Enzim katalizi sayfasının kaynağını görüntüle

{{Uzman|tarih=Kasım 2020}}
[[Dosya:Macromolecular-juggling-by-ubiquitylation-enzymes-1741-7007-11-65-S1.ogv|küçükresim|upright=1.59|[[Ubikuitin]] görselleştirmesi]]
'''Enzim katalizi''', [[Biyomolekül|biyolojik bir molekül]] olan "[[enzim]]" tarafından sağlanan, bir sürecin [[Reaksiyon hızı|hızındaki]] artıştır. Enzimlerin çoğu proteindir ve bu tür işlemlerin çoğu kimyasal reaksiyonlardır. Enzim içinde, genellikle kataliz [[aktif bölge]] olarak adlandırılan lokalize bir bölgede gerçekleşir.

Çoğu [[enzim]], ağırlıklı olarak proteinlerden, tek bir protein zinciri veya çok alt birimli bir kompleks içindeki bu tür birçok zincirden yapılır. Enzimler sıklıkla ayrıca metal iyonları veya [[Kofaktör (biyokimya)|kofaktör]] olarak bilinen özel organik moleküller (Ör. [[Adenozin trifosfat|Adenosin trifosfat]]) gibi protein olmayan bileşenleri de içerir. Kofaktörlerin birçoğu vitaminlerdir ve vitaminler olarak rolleri, [[metabolizma]] içindeki biyolojik sürecin katalizinde kullanımlarıyla doğrudan bağlantılıdır. [[Biyokimya|Biyokimyasal reaksiyonların]] katalizi, [[hücre]] için hayati önem taşımaktadır, çünkü bazı reaksiyonlar katalize edilmediğinde aşırı yavaş gerçekleşir. Protein evriminin bir itici gücü, bu tür katalitik aktivitelerin optimizasyonudur, ancak yalnızca en önemli enzimler, katalitik verimlilik sınırlarına yakın çalışır ve birçok enzim optimal değildir. Enzim katalizindeki önemli faktörler arasında genel asit ve baz katalizi, orbital yönlendirme, entropik kısıtlama, oryantasyon etkileri (yani kilit ve anahtar kataliz) ve ayrıca protein dinamiklerini içeren hareket etkileri bulunur.<ref name="Kamerlin">{{Akademik dergi kaynağı|başlık=At the dawn of the 21st century: Is dynamics the missing link for understanding enzyme catalysis?|yazarlar=Kamerlin|sayı=6|sayfalar=1339-75|çalışma=Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics|yıl=2010|cilt=78|pmc=2841229|pmid=20099310|doi=10.1002/prot.22654}}</ref>

Enzim kataliz mekanizmaları değişiklik gösterse de prensip olarak diğer [[Kataliz|kimyasal kataliz]] türlerine benzer, önemli olan faktör reaktanları ürünlerden ayırmada enerji bariyer(ler)inin azalmasıdır.<ref>{{Akademik dergi kaynağı|url=http://dx.doi.org/10.1111/febs.15537|başlık=Words of advice: teaching enzyme kinetics|yazarlar=Srinivasan|tarih=27 Eylül 2020|çalışma=The FEBS Journal|issn=1742-464X|doi=10.1111/febs.15537}}</ref> [[Aktivasyon enerjisi]]nin indirgenmesi, bu engeli aşan ve ürün oluşturabilen reaktif moleküllerin oranını arttırır. Sadece ürünler ve reaktanlar arasındaki enerji bariyerlerini azalttıkları için, enzimlerin her zaman her iki yönde reaksiyonları katalize etmeleri, bir reaksiyonu ileri sürdürememeleri veya denge pozisyonunu etkileyememeleri önemli bir ilkedir. Diğer katalizörlerde olduğu gibi, enzim de reaksiyon sırasında tüketilmez veya değiştirilmez, ancak tek bir enzimin birçok kataliz türü gerçekleştireceği şekilde geri dönüştürülür.

== İndüklenmiş uyum ==
[[Dosya:Hexokinase_induced_fit.svg|alt=Hexokinase displayed as an opaque surface with a pronounced open binding cleft next to unbound substrate (top) and the same enzyme with more closed cleft that surrounds the bound substrate (bottom)|küçükresim|upright=1.14| Enzim, enzim-substrat kompleksi oluşturmak için substrat bağlanması üzerine indüklenen uyumla şekil değiştirir. [[Heksokinaze|Heksokinaz]], [[adenozin trifosfat]] ve [[ksiloz]] substratları üzerinde kapanan büyük bir uyarılmış uyum hareketine sahiptir. Bağlanma yerleri mavi, substratlar siyah renkte ve [[Magnezyum|Mg2 <sup>+</sup>]] kofaktör sarı renkte gösterilmiştir. ({{PDB|2E2N}}, 2E2Q)]]
[[Dosya:Enzyme_catalysis_uniform+differential_binding.png|sol|küçükresim|upright=1.38| Substrat bağlamanın farklı mekanizmaları]]
Enzim-[[substrat]] etkileşimi için klasik model, indüklenmiş uyum modelidir.<ref>{{Akademik dergi kaynağı|başlık=Application of a Theory of Enzyme Specificity to Protein Synthesis|yazarlar=Koshland DE|tarih=Şubat 1958|sayı=2|sayfalar=98-104|çalışma=[[Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.]]|cilt=44|pmc=335371|pmid=16590179|doi=10.1073/pnas.44.2.98}}{{Açık erişim}}</ref> Bu model, enzim ve substrat arasındaki ilk etkileşimin nispeten zayıf olduğunu, ancak bu zayıf etkileşimlerin hızla enzimde bağlanmayı güçlendiren konformasyonel değişiklikleri indüklediğini ileri sürer.

İndüklenmiş uyum mekanizmasının avantajları, güçlü enzim bağlanmasının stabilize edici etkisinden kaynaklanmaktadır. İki farklı substrat bağlama mekanizması vardır: güçlü substrat bağlamasına sahip tek tip ciltleme ve güçlü geçiş durumu bağlamasına sahip diferansiyel bağlama. Tek tip bağlanmanın stabilize edici etkisi, hem substratı hem de geçiş durumu bağlanma afinitesini arttırırken, diferansiyel bağlama yalnızca geçiş durumu bağlanma afinitesini artırır. Her ikisi de enzimler tarafından kullanılır ve reaksiyonun aktivasyon enerjisini en aza indirmek için evrimsel olarak seçilmiştir. Doymuş, yani yüksek afiniteli bir substrat bağlanmasına sahip enzimler, aktivasyon enerjisini azaltmak için farklı bağlanma gerektirirken, küçük substrat bağlı olmayan enzimler, diferansiyel veya tek tip bağlanma kullanabilir.<ref>{{Kitap kaynağı|başlık=Modern Physical Organic Chemistry|url=https://archive.org/details/modernphysicalor0000ansl|tarih=2006|yayıncı=University Science Books|isbn=978-1-891389-31-3}}</ref>

Bu etkiler, çoğu proteinin, aktivasyon enerjisini azaltmak için diferansiyel bağlanma mekanizmasını kullanmasına yol açmıştır, bu nedenle çoğu substrat, geçiş durumundayken enzime yüksek afiniteye sahiptir. Diferansiyel bağlanma, indüklenmiş uyum mekanizması ile gerçekleştirilir - substrat önce zayıf bir şekilde bağlanır, ardından enzim, geçiş durumuna afiniteyi artırarak ve stabilize ederek konformasyonu değiştirir, böylece ona ulaşmak için aktivasyon enerjisini azaltır.

Bununla birlikte, uyarılmış uyum kavramının katalizi rasyonelleştirmek için kullanılamayacağını açıklığa kavuşturmak önemlidir. Kimyasal kataliz ''E<sub>a</sub>'nin suda katalize edilmemiş reaksiyonuna göre'' azalması olarak tanımlanır. İndüklenmiş uyum, sadece enzimin kapalı formunda bariyerin daha düşük olduğunu gösterir, ancak bariyer azalmasının nedenini  söylemez.

İndüklenmiş uyum, konformasyonel düzeltme okuma mekanizması yoluyla rekabet ve gürültünün varlığında moleküler tanımanın doğruluğu için faydalı olabilir.<ref>{{Akademik dergi kaynağı|url=http://www.weizmann.ac.il/complex/tlusty/papers/PLoSONE2007.pdf|başlık=Conformational Proofreading: The Impact of Conformational Changes on the Specificity of Molecular Recognition|erişimtarihi=22 Ağustos 2010|arşivtarihi=14 Mayıs 2011|arşivurl=https://web.archive.org/web/20110514055337/http://www.weizmann.ac.il/complex/tlusty/papers/PLoSONE2007.pdf|yazarlar=Savir Y|sayı=5|sayfalar=e468|çalışma=[[PLOS One]]|yıl=2007|cilt=2|pmc=1868595|pmid=17520027|doi=10.1371/journal.pone.0000468}}{{Açık erişim}}</ref>

== Alternatif bir reaksiyon yolunun mekanizmaları ==
Bu konformasyonel değişiklikler ayrıca, reaksiyonda değişecek olan substrattaki kimyasal bağlara yakın [[aktif bölge]]de katalitik kalıntılar oluşturur. Bağlanma gerçekleştikten sonra, bir veya daha fazla kataliz mekanizması, reaksiyon için alternatif bir kimyasal yol sağlayarak reaksiyonun geçiş durumunun enerjisini düşürür. "Bariyer üzerinden" katalizinin altı olası mekanizması ve "bariyer üzerinden" bir mekanizma vardır:

=== Yakınlık ve yönelim ===
Enzim-substrat etkileşimleri, reaktif kimyasal grupları hizalar ve bunları optimum bir geometride birbirine yakın tutar, bu da reaksiyonun hızını artırır. Bu, reaktanların [[entropi]]sini azaltır ve bu nedenle, iki reaktant tek bir ürün haline geldiğinde toplam entropide bir azalma olduğundan, ekleme veya transfer reaksiyonlarını daha az elverişsiz hale getirir. Bununla birlikte, bu genel bir etkidir ve reaktiflerin "etkili konsantrasyonundaki" bir artıştan dolayı meydana geldiği ilavesiz veya transfer reaksiyonlarında görülür. Konsantrasyondaki artışların reaksiyon hızında nasıl artışlara yol açtığı düşünüldüğünde, esasen reaktanların daha konsantre olduklarında daha sık çarpıştıkları ve bu nedenle daha sık reaksiyona girdikleri anlaşılır. Enzim katalizinde, reaktiflerin enzime bağlanması, reaktanların konformasyonel alanını sınırlandırır, onları 'uygun oryantasyonda' ve birbirlerine yakın tutar, böylece çarpışmayı kolaylaştırmak için daha sık ve doğru geometri ile istenen reaksiyonu sağlar. "Etkili konsantrasyon", aynı çarpışma frekansını deneyimlemek için reaktantın çözelti içinde serbest olması gereken konsantrasyondur. Çoğu zaman, bu tür teorik konsantrasyonlar fiziksel olarak gerçekçi değildir ve gerçekleştirilmesi imkansızdır - bu, pek çok enzimin katalitik gücünün katalizlenmemiş duruma göre muazzam hız artışı sağladığının bir kanıtıdır.
{| align="center" border="0" cellspacing="10" style="border: 1px solid #a79c83" width="800px"
|<small>Örneğin:</small>
|-
| align="center" | '''Reaksiyon molekül içi ise benzer reaksiyonlar çok daha hızlı gerçekleşecektir.'''
|-
| align="center" |[[Dosya:Inter_vs_intramolecular_reaction_rates.png]]
|-
| align="center" | ''İçinde etkili yoğunlukta [[asetat]] intramoleküler reaksiyonda k <sub>2</sub> / k, <sub>1</sub> = 2 x 10 <sup>5</sup> Molar olarak tahmin edilebilir.''
|}
Bununla birlikte, modern hesaplama çalışmaları geleneksel yakınlık etkilerinin örneklerinin doğrudan enzim entropik etkileriyle ilişkilendirilemeyeceğini belirlediğinden, durum daha karmaşık olabilir.<ref>{{Akademik dergi kaynağı|url=|başlık=Combined ab initio and Free Energy Calculations To Study Reactions in Enzymes and Solution: Amide Hydrolysis in Trypsin and Aqueous Solution|yazarlar=Stanton|sayı=14|sayfalar=3448-3457|çalışma=J. Am. Chem. Soc.|yıl=1998|cilt=120|doi=10.1021/ja972723x}}</ref><ref>{{Akademik dergi kaynağı|url=|başlık=QM-FE and Molecular Dynamics Calculations on Catechol O-Methyltransferase: Free Energy of Activation in the Enzyme and in Aqueous Solution and Regioselectivity of the Enzyme-Catalyzed Reaction|yazarlar=Kuhn|sayı=11|sayfalar=2586-2596|çalışma=J. Am. Chem. Soc.|yıl=2000|cilt=122|doi=10.1021/ja992218v}}</ref><ref>{{Akademik dergi kaynağı|url=|başlık=Ground State and Transition State Contributions to the Rates of Intramolecular and Enzymatic Reactions|yazarlar=Bruice|sayı=2|sayfalar=127-136|çalışma=Acc. Chem. Res.|yıl=1999|cilt=32|doi=10.1021/ar960131y}}</ref> Ayrıca, orijinal entropik önerinin,<ref>{{Akademik dergi kaynağı|url=|başlık=Entropic Contributions to Rate Accelerations in Enzymic and Intramolecular Reactions and the Chelate Effect|yazarlar=Page|sayı=8|sayfalar=1678-1683|çalışma=Proc. Natl. Acad. Sci. USA|yıl=1971|cilt=68|pmc=389269|pmid=5288752|doi=10.1073/pnas.68.8.1678}}</ref> oryantasyon entropisinin katalize katkısını büyük ölçüde abarttığı bulunmuştur.<ref>{{Akademik dergi kaynağı|url=|başlık=Dynamics of Biochemical and Biophysical Reactions: Insight from Computer Simulations|yazarlar=Warshel|sayı=4|sayfalar=563-679|çalışma=Quart. Rev. Biophys|yıl=2001|cilt=34|pmid=11852595|doi=10.1017/s0033583501003730}}</ref>

=== Proton bağışçıları veya alıcıları ===
Proton vericileri ve alıcıları, yani [[asit]]ler ve [[baz]]lar, geçiş durumunda gelişen yükleri stabilize etmek için protonları bağışlayabilir ve kabul edebilir. Bu, genel olarak geçiş durumları yüksek enerji durumları olduğundan ve bunları stabilize ederek bu yüksek enerji azaltılarak bariyeri düşürdüğünden, genel kataliz ilkesi olan enerji engellerini azaltma ilkesiyle ilgilidir. Enzim katalizinin biyolojik olmayan birçok katalize göre temel bir özelliği, hem asit hem de baz katalizinin aynı reaksiyonda birleştirilebilmesidir. Birçok abiyotik sistemde, asitler (büyük [H +]) veya bazlar (büyük konsantrasyonlu H + yutakları veya elektron çiftleri olan türler) reaksiyon hızını artırabilir; ama tabii ki ortam yalnızca bir toplam pH'a sahip olabilir (asitlik veya bazlık ölçüsü, alkalinite). Bununla birlikte, enzimler büyük moleküller olduğundan, hem asit gruplarını hem de bazik grupları aktif bölgelerinde substratlarıyla etkileşime girecek şekilde konumlandırabilirler ve her iki modu da yığın pH'ından bağımsız olarak kullanırlar.

[[Nükleofil]] ve/veya [[elektrofil]] gruplarını etkinleştirmek veya ayrılan grupları stabilize etmek için genellikle genel asit veya baz katalizi kullanılır. Glutamik ve aspartik asit, histidin, sistin, tirosin, lisin ve arginin ile serin ve treonin gibi asidik veya bazik gruplara sahip birçok amino asit bu aktif bölgede kullanılır. Ek olarak, karbonil ve amid N grupları içeren [[peptit]] omurgası sıklıkla kullanılır. Sistin ve [[Histidin]], her ikisi de nötr [[pH]]'a yakın bir pKa'ya sahip oldukları ve bu nedenle protonları hem kabul edip hem de bağışlayabildikleri için çok yaygın olarak yer alırlar.

Asit / baz katalizini içeren birçok [[reaksiyon mekanizması]], büyük ölçüde değiştirilmiş bir pKa olduğunu varsayar. Bu pKa değişikliği, kalıntının yerel ortamı aracılığıyla mümkündür.{{Kaynak belirt}}
{| class="wikitable"
!Koşullar
! Asitler
! Bazlar
|-
! Hidrofobik ortam
| PKa'yı artırır
| PKa'yı azaltır
|-
! Benzer yükün bitişik kalıntıları
| PKa'yı artırır
| PKa'yı azaltır
|-
! Tuz köprüsü (ve hidrojen<br />bağ) oluşumu
| PKa'yı azaltır
| PKa'yı artırır
|}
pKa, çözelti içinde bazik olan kalıntıların proton donörleri olarak hareket edebildiği ölçüde çevreleyen ortamdan da önemli ölçüde etkilenebilir ve bunun tersi de geçerlidir.
{| align="center" border="0" cellspacing="10" style="border: 1px solid #a79c83" width="800px"
|<small>Örneğin:</small>
|-
| align="center" | '''Serin proteazın katalitik üçlüsü'''
|-
| align="center" |[[Dosya:Serine_protease_catalysis.png]]
|-
| align="center" | ''Serin proteaz katalitik mekanizmasının ilk adımı, aktif bölgenin histidininin serin kalıntısından bir protonu kabul etmesini içerir.'' ''Bu, serini, substratın amid bağına saldırmak için bir nükleofil olarak hazırlar.'' ''Bu mekanizma, serinden (bir baz, pKa 14) histidine (bir asit, pKa 6), bazların yerel ortamı nedeniyle mümkün kılınan bir protonun bağışlanmasını içerir.''
|}
PKa'ların modifikasyonunun [[elektrostatik]] mekanizmanın saf bir parçası olduğunu açıklığa kavuşturmak önemlidir.<ref name="warshel">{{Akademik dergi kaynağı|url=|başlık=Electrostatic Basis of Enzyme Catalysis|yazarlar=Warshel|sayı=8|sayfalar=3210-3235|çalışma=[[Chemical Reviews]]|yıl=2006|cilt=106|pmid=16895325|doi=10.1021/cr0503106}}</ref> Ayrıca, yukarıdaki örneğin katalitik etkisi esas olarak [[oksianyon]]un pKa'sının azalması ve histidinin pKa'sındaki artışla ilişkilidir; serinden histidine proton transferi önemli ölçüde katalize edilmez, çünkü bariyeri belirleyen oran değildir.<ref>{{Akademik dergi kaynağı|başlık=How do Serine Proteases Really Work?|yazarlar=Warshel|sayı=9|sayfalar=3629-37|çalışma=Biochemistry|yıl=1989|cilt=28|pmid=2665806|doi=10.1021/bi00435a001}}</ref>

=== Elektrostatik kataliz ===
Yüklü geçiş durumlarının stabilizasyonu, aktif bölgedeki ara ürünle [[iyonik bağ]]lar (veya kısmi iyonik yük etkileşimleri) oluşturan kalıntılar yoluyla da olabilir. Bu bağlar, [[Lizin|lisin]], [[Arjinin|arginin]], [[aspartik asit]] veya [[glutamik asit]] gibi [[amino asit]]lerde bulunan [[Asit|asidik]] veya [[baz]]ik yan zincirlerden veya [[çinko]] gibi metal [[Kofaktör (biyokimya)|kofaktörlerden]] gelebilir. Metal iyonları özellikle etkilidir ve suyun pKa'sını onu etkili bir nükleofil yapacak kadar azaltabilir.

Sistematik bilgisayar simülasyon çalışmaları, elektrostatik etkilerin katalize en büyük katkıyı sağladığını tespit etti.<ref name="warshel"/> Bu 10<sup>7</sup> faktörü ile reaksiyonun hızını artırabilir.<ref>{{Kitap kaynağı|başlık=Biochemistry|tarih=2011|yayıncı=John Wiley & Sons|oclc=808679090}}</ref> Özellikle enzimin sudan daha polar bir ortam sağladığı ve iyonik geçiş durumlarının sabit dipollerle stabilize edildiği bulunmuştur. Bu, su moleküllerinin "yeniden düzenleme enerjisi" kullanması gereken sudaki geçiş durumu stabilizasyonundan çok farklıdır.<ref>{{Akademik dergi kaynağı|url=http://authors.library.caltech.edu/33657/1/MARjcp65b.pdf|başlık=On the Theory of Electron-Transfer Reactions. VI. Unified Treatment for Homogeneous and Electrode Reactions|yazarlar=Marcus|sayı=2|sayfalar=679-701|çalışma=J. Chem. Phys.|yıl=1965|cilt=43|doi=10.1063/1.1696792|erişimtarihi=18 Kasım 2020|arşivurl=https://web.archive.org/web/20200805165002/https://authors.library.caltech.edu/33657/1/MARjcp65b.pdf|arşivtarihi=5 Ağustos 2020|ölüurl=hayır}}</ref> Bu nedenle kataliz, enzim polar gruplarının önceden organize edilmiş olması gerçeğiyle ilişkilidir.<ref>{{Akademik dergi kaynağı|başlık=Energetics of Enzyme Catalysis|yazarlar=Warshel|sayı=11|sayfalar=5250-5254|çalışma=Proc. Natl. Acad. Sci. USA|yıl=1978|cilt=75|pmc=392938|pmid=281676|doi=10.1073/pnas.75.11.5250}}</ref>

Bir enzimin aktif bölgesi tarafından uygulanan elektrostatik alanın büyüklüğünün, enzimin katalitik hız artışı ile oldukça ilişkili olduğu gösterilmiştir.<ref>{{Web kaynağı |url=http://www.science20.com/news_articles/how_enzymes_work-151822 |başlık="How Enzymes Work" |erişimtarihi=18 Kasım 2020 |arşivurl=https://web.archive.org/web/20200805071415/https://www.science20.com/news_articles/how_enzymes_work-151822 |arşivtarihi=5 Ağustos 2020 |ölüurl=hayır }}</ref><ref>"EXTREME ELECTRIC FIELDS POWER CATALYSIS IN THE ACTIVE SITE OF KETOSTEROID ISOMERASE",</ref>

Substratın bağlanması genellikle aktif bölgedeki suyu dışarıda bırakır, böylece yerel dielektrik sabitini bir organik solventinkine düşürür. Bu, yüklü / polar substratlar ile aktif bölgeler arasındaki elektrostatik etkileşimleri güçlendirir. Ek olarak, çalışmalar, aktif bölgeler hakkındaki yük dağılımlarının, katalize reaksiyonların geçiş durumlarını stabilize edecek şekilde düzenlendiğini göstermiştir. Birkaç enzimde, bu yük dağılımları görünüşte polar substratları bağlanma bölgelerine doğru yönlendirmeye hizmet eder, böylece bu enzimatik reaksiyonların oranları, görünür difüzyon kontrollü sınırlarından daha büyüktür.{{Kaynak belirt}}
{| align="center" border="0" cellspacing="10" style="border: 1px solid #a79c83" width="800px"
|<small>Örneğin:</small>
|-
| align="center" | '''Karboksipeptidaz katalitik mekanizması'''
|-
| align="center" |[[Dosya:Carboxypeptidase_catalysis.png]]
|-
| align="center" | ''Dört yüzlü ara ürün, Zn2 <sup>+</sup> iyonu ile oksijen üzerindeki negatif yük arasında kısmi bir iyonik bağ ile stabilize edilir.''
|}

=== Kovalent kataliz ===
Kovalent kataliz, substratın enzim aktif sahasındaki tortularla veya bir kofaktörle geçici bir [[kovalent bağ]] oluşturmasını içerir. Bu, reaksiyona ilave bir kovalent ara ürün ekler ve reaksiyonun sonraki geçiş durumlarının enerjisini azaltmaya yardımcı olur. Kovalent bağ, reaksiyonun sonraki bir aşamasında, enzimi yeniden oluşturmak için kırılmalıdır. Bu mekanizma, bir asil enzim ara maddesinin oluştuğu kimotripsin ve [[tripsin]] gibi [[proteaz]]lar gibi enzimlerin katalitik üçlüsü tarafından kullanılır. Alternatif bir mekanizma, [[glikoliz]] sırasında aldolaz enziminde görüldüğü gibi, bir [[lizin]] kalıntısından serbest [[Amin (kimya)|amin]] kullanılarak schiff bazı oluşumudur.

Bazı enzimler, reaktan molekülleri ile kovalent ara ürünler oluşturmak için piridoksal fosfat (PLP) veya tiamin pirofosfat (TPP) gibi amino asit olmayan [[Kofaktör (biyokimya)|kofaktörler]] kullanır.<ref>Toney, M. D. "Reaction specificity in pyridoxal enzymes." Archives of biochemistry and biophysics (2005) 433: 279-287</ref><ref>{{Web kaynağı |url=http://lpi.oregonstate.edu/infocenter/vitamins/thiamin/ |başlık=Micronutrient Information Center, Oregon State University |erişimtarihi=18 Kasım 2020 |arşivurl=https://web.archive.org/web/20150321165821/http://lpi.oregonstate.edu/infocenter/vitamins/thiamin/ |arşivtarihi=21 Mart 2015 |ölüurl=hayır }}</ref> Bu tür kovalent ara maddeler, aktif alan amino asit kalıntıları ile oluşturulan kovalent ara maddelerin stabilizasyona izin vermesine benzer şekilde, sonraki geçiş durumlarının enerjisini azaltma işlevi görür, ancak kofaktörlerin yetenekleri, enzimlerin amino asit yan kalıntılarının tek başına yapamayacağı reaksiyonları gerçekleştirmesine izin verir. Bu tür kofaktörleri kullanan enzimler, PLP'ye bağımlı enzim aspartat transaminazı ve TPP'ye bağımlı enzim piruvat dehidrojenazı içerir.<ref name="VoetAA">{{Kitap kaynağı|url=https://archive.org/details/biochemistry00voet_1/page/986|başlık=Biochemistry|sayfalar=[https://archive.org/details/biochemistry00voet_1/page/986 986-989]|yayıncı=John Wiley & Sons Inc.|yıl=2004|isbn=978-0-471-25090-6}}</ref><ref name="VoetTPDC">{{Kitap kaynağı|url=https://archive.org/details/biochemistry00voet_1/page/604|başlık=Biochemistry|sayfalar=[https://archive.org/details/biochemistry00voet_1/page/604 604-606]|yayıncı=John Wiley & Sons Inc.|yıl=2004|isbn=978-0-471-25090-6}}</ref>

Bir reaksiyon yolu için aktivasyon enerjisini düşürmek yerine, kovalent kataliz reaksiyon için alternatif bir yol sağlar (kovalent ara ürün yoluyla) ve bu nedenle gerçek katalizden farklıdır.<ref name="warshel"/> Örneğin, kimotripsin içindeki serin molekülüne kovalent bağın enerjisi, katalize edilmemiş çözelti reaksiyonunda nükleofile olan iyi anlaşılmış kovalent bağ ile karşılaştırılmalıdır. Gerçek bir kovalent kataliz önerisi (bariyerin çözeltideki karşılık gelen engelden daha düşük olduğu durumlarda), örneğin, bir enzim grubu (örneğin, çok güçlü bir [[hidrojen bağı]]) ile geçiş durumuna kısmi bir kovalent bağ gerektirecektir, katalize önemli ölçüde katkıda bulunmaz.

=== Metal iyon katalizi ===
Aktif bölgedeki bir metal iyon, şarj stabilizasyonu ve kalkanlamayı koordine ederek katalize katılır. Bir metalin pozitif yükü nedeniyle, metal iyonları aracılığıyla yalnızca negatif yükler dengelenebilir.<ref>{{Akademik dergi kaynağı|başlık=Metal ion catalysis in the Tetrahymena ribozyme reaction|url=https://archive.org/details/sim_nature-uk_1993-01-07_361_6407/page/85|yazarlar=Piccirilli|tarih=7 Ocak 1993|sayı=6407|dil=İngilizce|sayfalar=85-88|çalışma=Nature|cilt=361|pmid=8421499|doi=10.1038/361085a0}}</ref> Bununla birlikte, metal iyonları biyolojik katalizde avantajlıdır çünkü pH'daki değişikliklerden etkilenmezler.<ref>{{Kitap kaynağı|başlık=Reactions of Coordinated Ligands|kısım=Metal Ion Catalysis of Nucleophilic Organic Reactions in Solution|tarih=1 Ocak 1962|sayfalar=19-36|yayıncı=AMERICAN CHEMICAL SOCIETY|seri=Advances in Chemistry|cilt=37|isbn=978-0841200388|doi=10.1021/ba-1963-0037.ch002}}</ref> Metal iyonları, bir [[Lewis asit ve bazı|Lewis asidi]] olarak hareket ederek suyu iyonize etme görevi de görebilir.<ref>{{Akademik dergi kaynağı|başlık=Divalent metal ion catalysis in the hydrolysis of esters of picolinic acid. Metal ion promoted hydroxide ion and water catalyzed reactions|yazarlar=Fife|tarih=1 Şubat 1985|sayı=4|sayfalar=1041-1047|çalışma=Journal of the American Chemical Society|cilt=107|issn=0002-7863|doi=10.1021/ja00290a048}}</ref> Metal iyonları ayrıca oksidasyon ve indirgeme ajanları olabilir.<ref>{{Akademik dergi kaynağı|url=https://zenodo.org/record/1258619|başlık=Metal ion-catalyzed oxidation of proteins: biochemical mechanism and biological consequences|yazarlar=Stadtman|tarih=1 Ocak 1990|sayı=4|sayfalar=315-325|çalışma=Free Radical Biology & Medicine|cilt=9|issn=0891-5849|pmid=2283087|doi=10.1016/0891-5849(90)90006-5|erişimtarihi=18 Kasım 2020|arşivurl=https://web.archive.org/web/20201205154117/https://zenodo.org/record/1258619|arşivtarihi=5 Aralık 2020|ölüurl=hayır}}</ref>

=== Bağ suşu ===
Bu, enzimin geçiş durumuna afinitesinin substratın kendisinden daha büyük olduğu indüklenmiş uygun bağlanmanın temel etkisidir. Bu, substrat bağlarını geçiş durumunun konformasyonuna daha yakın bir konuma zorlayan yapısal yeniden düzenlemeleri indükler, böylece substrat ile geçiş durumu arasındaki enerji farkını azaltır ve reaksiyonun katalize edilmesine yardımcı olur.

Bununla birlikte, gerinim etkisi, aslında, geçiş durumu dengeleme etkisinden ziyade bir temel durum dengesizleştirme etkisidir.<ref name="warshel"/><ref>{{Kitap kaynağı|başlık=Catalysis in Chemistry and Enzymology|yer=New York|yayıncı=[[Dover Publications]]|seri=reprint|yıl=1987|özgünyıl=1969|isbn=9780486654607}}</ref>&nbsp;Dahası, enzimler çok esnektir ve büyük gerilme etkisi uygulayamazlar.<ref>{{Akademik dergi kaynağı|başlık=Theoretical Studies of Enzymatic Reactions: Dielectric Electrostatic and Steric Stabilization of the Carbonium Ion in the Reaction of Lysozyme|yazarlar=Warshel|sayı=2|sayfalar=227-49|çalışma=[[J. Mol. Biol.|Journal of Molecular Biology]]|yıl=1976|cilt=103|pmid=985660|doi=10.1016/0022-2836(76)90311-9}}{{Açık erişim}}</ref>

Substrattaki bağ suşuna ek olarak, aktif bölgedeki kalıntıları aktive etmek için enzimin kendisi içinde bağ suşu da indüklenebilir.
{| align="center" border="0" cellspacing="10" style="border: 1px solid #a79c83" width="800px"
|<small>Örneğin:</small>
|-
| align="center" | '''Substrat, bağlı alt-tabaka ve geçiş durumu konformasyonları [[lizozim]] .'''
|-
| align="center" |[[Dosya:Lysozyme_transition_state.png]]
|-
| align="center" |''Substrat, bağlanma sırasında, heksoz halkasının yarım sandalye konformasyonundan (ekvator c6'yı eksenel pozisyonda olmaya zorlayan proteinin amino asitlerinin sterik engellemesi nedeniyle) bozulmuştur.<ref><fundamentals of biochemistry Voet, voet and Pratt 4th edition>, which is similar in shape to the transition state.</ref>''
|}

=== Kuantum tünelleme ===
Bu geleneksel "bariyer üstü" mekanizmalar, bazı durumlarda "bariyerden geçen" mekanizmaların ([[kuantum tünelleme]]) modelleri ve gözlemleriyle zorlanır. Bazı enzimler, klasik ΔG <sup>‡</sup> ile tahmin edilenden daha hızlı olan kinetiklerle çalışır. "Bariyerin içinden" modellerde, bir proton veya bir elektron aktivasyon engellerinden tünel açabilir.<ref>{{Akademik dergi kaynağı|başlık=How enzymes work: analysis by modern rate theory and computer simulations|yazarlar=Garcia-Viloca|sayı=5655|sayfalar=186-95|çalışma=Science|yıl=2004|cilt=303|pmid=14716003|doi=10.1126/science.1088172}}</ref><ref name="Mats">{{Akademik dergi kaynağı|başlık=Simulations of the large kinetic isotope effect and the temperature dependence of the hydrogen atom transfer in lipoxygenase|yazarlar=Olsson|sayı=9|sayfalar=2820-8|çalışma=Journal of the American Chemical Society|yıl=2004|cilt=126|pmid=14995199|doi=10.1021/ja037233l}}</ref> Aromatik amin dehidrojenaz ile triptamin oksidasyonunda protonlar için kuantum tünelleme gözlenmiştir.<ref name="ReferenceA">{{Akademik dergi kaynağı|başlık=Atomic description of an enzyme reaction dominated by proton tunneling|yazarlar=Masgrau|yazarlarıgöster=8|sayı=5771|sayfalar=237-41|çalışma=Science|yıl=2006|cilt=312|pmid=16614214|doi=10.1126/science.1126002}}</ref>

Kuantum tünelleme büyük bir katalitik avantaj sağlamıyor gibi görünmektedir, çünkü tünelleme katkıları çözeltideki katalize edilmiş ve katalize edilmemiş reaksiyonlarda birbirine benzer.<ref name="Mats"/><ref>{{Akademik dergi kaynağı|başlık=How important are quantum mechanical nuclear motions in enzyme catalysis|yazarlar=Hwang|sayı=47|sayfalar=11745-11751|çalışma=J. Am. Chem. Soc.|yıl=1996|cilt=118|doi=10.1021/ja962007f}}</ref><ref>{{Akademik dergi kaynağı|url=|başlık=Enzymes: By chance, or by design?|yazarlar=Ball|sayı=7007|sayfalar=396-397|çalışma=Nature|yıl=2004|cilt=431|pmid=15385982|doi=10.1038/431396a}}</ref><ref>{{Akademik dergi kaynağı|başlık=Dynamical Contributions to Enzyme Catalysis: Critical Tests of A Popular Hypothesis|yazarlar=Olsson|sayı=5|sayfalar=1737-1756|çalışma=Chem. Rev.|yıl=2006|cilt=106|pmid=16683752|doi=10.1021/cr040427e}}</ref> Bununla birlikte, tünelleme katkısı (tipik olarak hız sabitlerini klasik 'bariyer üstü' rotası için reaksiyon hızına kıyasla ~ 1000<ref name="ReferenceA"/> kat artırma) biyolojik organizmaların yaşayabilirliği için çok önemlidir. Bu, biyolojide tünel oluşturma reaksiyonlarının genel önemini vurgulamaktadır.

1971-1972'de enzim katalizinin ilk kuantum mekanik modeli formüle edildi.<ref>Volkenshtein M.V., Dogonadze R.R., Madumarov A.K., Urushadze Z.D., Kharkats Yu.I. ''Theory of Enzyme Catalysis.''- Molekuliarnaya Biologia, Moscow, 6, 1972, 431-439</ref><ref>Volkenshtein M.V., Dogonadze R.R., Madumarov A.K., Urushadze Z.D., Kharkats Yu.I. ''Electronic and Conformational Interactions in Enzyme Catalysis.'' In: E.L. Andronikashvili (Ed.), Konformatsionnie Izmenenia Biopolimerov v Rastvorakh, Publishing House "Nauka", Moscow, 1973, 153-157</ref>

=== Aktif enzim ===
Enzim-substrat kompleksinin bağlanma enerjisi, substrat aktivasyonu için gerekli olan harici bir enerji olarak kabul edilemez. Yüksek enerji içeriğine sahip enzim, ilk olarak enzimin katalitik bölgesinden birinci bağlı reaktantın son yerine bazı özel enerji grubu X<sub>1</sub>'i, ardından ikinci bağlı reaktanttan (veya tek reaktantın ikinci grubundan) başka bir X<sub>2</sub> grubunu aktarabilir. Substratın ürüne dönüşümünü ve enzim rejenerasyonunu bitirmek için aktif bölgeye aktarılmalıdır.<ref>{{Akademik dergi kaynağı|başlık=Is the enzyme a powerful reactant of the biochemical reaction?|yazarlar=Foigel|sayı=1–2|sayfalar=87-9|çalışma=Molecular and Cellular Biochemistry|yıl=2011|cilt=352|pmid=21318350|doi=10.1007/s11010-011-0742-4}}</ref>

Tüm enzimatik reaksiyon, iki birleştirme reaksiyonu olarak sunulabilir:{{NumBlk|:|<chem>{S1} + EX1 -> S1EX1 -> {P1} + EP2</chem>|{{EquationRef|1}}}}{{NumBlk|:|<chem>{S2} + EP2 -> S2EP2 -> {P2} + EX2</chem>|{{EquationRef|2}}}}Reaksiyon (1)'den görülebileceği gibi, aktif enzimin X<sub>1</sub> grubu, hem elektrostatik inhibisyonu hem de atomların itilmesini önlemek için enzim içindeki değişim reaksiyonu olasılığı nedeniyle üründe görünür. Bu nedenle aktif enzim, enzimatik reaksiyonun güçlü bir reaktanı olarak temsil edilir. Reaksiyon (2), enzim içinde, grup <sub>X-2</sub> kalıntıları için zeminin tamamlanmamış dönüşümünü göstermektedir. Fikir olarak bu yaklaşım daha önce varsayımsal son derece yüksek enzimatik dönüşümlere (katalitik olarak mükemmel enzim) dayanarak önerilmişti.<ref>{{Akademik dergi kaynağı|url=|başlık=Cooperativity of enzymatic reactions and molecular aspects of energy transduction|yazarlar=Fogel|sayı=1|sayfalar=59-64|çalışma=Mol. Cell. Biochem.|yıl=1982|cilt=47|pmid=7132966|doi=10.1007/bf00241567}}</ref>

Mevcut yaklaşımın doğrulanması için can alıcı nokta, katalizörün, reaksiyonun transfer grubu ile bir enzim kompleksi olması gerektiğidir. Bu kimyasal özellik, çeşitli enzimatik reaksiyonların iyi çalışılmış mekanizmalarıyla desteklenmektedir. Serin proteazlar ailesinin iyi çalışılmış bir üyesi olan saf bir protein α-kimotripsin (kofaktör olmadan hareket eden bir enzim) tarafından katalize edilen peptit bağı hidrolizinin reaksiyonu buna örnektir.<ref>{{Akademik dergi kaynağı|url=|başlık=Role of protein conformational mobility in enzyme catalysis: acylation of alpha-chymotrypsin by specific peptide substrates|yazarlar=Hengge|sayı=3|sayfalar=742-747|çalışma=Biochemistry|yıl=2004|cilt=43|pmid=14730979|doi=10.1021/bi030222k}}</ref>

Bu reaksiyon için deneysel sonuçlar iki kimyasal adım olarak sunulur:{{NumBlk|:|<chem>{S1} + EH -> {P1} + EP2</chem>|{{EquationRef|3}}}}{{NumBlk|:|<chem>{EP2} + {H-O-H} -> {EH} + P2</chem>|{{EquationRef|4}}}}Burada S<sub>1,</sub> bir polipeptit, P<sub>1</sub> ve P<sub>2</sub> ürünlerdir. Birinci kimyasal aşama (3), kovalent bir asil-enzim ara ürününün oluşumunu içerir. İkinci adım (4) deasilasyon adımıdır. Başlangıçta enzim üzerinde bulunan ancak suda bulunmayan H+ grubunun hidroliz aşamasından önce üründe göründüğüne dikkat etmek önemlidir, bu nedenle enzimatik reaksiyonun ek bir grubu olarak düşünülebilir.

Böylece reaksiyon (3), enzimin reaksiyonun güçlü bir reaktantı olarak davrandığını gösterir. Önerilen kavrama göre, enzimden lH taşıma (P<sub>1</sub> ve P<sub>2</sub> grupları arasında) birinci başlangıç kimyasal bağın birinci tepkime dönüşümü, sorun teşkil etmektedir. Hidroliz aşaması, ikinci kimyasal bağın bozulmasına ve enzimin yenilenmesine yol açar.

Önerilen kimyasal mekanizma, ortamdaki substratların veya ürünlerin konsantrasyonuna bağlı değildir. Bununla birlikte, konsantrasyonlarındaki bir kayma, esas olarak (1) ve (2) reaksiyonlarının ilk ve son aşamalarında, su çözeltisindeki S veya P olsun, her molekülün serbest enerji içeriğindeki değişiklikler nedeniyle serbest enerji değişikliklerine neden olur. Bu yaklaşım, kas kasılma mekanizmasına uygundur. İskelet kasında ATP hidrolizinin son adımı, miyozin başlarının aktin ile birleşmesinden kaynaklanan ürün salınımıdır.<ref>{{Akademik dergi kaynağı|url=|başlık=Mechanism of adenosine triphosphate hydrolysis by actomyosin|yazarlar=Lymn|sayı=25|sayfalar=4617-4624|çalışma=Biochemistry|yıl=1971|cilt=10|pmid=4258719|doi=10.1021/bi00801a004}}</ref> Birleşme reaksiyonu sırasında aktin bağlama yarığının kapanması yapısal olarak miyozin aktif bölgesindeki nükleotit bağlama cebinin açılmasıyla birleştirilir.<ref>{{Akademik dergi kaynağı|url=|başlık=Electron cryo-microscopy shows how strong binding of myosin to actin releases nucleotide|yazarlar=Holmes|sayı=6956|sayfalar=423-427|çalışma=Nature|yıl=2003|cilt=425|pmid=14508495|doi=10.1038/nature02005}}</ref>

Özellikle, ATP hidrolizinin son aşamaları, hızlı fosfat salınımı ve ADP'nin yavaş salınmasını içerir.<ref>{{Akademik dergi kaynağı|url=|başlık=ADP dissociation from actomyosin subfragment 1 is sufficiently slow to limit the unloaded shortening velocity in vertebrate muscle|yazarlar=Siemankowski|sayı=3|sayfalar=658-662|çalışma=Proc. Natl. Acad. Sci. USA|yıl=1985|cilt=82|pmc=397104|pmid=3871943|doi=10.1073/pnas.82.3.658}}</ref><ref>{{Akademik dergi kaynağı|url=|başlık=Kinetics of nucleoside triphosphate cleavage and phosphate release steps by associated rabbit skeletal actomyosin, measured using a novel fluorescent probe for phosphate|yazarlar=White|sayı=39|sayfalar=11828-11836|çalışma=Biochemistry|yıl=1997|cilt=36|pmid=9305974|doi=10.1021/bi970540h}}</ref> Bağlı ADP anyonundan su çözeltisine bir fosfat anyonunun salınması, bir [[ekzergonik reaksiyon]] olarak düşünülebilir çünkü fosfat anyonu düşük moleküler kütleye sahiptir.

Böylece, inorganik fosfat H<sub>2</sub>PO<sub>4</sub><sup>−</sup> 'nin birincil salınımının, ATP hidrolizinin serbest enerjisinin önemli bir kısmının, aktif akış üreten solvatlı fosfatın kinetik enerjisine dönüşmesine yol açtığı sonucuna varılır. Lokal bir mekanik-kimyasal transdüksiyon varsayımı, Tirosh'un kas kasılma mekanizmasıyla uyumludur; burada kas kuvveti, ATP hidrolizinin yarattığı entegre bir aktif akış eyleminden kaynaklanır.<ref>{{Akademik dergi kaynağı|url=|başlık=Translational motion of actin filaments in the presence of heavy meromyosin and MgATP as measured by Doppler broadening of laser light scattering|yazarlar=Tirosh|sayı=3|sayfalar=274-280|çalışma=Biochim. Biophys. Acta|yıl=1990|cilt=1037|pmid=2178685|doi=10.1016/0167-4838(90)90025-b}}</ref><ref>{{Akademik dergi kaynağı|url=|başlık=Ballistic protons and microwave-induced water solutions (solitons) in bioenergetic transformations|yazarlar=Tirosh|sayı=9|sayfalar=320-345|çalışma=Int. J. Mol. Sci.|yıl=2006|cilt=7|doi=10.3390/i7090320}}</ref>

== Katalitik mekanizma örnekleri ==
Gerçekte, çoğu enzim mekanizması birkaç farklı kataliz türünün bir kombinasyonunu içerir.

=== Trioz fosfat izomeraz ===
Trioz fosfat izomeraz iki [[trioz]] fosfat [[izomer]]i dihidroksiaseton fosfat ve D -gliseraldehit 3-fosfatın tersine çevrilebilir dönüşümünü katalize eder.

=== Tripsin ===
[[Tripsin]] ({{EC numarası|3.4.21.4}}), kovalent kataliz yapmak için katalitik bir triad ve geçiş durumlarında yük oluşumunu stabilize etmek için bir oksianyon deliği kullanarak lizin veya arginin kalıntılarından sonra protein substratlarını parçalayan bir serin proteazdır.

=== Aldolaz ===
Aldolaz ({{EC numarası|4.1.2.13}}) fruktoz 1,6-bifosfatın (F-1,6-BP) gliseraldehit 3-fosfat ve dihidroksiaseton fosfata (DHAP) parçalanmasını katalize eder.

== Enzim yayılımı ==
Tek moleküllü çalışmaların ortaya çıkışı, 2010'larda bağlanmamış enzimlerin hareketinin artan substrat konsantrasyonu ve artan reaksiyon entalpisi ile arttığı gözlemine yol açtı.<ref name="muddana2010">{{Akademik dergi kaynağı|başlık=Substrate Catalysis Enhances Single-Enzyme Diffusion|yazarlar=Muddana, Hari S.|tarih=28 Ocak 2010|yazarlarıgöster=3|sayı=7|sayfalar=2110-1|çalışma=[[Journal of the American Chemical Society]]|cilt=132|pmc=2832858|pmid=20108965|doi=10.1021/ja908773a}}{{Closed access}}</ref> Daha sonraki gözlemler, difüzivitedeki bu artışın, enzimin [[kütle merkezi]]nin geçici yer değiştirmesi ile tetiklendiğini ve bunun da "enzimi iten bir geri tepme etkisi" ile sonuçlandığını göstermektedir.<ref name="riedel2015">{{Akademik dergi kaynağı|başlık=The heat released during catalytic turnover enhances the diffusion of an enzyme|yazarlar=Riedel, Clement|tarih=8 Ocak 2015|yazarlarıgöster=3|sayı=7533|diğertarih=8 Ocak 2015|diğerkaynak=Nature: News & Views|diğerurl=http://www.nature.com/nature/journal/v517/n7533/abs/nature14079.html|sayfalar=227-30|çalışma=[[Nature (dergi)|Nature]]|cilt=517|pmc=4363105|pmid=25487146|doi=10.1038/nature14043}}{{Closed access}}</ref>

== Reaksiyon benzerliği ==
Enzimatik reaksiyonlar ([http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/ EC] {{Webarşiv|url=https://web.archive.org/web/20071205181246/http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/ |tarih=5 Aralık 2007 }}) arasındaki benzerlik, bağ değişiklikleri, reaksiyon merkezleri veya alt yapı ölçütleri ([http://www.ebi.ac.uk/thornton-srv/software/rbl/ EC-BLAST] {{Webarşiv|url=https://web.archive.org/web/20190530132101/http://www.ebi.ac.uk/thornton-srv/software/rbl/ |tarih=30 Mayıs 2019 }}) kullanılarak hesaplanabilir.<ref name="asad">{{Akademik dergi kaynağı|başlık=EC-BLAST: a tool to automatically search and compare enzyme reactions|yazarlar=Rahman|sayı=2|sayfalar=171-174|çalışma=Nature Methods|yıl=2014|cilt=11|pmc=4122987|pmid=24412978|doi=10.1038/nmeth.2803}}</ref>

== Ayrıca bakınız ==
* [[Enzim ölçümü|Enzim deneyi]]
* [[Enzim kinetiği]]
* [[Kuantum tünelleme]]

== Kaynakça ==
{{Kaynakça|2}}

== Konuyla ilgili yayınlar ==
* Alan Fersht, ''Protein Biliminde Yapı ve Mekanizma : Enzim Katalizi ve Protein Katlama Rehberi.'' WH Freeman, 1998.{{ISBN|0-7167-3268-8}}[[ISBN (identifier)|ISBN]]&nbsp;[[Special:BookSources/0-7167-3268-8|0-7167-3268-8]]

{{Otorite kontrolü}}

[[Kategori:Kataliz]]
[[Kategori:Enzimler]]
[[Kategori:İncelenmemiş çeviri içeren sayfalar]]