Evren Bilgisi: Enzim nedir

Kimyasal reaksiyonları hızlandıran bileşiklere katalizör denir. Enzimler metabolizma reaksiyonlarının pek çoğunu hızlandıran protein yapısında biyolojik katalizörlerdir(Katalitik RNA molekülleri dışında bütün enzimler proteindir). Hücrelerde organik maddelerin yapılması ve yıkılması, sindirim, kas kasılması, hücre solunumu, sinir uyarılarının gönderilmesi ,gibi önemli faaliyetler çeşitli metabolizma reaksiyonlarının sonucudur ve bu reaksiyonlar enzimlerin katalitik etkisiyle mümkün olmaktadır. Aksi durumda bu reaksiyonlar çok yavaş ilerler .Kelime anlamıyla enzim "maya=ferment" anlamına gelmektedir. İnsanlar çok eski zamanlardan beri enzimatik reaksiyonlardan yararlanmışlardır. Örneğin; şarap, yoğurt, ekmek, sirke, boza yapımında yine canlılar tarafından üretilen enzimlerden yararlanmışlar, fakat bu olaylarda enzimlerin katalitik etkilerinin nasıl olduğunu bilememişlerdir. Enzimler reaksiyon hızını arttırırlar. Örneğin; dakikada 36 milyon molekülü değişikliğe uğratabilmektedir. Hücre dışında da etkinliklerini korurlar. Yalıtılan enzimlerin tümü protein yapısındadır ya da protein kısmı bulundururlar. 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. Enzimlerin bir kısmı sitoplazmaya serbestçe dağılmış olarak, diğer bir kısmı da hücredeki bazı yapılara sıkıca bağlanmış olarak bulunur. Enzimler 12,000 ila 1,000,000 molekül ağırlığı arasındadır.

Eksiklikleri veya aşırı aktiviteleri bazı genetik hastalıkların sorumlusu olabilir.Bazı enzimlerin aktivitelerinin ölçülmesi, yine bazı hastalıkların tanısında önemlidir. (Pankreas iltihabında "Pankreas amilaz" enzimi yükselir.Kemik teşekkülünün arttığı kemik hastalıklarında serumda "Alkalen fosfataz" enzim düzeyi artar. Paget hastalığında bu artış normalin 20 katına yükselebilir.Asit fosfataz enzimi ise en çok erkeklerin prostat bezinde bulunur. Prostat tümörlerinde bu enzim düzeyinde yükselme olur, böylece teşhis için belirleyici özellik gösterir.) Vücudumuzdaki binlerce enzimden bir tanesinin bozuk çalışmasının ölümcül bir hastalığa yol açabilmesi enzimlerin ne derece önemli olduklarını gösterir.Bunun bir örneği, fenilketonuria hastalığının en yaygın olan tipidir. Fenilalanin yıkımının ilk adımını katalizleyen Fenilalanin hidroksilaz enziminin bir amino asidindeki mutasyon, fenilanin ve ilişkili ürünlerin vücutta birikimine yol açar. Hastalık tedavi edilmezse bu zekâ geriliğine yol açar.Bir diğer örnek, DNA tamir enzimlerinin genlerinde germ hücresi mutasyonları olunca, kseroderma pigmentosum gibi kalıtsal kanser sendromlarına neden olmasıdır. Bu enzimlerdeki kusurlar kansere yol açar, çünkü vücut genomdaki mutasyonları daha zor tamir edebilir. Bu yüzden mutasyonlar yavaş yavaş birikir ve bu, hastada çok çeşitli kanser tiplerinin gelişmesiyle sonuçlanır.Birçok ilaç enzimler üzerinden etkisini gösterir.Ayrıca kimya endüstrisi, yiyecek işlenmesi ve tarımda önemli kullanıma sahiptir. Bazı enzimler endüstriyel amaçla kullanılırlar, örneğin,antibiyotik sentezinde. Ayrıca bazı ev ürünlerinde biyokimyasal tepkimeleri hızlandırmak için enzim kullanılır (örneğin, çamaşır tozunda bulunan enzimler lekelerdeki protein ve yağları parçalar).

Enzimlerin Adlandırılması

Etki ettiği maddenin sonuna "Ase = Az" eki getirilerek ya da katalizlediği tepkimenin çeşidine göre adlandırılırlar. Örneğin, kitine etki eden kitinaz enzimi, sükrozu parçalayan enzime "sükraz", fosfor ekleyen enzime "fosforilaz" veya laktozun iki üniteye parçalanma reaksiyonunu katalize eden enzime "laktaz" denilir. Dekarboksilasyon reaksiyonu katalize eden enzime "dekarboksilaz" denir .Enzimler etkili olduğu substratın sonuna "litik" eki getirilmek yoluyla da isimlendirilirler. Örneğin proteinleri parçalayan enzimlere "proteazlar" denildiği gibi "proteolitik enzimler" de denilir. Lipitleri veya lipoidleri parçalayan enzimler "lipolitik enzimler" diye adlandırılırlar. Bu çeşit adlandırma daha çok geniş enzim sınıfları için kullanılır .

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. Eksiklikleri veya aşırı aktiviteleri bazı genetik hastalıkların sorumlusu olabilir.Bazı enzimlerin aktivitelerinin ölçülmesi, yine bazı hastalıkların tanısında önemlidir.Birçok ilaç enzimler üzerinden etkisini gösterir.Ayrıca kimya endüstrisi, yiyecek işlenmesi ve tarımda önemli kullanıma sahiptir.

Enzimlerin Yapısı ve Tanımlar

Enzimlerin etkileyip değişikliğe uğrattığı moleküle "substrat" adı verilir. Enzimin substratı ile reaksiyon verdiği bölge aktif bölge (aktif merkez)olarak adlandırılır. Enzim biyokimyasal reaksiyonda substratı değiştirip ürüne dönüştürürken kendisi hiç değişikliğe uğramaz. Enzimler substrat dediğimiz molekülden reaksiyon sırasında ya bir ya da birkaç atomu veya fonksiyonel bir grubu koparır yada substrata ekler. Enzimler canlı hücreler tarafından biyolojik koşullarda sentez edilirler, fakat aktivite göstermeleri için hücre içinde bulunmaları gerekmez. Enzimlerin protein kısmına apoenzim denir. Apoenzim ısı ile kolayca denatüre olur Enzimlerin bazıları basit proteinlerdir. Bunların katalitik etki gösteren kısmı doğrudan doğruya proteinin polipeptit zinciridir.Enzimlerin aktivite göstermeleri için gerekli olan ve protein yapısında olmayan genellikle metal iyonlarından meydana gelmiş olan yan gruplarına kofaktör adı verilmektedir. Pek çok enzim kofaktör olarak Cu+2, Fe+2, Zn+2 ve Mg+2 iyonlarına gereksinim duyar. Enzimlerin aktivite göstermeleri için gereksinim duydukları organik moleküllere ise "koenzim" adı verilmektedir. NAD, FAD, B vitaminleri gibi organik yapılardır.Koenzimlerin öncül molekülleri vitaminlerdir. Eğer enzim koenzimi veya kofaktörü ile birlikte ve katalitik bakımından tamamen aktif durumda ise, enzimin bu haline holoenzim adı verilmektedir. Eğer koenzim ve kofaktör enzimden ayrılacak olursa ve enzimde inaktif hale gelirse, enzimin bu haline de apoenzim adı verilmektedir. 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. Kimyasal tepkimelerin gerçekleşebilmesi için tepkimeye girecek madde moleküllerinin aktifleşmesi ve belirli enerji düzeyine ulaşması gerekir.Tepkimenin başlamasını sağlayan bu enerji düzeyine Aktivasyon enerjisi adı verilir.Aktivasyon enerjisi tepkimeye göre farklı değerler alır.Ortam sıcaklığını artırmak aktivasyon enejisine ulaşmayı sağlar ve tepkimeyi hızlandırır.Tepkimeyi hızlandırmanın bir yolu da katalizör kullanmaktır.Katalizör, tepkimeye girerek tepkime hızını artıran, fakat kendisi etkilenmeyen ve tükenmeyen kimyasal maddelerdir.Katalizörler tepkimenin aktivasyon enerjisini düşürürler.Canlılarda,tepkimenin gerçekleşmesi için ortam sıcaklığını artırmak, olumsuz sonuçlar doğuracak,yüksek sıcaklıktan canlının yaşamı sona erecektir. Enzim substratına nonkovalent olarak bağlanır (zayıf bağlarla). Bu bağlanma için gerekli enerji bağlanma enerjisidir. Bu enzim substrat etkileşimini stabilize eder ve reaksiyon aktivasyon enerjisini düşürür.

Enzim Aktivitesi: Belirli bir zamanda ve belirli başlangıç şartlarında, bilinen bir enzim miktarının etkisiyle değişime uğrayan substrat miktarının ölçülebilmesiyle ifade edilen değerdir.

Enzim–Substrat Birleşme Modelleri

Anahtar kilit modeli: Enzimler hangi tepkimeyi katalizledikleri ve bu tepkimeye hangi substratın girdiğine çok büyük bir özgüllük gösterirler. Bunun nedeninin, enzim ve substratının birbirine tam uyan tamamlayıcı geometrik şekilleri olmasından dolayı olduğu öne sürülmüştür.Bu fikre sıkça "anahtar kilit" modeli olarak değinilir.

İndüklenmiş uyum modeli: Enzimler göreli olarak esnek yapılar olduklarına göre, substrat enzimle etkileşirken aktif merkezin şekli sürekli olarak substrat tarafından değiştirilmektedir.Bunun sonucu olarak, substrat sadece hareketsiz bir aktif merkeze bağlanmıyor, aktif merkezi oluşturan amino asit yan zincirleri biçim alarak enzimin katalitik işlevini yerine getirmesini sağlıyorlar. Bazı durumlarda, örneğin; glikozidazlarda, substrat molekül de aktif merkeze girerken şeklini biraz değiştirir. Substrat tamamen bağlanana kadar aktif merkez şeklini değişitirir, o noktada en son şekil ve yükü belirlenmiş olur.

Enzimlerin Sınıflandırılması

1. Oksidoredüktazlar: Oksidasyon-redüksiyon yani yükseltgenme-indirgenme reaksiyonlarını katalize eden enzimler bu sınıftandır.

a) Dehidrogenazlar: Elektron kazandırıcı tepkimeleri etkilerler.

b) Oksidazlar: Elektron kaybeden tepkimeleri etkilerler.

2. Transferazlar: Fonksiyonel bir grubun transfer reaksiyonunu katalize eden enzimlerdir.

3. Hidrolazlar: Bir molekül su sokmak suretiyle ya da su molekülü aracılığıyla moleküllerin yıkılmasını sağlayan enzimlerdir. Ester, peptit, asit anhidrit ve glikozidik bağlarına etki ederler.

Üre + H2O à CO2 + 2NH3

4. Liyazlar: Bu enzimler C-C, C-O ve C-N arasındaki bağların hidrolizden ve oksidasyondan farklı bir yolla kırarlar veya bu atomlar arasına bir çift bağ ilave ederler.

5. İzomerazlar: Molekül içinde değişiklik yaparak onun uzayda dizilişini değiştiren enzimlerdir. Örneğin;razemaz, epimeraz.

L-Alanin à D-Alanin

6. Ligazlar (Sentetazlar): Enerji kullanarak substrat moleküllerinin birbirine bağlanmasını; örneğin amino asitlerin ve yağ asitlerinin aktifleşmesini sağlarlar.

Enzimlerin Çalışmasına Etki Eden Faktörler

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.

Enzim Konsantrasyonunun Etkisi:Enzim reaksiyonunun hızı, genel olarak enzimin konsantrasyonu ile orantılıdır. Enzime miktarı arttıkça reaksiyon hızı paralel olarak artar.

Substrat Konsantrasyonunun Etkisi: Sabit enzim konsantrasyonunda, enzim reaksiyonunun hızı belirli bir noktaya kadar substratkonsantrasyonu ile artar, bundan sonra substrat konsantrasyonunun artması ile reaksiyon hızıdeğişmez.

Substrat Yüzeyi : Enzim etkinliği substratın dış yüzeyinden başladığı için, substrat yüzeyi arttıkça tepkimenin hızıda artar.Bu yüzden, kıyılmış et aynı miktar parça etten daha kolay sindirilir.Besinlerin dişlerle parçalanması da enzimlerin etki yüzeyini artırır, reaksiyonun toplam süresini kısaltır.

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.

İnhibitörler: Enzim etkinliğini durdurarak tepkime hızının sıfıra düşmesine neden olurlar.Örnek olarak Pb (kurşun),Hg(civa) gibi ağır metaller ve CN (siyanür) verilebilir.CN mitokondrideki ATP üretimini bloke eder ve bir kaç dakika içinde oksijenli solunum yapan canlının ölümüne neden olur.Birçok kimyasal madde enzimleri etkisiz hale getirir; örneğin, siyanit, solunumda önemli rol oynayan sitokrom oksidaz enzimini etkileyerek inhibe eder .Ölüm meydana gelebilir. Florit, glikozu laktik aside çeviren enzim kademelerine 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 hücrelerini ya da diğer dokuları tahrip ederler.

Aktivatörler: Enzim etkinliğini artırarak tepkime hızının artmasına neden olan maddelerdir.Örnek olarak HCl ,Fe2+ verilebilir.Aşağıdaki örnekte HCl asitin Pepsinojeni aktive etmesi verilmiştir. Panzehirler, enzime bağlanmış olan zehiri kendine bağlayarak enzimin serbest kalmasını ve enzimatik reaksiyonların normal seyrinde devam etmesini sağlar.

Pepsinojen + HCl à PEPSİN

Suyun Etkisi: Enzim reaksiyonunun gerçekleşebilmesi için ortamda belirli oranda su olması gerekir. Çünkü moleküllerin birbirine çarparak reaksiyonu gerçekleştirebilmesi için hareketi sağlayacak sıvı bir ortamın olması gerekir. Tohumlarda su miktarı az olduğundan reaksiyonlarda minimal seviyede gerçekleşmektedir.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 ekşimesi bu yüzdendir. Hatta tahıl alımlarında su oranının % 15'in altında istenmesi de bu nedene dayanır.

KAYNAKLAR

•http://www2.aku.edu.tr

•http://w2.anadolu.edu.tr

•http://www.food.hacettepe.edu.tr

•http://www.deu.edu.tr

•www.bekircol.com/biyokimyalab/enzim.ppt

•http://www.genetikbilimi.com

• http://tr.wikipedia.org

•http://www.biyolojisitesi.net

HAZIRLAYAN:GAMZE NAR