ENZİMLER
ENZİMLER ( PDF ve Videoya sayfanın sonunda ulaşabilirsiniz)
*Kimyasal reaksiyonlar, enerji bakımından incelendiğinde endotermik (ortamdan enerji alan) ve ekzotermik (ortama enerji veren) olmak üzere iki gruba ayrılır. Ancak her iki reaksiyon tipinin de başlayabilmesi için sisteme mutlaka dışarıdan belli miktarda enerji verilmesi gerekir. Kimyasal reaksiyonların başlayabilmesi için dışarıdan alınması gereken minimum (en düşük seviyedeki) enerji miktarına aktivasyon enerjisi denir.
*Kimyasal reaksiyonlarla ilgili diğer önemli konu da katalizör kavramıdır. Katalizör, kimyasal reaksiyonla: hızını artıran ancak reaksiyon sonunda kimyasal olarak değişime uğramayan maddelere verilen isimdir.
*Canlı hücrelerde ise biyokimyasal reaksiyonların gerçekleşmesinde görev alan biyolojik katalizörlere enzim adı verilir. 300 amino asitten oluşan bir protein molekülü, enzimin bulunmadığı bir ortamda 7 yılda hidroliz edilirken karboksipeptidaz enzimi varlığında yaklaşık 300 saniyede hidroliz edilir. Ayrıca enzimler herhangi bir biyokimyasal reaksiyonun aktivasyon enerjisini de düşürme özelliğine sahiptir. Böylece canlı hücreler daha az enerji harcayarak bu reaksiyonu gerçekleştirebilir.
*Enzimlerin aktivasyon enerjisini düşürmesi, vücuttaki biyokimyasal reaksiyonların hücrelere zarar vermeyen daha düşük sıcaklık derecesinde meydana gelmesini sağlar. Örneğin 1 molekül glikozu, canlı vücudu dışında yakarak karbondioksit ve suya dönüştürmek için gereken sıcaklık yaklaşık 160 °C’dir. Ancak bu reaksiyon canlı hücrelerde enzimler sayesinde 36,5-37 °C arasında gerçekleşir. Ayrıca enzimler, girdikleri reaksiyondan nitel (yapısal) ve nicel (miktarsal) olarak hiçbir değişime uğramadan çıkarak aynı reaksiyonu defalarca katalizleme özelliğine sahiptir.
Enzimler yapılarına göre basit enzim ve bileşik enzim olmak üzere ikiye ayrılır:
Basit Enzim:
*Sadece protein kısımdan meydana gelen enzimlerdir.
*Pepsin, üreaz, nükleaz gibi enzimler örnek olarak verilebilir.
Bileşik Enzim:
*Protein yapılı kısımlarla birlikte yapısında protein olmayan kısımları da barındıran enzimlerdir.
*Bileşik enzimlerin protein kısmına apoenzim, protein olmayan yardımcı kısmına kofaktör denir.
*Yardımcı kısım organik ya da inorganik yapıda olabilir. Eğer bir enzimin yardımcı kısmı organik bir bileşik ise buna özel olarak koenzim denir.
*Apoenzim ve kofaktör birlikte holoenzimi oluşturur .
*Örneğin alyuvarlarda karbondioksidin bikarbonat iyonlarına (HCO3-) dönüşümünü sağlayan reaksiyonu katalizleyen karbonik anhidraz enzimi, yardımcı kısım olarak çinko elementine ihtiyaç duyar. Pirüvat dekarboksilaz enzimi ise koenzim olarak organik bir bileşik olan B7 vitaminine (biyotin) ihtiyaç duyar.
CiCi Bir Not:
*Bir apoenzim sadece bir çeşit koenzim veya kofaktörle çalışırken bir koenzim veya kofaktör değişik apoenzimlerle çalışabilir.
*Holoenzimlerde apoenzim, enzimin etki edeceği maddeyi (substrat) tanır. Asıl etkiyi ise yardımcı kısım yapar. Koenzim veya kofaktör kısmı substratı ürüne dönüştürür.
Enzim-Substrat Kompleksi
*Enzimin etkilediği maddeye substrat denir ve enzimler substratlarına özgüdür.
*Enzim ile substrat arasında anahtar-kilit uyumu vardır.
*Enzim aktif bölgesinden substrata bağlanır ve enzim-substrat bileşiği oluşur.
*Subsrat ürüne dönüşür ve enzim reaksiyondan değişmeden çıkar. Enzimler reaksiyondan değişmeden çıktığı için aynı tip reaksiyonlar için tekrar tekrar kullanılır. Bir süre sonra yapısı bozulan enzimler parçalanır ve yeniden üretilir.
Enzimlerin Genel Özellikleri
*Bazı enzimler etkilediği substratın sonuna “az” eki getirilerek isimlendirilir. Örneğin lipaz enzimi lipitlere, sükraz enzimi ise sükroza etki eder. Bazı enzimler ise peptidaz gibi etki ettiği kimyasal bağa göre isimlendirilir. Diğer bir grup enzim ise inaktif hâllerinin sonuna “jen” eki getirilerek adlandırılır (tripsi-nojen ve pepsi-nojen gibi). Bunlar aktifleştiklerinde tripsin ve pepsin adını alır.
*Enzimler sadece hücre içinde üretilir, çalışmalarına ise hücre içi ve hücre dışında devam eder. Örneğin sindirimde görev alan enzimler ağız, mide ve ince bağırsak boşluklarında yani hücre dışında çalışır. Protein sentezi, hücre bölünmesi, solunum gibi reaksiyonlarda görev alan enzimler ise hücre içinde çalışır.
*Enzimler, protein yapılı olduğundan hangi tip enzimin sentezleneceği DNA kontrolünde belirlenir. Canlıda tek bir enzimin bile eksikliği önemli sorunlara sebep olabilir. Örneğin tirozinaz enzimini kodlayan DNA bölgesinde hata oluşursa bu enzim üretilemez. Bunun sonucunda deri ve saçların beyaz renkli olmasına sebep olan albinizm hastalığı görülür.
*Enzimler genellikle çift yönlü (tersinir) çalışır. Tersinir çalışan enzimlere, alyuvarlar içinde çalışan karbonik anhidraz enzimi örnek oluşturur. Sindirim enzimleri ise bu genellemenin dışında kalarak her zaman tek yönlü çalışır.
*Enzimler genellikle takım hâlinde çalışır. Bu durumda bir enzimin ürünü başka bir enzimin substratı olur. Proteinlerin amino asitlere kadar sindirimi, enzimlerin takım hâlinde çalışmasına örnektir
*Bir apoenzim çeşidi belirli bir kofaktör veya koenzimle birlikte çalışır. Fakat bir koenzim veya kofaktör birden fazla apoenzimle çalışabilir. Bundan dolayı apoenzim çeşidi kofaktör ve koenzim çeşidinden daha fazladır.
ENZİMLERİN ÇALIŞMASINI ETKİLEYEN FAKTÖRLER
a) Sıcaklık
*Enzimler, protein yapılı olduğundan yüksek ve düşük sıcaklıktan etkilenir.
*0 °C gibi düşük sıcaklıklarda genellikle enzimlerin yapısı bozulmaz. Ancak enzimler etkinlik gösteremez. Gıdaların düşük sıcaklıkta uzun süre bozulmadan saklanabilmesinin sebebi budur.
*Enzimler, insan vücudunda en iyi 37 °C civarında çalışır.
*Enzimlerin en iyi çalıştığı sıcaklık değerine optimum (ideal) sıcaklık denir.
*Her enzimin sıcaklığa karşı belirli bir toleransı vardır.
*Optimum sıcaklık değeri aşıldığında tepkimenin hızı düşmeye başlar ve genellikle 55 °C’den sonra tamamen durur . Bunun sebebi enzimleri oluşturan proteinlerin yapısının yüksek sıcaklıklarda bozulmasıdır (denatürasyon).
*Sinir sistemi enzimleri 41°C’den sonra denatüre olur. Bu nedenle yüksek ateş havale geçirilmesine neden olan etmenlerden biridir.
b) pH Derecesi
*Her enzimin etkin bir şekilde çalıştığı belirli bir pH aralığı ve maksimum hızda çalıştığı belirli bir pH değeri vardır. *Enzimin maksimum hıza ulaştığı pH değerine optimum (ideal) pH denir. Örneğin midede çalışan sindirim enzimleri, asidik; pankreas ve bağırsaktan salınan sindirim enzimleri ise bazik ortamda çalışır. Midede çalışan pepsin enziminin optimum pH değeri 2, bağırsaklarda görev alan tripsin enziminin optimum pH değeri ise 8’dir. Kan ve vücut proteinlerinin optimum pH değeri ise genellikle 7’dir.
c) Enzim ve Substrat Miktarı
Enzim ve substrat miktarı tepkime hızını etkiler. Enzim ve substrat miktarına bağlı olarak reaksiyon hızı üç farklı şekilde değişebilir.
*Enzim ve substrat miktarı sürekli artarsa tepkime hızı sürekli artar . Doğal ortamlarda enzim ve substrat miktarı sınırlı olduğu için bu tür tepkime grafiklerine rastlanmaz.
*Enzim miktarı sabit, substrat miktarı sürekli artarsa tepkime hızı belirli bir noktaya kadar artar. Tüm enzimler substratları ile birleştiğinde tepkime hızı sabitlenir.
*Enzim miktarı artarken substrat miktarı sabit ise tepkime hızı belirli bir noktaya kadar artar. Ortamda substrat kalmadığında tepkime durur .
ç) Su
*Ortamdaki su yoğunluğu %15’in altına düştüğünde enzimler aktivite gösteremez. Yoğunluk %15’in üstüne çıktığında enzimler çalışmaya başlar.
* Su yoğunluğu belirli bir noktaya ulaşıncaya kadar tepkime hızı artar ve belirli bir noktadan sonra sabit kalır. Su yoğunluğu aşırı artarsa tepkime hızı azalır.
*Düşük su yoğunluğundan dolayı kurutulmuş meyve ve sebzelerde mikroorganizmalar üreyemez. Bu sayede kurutulmuş gıdalar uzun süre bozulmadan saklanabilir.
d) Substrat Yüzeyi
*Enzimler dış yüzeylerinden başlayarak substratlara etki eder.
*Substrat yüzeyi artırılabiliyorsa tepkime hızı da artar.
*Besinlerin iyice çiğnendikten sonra yutulması, substrat yüzeyini artırdığından sindirim tepkimelerini hızlandırır.
CiCi Bir Not: (Videoda anlatılacaktır)
e) Aktivatörler
*Enzimin çalışma hızını artıran madde veya faktörlere aktivatör denir.
*Pepsinojen, mide hücreleri tarafından üretilen inaktif bir enzimdir. Hidroklorik asit (HCl), pepsinojeni aktif pepsin durumuna getiren bir aktivatör maddedir.
*Bileşik enzimlerin yapısında bulunan kofaktör ya da koenzimler ile su da bir aktivatördür.
*Isı, ışık, pH değişimleri bir noktaya kadar aktivatör etki gösterir. Örneğin fotosentezde görev alan bazı enzimler, ışık ile aktive olur.
f) İnhibitörler
*Enzimlere bağlanarak veya enzimi kararsız hâle getirerek etkisizleştiren madde veya faktörlere inhibitör denir. *İnhibitörler enzimlerin etkinliğini yavaşlatır ya da geri dönüşümsüz olarak durdurur.
*Siyanür, yılan, böcek ve akrep zehirleri, arsenik, kurşun, cıva gibi elementler, antibiyotikler ve bazı metabolik son ürünler inhibitörlere örnek verilebilir.
*Yüksek sıcaklık, ışık, pH değişimleri de inhibitör etkisi gösterir. Örneğin ultraviyole ışınlar amilaz enzimini inhibe eder.
CiCi Bir Bilgi: (Videoda anlatılacaktır)