bir enzim düzenli sentez edilebildiği gibi yıkılabilmektedir de. Örn. Açlık, stres durumlarında iskelet kaslarındaki proteinlerin yıkımı aktive edilebilir. Düşük protein içerikli beslenmede enzimlerin (protein yapıda oldukları için ) de azaldığı gözlenmektedir. ENZİMİN MUTLAK MİKTARININ DEĞİŞİMİ ▪ Organizma varolan enzim miktarını, enzim sentez hızlarını değiştirerek düzenleyebilir. ▪ Enzim sentezi ihtiyaca göre artabilir (indüklenme) ya da azalabilir (represyon, baskılanma). ▪ İndüksiyon ile enzim sentezi artar, represyon ile enzim sentezi azalır. ▪ Derepresyon ile enzim sentezi baskıdan kurtulup tekrardan artar. ▪ Salmonella isimli mikroorganizma histidin bulunan ortamda, kendisi histidin sentezleyemez (represyon, baskı altına alma). ▪ Histidin korepresör’dür, yani kendi sentezi ile ilgili enzimlerin sentezini engellemektedir. ▪ Histidin represyon etkisini bir proteine bağlanarak yapar. ▪ Bu proteine aporepresör denir. ▪ Aporepresör-korepresör, enzim sentezini kontrol altına alır. ▪ Ortamdan histidin çıkarılması yahut bu maddenin tükenmesi, enzim biosentezinin tekrardan başlamasını sağlar (derepresyon, baskının ortadan kaldırılışı). Aşağıdakilerden hangisi bir metabolik yolun kontrol enziminin aktivitesini düzenlemede en yavaş mekanizmadır. A. Substratı azaltmak B. Ürün inhibisyonu C. Enzim sentezini hızlandırmak D. Allosterik kotrol E. Kovalent modifikasyon Aşağıdakilerden hangisi bir metabolik yolun kontrol enziminin aktivitesini düzenlemede en yavaş mekanizmadır. A. Substratı azaltmak B. Ürün inhibisyonu C. Enzim sentezini hızlandırmak D. Allosterik kotrol E. Kovalent modifikasyon Enzim aktivitesinin düzenlenme mekanizmaları Düzenleyici Tipik efektör Sonuçlar Süre olay Substrat Substrat Hız değişir Hemen varlığı Allosterik Son ürün Vm ve/veya Hemen kontrol Km değişir Kovalent Başka bir Vm ve/veya Hemen veya modifikasyon enzim Km değişir dakikalar içinde Enzim sentezi Hormon veya Enzim miktarı Saatler veya ve yıkımı metabolit değişir günler içinde Dipnot Serin Proteazlar Peptid bağlarını hidroliz etmek için aktif bölgelerinde serin kalıntısı bulunduran enzimlere serin proteazlar ismi verilmektedir. Tripsin, kimotripsin, elastin, plazmin, doku plazminojen aktivatörü (tPA), aktive pıhtılaşma faktörleri Aşağıdakilerden hangisi izoenzimler için yanlıştır? A. Aminoasid dizilimleri farklıdır. B. Elektroforetik göçleri farklıdır. C. Substrat ve kofaktöre farklı affinite gösterir. D. İmmünolojik özellikleri benzerdir. E. Km değerleri farklıdır. Aşağıdakilerden hangisi izoenzimler için yanlıştır? A. Aminoasid dizilimleri farklıdır. B. Elektroforetik göçleri farklıdır. C. Substrat ve kofaktöre farklı affinite gösterir. D. İmmünolojik özellikleri benzerdir. E. Km değerleri farklıdır.