Enzimler: yapı, işlevler ve eylem

Enzimler, Dünya'daki tüm canlı organizmaların düzgün çalışması için gereklidir. Doğadaki kimyasal dönüşümlerin hepsine değilse bile çoğuna, yani hem bitki dünyasındaki hem de hayvan dünyasındaki milyonlarca reaksiyona katılırlar. Enzimlerin ne olduğunu, nasıl çalıştıklarını ve modern tıp için önemlerinin ne olduğunu bulmaya değer.

İçindekiler

1. Enzimler: Yapı
2. Enzim aktivitesinin düzenlenmesi
3. Enzimler: Rol
4. Enzimler: İsimlendirme
5. Enzimler ve tıp
6. İşlevsiz enzimlerden kaynaklanan hastalıklar
7. Enzimler: teşhis amaçlı kullanım
8. Enzimler ve Tedavi

Enzimler, insan vücudu da dahil olmak üzere canlı organizmalarda çeşitli kimyasal reaksiyonların meydana gelmesini hızlandıran ve hatta buna izin veren protein molekülleridir.

Kimyasal açıdan bunlar katalizörler, yani reaksiyonu yoğunlaştıran ancak reaksiyon sırasında yıpranmayan partiküllerdir. Kimyasal dönüşümlerin verimliliğindeki bu artış genellikle çok büyüktür, doğal katalizörler reaksiyon süresini birkaç yıldan birkaç saniyeye kısaltabilir.

Enzimler vücudun her yerinde bulunur: hücrelerde, hücre dışı boşlukta, dokularda, organlarda ve bunların ışığında, belirli bir dokuyu katalizleyen, belirli özelliklerini ve vücutta oynadığı rolü belirler.

Enzimlerin çoğu çok spesifiktir, yani her biri belirli parçacıkların (substratlar) dahil olduğu ve yalnızca belirli bir enzimle etkileşime girebilecekleri tek bir tür kimyasal reaksiyondan sorumludur.

Doğal katalizörlerin aktivitesi birçok faktöre bağlıdır: reaksiyon ortamı, örneğin sıcaklık, pH, belirli iyonların varlığı, aktivatörler - bu aktiviteye karşı koyan enzimlerin ve inhibitörlerin etkisini arttırırlar.

Enzimler: Yapı

Bahsedildiği gibi, enzimlerin çoğu proteindir, çok çeşitli bir yapıya sahiptirler: birkaç düzine amino asitten birkaç bine kadar, farklı bir uzaysal yapıda düzenlenmiştir.

Oluşumlarının şeklidir (dördüncül yapı olarak adlandırılır) ve çoğu enzimin, reaksiyonlarının reaktanlarından çok daha büyük olması, faaliyetlerinden büyük ölçüde sorumludur.

Bunun nedeni, enzimlerin yapısında yalnızca belirli bir bölgenin sözde aktif bölge, yani reaksiyonu gerçekleştirmekten sorumlu olan parça olmasıdır.

Molekülün kalan fragmanlarının görevi, enzimin aktivitesini etkileyen daha az sıklıkla diğer bileşikler olmak üzere spesifik bir substratı bağlamaktır.

Katalizörün yapısının, birleştirici substratın bir "kilit anahtarı" açısından ideal olarak eşleşeceği şekilde tasarlandığını bilmeye değer.

Tüm proteinler gibi, enzimler de nükleusta sıkıca paketlenmiş genetik materyalden (DNA) üretilir ve böylece sözde birincil yapı oluşturulur.

Sonra birkaç kez katlanarak şeklini değiştirir, bazen şeker, metal iyonları veya yağ kalıntıları ekler.

Tüm bu işlemlerin sonucu, aktif bir kuaterner yapının, yani tamamen biyolojik olarak aktif bir formun oluşmasıdır.

Çoğu durumda, birkaç enzim parçacığı bir dizi kimyasal reaksiyonu gerçekleştirmek için birleşir ve böylece süreci hızlandırır.

Birkaç dokuda aynı reaksiyonu katalize eden enzimler var, ancak bunlar yapısal olarak birbirine benzemiyor, biz onlara izoenzimler diyoruz.

İzoenzimlerin isimleri, konum ve yapıdaki farklılığa rağmen aynıdır, ancak bu farklılıkların pratik uygulamaları vardır. Bu sayede laboratuvar testlerinde sadece belirli bir organdan gelen enzim fraksiyonlarını belirlemek mümkündür.

Enzimlerin etki mekanizmaları çok çeşitlidir, ancak kimyasal bakış açısına göre görevleri her zaman reaksiyonun aktivasyon enerjisini azaltmaktır. Bu, işlemin gerçekleşmesi için substratların sahip olması gereken enerji miktarıdır.

Bu etki, reaksiyonu gerçekleştirmek için uygun bir ortam yaratarak, aynı ürünleri elde etmek için farklı bir kimyasal yol kullanarak veya substratların uygun uzaysal düzenlemesiyle elde edilebilir.

Bu mekanizmaların her biri enzimler tarafından kullanılabilir.

Enzim aktivitesinin düzenlenmesi

Enzimlerin etkisi çevresel parametrelere bağlıdır: sıcaklık, pH ve diğerleri. Doğal katalizörlerin her biri, çevresel koşullara toleransına bağlı olarak büyük ölçüde farklı olabilen belirli koşullar altında kendi optimum performansına sahiptir.

Sıcaklık durumunda, enzimatik reaksiyonların çoğu daha yüksek sıcaklıklarda daha hızlı çalışır, ancak belirli bir sıcaklıkta reaksiyon verimliliği, enzime termal hasarın (denatürasyon) neden olduğu keskin bir şekilde düşer.

Yapısı itibariyle hormonlar iki gruba ayrılabilir:

• basit - bunlar sadece protein parçacıkları
• kompleks - protein olmayan bir grubun bağlanmasını gerektiren - aktivitelerine bir kofaktör

İkincisi, enzimlerin uygun aktivitesi ve düzenlenmesinde anahtar rol oynar.

Buna karşılık, kofaktörler iki gruba ayrılabilir: enzimin çalışması için gerekli olanlar, onunla güçlü bir şekilde ilişkili - bunlar protez gruplar olarak adlandırılırlar, metaller, heme gibi organik moleküller olabilirler.

İkinci grup koenzimlerdir, genellikle substratların veya elektronların transferinden sorumludurlar ve enzime bağlanmaları zayıftır, bu grup örneğin folik asit, koenzim A'yı içerir. Birçok vitaminin kofaktörlerin rolünü oynadığını bilmeye değer.

İnhibitörler tamamen farklı bir görev yerine getirirler, enzime bağlanarak enzimatik aktiviteyi inhibe eden partiküllerdir.

Birkaç tür inhibitör vardır:

• geri döndürülemez - molekülün kalıcı olarak inaktivasyonuna neden olurlar ve reaksiyon ancak yeni bir enzim üretildikten sonra gerçekleşebilir
  
  
• rekabetçi - bu durumda, inhibitör substrata benzer bir yapıya sahiptir, bu nedenle aktif bölge için rekabet ederler. Bir inhibitör eklenirse, substrat normal olduğu sürece reaksiyon başarısız olur.
  
  
• rekabetçi olmayan - bu tür inhibitörler enzimi substratın bağlandığı yerden başka bir yere bağlar, böylece enzime bağlanabilir, ancak reaksiyon gerçekleşmez

İnhibitörden çok daha yüksek bir substrat konsantrasyonunda, kompetitif inhibitörün etkisinin üstesinden gelinir, çünkü aktif bölge için "rekabeti" aşar, kompetitif olmaması durumunda, etkisi substratın konsantrasyonunu arttırarak üstesinden gelinemez.

Aktivatör ve inhibitör sistemlerinin düzenlenmesine ek olarak, enzim aktivitesini kontrol etmenin başka birçok yöntemi vardır.

Bunlar, hücrenin protein oluşumu düzeyinde üretim kontrolünün yanı sıra, sözde çeviri sonrası işlemenin düzenlenmesiyle, yani ribozomda sentezinden hemen sonra meydana gelen bir protein molekülünün yapısındaki değişikliklerle ilgilidir. Bu modifikasyonlar, örneğin polipeptit zincirinin kısaltılmasıdır.

Diğer düzenleme yöntemleri, enzimlerin uygun alanlara ayrılması ve yerleştirilmesi ile ilgilidir: hücresel ve spesifik organellerde veya hücre dışı bölmede.

Başka bir önemli düzenleyici mekanizma daha vardır - olumsuz geribildirim - endokrin sistemdeki birincil kontrol sistemidir. Engelleme ilkesine göre çalışır.

Bu, bir enzimin belirli bir hormonu çok fazla üretmesi durumunda ona bağlanarak aktivitesini inhibe ettiği ve sentezi azalttığı, dolayısıyla reaksiyon ürününün kendisinin üretimini engellediği anlamına gelir.

Enzimler: Rol

İnsan vücudunun her bir dokusu, bu hücrelerin vücudun işleyişindeki rolünü tanımlayan belirli bir dizi enzim üretir. Bu enzimlerin ne olduğu, genetik kod tarafından ve belirli bir hücrede hangi bölgelerin aktif olduğu ile tanımlanır.

İnsan vücudunda herhangi bir anda binlerce kimyasal reaksiyon meydana gelir ve bunların her biri belirli bir enzim gerektirir, bu nedenle vücudumuzda bulunan tüm bu parçacıkları listelemek zor olacaktır.

Bununla birlikte, en karakteristik özelliklerden birkaçını bilmeye değer:

• Sindirim enzimleri - sindirim sistemi dokuları tarafından üretilirler, yiyecekleri basit bileşiklere ayırırlar, çünkü sadece bunlar kana emilebilir. Hücre dışı enzimlerdir, bu nedenle asıl görevlerini üretildikleri hücrelerin dışında yerine getirirler. Bu enzimlerin bazıları, proenzimler veya zimojenler olarak adlandırılan inaktif bir formda oluşturulur ve gastrointestinal sistemde aktive edilir. Sindirim enzimleri arasında örneğin amilaz, lipaz, tripsin bulunur.
  
  
• Miyozin kaslarda bulunan bir enzimdir, enerji taşıyıcısı olan ATP moleküllerini parçalayarak kas liflerinin kasılmasına neden olur.
  
  
• Peroksidazlar, oksitleyici enzimler ve katalazlardır, yani indirgeyici enzimlerdir.
  
  
• Asetilkolinesteraz, sinir sistemindeki habercilerden biri olan asetilkolini parçalayan bir enzimdir.
  
  
• Monoamin oksidaz, karaciğerde en bol bulunan enzimdir ve adrenalin, norepinefrin ve bazı ilaçların parçalanmasından sorumludur.
  
  
• Enerji değişimlerinden sorumlu çok önemli bir hücre içi enzim olan sitokom oksidaz
  
  
• Gözyaşı veya tükürükte bulunan ve koruyucu işlevleri yerine getiren bir madde olan lizozim, patojenleri yok eder.
  
  
• Alkol dehidrojenaz, karaciğerde etanolün parçalanmasından sorumlu bir enzim
  
  
• Alkali fosfataz, osteoblastlar tarafından kemik yapımına katılır

Enzimler: İsimlendirme

Enzim adları, gerçekleştirdikleri reaksiyonun adından ve reaksiyonda yer alan substrattan, örneğin 5-hidroksitriptofan dekarboksilazdan türetildikleri için genellikle oldukça karmaşıktır.

Tipik olarak, reaksiyonun genel adına "-aza" soneki eklenir ve enzim adının ikinci kısmı bu reaksiyona giren bileşiğin adını oluşturur.

Adın tek olması ve daha sonra bir substrattan, örneğin laktazdan (laktozu parçalayan enzim) geldiği görülür.

Daha nadir olarak, enzimlerin isimleri, katılımlarıyla gerçekleşen genel bir süreçten türemiştir, örneğin, DNA ipliklerini döndürmekten sorumlu bir enzim olan DNA giraz.

Bazı enzimlerin sonunda, pepsin (sindirim sistemindeki proteinleri parçalayan) veya lizozim (gözyaşlarında bulunan bir bakterisidal enzim) gibi keşfedenleri tarafından verilen ortak isimler veya isimler vardır.

DNA ipliklerini kesmekten sorumlu olan küçük bir grup kısıtlama enzimi de vardır, bu durumda isim enzimin izole edildiği mikroorganizmadan gelmektedir.

Uluslararası Biyokimya ve Moleküler Biyoloji Birliği, enzimlerin isimlendirilmesi için kurallar getirmiş ve isimlendirmeyi standartlaştırmak için onları birkaç sınıfa ayırmıştır.

Daha önce açıklanan isimlerin yerini almadı, daha çok bilim adamları tarafından kullanılan onlara bir tamamlayıcıdır.

Avrupa Birliği kurallarına göre, her enzim bir dizi karakterle tanımlanır: EC x.xx.xx.xx - burada ilk rakam sınıfı, sonraki alt sınıfları ve alt sınıfları ve son olarak enzim numarasını temsil eder. Bahsedilen enzim sınıfları şunlardır:

• 1 - oksidoredüktazlar: oksidasyonu ve indirgeme reaksiyonlarını katalize eder
• 2 - transferazlar: fonksiyonel grupları transfer edin (örn. Fosfat)
• 3 - hidrolazlar: bağların hidrolizine (ayrışmasına) karşılık gelir
• 4 - liyazlar: bağları hidrolizden farklı bir mekanizmada kırın
• 5 - izomerazlar: moleküllerin uzaysal değişikliklerinden sorumludurlar
• 6 - ligazlar: molekülleri kovalent bağlarla birbirine bağlar

Enzimler ve tıp

Enzimlerin insan sağlığı için önemi çok büyük. Doğru çalışması sağlıklı bir yaşam sağlar ve analitik cihazların gelişmesi sayesinde çeşitli hastalıkları enzim tayini ile teşhis etmeyi öğrendik. Dahası, bazı enzimlerin eksikliklerini ve ortaya çıkan hastalıkları başarılı bir şekilde tedavi edebiliyoruz, ancak maalesef bu konuda daha yapılacak çok şey var.

Metabolik hastalıkların nedenlerinin tedavisi şu anda mümkün değildir, çünkü hasarlı genleri ve dolayısıyla yanlış üretilen enzimleri onarmak için genetik materyali güvenli ve etkili bir şekilde değiştiremiyoruz.

İşlevsiz enzimlerden kaynaklanan hastalıklar

Vücudumuzun düzgün çalışması büyük ölçüde enzimlerin düzgün çalışmasına bağlıdır. Çoğu durumda, hastalık durumları enzimlerin miktarını etkileyerek hücrelerden aşırı derecede salınmalarına veya tam tersine eksik olmalarına neden olur.Aşağıdakiler sadece anormal enzimatik işlevlerin neden olduğu hastalıklara örnektir, çok daha fazlası vardır.

• Metabolik bloklar veya metabolik hastalıklar

Metabolik bloklar veya metabolik hastalıklar, metabolizmalarından sorumlu bir enzim eksikliğinden dolayı hücrede maddelerin birikmesinden kaynaklanan bir grup kalıtsal hastalıktır. Zamanla biriken o kadar çok substrat vardır ki, hücreler ve tüm organizma için toksik hale gelirler.

Metabolik hastalıklar enzimleri kodlayan çoğu geni etkileyebildiğinden, bu hastalıklardan binlercesi vardır ve sayıları insan vücudunda bulunan çok sayıda enzimi yansıtır.

Örnekler, doğumdan hemen sonra veya yaşamın ilk yıllarında en sık görülen nadir hastalıklar olan galaktozemi veya homosistinüri'dir.

• Tümörler

Enzim bozukluğunun dahil olabileceği başka bir hastalık grubu kanserdir. Diğer birçok işleve ek olarak, enzimler, tirozin kinazlar olarak adlandırılan hücre bölünmesinin düzenlenmesinden de sorumludur. Bu enzimler bu alanda başarısız olursa, kontrolsüz hücre bölünmesi ve dolayısıyla neoplastik bir süreç meydana gelebilir.

• Amfizem

Daha az yaygın bir hastalık amfizemdir ve bu durumda elastaz aşırı aktif hale gelir. Diğerlerinin yanı sıra akciğerlerde bulunan elastin proteininin parçalanmasından sorumlu akciğer dokusunda bulunan bir enzimdir.

Çok aktif ise yıkım ve bina arasındaki denge bozulur, yara izi oluşur ve amfizem gelişir.

Enzimler: teşhis amaçlı kullanım

Modern tıbbi teşhis, tayinlerinde enzimlerin kullanımına dayanır. Bunun nedeni, hastalık durumlarının doğrudan veya dolaylı olarak enzim dengesizliğine yol açması ve kandaki miktarlarında artış veya azalmaya neden olmasıdır.

Bu sadece üretim bozukluklarından değil, aynı zamanda örneğin hücre zarındaki hasarın bir sonucu olarak büyük miktarda hücre içi enzimin kana veya idrara salınmasından da kaynaklanabilir.

Laboratuvar testlerinde kullanılan enzimlerin örnekleri şunlardır:

• Kreatin kinaz - kaslarda ve ayrıca kalp kasında bulunan bir enzim, çoklu artışı kalp krizi, miyokardit, kas hastalıkları - yaralanmalar, distrofi gösterebilir.
  
  
• Laktat dehidrojenaz - vücudun tüm hücrelerinde, özellikle beyinde, akciğerlerde, beyaz kan hücrelerinde ve kaslarda bulunur. Kalp krizi, kas ve karaciğer hastalıkları veya kanserde büyük artış görülür.
  
  
• Alkali fosfataz çoğunlukla karaciğerde ve kemiklerde bulunur, burada osteoblastlar tarafından salınır. Bu organların hastalıkları büyümesine neden olabilir, ancak alkalin fosfataz fazlalığı aynı zamanda kemiklerin - ameliyat veya kırık sonrası yenilenme sürecini de gösterebilir.
  
  
• Asit fosfataz birçok organda oluşur - karaciğer, böbrekler, kemikler, prostat, tanısal bakış açısından, artışı kemik ve prostat hastalıklarına işaret edebilir.
  
  
• Aspartat aminotransferaz ve alanin aminotransferaz - bunlar, hemen hemen sadece hepatositlerde meydana gelen, karaciğerin karakteristik enzimleridir, karaciğer hastalıklarının temel tarama teşhisinde kullanılırlar ve değerlerindeki birkaç kat artışları her zaman karaciğer hastalıklarının daha ileri teşhisini sağlar.
  
  
• Glutamat dehidrojenaz ve gammaglutamiltransferaz - daha önce bahsedilenlere benzer şekilde diğer karaciğer enzimleri, bu organ ve safra yolu hastalıklarının teşhisinde önemlidir.
  
  
• Amilaz, birçok organda bulunan bir enzimdir, ancak en yüksek konsantrasyon pankreas ve tükrük bezlerinin hücrelerinde elde edilir, teşhisi hastalıklarında büyük önem taşır.
  
  
• Lipaz başka bir pankreas enzimidir, özgüllüğü amilazdan farklıdır, bu da lipazın yalnızca pankreasta meydana geldiği ve bu enzimin belirlenmesinde normdan sapmaların pankreas hastalığını gösterdiği anlamına gelir.
  
  
• Kolinesteraz, organofosforlu bileşiklerle zehirlenmelerde kullanıldığı, en yüksek miktarda bulunduğu sinir sisteminde bir verici olan asetilkolini parçalayan bir enzimdir.
  
  
• Pıhtılaşma ve fibrinoliz faktörleri - bunlar, kanın pıhtılaşmasında rol oynayan karaciğer tarafından üretilen maddelerdir, bunların tayinleri yalnızca bu sürecin değerlendirilmesinde değil, aynı zamanda karaciğer fonksiyonunun izlenmesinde de önemlidir.
  
  
• Alfa-fetoprotein - bu organın kanser dahil hastalıklarında miktarı artan bir karaciğer enzimi.
  
  
• C-reaktif protein - karaciğer tarafından üretilen, bağışıklık tepkisinde yer alır, iltihaplı durumlarda kandaki miktarı artar - enfeksiyonlar, yaralanmalar, otoimmün hastalıklar.
  
  
• Seruloplazmin - Wilson hastalığının özelliği olan bir artış olan başka bir karaciğer enzimi.
  
  
• Piridinolin ve deoksipiridinolin, kemik rezorpsiyonunun (yıkımının) belirteçleridir ve osteoklastların (osteojenik hücreler) işlevini karakterize ederler.
  
  
• Miyoglobin - daha önce de belirtildiği gibi, bu kasların bir bileşim özelliğidir, bu nedenle artışı iskelet veya kalp kaslarına verilen hasarı gösterecektir.
  
  
• Troponinler - sözde kalp krizi belirteçleri, kas liflerinin kasılmasını düzenleyen enzimlerdir, özellikle kalp kasında bol miktarda bulunurlar. Zararı, kalp hastalıklarının teşhisinde kullanılan büyük miktarlarda troponinlerin kana salınmasına neden olur. Bununla birlikte, troponinlerde bir artışın sadece kalp krizini değil, aynı zamanda yetersizliğini, kapak kusurlarını veya pulmoner emboliyi de gösterebileceğini hatırlamakta fayda var.

Yukarıda listelenen tüm enzimler birkaç grupta sınıflandırılabilir:

• Salgı enzimleri - normun alt sınırı tanısaldır. Bunlar, organlar tarafından fizyolojik olarak üretilen enzimlerdir, ancak hastalık durumunda sayıları azalır, örneğin pıhtılaşma faktörleri
  
  
• Gösterge enzimleri - büyüme önemlidir. Bu enzim grubu, organ hasarı ve enzim sızıntısı nedeniyle çok sayıda görülür, örneğin troponinleri içerir.
  
  
• boşaltım enzimleri - bunlar normal olarak çeşitli organların lümeninde üretilen enzimlerdir - ağız, bağırsaklar veya idrar yolu. Çıkışları tıkanırsa, kana karışırlar, örneğin amilaz

Enzimlerin tıbbi teşhiste de kullanıldığını hatırlamakta fayda var. Biyokimyasal analizler enzimlerin kullanımı ile gerçekleştirilir ve enzimatik reaksiyonların sonuçlarının uygun şekilde yorumlanması, bir laboratuvar testinin sonucunun sağlanmasına imkan verir.

Enzimler ve Tedavi

Pek çok ilaç, enzimlerin faaliyetini ya etki etmelerine neden olarak ya da tam tersine inhibitör olarak etki ederek çalışır. Pankreas yetmezliğinde kullanılan pankreatin içeren lipaz ve amilaz gibi enzim ikameleri vardır.

Öte yandan, bazı ilaç grupları, örneğin hipertansiyon ve kalp yetmezliğinde kullanılan anjiyotensin dönüştürücü enzim inhibitörleri gibi enzimlerin veya bakteriyel hücre duvarının oluşumunu engelleyen bakteriyel transpeptidaz enzimini inhibe eden amoksisilin gibi bazı antibiyotiklerin etkisini inhibe eder ve böylece inhibe eder. enfeksiyon.

Bazı zehirler de enzimleri etkileyerek çalışır. Siyanür, solunum zincirinin önemli bir bileşeni olan güçlü bir sitokrom oksidaz inhibitörüdür. Engellemek hücrenin enerji elde etmesini engeller ve bu da ölümüne yol açar.

Hücrelerin yaşam süreçlerinin doğru seyri için, kendi aralarında katı oranlarda kalan ve aralarında sürekli kimyasal reaksiyonların meydana geldiği birçok kimyasal maddenin varlığı gereklidir.

Bu görev, hemen hemen her kimyasal reaksiyonun insan vücudunun düzgün çalışması için gerekli hız ve verimlilikle gerçekleşmesi için gerekli olan düzgün işleyen enzimler tarafından gerçekleştirilir.

Enzimlerin etkisi bu süreçleri defalarca, hatta yüzlerce kez hızlandırır ki bu da önemlidir, enzimlerin kendileri gerçekleşen reaksiyonlar sırasında yıpranmazlar.

Katalizörlerin olmaması veya uygun olmayan işleyişi birçok hastalığın ortaya çıkmasına neden olabilir. Öte yandan, aktivitelerinin ustaca değiştirilmesi, birçok rahatsızlığı başarılı bir şekilde tedavi etmenize izin verir.

Enzimoloji (enzim bilimi) son derece kapsamlıdır ve gelişimi sadece bilimsel ilerleme sağlamakla kalmaz, aynı zamanda sadece tedavi alanında değil, aynı zamanda teşhis alanında da tıbbın gelişimine aktif olarak katkıda bulunabilir.

Yazar hakkında

Yay. Maciej Grymuza Tıp Üniversitesi Tıp Fakültesi mezunu K. Marcinkowski, Poznań'da. Çok iyi bir sonuçla mezun oldu. Halen kardiyoloji alanında doktor ve doktora öğrencisi. Özellikle invazif kardiyoloji ve implante edilebilir cihazlar (uyarıcılar) ile ilgilenmektedir.