Enzim Yapısı ve Sınıflandırması
Enzim yapısı ve sınıflandırması, enzimolojinin, enzimlerin nelerden oluştuğunu, üç boyutlu şekillerinin nasıl bir katalitik bölge oluşturduğunu ve bilinen binlerce enzimin sistematik bir adlandırma şemasına göre nasıl düzenlendiğini açıklayan bir dalıdır. Protein mimarisini katalitik fonksiyonla ilişkilendirmekte ve biyoloji ile tıp alanlarında enzimlerin tanımlanması ve karşılaştırılması için kullanılan ortak terminolojiyi sağlamaktadır.
Tanım
Enzimler, biyokimyasal reaksiyonları katalize eden proteinlerdir (ve bazı durumlarda RNA'dır); yapıları substrat bağlayan bir aktif bölgeyi belirlemekte ve EC numaralandırma sistemi kullanılarak katalize ettikleri reaksiyon tipine göre sistematik olarak sınıflandırılmaktadırlar.
Kapsam
Bu alan, okuyucuyu enzim katalizinin yapısal temeline ve enzimleri adlandırmak ve sınıflandırmak için kullanılan geleneklere yönlendirmektedir. Protein yapısını ve aktif bölgeleri, Enzim Komisyonu (EC) numaralandırma sistemini, kofaktörleri ve prostetik grupları, protein katlanmasını ve fonksiyonel enzimlere dönüşmesini ve izoenzimleri (aynı katalitik aktivitenin çoklu moleküler formları) kapsamaktadır. Bu konular biyokimyada referans başlıklar olarak ele alınmakta olup, klinik veya dozaj rehberliği kaynağı değildir.
Alt konular
Temel sorular
- Bir proteinin üç boyutlu yapısı nasıl katalitik bir aktif bölge oluşturmaktadır?
- Enzimler sistematik olarak nasıl adlandırılmakta ve sınıflandırılmaktadır?
- Enzimler hangi protein olmayan kofaktörlere ihtiyaç duymaktadır ve bunlar nasıl bağlanmaktadır?
- Katlanmamış bir polipeptit, kataliz için gereken kesin katlanmaya nasıl ulaşmaktadır?
- Tek bir katalitik aktivite neden genellikle birkaç farklı moleküler formda bulunmaktadır?
Anahtar kavramlar
- Aktif bölge ve katalitik kalıntılar
- Substrat özgüllüğü
- Enzim Komisyonu (EC) sınıflandırması
- Kofaktörler, koenzimler ve prostetik gruplar
- Apoenzim ve holoenzim
- Protein katlanması ve dördüncül yapı oluşumu
- İzoenzimler (çoklu moleküler formlar)
Temel kuramlar
- İndüklenmiş uyum
- Substrat bağlanması, enzimde konformasyonel bir değişikliği indükleyerek aktif bölgenin substrat etrafında şekillenmesini sağlamakta ve özgüllüğün eski katı anahtar-kilit modelini geliştirmektedir.
- Anfinsen'in termodinamik hipotezi
- Bir proteinin doğal katlanmış yapısı ve dolayısıyla katalitik yeterliliği, fizyolojik koşullar altında amino asit dizisi tarafından belirlenmektedir; bu da katlanma bilgisinin dizinin kendisinde kodlandığını ima etmektedir.
Mekanizmalar
Bir enzimin amino asit dizisi, substratların bağlandığı ve kimyasal reaksiyonların hızlandığı bir aktif bölge oluşturmak üzere belirli kalıntıları bir araya getiren belirli bir üç boyutlu yapıya katlanmaktadır. Birçok enzim, katalitik mekanizmayı tamamlamak için ek olarak kofaktörlere veya prostetik gruplara ihtiyaç duymakta ve birçoğu yalnızca katlanmış, genellikle çok alt birimli yapılar olarak işlev görmektedir. Aynı katalitik aktivite, farklı genler tarafından kodlanan veya farklı alt birimlerden oluşan, yapısal olarak farklı birçok izoenzim tarafından gerçekleştirilebilmektedir. Tüm bunlar genelinde, EC sistemi belirli bir katalitik fonksiyonu benzersiz bir sayısal tanımlayıcıya bağlayan reaksiyon tabanlı bir etiket sağlamaktadır.
Klinik önem
Enzim yapısı ve sınıflandırmasını anlamak, enzimlerin laboratuvar tıbbı ve farmakolojide nasıl tanımlandığını, ölçüldüğünü ve tartışıldığını desteklemektedir. İzoenzim paternleri ve enzim sınıflandırması, tanısal enzim testlerinin ve enzim hedefli ilaçların nasıl tasarlandığına dair bilgi vermektedir. Bu madde, yapısal ve adlandırma çerçevesi hakkında eğitici bir arka plan bilgisi sunmakta olup, tanı veya tedavi kararları için bir temel teşkil etmemektedir.
Kanıt ve kılavuzlar
Enzim nomenklatürü, Uluslararası Biyokimya ve Moleküler Biyoloji Birliği (IUBMB) Nomenklatür Komitesi tarafından sürdürülmekte ve ENZYME veri tabanı gibi halka açık kaynaklarda düzenlenmektedir; bu kaynaklar birlikte biyokimya genelinde kullanılan EC numaralandırmasını tanımlamaktadır.
Tarihçe
Enzim yapısının sistematik incelenmesi, enzimlerin protein olduğu kabulünün ve yirminci yüzyılın ortalarında ilk enzim yapılarının belirlenmesinin ardından gelmiştir. Koshland'ın indüklenmiş uyum (induced-fit) önerisi (1958) ve Anfinsen'in katlanma çalışmaları (1973'teki senteziyle sonuçlanan çalışmalar), dizi, yapı ve katalitik fonksiyonu birbirine bağlamıştır. Markert ve Moller'in 1959'daki çoklu moleküler formlar tanımı ise izoenzim kavramını ortaya koymuştur. Buna paralel olarak, Enzim Komisyonu, günümüzde IUBMB ve ENZYME veri tabanı aracılığıyla sürdürülen, her karakterize edilmiş aktiviteye benzersiz bir EC numarası veren reaksiyon tabanlı bir sınıflandırma oluşturmuştur.
Öne çıkan isimler
- Christian B. Anfinsen
- Daniel E. Koshland
- Clement L. Markert
- Amos Bairoch
İlgili konular
Temel eserler
- koshland-1958
- anfinsen-1973
- markert-moller-1959
- bairoch-2000
Sıkça sorulan sorular
- Enzim sınıflandırması aslında neyi sınıflandırmaktadır?
- Enzim Komisyonu sistemi, enzimleri yapılarına veya kaynaklarına göre değil, katalize ettikleri kimyasal reaksiyonun tipine göre sınıflandırmakta ve her aktiviteye dört parçalı bir EC numarası atamaktadır.
- Tüm enzimler protein midir?
- Çoğu enzim, katlanmış yapısı aktif bölgeyi oluşturan proteinlerdir, ancak bazı katalitik aktiviteler RNA moleküleleri (ribozimler) tarafından gerçekleştirilmektedir; bu alan, metabolizmaya hakim olan protein enzimlere odaklanmaktadır.