Enzimlerin Yapısı ve İşleyişi
Enzimler, Proteinlerden yapilmislardir ve dogal olarak yalniz canlilar tarafindan sentezlenirler. Hücre içerisinde meydana gelen binlerce tepkimenin hizini ve özgüllügünü düzenlerler. Çok defa hücre disinda da etkinliklerini korurlar.
Solunumun, büyümenin, kas kasilmasinin, sinirdeki iletimin, fotosentezin, azot baglanmasinin, deaminasiyonun, sindirim vs.'nin temelini olustururlar.
Canli hücrelerde tepkimeler kural olarak 0-50°C; çogunlukla da 20-42°C arasinda meydana gelir. Bu sicaklikta tepkimelerin olusmasi biyokatalizör denen enzim ya da fermentlerle olur. Bu, aktivasyon enerjisinin düsürülmesi ile olur.
Baslangiçta "E n z i m" terimi, sindirim kanalinda oldugu gibi bir çözelti ya da sivi içerisinde etki ettigi durumlarda (Kühn 1878); buna karsin "Ferment = Maya" terimi çogunluk hamur mayasinda oldugu gibi, hücreye bagli oldugu durumlarda kullanilmistir. Buchner (1897), fermentlerin de hücre disinda etki ettigini bulunca iki terim arasindaki farklilik ortadan kalkmis oldu. Her iki terim arasinda bugün herhangi bir fark olmamakla beraber, bakteri, mantar ve diger hücreli enzima tik islevler, mayalanma ve etki maddeleri de ferment olarak kullanilacaktir.
Enzimlerin özellikleri:
Yalitilan enzimlerin tümü protein yapisindadir ya da protein kismi bulundururlar. Etki ettigi maddenin sonuna "Ase = Az" eki getirilerek ya da katalizledigi tepkimenin çesidine göre adlandirilirlar. Örnegin, kitine etki eden kitinaz enzimi vs. Çok defa renksizdirler, bazen sari, yesil, mavi, kahverengi ya da kirmizi olabilirler. Suda ya da sulandirilmis tuz çözeltisinde çözülebilirler. Fakat mitokondrilerde bulunan enzimler lipoproteinler ile baglandigindan (bir fosfolipit-protein kompleksi) suda çözünmez. Enzimlerin etkinlikleri akillara durgunluk verecek derecededir; örnegin, sigir karacigerinden 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 ettigi bilesige "Substrat" denir; bu durumda hidrojen peroksit katalazin substratidir. Enzimin saniyede etki ettigi substrat molekül sayisma Enzimin Etkinlik Degeri = Turnover Sayisi denir. Bu O C°'de katalaz enzimi için 5.000.000 dür. Bazi enzimler tepkimelerde yan ürün olarak vücutta H2O2 meydana getirdiginden ve bu da vücut için zehirli oldugundan, katalaz enzimi onlari sürekli parçalayarak hücreleri korur. Bir molekül katalaz enziminin parçaladigi H2O2'i demir atomu yalniz basina ancak 300 senede parçalayabilir. Ya da mol basina 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 düsürür. Bazi enzimler çok özgüldür; yalniz bir substrata etki eder. örnegin, üreaz yalniz üreye etki ederek onu amonyak ve CO2'de parçalar. Halbuki bazilari çesitli substratlara etki eder; dolayisiyla daha az özgüldürler, örnegin peroksidaz basta hidrojen peroksit olmak üzere birçok bilesige etki eder. Bazi enzimler yalniz bazi baglar için özgüldür, örnegin pankreastan salgilanan lipaz, yaglardaki ester baglarina etki eder.
Kuramsal olarak enzimli tepkimeler dönüslüdür; enzim, tepkimenin yönünü degil dengenin oranim saptar. Tipik örnek, lipazin yagi parçalamasi; fakat ayni zamanda gliserin ile yag asitlerini birlestirmesidir. Ortamda sadece yag asidi ya da sadece gliserin ile yag asitlerinin birlesimi varsa denge ona göre, Yag
> gliserin + 3 yag asidi seklinde olur. Denge noktasi, yani tepkimenin hangi yöne gidecegi termodinamik yasalanna göre belirlenir. Çünkü denge bir tarata dogru giderken enerji verir, tersine enerji alir.
Enerjiye gereksinim gösteren tepkimelerin, enerji meydana getiren tepkimelerle ayni zamanda meydana gelmesi gerekir ya da enerji herhangi bir sekilde önceden depo edilmelidir. Canli bünyesinde enerji depo etme, fosfor esterleri seklinde olur. Yasamsal islevlerin yürütülmesinde ATP (adenozin trifosfat) en önemlilerindendir; bu bilesik batarya gibi görev yapar.
Enzimler hücrede bir takim 'team' halinde çalisir; birinin son ürünü kendisinden sonraki enzimin substratini yapar, örnegin, amilaz enzimi nisastayi iki zincirli maltoza, maltaz enzimi ise maltozu tek zincirli glikoza çevirir. Bir seri enzim araciligiyla (11 kadar), daha sonra görecegimiz gibi, glikoz da laktik aside çevrilir vs.
Enzimlerin Yapisi:
Tüm enzim proteinleri genler tarafindan sifrelenir. Dolayisiyla amino asit dizilimi kendine özgüdür (bir gen-bir enzim kuralini hatirlayiniz). Bazi enzimler (pepsin ve üreaz gibi) yalniz proteinden olusmustur. Fakat diger çogunlugu iki farkli kisimdan meydana gelmistir. Bunlar:
a) Protein Kismi (enzimin apoenzim kismi): Bu kisim enzimin hangi maddeye etki edecegini saptar.
b) Koenzîm Kismi: Organik ya da inorganik, çok defa fosfattan meydana gelmis, protein kismina göre çok daha küçük moleküllü bir kismidir. Enzimde islev gören ve esas is yapan kisim bu kisimdir. Koenzim kismi genellikle protein kismindan ayrilabilir ve analizlerinde birçok vitamini bünyesinde bulundurdugu (thiamin, niacin, riboflavin vs.) görülmüstür. Buradan su genellestirmeyi yapabiliriz: Bütün vitaminler hücrede enzimlerin koenzim kismi olarak ödev görürler. Ne koenzim ne de apoenzim kismi yalniz basina etkindir. Bazi enzimler ortama yalniz belirli iyonlar eklendiginde etkindirler, örnegin bazi enzim zincirine ancak Mg++ iyonu eklenince glikozu laktik aside çevirebilir. Tükrükteki amilaz nisastayi yalniz Cl iyonlarinin bulundugu ortamda parçalayabilir. Canli bünyesinde bulunan eser elementler, Mn, Cu, Zn, Fe ve diger elementler bu enzimatik islevlerde aktivatör olarak kullanilir. Bazen enzimin is görebilmesi için bir metal iyonuna gereksinim vardir. Yani koenzim kismi metal iyonu ise (Ca++, K++ Mg+, Zn++) buna "Kofaktör" denir. Enzimin etkinlik göstermesi için gereksinme duydugu organik moleküllere "K o e n z i m" denir. Bazi durumlarda koenzim kismi apoenzim kismina kuvvetlice (kovalent) baglanmistir; bu siki baglanan kisma "Prostetik Grup"; prostetik grupla apoenzim kisminin her ikisine birden de "Holoenzim" denir. Koenzimlerden önemli olanlarin bazilarini hücre metabolizmasinda görecegiz.
Enzimlerin bir kismi sitoplazmaya serbestçe dagilmis olarak, diger bir kismi da hücredeki bazi yapilara sikica baglanmis olarak bulunur. Laktik asit, amino asit ve yag asitlerinden türeyen maddeleri karbondioksit ve suya kadar parçalayan solunum enzimleri, mitokondri zarlarinin yapisma katilir. Keza ribozomlarin islevsel bütünlügüne katilan enzimler de bu tiptir. Dokulardaki enzimler degisik yöntemlerle saptanabilir.
Enzimlerin Siniflandirilmasi:
Her enzimin 4 rakamli bir numarasi vardir, örnegin, 3.6.1.3. "ATP fosfohidrolaz" da birinci numara sinifini, ikinci numara alt sinifini, üçüncü numara grubunu, dördüncü numara da kendine özgü sira numarasini) verir. Buna göre enzim siniflari sunlardir:
1. Oksidoredüktazlar: Redoks tepkimelerini katalizler.
a) Dehidrogenazlar: elektron kazandirici tepkimeleri etkilerler.
b) Oksidazlar: Elektron kaybeden tepkimeleri etkilerler.
c) Redüktazlar: Substrati bir redüktör araciligiyla indirgeyen enzimlere denir. örnegin asetaldehit redüktaz, asetaldehiti alkole redükler.
d) Transhidrogenazlar: Bir molekülden digerine hidrojen tasiyarak onu redüklerler.
e)Hidroksilazlar: Substratlarina bir hidroksil ya da su molekülü katan enzimlere denir, örnegin, fenilalanin hidroksilaz bir hidroksil grubunu fenilalanine ekleyerek onu tirozine dönüstürür.
Transferaz Enzimler: Hidrojenin disinda bir atomun veya atom grubunun (metil, karboksil, glikozil, amino, fosfat gruplari) bir molekülden digerine aktarilmasini saglarlar.
Dekarboksilazlar: Karboksilik asitlerden CO2 çikmasini saglarlar.
3. Hidrolaz Enzimler: Bir molekül su sokmak suretiyle ya da su molekülü araciligiyla moleküllerin yikilmasini saglayan enzimlerdir. Ester, peptit, asitanhidrit ve glikozidik baglarina etki ederler.
a) Esterazlar: Ester bagim yikan enzimlerdir (lipaz, ribonükleaz, fosfataz, pirofosfataz, glikozidaz).
b) Proteazlar: Peptit bagim yikan ezimlerdir (proteinaz).
4. Liazlar: Su molekülü çikarmadan molekülleri yikan enzimlerdir, örnegin C-C bagi, aldolaz ve dekarboksilazla yikilir. Keza C-0 ve C-N bagim yikanlar da vardir.
5. izomerazlar: Molekül içinde degisiklik yaparak onun uzayda dizilisin! degistiren enzimlerdir. Örnegin razemaz, epimeraz.
6. Ligazlar (= Sentetazlar): Enerji kullanarak substrat moleküllerinin birbirine baglanmasini; örnegin amino asitlerin ve yag asitlerinin aktiflesmesini saglarlar.
Enzimlerin Çalisma Mekanizmasi:
Daha önce de degindigimiz gibi enzimin hangi substratla çalisilacagini saptayan kismi apoenzim kismidir. Demek ki apoenzim kismiyla substrat arasinda bir iliski vardir. Alman kimyacisi EMIL FISCHER tarafindan bunun kilit anahtar uyumu gibi olacagi savunulmustur. Koenzim kismi daha çok kimyasal baga yakin olarak islev gösterir, örnegin ester baglarini parçalar vs. öyle anlasiliyor ki enzimin apoenzim kismi bir ya da birkaç yerinden (aktif bölgelerden) substrat molekülüne yapisiyor ya da baglaniyor (yani bir enzim-substrat kompleksi olusturuyor) ve bu arada koenzim kismi substrat üzerindeki baglarla gerçek anlamda birlesmeye veya baglanmaya giderek onu parçaliyor. Elinde kazmasi olan bir yol isçisi, kazacagi yeri kendisi saptamasina karsin (apoenzim kismi), kazma islemini yapan kazmanin kendisidir (koenzim kismi). Enzimlerde kural aynidir. Enzimlerin kimyasal yapilari, özellikle üçüncül yapilari tam olarak bilinmediginden (ilk yapisi açiklanan enzim ribonukleaz, 124 amino asitten meydana gelmistir) çalisma mekanizmalari da hala tam anlamiyla açikliga kavusturulamamistir.
Enzimlerin Çalismasina Etki Eden Faktörler : Sicaklik
Sicaklik 10 °C yükseldiginde tepkime hizi iki misli artar; yani tepkime hizinin yükselmesi, sicaklikla dogru orantilidir. Fakat belirli bir noktadan itibaren düsmeye baslar ve tamamen durur. En iyi çalisabilecegi sicakliga Optimum Sicaklik denir. Yüksek sicakliklarda enzimler etkisizdirler (genellikle 55-60 °C'de). Bazi ilicalarda yosunlar 80 °C'de yasabilirler; fakat bunun üzerindeki sicakliklarda enzimleri tamamen koagüle olur ve bir daha etkili hale geçemez. Optimum noktanin biraz üzerinde enzimler etkisiz olmasina karsin, sicaklik düsünce tekrar etkili hale geçebilirler. Fakat bu sicakligin devami ya da sicakligin biraz daha yükselmesi enzimlerin etkinligini sonsuz olarak ortadan kaldirir. Enzimlerin etkisiz hale geçmeleri ile proteinlerin koagüle olmasi arasinda büyük bir iliskinin olmasi, onlarin, büyük bir kisminin proteinlerden yapildigim kanitlar. Dogal olarak enzimler, proteinlerin bir kismi gibi üçüncül yapiya sahiptir veya en azindan moleküllerinin bir kismi bu yapidadir. Fakat yüksek sicakliklarda bu helozonik ya da üçüncül yapi parçalandigindan ya da birbiri üzerine yigildigindan, protein koagüle olur ve enzim etkisiz hale geçer (sütün kaynatilmasinda, bakteri enzimlerinin etkisiz hale geçmesi ile eksime önlenir; bu yoldan teknikte büyük ölçüde yararlanilir; konserve vs. yapiminda). Düsük sicakliklar enzimin etkinligini azaltir. 0°C'de enzim ya hiç ya da pek az islev gösterir; fakat sogugun enzimin yapisim bozdugu görülmemistir. Sicaklik eski hale döndügünde etkinlik yine baslar (dondurmak suretiyle besin maddelerinin saklanmasi, yine enzimlerin etkisiz hale geçirilmesiyle saglanir), insan vücudunda, daha dogrusu sabit sicaklikli hayvanlardaki enzimler çogunluk 37°C'de optimum etkindirler. Daha yüksek sicakliklarda (çocuklarda 42, yetiskinlerde 41 °C) enzimler etkisizlesirler; çok defa da koagüle olurlar.
pH:
Enzimler pH degisimine karsi çok duyarlidirlar. Genellikle çok fazla asidik ve alkalik ortamda etkisizdirler. Bazi hallerde enzimler en yüksek etkinligi belirli bir pH derecesinde gösterirler. Bu pH derecesine "Optimum pH" denir. Örnegin, proteini parçalayan pepsin, midenin 2 pH'lik asidik ortaminda maksimum çalisir; buna zit olarak pankreastan salgilanan ve yine protein sindiriminde rol alan tripsin, ancak 8,5 pH'de optimum olarak çalisabilir. pH'la ilgili olmasinin nedeni, yapilarinda proteinleri tasimalarindandir. Ola ki, pH'a bagli olarak protein molekülü üzerinde çesitli elektrik yüklenmeleri ve buna bagli olarak dis yüz sekli (üçüncül yapi) meydana gelmekte ve substratla-enzim uyusmasini saglamaktadir. Belki de bu elektrik yüklenmesi enzim-substrat arasindaki çekiciligi artirmaktadir. Kuvvetli asitler ve bazlar enzimleri koagüle ederler.
Enzim /Substrat Derisimi:
Eger pH ve sicaklik sabit tutulursa, enzim/substrat derisimi arasindaki orana bagli olarak bir tepkime hizi görülür. Substratin ya da enzimin fazla olmasi bu hizi degisik sekillerde etkileyebilir. Bol substrat bulunan bir ortama eklenecek enzim, son ürünün miktarim artiracaktir.
Diger Kimyasal Maddeler ve Suyun Etkisi:
Birçok kimyasal madde enzimleri etkisiz hale getirir; örnegin, siyanit, solunumda önemli rol oynayan sitokrom oksidaz enzimin! etkileyerek inhibe eder (Sekil 2.15/c). Ölüm meydana gelebilir. Florit, glikozu laktik aside çeviren enzim kademele-rine etki eder. Hatta enzimin bizzat kendisi zehir etkisi yapabilir; örnegin, 1 mg. kristal tripsin, farenin damarina enjekte edilirse ölüm meydana gelir. Bazi yilan, ari ve akrep zehirleri de enzimatik etki göstererek kan hücrelerin! ya da diger dokulari tahrip ederler.
Enzimlerin büyük bir kismi islevlerini su içerisinde gösterdiklerinden, suyun miktari da enzim islevinde etken bir kosuldur. Genellikle % 15'in altinda su içeren ortamlarda, enzimler islev göstermezler. Reçel ve pekmez yapiminda bu faktör önemlidir. Sulandirilan reçelin, balin ya da pekmezin vs.'nin mayalanmasi ve eksi-mesi bu yüzdendir. Hatta tahil alimlarinda su oraninin % 15'in altinda istenmesi de bu nedene dayanir.
Prof. Dr. Ali Demirsoy
Biyokimya
-
Serum Enzimlerini Tayin Yöntemleri
-
Fosfatazlar (Alkali fosfataz= ALP)
-
Transferazlar
-
Transaminazlar
-
Enzimlerin Görev, İşlev ve Özellikleri - Enzimlerin İsimlendirilmesi
-
Kanda Bilirubin
-
Serum Proteinleri
-
Fosfolipidler
-
Trigliseridler
-
Kolesterol Nedir?
-
Kan Lipitleri Nelerdir?
-
Kan Şekeri Nedir?
-
Araşidonik Asit (ARA) Nedir?
-
Lizozim enzimleri
-
Lizozim: İlk Antibiyotik