If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Bağlandığınız bilgisayar bir web filtresi kullanıyorsa, *.kastatic.org ve *.kasandbox.org adreslerinin engellerini kaldırmayı unutmayın.

Ana içerik

Enzim Kinetiği Grafiklerinin Temelleri

Enzim kinetiği grafikleri nasıl okunur (ve nasıl hazırlanır). Km ve Vmax. Yarışmalı ve yarışmasız inhibitörler.

Giriş

Spor araba almak istediğinizi düşünelim. Hangisinin daha iyi olduğuna karar vermek için elinizdeki seçenekler (Ferrari, Porsche, Jaguar, vb) hakkında neler bilmek isterdiniz? Bu özelliklerden belki de en önemlisi, gaz pedalını körüklediğinizde arabanın ne kadar hızlı gideceğidir. Ek olarak, arabanın performansına örneğin saatte sıfır kilometreden 100 kilometre hıza ne kadar sürede ulaştığına dair rafine bilgiler de edinmek isteyebilirsiniz. Başka bir deyişle, yalnızca arabanın en yüksek hızının ne olduğunu öğrenmek yerine, arabanın bu hıza nasıl ulaştığına dair kinetik bilgileri edinmek de mantıklı olacaktır.
Biyokimyacılar araştırdıkları enzimler için de benzer hislere sahiptirler. Enzimin bir tepkimeyi ne kadar hızlandırdığının yanı sıra, tepkime hızı üzerindeki etkileri hakkında mümkün olan her şeyi öğrenmek isterler.
Aslına bakarsanız, bir enzimin bir tepkimeyi farklı koşullar altında ne kadar hızlı katalizlediğini inceleyerek, enzimin nasıl çalıştığına ve inhibitörler gibi diğer moleküllerle nasıl etkileşimde bulunduğunu söylemek mümkündür. Bu deneylerden elde edilen bilgiler, çoğu zaman grafiklere yansıtıldığından, bu grafiklerin nasıl oluşturulduğunu ve nasıl okunabileceklerini öğrenmek adına biraz zaman harcamanın faydalı olacağını düşünüyoruz.

Basit enzim kinetiği grafikleri

Tepkime hızının, substrat konsantrasyonunun bir fonksiyonu olarak temsil edildiği aşağıdaki gibi grafikler, enzim kinetiği hakkında bilgi vermek amacı ile yaygın olarak kullanılır. Bu grafikler, çok fazla sayıda faydalı bilgi içermelerine rağmen, ilk bakışta oldukça kafa karıştırıcı olabilirler. Bu grafiklerden birinin nasıl oluşturulduğunu ve yorumlanabileceğini bu makalede adım adım açıklayacağız.
Görselin uyarlandığı kaynak: "Enzymes: Figure 3," OpenStax College, Biology (CC BY 3,0).
Favori enziminizi bir test tüpüne koyduğunuzu ve farklı koşullar altında ne gibi davranışlar sergilediği hakkında daha fazla bilgi edinmek istediğinizi varsayalım. Bunun için, örneğin 0 M, 0,2 M, 0,4 M, 0,6 M, 0,8 M ve 1,0 M gibi farklı substrat konsantrasyonları kullanarak, enzimi eklediğinizde her durumda tepkimenin ne kadar hızlı gerçekleştiğine, başka bir deyişle substratın ürüne dönüşmesinin ne kadar hızlı gerçekleştiğine dair deneyler yapıyorsunuz. Bu noktada, her benzer şeyleri karşılaştırdığınızdan emin olmanız için, her tepkimeye eşit enzim konsantrasyonu ekleme konusunda dikkatli olmanız gerekiyor.
Tepkime hızı nasıl belirlenir? Bu noktada ihtiyacınız olan şey, tepkimenin ilk hızı yani enzimle substratı birbiriyle buluşturduktan sonra enzimin bu belirli substrat konsantrasyonunda tepkimeyi elinden geldiğince hızlı bir şekilde katalizlemesidir; substratın tamamının kullanıldığı durumda tepkime hızının yavaşlayarak sıfır olacağını da hemen eklemek isteriz. Bu, ürün konsantrasyonu lineer bir şekilde artarken, tepkime başında birim zamanda elde edilen ürün miktarını ölçmek anlamına gelir. Bu değer yani tepkime başında birim zamanda elde edilen ürün miktarı, bu konsantrasyon için ilk (başlangıç) hız ya da V0 olarak kabul edilir.
Şimdi de, az önce bahsettiğimiz tüm konsantrasyonlar için V0 değerlerini bulduğunuzu düşünelim. Her bir substrat konsantrasyonunu ve o konsantrasyonda elde ettiğiniz V0 değerini bir (X,Y) çifti olarak grafik üzerinde gösterebilirsiniz. Tüm (X,Y) çiftlerinizi grafiğe yerleştirdikten sonra, noktaları, kendilerine en iyi uyan eğri ile birleştirebilirsiniz. Birçok enzim için, yukarıdaki mor eğriye benzer bir eğri elde edeceğinizi söyleyebiliriz. Bu eğrilerin grafiklerinde, V0 değerleri düşük substrat konsantrasyonlarında hızla artarken yüksek substrat konsantrasyonlarında bir düzlüğe ulaşır.
Görselin uyarlandığı kaynak: "Enzymes: Figure 3," OpenStax College, Biology (CC BY 3,0).
Grafikte böylesi bir düzlüğün oluşmasının sebebi, enzimin doymuş olması, başka bir deyişle, mevcut tüm enzim moleküllerinin, substatlara bağlanarak işleme başlamış olmasıdır. Kalan substrat molekülleri, bir enzim uygun hale gelene kadar beklemek zorunda olduğundan, tepkime hızı ya da birim zamanda üretilen ürün miktarı, enzimin konsantrasyonuna bağlıdır. Tepkimenin bu en yüksek ya da maksimum hızı, belirli bir enzimin belirli bir konsantrasyonundaki özelliğidir ve maksimum hız ya da Vmax olarak adlandırılır. Vmax, yukarıdaki grafiğin düzlüğe ulaştığı andaki Y değeridir (tepkimenin ilk hız değeri).
Vmax'in yarı değerine sahip bir hız elde etmemizi sağlayan substrat konsantrasyonu, Km olarak adlandırılır ve tepkime hızının, substrat konsantrasyonuna bağlı olarak ne kadar hızlı arttığına dair faydalı bir bilgi verir. Km, bir enzimin substratına olan ilgisi ya da bağlanma eğilimi hakkında da bilgi verir. Düşük bir Km değeri, substrat ilgisinin fazla olduğunu; yüksek bir Km değeri ise substrat ilgisinin düşük olduğunu gösterir. Enzim konsantrasyonuna bağlı olan Vmax'in aksine, Km, belirli bir tepkimedeki belirli bir enzim için her zaman aynıdır. Bu noktada, "görünür" ya da deneysel olarak ölçümlenebilen Km'nin, aşağıda açıklayacağımız gibi inhibitörler tarafından değiştirilebileceğini de bilmenizi isteriz.

Enzim kinetiği grafikleri ve inhibitörler

Peki ya inhibitörler? Enzim Regülasyonu (düzenlemesi) makalesinde, yarışmalı ve yarışmasız olmak üzere iki çeşit inhibitör olduğunu görmüştük.
  • Yarışmalı inhibitörler, bir enzime çoğunlukla aktif bölgesinden bağlanıp, enzimin gerçek substratının bağlanmasını engelleyerek tepkimenin ilerlemesini önlerler. Belirli bir anda, ya yarışmalı inhibitör ya da substrat enzime bağlanabileceği için inhibitör ve substrat enzim için yarışırlar. Yarışmalı inhibisyon, substratı bağlayacak enzim molekülü sayısını azaltarak işler.
  • Yarışmasız inhibisyon ise, substratın enzime bağlanmasına engel olmaz. Hatta substrat ve inhibitör, birbirlerinin enzime bağlanmasını etkilemezler. Ancak inhibitör enzime bağlandığında, enzim, tepkimesini katalizleyerek ürün üretemez. Bu da, yarışmasız inhibisyonun çalışma prensibinin, tepkimeyi sürdürebilecek fonksiyonel enzim molekülü sayısını azaltmak olduğu anlamına gelir.
Bu inhibitörlerin etkisini bunun gibi bir grafik üzerinde göstermek için, tüm deneyleri, birinde tüm test tepkimelerine belirli miktarda yarışmalı inhibitör; diğerinde de tüm test tepkimelerine belirli miktarda yarışmasız inhibitör ekleyerek iki kere daha yapmamız gerekir. Bunun sonucunda aşağıdaki sonuçları elde etmemiz olasıdır:
Görselin uyarlandığı kaynak: "Enzymes: Figure 3," OpenStax College, Biology (CC BY 3,0).
  • Yarışmalı bir inhibitör ile, tepkime nihayetinde normal Vmax değerine ulaşır ancak bu noktaya gelmesi için daha yüksek bir substrat konsantrasyonu gerekli olacaktır. Başka bir deyişle, Vmax değeri değişmez ancak görünür Km daha yüksektir. Peki Vmax'e ulaşmak için daha fazla substrat eklenmesinin sebebi ne olabilir? Fazladan eklenen substrat molekülleri, substrat moleküllerinin yeterli sayıya ulaşıp inhibitörlerin üstesinden gelerek enzime bağlanmalarını sağlarlar.
  • Yarışmasız bir inhibitörle, tepkime, ne kadar substrat eklendiğinden bağımsız olarak hiçbir zaman normal Vmax değerine ulaşamaz. Enzim moleküllerinin bir alt kümesi inhibitör tarafından "zehirleneceğinden", Vmax değerini belirleyen efektif enzim konsantrasyonu düşer. Öte yandan, tepkime yeni Vmax değerinin yarısına, aynı substrat konsantrasyonunda ulaştığından, Km değeri değişmez. Km değerinin değişmemesi, inhibitörün, enzimin substrata bağlanmasını etkilemediği, yalnızca kullanılabilir enzim konsantrasyonunu düşürdüğü anlamına gelir.

Michaelis-Menten ve alosterik enzimler

Birçok enzim, yukarıda örnek verdiğimiz kuramsal enzim gibi davranırlar ve tepkime hızının, substrat konsantrasyonunun bir fonksiyonu olarak temsil edildiği grafiklerde, yukarıdakine benzeyen parabolik eğrilere sahiptirler Bu tip davranışa sahip enzimler, substrat konsantrasyonu, ilk hız, Km ve Vmax değerleri arasındaki ilişkiyi gösteren ve Michaelis-Menten denklemi olarak adlandırılan bir denklem ile tanımlanabilirler. Kinetikleri bu denkleme uyan enzimler, Michaelis-Menten enzimleri olarak adlandırılırlar. Michaelis-Menten denklemini ve altında yatan modeli daha yakından incelemek istiyorsanız, MCAT bölümündeki Michaelis-Menten videolarına göz atmanızı öneririz.
Michaelis-Menten enzimleri, enzim regülasyonu makalesinde işlenen alosterik enzimlerden farklıdırlar. Alosterik enzimlerin birden fazla aktif bölgesi bulunur ve çoğu zaman kooperativite; bir başka deyişle, substratın aktif bölgelerinden birine bağlanması, diğer aktif bölgelerin de substrata bağlanma ve substratı işleme becerisini arttırması özelliğini gösterirler.
Kooperatif enzimler, substrat konsantaryonlarındaki değişimlere diğer enzimlere göre daha hasastırlar ve substrat konsantrasyonunun yükselmesi ile yüksek tepkime hızına geçiş yapabilirler. Bu da, hız-substrat eğrisinin, yukarıdaki gibi S şeklinde olmasına sebep olur.

Tartışmaya katılmak ister misiniz?

Henüz gönderi yok.
İngilizce biliyor musunuz? Khan Academy'nin İngilizce sitesinde neler olduğunu görmek için buraya tıklayın.