Enzİmler

Enzİmler ENZİMLER Enzimler, Proteinlerden yapılmışlardır ve doğal olarak yalnız canlılar göre senaaalenirler Hücre içerisinde meydana gelen binlerce tepkimenin hızını ve özgüllüğünü düzenlerler Çok defa hücreli dışarıya da etkinliklerini korurlar Solunumun, büyümenin, adale kasılmasının, sinirdeki iletimin, fotosenaaain, azot bağlanmasının, deaminasiyonun, sindirim vsnin temelini oluştururlar Canlı hücrelerde tepkimeler kaide olarak 050°C; başlıca da 2042°C arasında meydana gelir Bu sıcaklıkta tepkimelerin oluşması biyokatalizör denen enzim ya da fermentlerle olur Bu, aktivasyon enerjisinin düşürülmesi ile olur Başlangıçta E n z i mterimi, sindirim kanalında olduğu gibi bir çözelti veya istikrarsız içerisinde tesir ettiği durumlarda (Kühn 1878); buna karşın Ferment Mayaterimi çoğunluk hamur mayasında olduğu gibi, hücreye bağlı olduğu durumlarda kullanılmıştır Buchner (1897), fermentlerin de gözenekli olan dıştan tesir ettiğini bulunca iki terim arasındaki farklılık ortadan kalkmış oldu Her iki terim arasında bugün herhangi bir fark olmamakla beraber, bakteri, mantar ve diğer gözenekli olan enzimatik işlevler, fermantasyon ve tesir maddeleri de ferment olarak kullanılacaktır Enzimlerin özellikleri Yalıtılan enzimlerin tümü protein yapısındadır veya protein kısmı bulundururlar Tesir ettiği maddenin sonuna Ase Azeki getirilerek veya katalizlediği tepkimenin çeşidine kadar adlandırılırlar Örneğin, kitine etki eden kitinaz enzimi vs Çok defa renksizdirler, ara sıra sarı, yeşil, mavi, kahverengi veya kırmızı olabilirler Suda ya da sulandırılmış tuzlu çözeltisinde çözülebilirler Fakat mitokondrilerde bulunan enzimler lipoproteinler ile bağlandığından (bir fosfolipitprotein kompleksi) suda çözünmez Enzimlerin etkinlikleri akıllara durgunluk verecek derecededir; mesela, sığır karaciğerinden elde edilen ve bir molekül demir taşıyan katalaz enzimi, bir dakikada, O C°'de 5000000 hidrojen peroksit (H2Cy molekülünü H2O ve 1 2 O2'ye parçalayabilir Enzimin tesir ettiği bileşiğe Substratdenir; bu durumda hidrojen peroksit katalazın substratıdır Enzimin saniyede etki ettiği substrat molekül sayışma Enzimin Etkinlik Değeri Turnover Sayışı denir Bu O C°'de katalaz enzimi için 5000000 dür Bazı enzimler tepkimelerde yan mahsul olarak vücutta H2O2 meydana getirdiğinden ve bu da karoser için zehirli olduğundan, katalaz enzimi onları aralıksız parçalayarak hücreleri korur Bir molekül katalaz enziminin parçaladığı H2O2'i demir atomu yalnız başına ancak 300 senede parçalayabilir veya mol başına aktivasyon enerjisi için 18000 kalori tahsis etmek gerekir Kolloyidal platin bu aktivasyon enerjisini 11700 KalMol'a, katalaz enzimi de 5500 KalMol'a düşürür Bazı enzimler çok özgüldür; yalnız bir substrata tesir eder örneğin, üreaz yalnız üreye tesir ederek onu amonyak ve CO2'de parçalar Halbuki bazıları çeşitli substratlara tesir eder; dolayısıyla daha eksik özgüldürler, mesela peroksidaz öncelikle hidrojen peroksit elde etmek üzere birçok bileşiğe tesir eder Bir Takım enzimler yalnız bazı bağlar için özgüldür, mesela pankreastan salgılanan lipaz, yağlardaki ester bağlarına tesir eder Kuramsal olarak enzimli tepkimeler dönüşlüdür; enzim, tepkimenin yönünü yok dengenin oranım saptar Tipik örnek, lipazın yağı parçalaması; ama aynı zamanda gliserin ile yağ asitlerini birleştirmesidir Ortamda yalnızca yağ asidi veya yalnızca gliserin ile yağ asitlerinin birleşimi varsa denge ona kadar, Yağ gliserin + 3 yağ asidi biçiminde olur Denge noktası, yani tepkimenin hangi yöne gideceği termodinamik yasalarına kadar belirlenir Çünkü denge bir tarata dürüst sırası gelmişken enerji verir, tersine enerji alır Enerjiye gereksinim bildiren tepkimelerin, enerji meydana getiren tepkimelerle bununla beraber meydana gelmesi gerekir ya da enerji herhangi bir şekilde evvelden ambar edilmelidir Canlı bünyesinde enerji depolamak, fosfor esterleri şeklinde olur Hayati işlevlerin yürütülmesinde ATP (adenozin trifosfat) en önemlilerindendir; bu alaşım batarya gibi ödev yapar Enzimler hücrede bir takım 'team' halinde çalışır; birinin son ürünü kendisinden sonraki enzimin substratını yapar, örneğin, amilaz enzimi nişastayı iki zincirli maltoza, maltaz enzimi ise maltozu tek zincirli glikoza çevirir Bir seri enzim aracılığıyla (11 kadar), sonra göreceğimiz gibi, dekstroz da laktik aside çevrilir vs Enzimlerin Yapısı Tüm enzim proteinleri genler göre şifrelenir Dolayısıyla amino asit dizilimi kendine özgüdür (bir genbir enzim kuralını hatırlayınız) Bir Takım enzimler (pepsin ve üreaz gibi) yalnız proteinden oluşmuştur Ama öteki çoğunluğu iki ayrı kısımdan meydana gelmiştir Bunlar: a) Protein Kısmı (enzimin Apoenzim kısmı): Bu kısım enzimin hangi maddeye etki edeceğini saptar b) Koenzîm Kısmı: Organik veya inorganik, çok kere fosfattan meydana gelmiş, protein kısmına göre fazla daha minik moleküllü bir kısmıdır Enzimde işlev gören ve başlıca meslek yapan kısım bu kısımdır Koenzim kısmı genel olarak protein kısmından ayrılabilir ve analizlerinde çoğu vitamini bünyesinde bulundurduğu (thiamin, niacin, riboflavin vs) görülmüştür Buradan şu genelleştirmeyi yapabiliriz: Tüm vitaminler hücrede enzimlerin koenzim kısmı olarak aaaa görürler Ne koenzim ne de apoenzim kısmı yalnız başına etkindir Bir Takım enzimler ortama yalnız belirli iyonlar eklendiğinde etkindirler, örneğin bazı enzim zincirine fakat Mg++ iyonu eklenince glikozu laktik aside çevirebilir Tükürükteki amilaz nişastayı yalnız Cl iyonlarının bulunduğu ortamda parçalayabilir Canlı bünyesinde bulunan eser elementler, Mn, Cu, Zn, Fe ve öteki elementler bu enzimatik işlevlerde aktivatör olarak kullanılır Bazen enzimin meslek görebilmesi için bir aaaal iyonuna ihtiyaç vardır Yani koenzim kısmı aaaal iyonu ise (Ca++, K++ Mg+, Zn++) buna Kofaktördenir Enzimin faaliyet göstermesi için gereksinme duyduğu organik moleküllere K o e n z i mdenir Bir Takım durumlarda koenzim kısmı apoenzim kısmına kuvvetlice (kovalent) bağlanmıştır; bu sıkı bağlanan kısma Prostetik Grup; prostetik grupla apoenzim kısmının her ikisine birden de Holoenzimdenir Koenzimlerden önemli olanların bazılarını gözenekli olan aaaabolizmasında göreceğiz Enzimlerin bir kısmı sitoplazmaya serbestçe dağılmış olarak, diğer bir kısmı da hücredeki bir takım yapılara sıkıca bağlanmış olarak bulunur süt asiti, amino asit ve yağ asitlerinden türeyen maddeleri karbondioksit ve suya dek parçalayan solunum enzimleri, mitokondri zarlarının yapışma katılır Keza ribozomların işlevsel bütünlüğüne katılan enzimler de bu tiptir Dokulardaki enzimler öbür yöntemlerle saptanabilir Enzimlerin Sınıflandırılması Her enzimin 4 rakamlı bir numarası vardır, mesela, 3613 ATP fosfohidrolazda birinci numara sınıfını, ikinci numara daha aşağı sınıfını, üçüncü numara grubunu, dördüncü numara da kendine özgü sıra numarasını) verir Buna kadar enzim sınıfları şunlardır: 1 Oksidoredüktazlar: Redoks tepkimelerini katalizler a) Dehidrogenazlar: Elektron kazandırıcı tepkimeleri etkilerler b) Oksidazlar: Elektron kaybeden tepkimeleri etkilerler c) Redüktazlar: Substratı bir redüktör aracılığıyla indirgeyen enzimlere denir örneğin asetaldehit redüktaz, asetaldehiti alkole redükler d) Transhidrogenazlar: Bir molekülden diğerine hidrojen taşıyarak onu redüklerler e) Hidroksilazlar: Substratlarına bir hidroksil veya su molekülü katan enzimlere denir, mesela, fenilalanin hidroksilaz bir hidroksil grubunu fenilalanine ekleyerek onu tirozine dönüştürür 2 Transferaz Enzimler: Hidrojenin açık havada bir atomun ya da atom grubunun (metil, karboksil, glikozil, amino, fosfat grupları) bir molekülden diğerine aktarılmasını sağlarlar Dekarboksilazlar: Karboksilik asitlerden CO2 çıkmasını sağlarlar 3 Hidrolaz Enzimler: Bir molekül su sokmak suretiyle ya da su molekülü aracılığıyla moleküllerin yıkılmasını sağlayan enzimlerdir Ester, peptit, asitanhidrit ve glikozidik bağlarına etki ederler a) Esterazlar: Ester bağım yıkan enzimlerdir (lipaz, ribonükleaz, fosfataz, pirofosfataz, glikozidaz) b) Proteazlar: Peptit bağım yıkan enzimlerdir (proteinaz) 4 Liazlar: Su molekülü çıkarmadan molekülleri yıkan enzimlerdir, örneğin CC bağı, aldolaz ve dekarboksilazla yıkılır Keza C0 ve CN bağım yıkanlar da vardır 5 İzomerazlar: Molekül içinde değiştirme yaparak onun uzayda dizilişin! değiştiren enzimlerdir Mesela razemaz, epimeraz 6 Ligazlar (Sentetazlar): Enerji kullanarak substrat moleküllerinin birbirine bağlanmasını; örneğin amino asitlerin ve yağ asitlerinin aktifleşmesini sağlarlar Enzimlerin Alıştırma Mekanizması Daha önce de değindiğimiz gibi enzimin hangi substratla çalışılacağını saptayan kısmı apoenzim kısmıdır Aramak ki apoenzim kısmıyla substrat arasında bir ilişki vardır Alman kimyacısı EMIL FISCHER tarafından bunun kilit anahtar uyumu gibi olacağı savunulmuştur Koenzim kısmı daha fazla kimyasal kaplumbağa kabuğu yakın olarak işlev gösterir, mesela ester bağlarını parçalar vs o kadar anlaşılıyor ancak enzimin apoenzim kısmı bir veya birkaç yerinden (aktif bölgelerden) substrat molekülüne yapışıyor veya bağlanıyor (yani bir enzimsubstrat kompleksi oluşturuyor) ve bu arada koenzim kısmı substrat üzerindeki bağlarla hakiki anlamda birleşmeye ya da bağlanmaya gitgide artarak onu parçalıyor Elinde kazması olan bir yol işçisi, kazacağı yeri kendisi saptamasına rağmen (apoenzim kısmı), kazma işlemini yapan kazmanın kendisidir (koenzim kısmı) Enzimlerde kaide aynıdır Enzimlerin kimyasal yapıları, bilhassa üçüncül yapıları tamamen bilinmediğinden (ilk yapışı açıklanan enzim ribonükleaz, 124 amino asitten meydana gelmiştir) alıştırma mekanizmaları da hala tam anlamıyla açıklığa kavuşturulamamıştır Enzimlerin Çalışmasına Etki Eden Faktörler : Sıcaklık Sıcaklık 10 °C yükseldiğinde reaksiyon hızı iki misli artar; yani reaksiyon hızının yükselmesi, sıcaklıkla içten orantılıdır Ama belirli bir noktadan itibaren düşmeye başlar ve iyice durur En iyi çalışabileceği sıcaklığa Optimum Sıcaklık denir Yüksek sıcaklıklarda enzimler etkisizdirler (genellikle 5560 °C'de) Bazı ılıcalarda yosunlar 80 °C'de yaşabilirler; ama bunun üzerindeki sıcaklıklarda enzimleri ayrıntılarıyla koagüle olur ve bir daha etkin ayla geçemez Optimum noktanın birazcık üstünde enzimler etkisiz olmasına karşın, sıcaklık düşünce bitmiş etkin ayla geçebilirler Ama bu sıcaklığın devamı ya da sıcaklığın biraz daha yükselmesi enzimlerin etkinliğini baki olarak ortadan kaldırır Enzimlerin etkisiz hale geçmeleri ile proteinlerin koagüle olması aralarında büyük bir ilişkinin olması, onların, büyük bir kısminin proteinlerden yapıldığım kanıtlar Doğal olarak enzimler, proteinlerin bir kısmı gibi üçüncül yapıya sahiptir ya da en azından moleküllerinin bir kısmı bu yapıdadır Ama yüksek sıcaklıklarda bu helozonik veya üçüncül inşa parçalandığından veya birbiri üstüne yığıldığından, protein koagüle olur ve enzim etkisiz ülkü geçer (sütün kaynatılmasında, bakteri enzimlerinin etkisiz ışık halkası geçmesi ile ekşime önlenir; bu yoldan teknikte büyük ölçüde yararlanılır; konserve vs yapımında) Düşük sıcaklıklar enzimin etkinliğini azaltır 0°C'de enzim ya hiç veya öyle az işlev gösterir; fakat soğuğun enzimin yapışım bozduğu görülmemiştir Sıcaklık eski hale döndüğünde etkinlik yeniden başlar (dondurmak suretiyle gıda maddelerinin saklanması, yeniden enzimlerin etkisiz hale geçirilmesiyle sağlanır), insan vücudunda, daha açık konuşmak gerekirse değişmez sıcaklıklı hayvanlardaki enzimler ekseriyet 37°C'de optimum etkindirler Daha yüksek sıcaklıklarda (çocuklarda 42, yetişkinlerde 41 °C) enzimler etkisizleşirler; fazla defa da koagüle olurlar pH Enzimler pH değişimine karşı fazla duyarlıdırlar Genel Olarak fazla fazla asidik ve bazik ortamda etkisizdirler Bazı hallerde enzimler en yüksek etkinliği belirtilen bir pH derecesinde gösterirler Bu pH derecesine Optimum pHdenir Mesela, proteini parçalayan pepsin, midenin 2 pH'lık asidik ortamında en fazla çalışır; buna ters olarak pankreastan salgılanan ve tekrar protein sindiriminde rol bölge tripsin, ama 8,5 pH'de optimum olarak çalışabilir pH'la ilgili olmasının nedeni, yapılarında proteinleri taşımalarındandır belki, pH'a bağlı olarak protein molekülü üzerinde farklı alanlara yönlendirilmiş elektrik yüklenmeleri ve buna alt olarak dış yüz şekli (üçüncül inşa) meydana gelmekte ve substratlaenzim uyuşmasını sağlamaktadır Şayet de bu elektrik yüklenmesi enzimsubstrat arasındaki çekiciliği artırmaktadır Adaleli asitler ve bazlar enzimleri koagüle ederler Enzim Substrat Derişimi Eğer pH ve sıcaklık sabit tutulursa, enzimsubstrat derişimi arasındaki orana tabi olarak bir reaksiyon hızı görülür Substratın veya enzimin pozitif olması bu hızı değişik şekillerde etkileyebilir Bol substrat yer alan bir ortama eklenecek enzim, son ürünün miktarım artıracaktır Öteki Kimyasal Maddeler ve Suyun Etkisi Birçok kimyasal madde enzimleri etkisiz ayla getirir; örneğin, siyanit, solunumda manâlı rol oynayan sitokrom oksidaz enzimin! etkileyerek inhibe eder (Şekil 215c) Ölüm meydana gelebilir Florit, glikozu laktik aside çeviren enzim kademelerine tesir eder Hatta enzimin kişisel olarak kendisi zehir etkisi yapabilir; mesela, 1 mg kristal tripsin, farenin damarına enjekte edilirse vefat meydana gelir Bir Takım yılan, arı ve akrep zehirleri de enzimatik tesir göstererek kan hücrelerin! veya öteki dokuları yıkım ederler Enzimlerin büyük bir kısmı işlevlerini su içerisinde gösterdiklerinden, suyun miktarı da enzim işlevinde etmen bir koşuldur Çoğunlukla % 15'in aşağıda su taşıyan ortamlarda, enzimler işlev göstermezler Reçel ve pekmez yapımında bu etmen önemlidir Sulandırılan reçelin, balın ya da pekmezin vsnin mayalanması ve ekşimesi bu yüzdendir Hatta tahıl alımlarında su oranının % 15'in aşağıda istenmesi de bu nedene dayanır