Tanım
Enzimler, bitki ve hayvan hücrelerinde üretilen ve biyolojik reaksiyonları modifiye edilmeden hızlandıran katalizör görevi gören proteinlerdir.
Enzimler, belirli bir maddeyle birleşerek onu farklı bir maddeye dönüştürerek çalışırlar; Klasik örnekler, tükürük, mide, pankreas ve ince bağırsakta bulunan, sindirimde önemli bir işlevi yerine getiren ve gıdanın daha sonra vücut tarafından emilip kullanılabilen, diğer enzimler veya atık olarak atılır.
Her enzimin belirli bir rolü vardır: örneğin yağları parçalayan, proteinler veya karbonhidratlar üzerinde hareket etmez. Enzimler organizmanın iyiliği için gereklidir.Tek bir enzimin eksikliği bile ciddi rahatsızlıklara neden olabilir.İyi bilinen bir örnek, esansiyel bir amino asidi metabolize edememe ile karakterize bir hastalık olan fenilketonüridir (PKU), birikimi fiziksel deformasyonlara ve zihinsel hastalıklara neden olabilen fenilalanin.
biyokimyasal çalışma
Enzimler, biyolojik katalizör olma özelliğine sahip özel proteinlerdir, yani bir reaksiyonun aktivasyon enerjisini (Eatt) parçalama, kinetik olarak yavaş bir işlemin daha hızlı olması için yolunu değiştirme yeteneğine sahiptirler.
Enzimler, termodinamik olarak olası reaksiyonların kinetiğini arttırır ve katalizörlerin aksine az çok spesifiktirler: bu nedenle substrat spesifikliğine sahiptirler.
Enzim, reaksiyonun stokiyometrisinde yer almaz: Bunun olması için, son katalitik site, başlangıç ile aynı olmalıdır.
Katalitik eylemde, hemen hemen her zaman, sürecin hızını belirleyen yavaş bir aşama vardır.
Enzimler hakkında konuştuğumuzda denge reaksiyonlarından bahsetmek doğru değildir, bunun yerine şundan bahsediyoruz: kararlı hal (belirli bir metabolitin sürekli olarak oluşturulduğu ve tüketildiği, konsantrasyonunu zaman içinde neredeyse sabit tuttuğu durum). Bir enzim tarafından katalize edilen bir reaksiyonun ürünü, genellikle bir sonraki reaksiyon için bir reaktandır, başka bir enzim tarafından katalize edilir ve bu böyle devam eder.
Enzimler tarafından katalize edilen süreçler genellikle reaksiyon dizilerinden oluşur.
Bir enzim (E) tarafından katalize edilen genel bir reaksiyon aşağıdaki gibi özetlenebilir:
E enzimdir
S, substrattır;
ES, enzim ve substrat arasındaki eklentiyi temsil eder;
P, üründür;
K, reaksiyonun hız sabitidir.
Jenerik bir enzim (E) substrat (S) ile birleşerek bir K1 hız sabiti ile eklentiyi (ES) oluşturur; hız sabiti K2 ile tekrar E + S'ye ayrışabilir veya (yeterince "yaşarsa" "yaşarsa" ) hız sabiti K3 ile P oluşturmaya devam edebilir.
Ürün (P), sırayla, enzim ile yeniden birleşebilir ve K4 hız sabiti ile katkı ürününü yeniden biçimlendirebilir.
Enzim ve substrat karıştırıldığında, iki tür arasındaki karşılaşmanın henüz gerçekleşmediği çok kısa bir süre vardır: yani, enzim ve substratın içinde bulunduğu (reaksiyona bağlı olarak) çok kısa bir zaman aralığı vardır. henüz karşılanmamıştır, bu süreden sonra enzim ve substrat artan miktarlarda temas eder ve ES eklentisi oluşur. Daha sonra, enzim substrat üzerinde etki eder ve ürün serbest bırakılır. Daha sonra, c'nin ES eklentisinin konsantrasyonunun tanımlanamadığı bir başlangıç zaman aralığı olduğu söylenebilir; bu süreden sonra, kararlı bir durumun olduğu varsayılır. yani, eklentinin elde edilmesine yol açan işlemlerin hızı, eklentinin yok olmasına yol açan işlemlerin hızına eşittir.
Michaelis-Menten sabiti (KM) bir denge sabitidir (yukarıda açıklanan ilk dengeye atıfta bulunulur); iyi bir yaklaşımla (çünkü K3 de dikkate alınmalıdır), KM'nin K2 ve K1 kinetik sabitleri arasındaki oran ile temsil edildiği söylenebilir (yukarıda açıklanan ilk dengede ES eklentisinin yok edilmesi ve oluşumuna atıfta bulunulur) .
Michaelis-Menten sabiti aracılığıyla "enzim ve substrat arasındaki afinitenin bir göstergesine sahibiz: KM küçükse c", "enzim ve substrat arasındaki yüksek afinitedir, o zaman ES eklentisi stabildir.
Enzimler düzenlemeye (veya modülasyona) tabidir.
Geçmişte esas olarak negatif modülasyondan, yani bir enzimin katalitik yeteneklerinin inhibisyonundan söz edilirdi, ancak pozitif bir modülasyon da olabilir, yani bir enzimin katalitik yeteneklerini arttırabilen türler vardır.
4 tür engelleme vardır (deneysel verileri matematiksel denklemlerle eşleştirmek için bir model üzerinde yapılan yaklaşımlardan elde edilir):
- yarışmalı inhibisyon
- rekabetçi olmayan inhibisyon
- rekabetsiz inhibisyon
- rekabetsiz inhibisyon
Bir molekül (inhibitör) substrat ile rekabet edebildiğinde rekabetçi inhibisyondan bahsediyoruz. Yapısal benzerlik için, inhibitör substratın yerine reaksiyona girebilir, bu nedenle terminoloji "rekabetçi inhibisyon" Enzimin inhibitöre veya substrata bağlanma olasılığı her ikisinin konsantrasyonuna ve bunların enzimle olan afinitesine bağlıdır; reaksiyon hızı bu nedenle bu faktörlere bağlıdır.
İnhibitör olmadan elde edilen reaksiyon hızının aynısını elde etmek için, daha yüksek bir substrat konsantrasyonuna sahip olmak gerekir.
Bir inhibitörün varlığında Michaelis-Menten sabitinin arttığı deneysel olarak gösterilmiştir.
Bunun yerine, "rekabetçi olmayan inhibisyon, modülatör (pozitif veya negatif inhibitör) olarak işlev görmesi gereken molekül ile" enzim arasındaki etkileşim, etkileşimin gerçekleştiği yerden farklı bir yerde gerçekleşir. enzim ve substrat arasında oluşur; bu nedenle allosterik modülasyondan bahsediyoruz (Yunanca alloterolar → diğer site).
İnhibitör enzime bağlanırsa, enzimin yapısında bir değişikliğe neden olabilir ve sonuç olarak substratın enzime bağlanma etkinliğini azaltabilir.
Bu tip proseste Michaelis-Menten sabiti sabit kalır çünkü bu değer enzim ve substrat arasındaki dengeye bağlıdır ve bir inhibitör varlığında bile bu dengeler değişmez.
Rekabetçi olmayan inhibisyon fenomeni nadirdir; tipik bir rekabetçi olmayan inhibitör, ESI'ye yol açan ES eklentisine geri dönüşümlü olarak bağlanan bir maddedir:
Substrat fazlalığından inhibisyon bazen rekabetçi olmayabilir, çünkü bu ikinci bir substrat molekülü ES kompleksine bağlanarak ESS kompleksine yol açtığında meydana gelir.
Öte yandan, rekabetçi olmayan bir inhibitör, önceki durumda olduğu gibi sadece substrat enzim eklentisine bağlanabilir: substratın serbest enzime bağlanması, bölgeyi inhibitör için erişilebilir kılan bir konformasyonel modifikasyonu indükler.
Michaelis Menten sabiti, inhibitör konsantrasyonu arttıkça azalır: görünüşe göre, bu nedenle, enzimin substrat için afinitesi artar.
serin proteaz
Kimotripsin ve tripsinin ait olduğu bir enzim ailesidir.
Kimotripsin, hidrofobik ve aromatik amino asitleri sağa doğru kesen proteolitik ve hidrolitik bir enzimdir.
Kimotripsini kodlayan genin ürünü aktif değildir (bir komutla aktive edilir); kimotripsinin aktif olmayan formu, 245 amino asitlik bir polipeptit zinciri ile temsil edilir. Kimotripsin, beş disülfid köprüsü ve diğer küçük etkileşimler (elektrostatik, Van der Waals kuvvetleri, hidrojen bağları, vb.) nedeniyle küresel bir şekle sahiptir.
Kimotripsin, pankreasın kimoz hücreleri tarafından üretilir ve burada özel zarlarda bulunur ve yiyeceklerin sindirimi sırasında pankreas kanalından bağırsağa atılır: kimotripsin aslında bir sindirim enzimidir. Diyet yoluyla aldığımız proteinler ve besinler, daha küçük zincirlere indirgenmek ve emilip enerjiye dönüştürülmek üzere (örn. amilazlar ve proteazlar besinleri parçalayarak kan damarları yoluyla hücrelere ulaşan glikoz ve amino asitlere) sindirime tabi tutulur portal vene ulaşırlar ve oradan karaciğere taşınırlar ve burada daha fazla tedavi görürler).
Enzimler aktif olmayan bir biçimde üretilir ve ancak "çalışmaları gereken yere" ulaştıklarında aktive olurlar; eylemleri bittiğinde, devre dışı bırakılırlar. Bir kez devre dışı bırakılan bir enzim yeniden etkinleştirilemez: "daha fazla katalitik etkiye sahip olması için, başka bir enzim molekülü ile değiştirilmelidir". Şimitripsin pankreasta aktif biçimde üretilmiş olsaydı, ikincisine saldırırdı: pankreatit, pankreasta (gerekli bölgelerde değil) zaten aktive olan sindirim enzimlerine bağlı patolojilerdir; bazıları zamanında tedavi edilmezse, ölüme yol açar.
Kimotripsin ve tüm serin proteazlarda katalitik etki, bir serinin yan zincirinde alkol anyonunun (-CH2O-) varlığından kaynaklanır.
Serin proteazlar, katalitik etkileri bir serinden kaynaklandığı için bu ismi alırlar.
Enzimin tamamı eylemini gerçekleştirdikten sonra, substrat üzerinde tekrar çalışabilmesi için su ile eski haline getirilmelidir; serinin su tarafından "salınması" sürecin en yavaş aşamasıdır ve bu aşamadır. hangi katalizin hızını belirler.
Katalitik etki iki aşamada gerçekleşir:
- katalitik özelliklere sahip anyonun oluşumu (anyon alkolat) ve peptit bağının bölünmesi ve ester oluşumu ile karbonil karbonuna (C = O) müteakip nükleofilik saldırı;
- katalizörün restorasyonu ile su saldırısı (katalitik etkisini tekrar uygulayabilir).
Serin proteaz ailesine ait çeşitli enzimler, farklı amino asitlerden oluşabilir, ancak hepsi için katalitik bölge, bir serinin yan zincirinin alkollü anyonu ile temsil edilir.
Serin proteazların bir alt ailesi, pıhtılaşmada yer alan enzimlerin ailesidir (bu, proteinin aktif olmayan formlarından "aktif olan diğer bir forma dönüştürülmesinden oluşur). Bu enzimler, pıhtılaşmanın mümkün olduğunca etkili olmasını ve sınırlı olmasını sağlar. uzay ve zaman (pıhtılaşma hızlı bir şekilde gerçekleşmeli ve sadece hasarlı alanın yakınında gerçekleşmelidir) Pıhtılaşmada yer alan enzimler bir kaskadda aktive edilir (tek bir enzimin aktivasyonundan milyarlarca enzim elde edilir: her aktif enzim , sırayla diğer birçok enzimi aktive eder).
Tromboz, pıhtılaşma enzimlerinin arızalanmasından kaynaklanan bir patolojidir: Pıhtılaşmada kullanılan enzimlerin gerekli olmadan (çünkü yaralanma olmadığı için) aktivasyonundan kaynaklanır.
Diğer enzimler için modülatör (düzenleyici) enzimler ve inhibitör enzimler vardır: ikincisi ile etkileşime girerek aktivitelerini düzenler veya inhibe ederler; bir enzimin ürünü bile enzim için bir inhibitör olabilir.Ayrıca daha fazla çalışan enzimler de vardır, mevcut substrat ne kadar büyükse.
lizozim
Luigi Pasteur, bir petri kabına hapşırarak mukusta bakterileri öldürebilen bir enzim olduğunu keşfetti: lizozim; Yunancadan: liso = hangi boyutta; zimo = enzim.
Lizozim, bakterilerin hücre duvarını parçalayabilir. Bakteriler ve genel olarak tek hücreli organizmalar, şekillerini sınırlayan mekanik olarak dirençli yapılara ihtiyaç duyarlar; bakterilerin içinde çok yüksek bir ozmotik basınç vardır, bu yüzden suyu çekerler. Plazma zarı, suyun girişine karşı koyan ve bakterinin hacmini sınırlayan bir hücre duvarı olmasaydı patlardı.
Hücre duvarı, N-asetil-glukozamin (NAG) moleküllerinin ve N-asetil-muramik asit (NAM) moleküllerinin değiştiği bir polisakarit zincirinden oluşur; NAG ve NAM arasındaki bağ hidroliz ile kopar.Hücre duvarındaki NAM'ın karboksil grubu, bir amino asit ile bir peptit bağına girer.
Çeşitli zincirler arasında yalancı peptit bağlarından oluşan köprüler oluşur: dallanma lizin molekülünden kaynaklanır; bir bütün olarak yapı çok dallıdır ve bu ona yüksek bir stabilite verir.
Lizozim bir antibiyotiktir (bakterileri öldürür): bakteri duvarında bir çatlak oluşturarak çalışır; (mekanik olarak dirençli olan) bu yapı bozulduğunda bakteri patlayana kadar su çeker. Lizozim, NAM ve NAG arasındaki β-1,4 glukozidik bağı kırmayı başarır.
Lizozimin katalitik bölgesi, polisakkarit zincirinin yerleştirildiği enzim boyunca uzanan bir oluk ile temsil edilir: oluğa zincirin altı glukosidik halkası yerleştirilir.
Oluğun c "üçüncü konumunda bir boğucudur: bu konumda yalnızca bir NAG yerleştirilebilir, çünkü daha yüksek boyutlarda olan NAM giremez. Gerçek katalitik bölge dört ve beş konumları arasındadır: çünkü bir NAG üçüncü pozisyonda, kesim bir NAM ve bir NAG arasında gerçekleşecek (ve tersi değil); bu nedenle kesim spesifiktir.
Lizozimin çalışması için en uygun pH beştir. Enzimin katalitik bölgesinde, yani dört ve beşinci pozisyonlar arasında, bir aspartik asit ve bir glutamik asidin yan zincirleri vardır.
Homoloji derecesi: protein yapıları arasındaki akrabalığı (yani benzerlik) ölçer.
Lizozim ve laktoz sentaz arasında güçlü bir ilişki vardır.
Laktoz sentetaz, laktozu (ana süt şekeri olan) sentezler: laktoz, c'nin galaktoz ve glikoz arasında bir β-1,4 glukozidik bağ olduğu bir galaktosil glukozittir.
Bu nedenle, laktoz sentetaz, lizozim tarafından katalize edilene zıt reaksiyonu katalize eder (bunun yerine β-1,4 glukozidik bağı böler)
Laktoz sentetaz bir dimerdir, yani biri katalitik özelliklere sahip ve lizozim ile karşılaştırılabilir, diğeri ise düzenleyici bir alt birim olan iki protein zincirinden oluşur.
Hamilelik sırasında, glikoproteinler, galatosil-transferazın etkisiyle meme bezinin hücreleri tarafından sentezlenir ("lizozim ile "% 40'lık bir dizi homolojisine sahiptir): bu enzim, bir galaktosil grubunu yüksek enerjili bir yapıdan diğerine aktarabilir. bir glikoprotein yapısı Hamilelik sırasında, galaktozil-transferazı kodlayan genin ifadesi indüklenir (başka ürünler de veren başka genlerin ifadesi de vardır): aktive edildiğinden memenin boyutunda bir artış olur süt üretmesi gereken meme bezi (önceden aktif olmayan) Doğum sırasında, düzenleyici bir protein olan a-laktalbümin üretilir: galaktosil-transferazın katalitik kapasitesini düzenleyebilir (substratı ayırt ederek). α-laktalalbümin tarafından modifiye edilen galaktosil-transferaz, bir galaktosili bir glikoz molekülüne aktarabilir: bir β-1,4 glikozidik bağ oluşturarak ve laktoz (laktoz sentetaz) vererek.
Dolayısıyla galaktoz transferaz, doğumdan önce meme bezini hazırlar ve doğumdan sonra süt üretir.
Glikoproteinler üretmek için galaktosil transferaz, bir galaktosile ve bir NAG'ye bağlanır; doğum sırasında laktal albümin, galaktosiltransferaza bağlanır ve ikincisinin glikozu tanımasını ve artık laktoz vermek için NAG'yi bırakmamasını sağlar.
