Enzim Yapılar Ve Mekanizmalar

Yapılar ve mekanizmalar


Bu konuda daha detaylı bilgi için, Enzim katalizi maddesine bakınız

Karbonikanhydrase II'yi gösteren şerit çizim Gri küre aktif merkezindeki çinko kofaktördür Şekil PDB 1MOO koordinatlarından üretilmiştir


Enzimler genelde küresel proteinlerdir, büyüklük olarak 62 amino asitten (4-oksalokrotonat totomeraz'ın monomeri[13]) 2500 amino asitten fazlasına (hayvan yağ asit sentaz[14]) kadar uzanırlar Az sayıda RNA-temelli biyolojik katalizörler de mevcuttur, bunların en yaygın olanı ribozomdur, bunlara ya RNA-enzim veya ribozim denir Enzimlerin etkinliği onların üç boyutlu yapısı tarafından belirlenir[15] Çoğu enzim etki ettikleri substratlardan çok daha büyüktür ve enzimin sadece ufak bir bölümü (3-4 amino asit kalıntısı) doğrudan kataliz ile doğrudan ilişkilidir[16] Bu katalitik amino asit kalıntıların bulunduğu, substrata bağlanan ve tepkimeyi yürüten bölge aktif merkez (veya aktif bölge) olarak adlandırılır Enzimlerde ayrıca kataliz için gerekli olan kofaktörlerin bağlandığı konumlar da mevcuttur Bazı enzimlerde ayrıca katalizlenen tepkimenin endirekt substrat veya ürünleri olan küçük moleküllerin bağlandığı başka yerler vardır Bu bağlanma enzimin aktivitesini artırabilir veya azaltabilir, bu da geri beslemeli bir düzenleme yoludur
Çoğu protein gibi enzimler de uzun amino asit zincirlerinden oluşur, bunlar katlanır ve üç boyutlu bir yapı oluşturur Her amino asit dizisi, kendine has özellikleri olan özgül bir yapı oluşturur Tek başına protein zincirleri bazen gruplanarak protein kompleksleri oluşturabilir Çoğu enzim ısı veya bazı kimyasal etmenlerle denatüre olur, yani proteinin üç boyutlu yapısının bozulması sonucu katlanmış hali açılır ve inaktive olur Enzime bağlı olarak denatürasyon tersinir olabilir veya olmayabilir
Özgüllük
Enzimler genelde hangi tepkimeleri katalizledikleri ve bu tepkimelerdeki substratlar konusunda çok özgüldürler Enzim ve substratlarının birbirini tamamlayıcı şekil, yük ve hidrofilik/hidrofobik özellikleri bu özgüllüğü meydana getirir Enzimler ayrıca steroizomerik, yönsel ve kimyasal özgüllük de gösterebilirler[17]
En yüksek seviyede özgüllük ve doğruluk gösteren enzimler genomun kopaylanması ve ifadesi ile ilişkilidir Bu enzimlerin "prova okuma" mekanizmaları vardır DNA polimeraz gibi bir enzim, ilk aşamada bir reaksiyonu katalizler, ikinci aşamada da ürünün doğruluğunu kontrol eder[18] Bu iki adımlı süreç sayesinde yüksek sadakatli polimerazlarda ortalama hata oranı 100 milyon reaksiyonda 1'den az olur[19] Benzer prova-okuma mekanizmaları RNA polimeraz,[20] aminoasil tRNA sentetaz[21] ve ribozomlarda[22] da vardır
İkincil metabolit üreten bazı enzimler ayırım gözetmediği söylenir, çünkü göreceli olarak geniş bir substrat grubuna etki edebilirler Substrat spesifisitesindeki bu genişlik sayensinde yeni metabolik yolların evrimleşebildiği öne sürülmüştür [23]
"Anahtar kilit" modeli
Enzimler hangi tepkimeyi katalizledikleri ve bu tepkimeye hangi substratın girdiğine çok büyük bir özgüllük gösterirler 1894'te Emil Fischer bunun nedeninin, enzim ve substratının birbirine tam uyan tamamlayıcı geometrik şekilleri olmasından dolayı olduğunu öne sürmüştür[24] Bu fikre sıkça "anahtar kilit" modeli olarak değinilir Bu model enzim özgüllüğünü açıklasa da geçiş halinin enzim tarafından stabilizasyonunu açıklamaz "Anahtar ve kilit" modeli artık yetersiz sayılmaktadır, "indüklenmiş uyum" (İng induced fit) modeli halen en yaygın kabul gören enzim-substrat-koenzim şeklidir
İndüklenmiş uyum modeliEnzimlerde indüklenmiş uyum modeli


1958'de Daniel Koshland anahtar ve kilit modelinin bir modifikasyonunu öne sürdü: enzimler göreli olarak esnek yapılar olduklarına göre, substrat enzimle etkileşirken aktif merkezin şekli sürekli olarak substrat tarafından değiştirilmektedir[25] Bunun sonucu olarak, substrat sadece hareketsiz bir aktif merkeze bağlanmıyor, aktif merkezi oluşturan amino asit yan zincirleri biçim alarak enzimin katalitik işlevini yerine getirmesini sağlıyorlar Bazı durumlarda, örneğin glikozidazlarda, substrat molekül de aktif merkeze girerken şeklini biraz değiştirir[26] Substrat tamamen bağlanana kadar aktif merkez şeklini değişitirir, o noktada en son şekil ve yükü belirlenmiş olur[27]
Mekanizmalar
Enzimler birkaç farklı yolla çalışırlar, bunların hepsi aktivasyon enerjisini (Î"Ga?¡) azaltır:[28]

Geçiş durumunu stabilize olduğu bir ortam yaratarak (örneğin, substratın şeklini zorlayarak - substrat/ürün molekülünün geçiş hal biçimine bağlanarak enzim bağlı substrat(ları) çarpıtır ve geçişin tamamlanması için gerekli enerji miktarını azaltır)
Geçiş halinin enerjisini azaltarak, örneğin geçiş halindekinin tersi bir yük dağılımına sahip bir ortam yaratarak
Alternatif bir yol sağlayarak Örneğin, substratla geçici olarak tepkiyerek bir ES kompleksi oluşturarak
Substratları tepkimeleri için onları doğru yönde bir araya getirerek tepkime entropi değişikliğini azaltarak Î"Ha?¡ değerine tek başına bakmak bu etkiyi gözardı eder

İlginç bir şekilde, bu entropik etki, temel halin destabilizasyonu ile ilişkilidir,[29] ve katalize olan katkısı göreli olarak düşüktür[30]
Geçiş hali stabilizasyonu
Î"Ga?¡ azalmasını anlamak için onun geçiş halinin katalizlenmemiş tepkimenin geçiş haline kıyasla enzim tarafından nasıl stabilize edildiğinin bilmek gerekir Büyük bir stabilizasyon elde etmenin en etkili yolu elektrostatik etkiler kullanmaktır, özellikle geçiş halinin yük dağılımına doğru yönlenmiş, nispeten sabit polar bir ortam oluşturarak[31] Suda cereyan eden katalizlenmeyen tepkimede böylesi bir ortam yoktur
Dinamik ve işlevler
Yakın zamanlarda yapılan araştırmalar sonucunda enzimlerin iç dinamikleri ile kataliz mekanizması arasındaki ilişki daha iyi anlaşılmaya başlamıştır[32][33][34] Bir enzimin iç dinamikleri onun iç kısımlarının (örneğin bir grup amino asit, bir ilmik bölgesi, bir alfa sarmal, komşu beta yapraklar ve hatta bütün bir bölge) hareketleridir Bu hareketler femtosaniyelerden saniyelere kadar uzanan zaman ölçeklerinde cereyena edebilir Bir enzimin yapısının içinde yer alan protein kalıntılarının oluşturduğu ağlar, hareketleri ile katalize katkıda bulunabilirler[35][36][37][38] Protein hareketleri pekçok enzim için çok önemlidir, ama küçük ve hızlı titreşimlerin mi, büyük ve yavaş hareketlerin mi daha önemli olduğu tepkimenin tipine bağlıdır Ancak, bu haketler substrat ve ürülerin bağlanma ve salınmaları için önemli olsalar da, protein hareketlerinin enzimatik tepkimelerdeki kimyasal adımları hızlandırdığı belli değildir[39] Bu bulgular alosterik etkilerin anlaşılmasında ve yeni ilaçların keşfinde önemli uzantıları vardır
Alosterik modülasyon
Alosterik enzimler, effektörlerine bağlanmaya cevaben yapılarını değiştirirler Eğer effektör molekül doğrudan enzimdeki bağlanma yerlerinden birine bağlanırak katalitik aktiviteye etki ederse modülasyon doğrudan olur, allosterik enzimle etkileşen başka protein veya protein alt birimlerine bağlanıyorsa modülasyon dolayı olur

Kaynak : Wikipedia