Canlı sistemlerde gerçekleşen reaksiyonlara biyokimyasal reaksiyonlar denir. Sindirim, hücresel solunum, sinirsel iletim, kas kasılması, hücre zarında madde taşınması, protein sentezi gibi yaşamsal olayların tamamı biyokimyasal reaksiyondur ve enzimler aracılığıyla gerçekleşir.
Kimyasal reaksiyonların başlayabilmesi için reaksiyonlarda kullanılacak moleküllerin belli bir enerji düzeyinde olması gerekir. Yani bir reaksiyonun başlayabilmesi için gerekli olan minimum enerji miktarına aktivasyon enerjisi denir.
Katalizör adı verilen maddeler reaksiyonlarda aktivasyon enerjisini düşürerek reaksiyonun daha düşük enerjiyle ve daha hızlı gerçekleşmesini sağlar. (Görsel 1.72)
Canlı hücrelerde katalizör olarak görev alan maddeler ise enzimlerdir.
- Enzimler, reaksiyonları başlatmaz, başlamış reaksiyonu hızlandırır.
- Enzimler, reaksiyon sonucunda değişime uğramadan çıkar.
- Enzimler, reaksiyonların başlaması için gerekli olan aktivasyon enerjisini düşürür.
Enzimler girenlerin veya ürünlerin toplam miktarını ve çeşidini değiştirmez. Birim zamanda reaksiyona giren maddelerin ve oluşan ürünlerin miktarını artırır.
Enzimlerin etki ettikleri maddeye substrat denir.
| BİLİYOR MUSUNUZ? |
|
Enerjiyi “değişim yapabilme kapasitesi” olarak tanımlayabiliriz. Bu değişimlerden biri de kinetik enerjidir. Kinetik enerjiye “hareket enerjisi” de denebilir. Diğer bir enerji türü de potansiyel enerjidir. Potansiyel enerji, maddede depolanabilen enerjidir. Örneğin, kimyasal bağ enerjisi bir potansiyel enerjidir. Reaksiyonlar, potansiyel enerji değişimlerine göre egzergonik ve endergonik reaksiyonlar olmak üzere ikiye ayrılır. Bir reaksiyon, gerçekleşirken dışarıya enerji veriyorsa “egzergonik”, dışarıdan enerji alıyorsa “endergonik” olarak nitelendirilir. Solunum, dışarıya enerji veren egzergonik bir reaksiyon iken fotosentez dışarıdan enerji alan endergonik bir reaksiyondur. |
Enzimlerin Yapısı
Tüm enzimler protein yapılıdır. Fakat bazı enzimler protein kısmına ek olarak mineral veya vitamin gibi moleküller de bulundurabilir.
Apoenzim üzerinde, substratın bağlandığı bölge yani aktif bölge bulunur. Substrat enzim üzerindeki aktif bölge ile uyumlu olmalıdır. Bu nedenle substratı apoenzim seçer.
Yardımcı kısım ise kofaktör adını alır. Kofaktörler iyonik yapılı metal atomlarıdır. Eğer kofaktör organik bir molekül ise koenzim olarak adlandırılır. Vitaminler koenzim olarak enzimlerin yardımcı kısmını oluşturur. Bu kısım bileşik enzimin aktifliğini sağlar.
Enzimlerin Genel Özellikleri
* Enzimler %15’in altında su içeren ortamlarda çalışmaz. Turşu, reçel, salamura, kurutma ile saklanan besinlerin bozulmama nedeni, mikroorganizmaların, suyun az olduğu bu ortamda enzimlerinin çalışmamasına bağlı olarak metabolik aktivite gösterememesidir. Böylece besinler uzun süre bozulmadan kalabilir.
* Enzimler genellikle tersinirdir. Yani çift yönlü çalışabilir. (Görsel 1.73) Sindirim enzimleri bu özelliğe sahip değildir.
* Enzimler ile substratlar arasında anahtar-kilit uyumu vardır. (Görsel 1.74) Substrat ile enzim birbirine tam uyumlu olmalıdır. Eğer bu uyum olmazsa reaksiyon gerçekleşmez.
* Enzimler substrat ile geçici olarak bağlanır. Enzim-substrat kompleksi kurulur. Enzim, substratı ürüne dönüştürdükten sonra reaksiyondan değişmeden çıkar.
* Enzimlerin çoğu takımlar hâlinde çalışır. Örneğin, amilaz enzimi nişastayı maltoza parçalar, maltozu ise maltaz enzimi glikozlara parçalar. Bir enzimin ürünü diğer bir enzimin substratıdır. Bazı enzimler için bu durum geçerli değildir. Örneğin, lipaz enzimi başka bir enzime ihtiyaç duymadan yağları monomerlerine kadar parçalar.
Enzimler, protein yapılı oldukları için DNA’nın belirli gen bölgelerindeki şifrelere göre üretilir. Örneğin, Gen 1 E1 in üretiminden, Gen 2 E2 nin üretiminden Gen 3 ise E3 ün üretiminden sorumludur.
E1, E2 ve E3 ün takımlar hâlinde çalışması yukarıda gösterilmiştir. Örneğin, E1 in ürünü olan Y maddesi E2 nin substratıdır.
* Bazı enzimler sadece hücre içinde çalışabilir. Bazı enzimler ise hem hücre içinde hem de hücre dışında çalışabilir. Örneğin, sindirim enzimleri hem hücre içinde hem de hücre dışında çalışabilir. Yapım reaksiyonlarında görevli enzimler sadece hücre içinde görev alır. Çünkü yapım reaksiyonlarının tamamı için enerji molekülü olan ATP gereklidir.
Enzimler sonlarına “-az” eki alır. Bazı enzimlerin isimlerinin sonunda ise “-ojen” eki vardır. Bu ek enzimin inaktif olduğunu gösterir. Örneğin, mide hücrelerinin salgıladığı pepsinojen enzimi, inaktif olarak salgılanıp mide boşluğunda hidroklorik asit ile aktifleşip pepsine dönüşür.
* Bir apoenzim, bir koenzim ya da bir kofaktör ile çalışabilirken bir koenzim ya da kofaktör, birden çok apoenzim ile çalışabilir.
Enzimlerin Çalışmasını Etkileyen Faktörler
1) Sıcaklık
Enzimler protein yapılı olduklarından sıcaklık değişimlerinden etkilenir. Enzimlerin en iyi çalışabildiği sıcaklık değerine optimum sıcaklık denir.
Düşük sıcaklıklarda enzimlerin üç boyutlu yapısı bozulmaz. Fakat faaliyet göstermez. Sıcaklık optimum değere getirildiğinde tekrar çalışmaya başlar. Bu olaya renatürasyon denir.
Yiyeceklerin düşük sıcaklıkta bozulmadan kalması, bakteri gibi besinlerin bozulmasına neden olan mikroorganizmaların düşük olan bu sıcaklık değerlerinde enzimlerinin çalışmaması ile açıklanabilir.
Enzimler protein yapılı olduğundan yüksek sıcaklıklarda üç boyutlu yapılarını geri dönüşümü olmayan bir şekilde kaybeder. Bu olaya denatürasyon denir. (Görsel 1.75)
2) pH
Her enzimin çalışabildiği belli bir pH aralığı vardır. Birçok enzimin optimum pH aralığı 6-8 arasındadır. İstisna olarak midede aktif olan pepsin enziminin optimum pH aralığı 2-3 arasıdır.
Görsel 1.76’da görüldüğü üzere midedeki proteinlerin sindiriminden sorumlu pepsin enziminin optimum pH noktası 2’dir. Buna karşılık ince bağırsaktaki polipeptitlerin sindiriminden sorumlu tripsin enziminin optimum pH değeri 8’dir.
3) Substrat Yoğunluğu-Enzim Miktarı-Reaksiyon Hızı Arasındaki İlişki
4) Aktivatör Madde
Enzimlerin çalışmasını artıran maddelere aktivatör madde denir. B grubu vitaminler, K+, Ca+2, Mg+2 gibi metal iyonları aktivatör maddelere örnektir. Bazen aktivatör madde başka bir enzim de olabilir. Örneğin, pankreastan pasif olarak salgılanan tripsinojen enzimini, ince bağırsağın salgıladığı enterokinaz enzimi aktifleştirir.
5) İnhibitör Madde
Enzimlerin çalışmasını durduran maddelere inhibitör madde denir. Ağır metal iyonları (kurşun, cıva) ve zehirler inhibitör maddelerdir.
Bazı inhibitörler substrat taklidi yaparak enzime geri dönüşümsüz bağlanıp enzimin substrat ile birleşmesini engeller. (Görsel 1.80 a)
Bazı inhibitörler ise enzimin aktif bölgesinin şeklini değiştirerek enzim ve substratın uyumunu bozar. Substrat, enzime bağlanamaz. (Görsel 1.80 b)
6) Substrat Yüzeyi
Enzimler substratlarını dış yüzeylerden etkilemeye başlar. Bu yüzden substrat yüzeyi arttıkça reaksiyon hızı da artar. Besin olarak aldığımız kıymanın etten daha hızlı sindirilmesinin nedeni budur.
Yediğimiz yiyeceklerin ağızda çiğnenmesi, substrat yüzeyini artırır. Böylece midemiz ve ince bağırsağımızdaki enzimler için substrat yüzeyi artırılmış olur. (Görsel 1.81)
Enzimlerin Kullanım Alanları
Biyoteknolojik yöntemlerin gelişmesiyle enzimlerin kullanımı hemen her alanda görülmektedir. Tıp, eczacılık alanlarında ilaç üretiminde, tedavi yöntemlerinde, dezenfektan maddelerin üretiminde kullanılmaktadır.
Gıda endüstrisinde ekmek ve maya yapımında, meyve sularının berraklaştırılmasında, Iaktozsuz süt üretiminde, yiyeceklerin içinde bulunan tatlandırıcıların üretiminde, peynir yapımında kullanılmaktadır.
Deri sanayisinde derinin yumuşatılmasında, temizlik ürünlerinin içinde, kâğıt ve boya sanayisinde, çevresel atıkların yok edilmesinde ve daha birçok alanda enzimler görev almaktadır. (Görsel 1.82)
