Enzimler

Enzimler, canlı organizmadaki kimyasal reaksiyonları hızlandıran ve reaksiyon sonunda değişmeden kalan, protein yapısındaki olağanüstü katalitik aktiviteye sahip moleküllerdir. Hücre içinde hemen hiçbir reaksiyon kendiliğinden oluşmaz. Enzimler kimyasal tepkimelerin hızını hücrenin gereksinimlerine göre ayarlarlar. Bu nedenle enzimler belirli bir hücre kompartmanına yerleşirler.

Bugün enzimlerin tıp, kimya endüstrisinde, gıda üretiminde, zirai alanda ve hatta biyolojik savaşta pek çok kullanım alanları bulunmaktadır. Son olarak tedavide önem taşıyan birçok ilaç, enzimlerden yararlanılarak üretilmekte ve hem ilaç sanayisinde hem de sağlık alanında yaygın kullanılmaktadır.

Tarihçesi

Biyokimya tarihinin çoğu, enzim araştırmalarının tarihidir. Biyolojik kataliz, ilk olarak midenin salgılarıyla etin sindirimi üzerine yapılan çalışmalarda 1700’lerin sonunda keşfedildi ve tanımlandı. 1800’lerde tükrük ve çeşitli bitki özütleriyle nişastanın şekere dönüşümü çalışmalarıyla devam ettirildi. 1850’lerde, Louis Pasteur şekerin mayayla alkole fermentlenmesinin “fermentler” tarafından katalizlendiği sonucuna vardı. Pasteur bu fermentlerin canlı maya hücrelerinin yapılarından ayrılamaz olduğunu ileri sürdü. Daha sonra 1897’de Eduard Buncher maya özütlerinin şekeri alkole fermentlediğini, bunun da fermentasyonun hücreden uzaklaştırıldığında işlevine devam eden moleküller tarafından sağlandığını keşfetti. Frederic W. Kühne bu molekülleri enzimler olarak adlandırdı.

Enzim

Kendi yapılarında net bir değişikliğe uğramadan biyolojik sistemde her türlü reaksiyonu hızlandıran protein yapılı katalizörlere “enzim” denir. Enzim olmadan reaksiyonların çoğu fizyolojik şartlar altında saptanabilir hızda gerçekleşmez. Enzimler ise bu reaksiyonun hızını artırmaktadırlar.

Enzim-Substrat İlişkisi Üzerine Ortaya Konulan Teoriler

Bilim adamları enzim-substrat ilişkisini daha iyi çözümleyebilmek adına bir çok farklı teori öne sürmüşlerdir. 1894 yılında Hermann Emil Fischer isimli bilim adamı bu konuda anahtar-kilit ilişkisi ilkesini öne süren bilim adamlarından biridir. 1958 yılında Daniel E. Koshland ''induced-fit'', yani "indüklenmiş uyum modeli'' düşüncesini ortaya atmıştır.

İsimlendirme ve Sınıflandırma

Enzimlere iki türlü isim verilebilmektedir. Bunlardan birincisi günlük hayatta kullanım için önerilen isim, ikincisi ise daha detaylı tanımlanması gerektiğinde kullanılan daha kapsamlı ve sistematik isimdir.

Önerilen isim: Enzimler, reaksiyonun substratına göre (glukozidaz, üreaz, sükraz) isimlendirilebilirler. Bu anlamda pek çok enzim reaksiyona girdiği substratın sonuna “az” eki getirilerek (amilaz, lipaz proteaz), diğer az bir kısmı ise “in” takısı getirilerek (pepsin, tripsin) isimlendirilmiştir.

Sistematik isim: Uluslararası Biyokimya ve Moleküler Biyoloji Birliği her bir enzimin durumunu kesin belirlemek amacı ile dört dizinden oluşan bir kod numarası vermiştir.

Enzimlerin Özellikleri

Aktif bölgeler: Enzimlerin aktif bölgeleri cep ya da yuva şeklindedir. Aktif bölge substrata komplementer olan üç boyutlu bir yüzey oluşturan amino asit yan zincirleri içerir.

Katalitik etkinlik: Enzimle katalizlenen reaksiyonların çoğu katalizlenmeyen reaksiyonlara göre 103 ile 108 kere daha hızlıdır.

Spesifiklik: Enzimler bir veya birkaç belirli substratla etkileşirler ve sadece tek tip kimyasal reaksiyonu katalizlerler.

Kofaktörler: Enzimler aktivite gösterebilmek için kofaktörlere ihtiyaç duyarlar.

Düzenleme: Enzimler ürün oluşum hızı ve hücrenin ihtiyacını karşılayacak şekilde aktive ya da inhibe edilebilirler.

Aktivasyon Enerjisi ve Kataliz

Enzimler katalitik etkilerini biyokimyasal reaksiyonların aktivasyon enerji engelini düşürerek yaparlar.

Reaksiyonun Yürümesi İçin;

Moleküller çarpışarak kinetik enerji kazanmalıdır. Oluşan kinetik enerji, serbest aktivasyon enerjisi (SAE)’ni aşmalıdır.

Eğer enzim varsa, reaksiyon geçiş hâline daha düşük enerjide ulaşır.

Enzim Aktivitesini Etkileyen Faktörler

Ortam pH’sı: Enzim reaksiyon hızı farklı hidrojen iyonu konsantrasyonuna bağlı olarak değişmektedir. Enzimin en fazla aktivite gösterdiği pH’ya o enzimin optimum pH’sı denir.

Sıcaklık: Enzim reaksiyonlarında sıcaklığın her 10 oC artmasına karşılık enzimin reaksiyon hızı 1-3 kat arasında artmaktadır. Hayvansal kaynaklı enzimler genellikle optimum ısıya 40-50 oC arasında erişirken bitkisel kaynaklı enzimlerde bu değer 50-60 oC’dir.

Enzim Konsantrasyonu: Enzim reaksiyonunun hızı, enzimin substratına doygun olduğu koşullarda enzim konsantrasyonuna bağlı olarak linear bir şekilde artmaktadır.

Substrat konsantrasyonu: Belirli bir miktardaki enzimin reaksiyon hızı başlangıçta substrat konsantrasyonuna bağlı olarak artmaktadır. Başlangıçta bu ilişki doğrusal (linear) olarak devam ederken daha sonra hiperbolik bir şekil almaktadır.

Aktivatörler

Genellikle enzim aktivatörleri küçük iyonlar küçük iyonlar veya fazla büyük olmaya moleküllerdir. Bunlar kofaktörlerin aksine kataliz olayına her zaman katılmazlar.

Enzim İnhibisyonu

Enzimatik reaksiyonların hızını azaltan veya enzimlerin kataliz görevlerini yerine getirmelerini tamamen engelleyen maddelere inhibitör denir.

Enzim inhibisyonları; geri dönüşümsüz (irreversibl) ve geri dönüşümlü (reversible) olarak iki ana grupta incelenir. Geri dönüşümlü inhibisyon ise kompetatif, non-kompetatif ve un-kompetatif olmak üzere üç çeşittir.

Enzim Aktivitesinin Düzenlenmesi

Enzim aktivitesi kovalent veya kovalent olmayan (allosterik) modifikasyonlar ile düzenlenir. Ancak glikojen fosforilaz ve glutamin sentetaz gibi bazı enzimler her iki modifikasyonlar ile de düzenlenmektedir.

Klinik Bakımdan Enzimlerin Önemi

Enzimler vücutta meydana gelen metabolik olayları yöneten moleküllerdir. Enzimler genellikle bazı hastalıkların teşhisinde ve bir dereceye kadar da tedavide kullanılmaktadır. Enzimler aynı zamanda klinik laboratuvarlarında kullanılarak vücut sıvılarında bulunan bazı maddelerin miktar tayini yapılmaktadır.

Enzimlerin Ayıraç Olarak Kullanılması

Enzimle oldukça özgül moleküllerdir. Ortamdaki çok düşük konsantrasyondaki bileşikleri bile tanıyıp diğerlerinden ayırt etmekte ve bu sayede konsantrasyon tayininde önemli bir araç olarak kullanılmaktadır.