Enzimler, Proteinlerden yapılmışlardır ve
doğal olarak yalnız canlılar tarafından sentezlenirler. Hücre içerisinde
meydana gelen binlerce tepkimenin hızını ve özgüllüğünü düzenlerler.
Çok defa hücre dışında da etkinliklerini korurlar. Solunumun, büyümenin,
kas kasılmasının, sinirdeki iletimin, fotosentezin, azot bağlanmasının,
deaminasiyonun, sindirim vs.'nin temelini oluştururlar.
Canlı hücrelerde tepkimeler kural olarak 0-50°C;
çoğunlukla da 20-42°C arasında meydana gelir. Bu sıcaklıkta tepkimelerin
oluşması biyokatalizör denen enzim ya da fermentlerle olur. Bu,
aktivasyon enerjisinin düşürülmesi ile olur.
Başlangıçta "E n z i m" terimi, sindirim kanalında
olduğu gibi bir çözelti ya da sıvı içerisinde etki ettiği durumlarda
(Kühn 1878); buna karşın "Ferment = Maya" terimi çoğunluk hamur
mayasında olduğu gibi, hücreye bağlı olduğu durumlarda kullanılmıştır.
Buchner (1897), fermentlerin de hücre dışında etki ettiğini bulunca iki
terim arasındaki farklılık ortadan kalkmış oldu. Her iki terim arasında
bugün herhangi bir fark olmamakla beraber, bakteri, mantar ve diğer
hücreli enzima tik işlevler, mayalanma ve etki maddeleri de ferment
olarak kullanılacaktır.
Enzimlerin özellikleri
Yalıtılan enzimlerin tümü protein yapısındadır ya da
protein kısmı bulundururlar. Etki ettiği maddenin sonuna "Ase = Az" eki
getirilerek ya da katalizlediği tepkimenin çeşidine göre
adlandırılırlar. Örneğin, kitine etki eden kitinaz enzimi vs. Çok defa
renksizdirler, bazen sarı, yeşil, mavi, kahverengi ya da kırmızı
olabilirler. Suda ya da sulandırılmış tuz çözeltisinde çözülebilirler.
Fakat mitokondrilerde bulunan enzimler lipoproteinler ile bağlandığından
(bir fosfolipit-protein kompleksi) suda çözünmez. Enzimlerin
etkinlikleri akıllara durgunluk verecek derecededir; örneğin, sığır
karaciğerinden elde edilen ve bir molekül demir içeren katalaz enzimi,
bir dakikada, O C°'de 5.000.000 hidrojen peroksit (H2Cy molekülünü H2O
ve 1 /2 O2'ye parçalayabilir. Enzimin etki ettiği bileşiğe "Substrat"
denir; bu durumda hidrojen peroksit katalazın substratıdır. Enzimin
saniyede etki ettiği substrat molekül sayışma Enzimin Etkinlik Değeri =
Turnover Sayışı denir. Bu O C°'de katalaz enzimi için 5.000.000 dür.
Bazı enzimler tepkimelerde yan ürün olarak vücutta H2O2 meydana
getirdiğinden ve bu da vücut için zehirli olduğundan, katalaz enzimi
onları sürekli parçalayarak hücreleri korur. Bir molekül katalaz
enziminin parçaladığı H2O2'i demir atomu yalnız başına ancak 300 senede
parçalayabilir. Ya da mol başına aktivasyon enerjisi için 18.000 kalori
vermek gerekir. Kolloyidal platin bu aktivasyon enerjisini 11.700
Kal./Mol.'a, katalaz enzimi de 5500 Kal./Mol.'a düşürür. Bazı enzimler
çok özgüldür; yalnız bir substrata etki eder. örneğin, üreaz yalnız
üreye etki ederek onu amonyak ve CO2'de parçalar. Halbuki bazıları
çeşitli substratlara etki eder; dolayısıyla daha az özgüldürler, örneğin
peroksidaz başta hidrojen peroksit olmak üzere birçok bileşiğe etki
eder. Bazı enzimler yalnız bazı bağlar için özgüldür, örneğin
pankreastan salgılanan lipaz, yağlardaki ester bağlarına etki eder.
Kuramsal olarak enzimli tepkimeler dönüşlüdür; enzim,
tepkimenin yönünü değil dengenin oranım saptar. Tipik örnek, lipazın
yağı parçalaması; fakat aynı zamanda gliserin ile yağ asitlerini
birleştirmesidir. Ortamda sadece yağ asidi ya da sadece gliserin ile yağ
asitlerinin birleşimi varsa denge ona göre,
Yağ -------> gliserin + 3 yağ asidi şeklinde olur.
Denge noktası, yani tepkimenin hangi yöne gideceği termodinamik
yasalanna göre belirlenir. Çünkü denge bir tarata doğru giderken enerji
verir, tersine enerji alır.
Enerjiye gereksinim gösteren tepkimelerin, enerji
meydana getiren tepkimelerle aynı zamanda meydana gelmesi gerekir ya da
enerji herhangi bir şekilde önceden depo edilmelidir. Canlı bünyesinde
enerji depo etme, fosfor esterleri şeklinde olur. Yaşamsal işlevlerin
yürütülmesinde ATP (adenozin trifosfat) en önemlilerindendir; bu bileşik
batarya gibi görev yapar.
Enzimler hücrede bir takım 'team' halinde çalışır;
birinin son ürünü kendisinden sonraki enzimin substratını yapar,
örneğin, amilaz enzimi nişastayı iki zincirli maltoza, maltaz enzimi ise
maltozu tek zincirli glikoza çevirir. Bir seri enzim aracılığıyla (11
kadar), daha sonra göreceğimiz gibi, glikoz da laktik aside çevrilir vs.
Enzimlerin Yapısı
Tüm enzim proteinleri genler tarafından şifrelenir.
Dolayısıyla amino asit dizilimi kendine özgüdür (bir gen-bir enzim
kuralını hatırlayınız). Bazı enzimler (pepsin ve üreaz gibi) yalnız
proteinden oluşmuştur. Fakat diğer çoğunluğu iki farklı kısımdan meydana
gelmiştir. Bunlar:
a) Protein Kısmı (enzimin Apoenzim kısmı): Bu kısım enzimin hangi maddeye etki edeceğini saptar.
b) Koenzîm Kısmı: Organik ya da inorganik, çok defa
fosfattan meydana gelmiş, protein kısmına göre çok daha küçük moleküllü
bir kısmıdır. Enzimde işlev gören ve esas iş yapan kısım bu kısımdır.
Koenzim kısmı genellikle protein kısmından ayrılabilir ve analizlerinde
birçok vitamini bünyesinde bulundurduğu (thiamin, niacin, riboflavin
vs.) görülmüştür. Buradan şu genelleştirmeyi yapabiliriz: Bütün
vitaminler hücrede enzimlerin koenzim kısmı olarak ödev görürler. Ne
koenzim ne de apoenzim kısmı yalnız başına etkindir. Bazı enzimler
ortama yalnız belirli iyonlar eklendiğinde etkindirler, örneğin bazı
enzim zincirine ancak Mg++ iyonu eklenince glikozu laktik aside
çevirebilir. Tükrükteki amilaz nişastayı yalnız Cl iyonlarının bulunduğu
ortamda parçalayabilir. Canlı bünyesinde bulunan eser elementler, Mn,
Cu, Zn, Fe ve diğer elementler bu enzimatik işlevlerde aktivatör olarak
kullanılır. Bazen enzimin iş görebilmesi için bir metal iyonuna
gereksinim vardır. Yani koenzim kısmı metal iyonu ise (Ca++, K++ Mg+,
Zn++) buna "Kofaktör" denir. Enzimin etkinlik göstermesi için gereksinme
duyduğu organik moleküllere "K o e n z i m" denir. Bazı durumlarda
koenzim kısmı apoenzim kısmına kuvvetlice (kovalent) bağlanmıştır; bu
sıkı bağlanan kısma "Prostetik Grup"; prostetik grupla apoenzim kısmının
her ikisine birden de "Holoenzim" denir. Koenzimlerden önemli olanların
bazılarını hücre metabolizmasında göreceğiz.
Enzimlerin bir kısmı sitoplazmaya serbestçe dağılmış
olarak, diğer bir kısmı da hücredeki bazı yapılara sıkıca bağlanmış
olarak bulunur. Laktik asit, amino asit ve yağ asitlerinden türeyen
maddeleri karbondioksit ve suya kadar parçalayan solunum enzimleri,
mitokondri zarlarının yapışma katılır. Keza ribozomların işlevsel
bütünlüğüne katılan enzimler de bu tiptir. Dokulardaki enzimler değişik
yöntemlerle saptanabilir.
Enzimlerin Sınıflandırılması
Her enzimin 4 rakamlı bir numarası vardır, örneğin,
3.6.1.3. "ATP fosfohidrolaz" da birinci numara sınıfını, ikinci numara
alt sınıfını, üçüncü numara grubunu, dördüncü numara da kendine özgü
sıra numarasını) verir. Buna göre enzim sınıfları şunlardır:
1. Oksidoredüktazlar: Redoks tepkimelerini katalizler.
a) Dehidrogenazlar: Elektron kazandırıcı tepkimeleri etkilerler.
b) Oksidazlar: Elektron kaybeden tepkimeleri etkilerler.
c) Redüktazlar: Substratı bir redüktör aracılığıyla
indirgeyen enzimlere denir. örneğin asetaldehit redüktaz, asetaldehiti
alkole redükler.
d) Transhidrogenazlar: Bir molekülden diğerine hidrojen taşıyarak onu redüklerler.
e)Hidroksilazlar: Substratlarına bir hidroksil ya da su
molekülü katan enzimlere denir, örneğin, fenilalanin hidroksilaz bir
hidroksil grubunu fenilalanine ekleyerek onu tirozine dönüştürür.
Transferaz Enzimler: Hidrojenin dışında bir atomun veya
atom grubunun (metil, karboksil, glikozil, amino, fosfat grupları) bir
molekülden diğerine aktarılmasını sağlarlar.
Dekarboksilazlar: Karboksilik asitlerden CO2 çıkmasını sağlarlar.
3. Hidrolaz Enzimler: Bir molekül su sokmak suretiyle ya
da su molekülü aracılığıyla moleküllerin yıkılmasını sağlayan
enzimlerdir. Ester, peptit, asitanhidrit ve glikozidik bağlarına etki
ederler.
a) Esterazlar: Ester bağım yıkan enzimlerdir (lipaz, ribonükleaz, fosfataz, pirofosfataz, glikozidaz).
b) Proteazlar: Peptit bağım yıkan ezimlerdir (proteinaz).
4. Liazlar: Su molekülü çıkarmadan molekülleri yıkan
enzimlerdir, örneğin C-C bağı, aldolaz ve dekarboksilazla yıkılır. Keza
C-0 ve C-N bağım yıkanlar da vardır.
5. izomerazlar: Molekül içinde değişiklik yaparak onun
uzayda dizilişin! değiştiren enzimlerdir. Örneğin razemaz, epimeraz.
6. Ligazlar (= Sentetazlar): Enerji kullanarak substrat
moleküllerinin birbirine bağlanmasını; örneğin amino asitlerin ve yağ
asitlerinin aktifleşmesini sağlarlar.
Enzimlerin Çalışma Mekanizması
Daha önce de değindiğimiz gibi enzimin hangi substratla
çalışılacağını saptayan kısmı apoenzim kısmıdır. Demek ki apoenzim
kısmıyla substrat arasında bir ilişki vardır. Alman kimyacısı EMIL
FISCHER tarafından bunun kilit anahtar uyumu gibi olacağı savunulmuştur.
Koenzim kısmı daha çok kimyasal bağa yakın olarak işlev gösterir,
örneğin ester bağlarını parçalar vs. öyle anlaşılıyor ki enzimin
apoenzim kısmı bir ya da birkaç yerinden (aktif bölgelerden) substrat
molekülüne yapışıyor ya da bağlanıyor (yani bir enzim-substrat kompleksi
oluşturuyor) ve bu arada koenzim kısmı substrat üzerindeki bağlarla
gerçek anlamda birleşmeye veya bağlanmaya giderek onu parçalıyor. Elinde
kazması olan bir yol işçisi, kazacağı yeri kendisi saptamasına karşın
(apoenzim kısmı), kazma işlemini yapan kazmanın kendisidir (koenzim
kısmı). Enzimlerde kural aynıdır. Enzimlerin kimyasal yapıları,
özellikle üçüncül yapıları tam olarak bilinmediğinden (ilk yapışı
açıklanan enzim ribonukleaz, 124 amino asitten meydana gelmiştir)
çalışma mekanizmaları da hala tam anlamıyla açıklığa
kavuşturulamamıştır.
Enzimlerin Çalışmasına Etki Eden Faktörler : Sıcaklık
Sıcaklık 10 °C yükseldiğinde tepkime hızı iki misli
artar; yani tepkime hızının yükselmesi, sıcaklıkla doğru orantılıdır.
Fakat belirli bir noktadan itibaren düşmeye başlar ve tamamen durur. En
iyi çalışabileceği sıcaklığa Optimum Sıcaklık denir. Yüksek
sıcaklıklarda enzimler etkisizdirler (genellikle 55-60 °C'de). Bazı
ılıcalarda yosunlar 80 °C'de yaşabilirler; fakat bunun üzerindeki
sıcaklıklarda enzimleri tamamen koagüle olur ve bir daha etkili hale
geçemez. Optimum noktanın biraz üzerinde enzimler etkisiz olmasına
karşın, sıcaklık düşünce tekrar etkili hale geçebilirler. Fakat bu
sıcaklığın devamı ya da sıcaklığın biraz daha yükselmesi enzimlerin
etkinliğini sonsuz olarak ortadan kaldırır. Enzimlerin etkisiz hale
geçmeleri ile proteinlerin koagüle olması arasında büyük bir ilişkinin
olması, onların, büyük bir kısminin proteinlerden yapıldığım kanıtlar.
Doğal olarak enzimler, proteinlerin bir kısmı gibi üçüncül yapıya
sahiptir veya en azından moleküllerinin bir kısmı bu yapıdadır. Fakat
yüksek sıcaklıklarda bu helozonik ya da üçüncül yapı parçalandığından ya
da birbiri üzerine yığıldığından, protein koagüle olur ve enzim etkisiz
hale geçer (sütün kaynatılmasında, bakteri enzimlerinin etkisiz hale
geçmesi ile ekşime önlenir; bu yoldan teknikte büyük ölçüde
yararlanılır; konserve vs. yapımında). Düşük sıcaklıklar enzimin
etkinliğini azaltır. 0°C'de enzim ya hiç ya da pek az işlev gösterir;
fakat soğuğun enzimin yapışım bozduğu görülmemiştir. Sıcaklık eski hale
döndüğünde etkinlik yine başlar (dondurmak suretiyle besin maddelerinin
saklanması, yine enzimlerin etkisiz hale geçirilmesiyle sağlanır), insan
vücudunda, daha doğrusu sabit sıcaklıklı hayvanlardaki enzimler
çoğunluk 37°C'de optimum etkindirler. Daha yüksek sıcaklıklarda
(çocuklarda 42, yetişkinlerde 41 °C) enzimler etkisizleşirler; çok defa
da koagüle olurlar.
pH
Enzimler pH değişimine karşı çok duyarlıdırlar.
Genellikle çok fazla asidik ve alkalik ortamda etkisizdirler. Bazı
hallerde enzimler en yüksek etkinliği belirli bir pH derecesinde
gösterirler. Bu pH derecesine "Optimum pH" denir. Örneğin, proteini
parçalayan pepsin, midenin 2 pH'lık asidik ortamında maksimum çalışır;
buna zıt olarak pankreastan salgılanan ve yine protein sindiriminde rol
alan tripsin, ancak 8,5 pH'de optimum olarak çalışabilir. pH'la ilgili
olmasının nedeni, yapılarında proteinleri taşımalarındandır. Ola ki,
pH'a bağlı olarak protein molekülü üzerinde çeşitli elektrik
yüklenmeleri ve buna bağlı olarak dış yüz şekli (üçüncül yapı) meydana
gelmekte ve substratla-enzim uyuşmasını sağlamaktadır. Belki de bu
elektrik yüklenmesi enzim-substrat arasındaki çekiciliği artırmaktadır.
Kuvvetli asitler ve bazlar enzimleri koagüle ederler.
Enzim /Substrat Derişimi
Eğer pH ve sıcaklık sabit tutulursa, enzim/substrat
derişimi arasındaki orana bağlı olarak bir tepkime hızı görülür.
Substratın ya da enzimin fazla olması bu hızı değişik şekillerde
etkileyebilir. Bol substrat bulunan bir ortama eklenecek enzim, son
ürünün miktarım artıracaktır.
Diğer Kimyasal Maddeler ve Suyun Etkisi
Birçok kimyasal madde enzimleri etkisiz hale getirir;
örneğin, siyanit, solunumda önemli rol oynayan sitokrom oksidaz enzimin!
etkileyerek inhibe eder (Şekil 2.15/c). Ölüm meydana gelebilir. Florit,
glikozu laktik aside çeviren enzim kademele-rine etki eder. Hatta
enzimin bizzat kendisi zehir etkisi yapabilir; örneğin, 1 mg. kristal
tripsin, farenin damarına enjekte edilirse ölüm meydana gelir. Bazı
yılan, arı ve akrep zehirleri de enzimatik etki göstererek kan
hücrelerin! ya da diğer dokuları tahrip ederler.
Enzimlerin büyük bir kısmı işlevlerini su içerisinde
gösterdiklerinden, suyun miktarı da enzim işlevinde etken bir koşuldur.
Genellikle % 15'in altında su içeren ortamlarda, enzimler işlev
göstermezler. Reçel ve pekmez yapımında bu faktör önemlidir.
Sulandırılan reçelin, balın ya da pekmezin vs.'nin mayalanması ve
ekşi-mesi bu yüzdendir. Hatta tahıl alımlarında su oranının % 15'in
altında istenmesi de bu nedene dayanır.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder