Enzimler

Enzimler Enzimler, Proteinlerden yapılmışlardır ve doğal olarak yalnız canlılar kadar senaaalenirler Gözenekli Olan içerisinde meydana gelen binlerce tepkimenin hızını ve özgüllüğünü düzenlerler Fazla kere hücre dışarıya da etkinliklerini korurlar Solunumun, büyümenin, kas kasılmasının, sinirdeki iletimin, fotosenaaain, azot bağlanmasının, deaminasiyonun, sindirim vsnin temelini oluştururlar Canlı hücrelerde tepkimeler kaide olarak 050°C; genelde da 2042°C arasında meydana gelir Bu sıcaklıkta tepkimelerin oluşması biyokatalizör denen enzim veya fermentlerle olur Bu, aktivasyon enerjisinin düşürülmesi ile olur Başlangıçta E n z i mterimi, sindirim kanalında olduğu gibi bir çözelti ya da akıcı içerisinde etki ettiği durumlarda (Kühn 1878); buna karşın Ferment Mayaterimi çoğunluk hamur mayasında olduğu gibi, hücreye bağlı olduğu durumlarda kullanılmıştır Buchner (1897), fermentlerin de hücre dışında etki ettiğini bulunca iki terim arasındaki farklılık ortadan kalkmış oldu Her iki terim aralarında bugün herhangi bir fark olmamakla beraber, bakteri, mantar ve öteki hücresel enzimatik işlevler, fermantasyon ve etki maddeleri de ferment olarak kullanılacaktır Enzimlerin özellikleri Yalıtılan enzimlerin hepsi protein yapısındadır veya protein kısmı bulundururlar Etki ettiği maddenin sonuna Ase Eksikeki getirilerek veya katalizlediği tepkimenin çeşidine göre adlandırılırlar Mesela, kitine tesir eden kitinaz enzimi vs Çok kez renksizdirler, ara sıra sarı, yeşil, mavi, kahverengi veya kırmızı olabilirler Suda ya da sulandırılmış tuz çözeltisinde çözülebilirler Fakat mitokondrilerde yer alan enzimler lipoproteinler ile bağlandığından (bir fosfolipitprotein kompleksi) suda çözünmez Enzimlerin etkinlikleri akıllara durgunluk verecek derecededir; örneğin, sığır karaciğerinden elde edilen ve bir molekül demir içeren katalaz enzimi, bir dakikada, O C°'de 5000000 hidrojen peroksit (H2Cy molekülünü H2O ve 1 2 O2'ye parçalayabilir Enzimin etki ettiği bileşiğe Substratdenir; bu durumda hidrojen peroksit katalazın substratıdır Enzimin saniyede tesir ettiği substrat molekül sayışma Enzimin Faaliyet Değeri Turnover Sayışı denir Bu O C°'de katalaz enzimi için 5000000 dür Bir Takım enzimler tepkimelerde bağlı ürün olarak vücutta H2O2 meydana getirdiğinden ve bu da beden için zehirli olduğundan, katalaz enzimi onları sürekli parçalayarak hücreleri korur Bir molekül katalaz enziminin parçaladığı H2O2'i demir atomu yalnız başına ancak 300 senede parçalayabilir ya da mol başına aktivasyon enerjisi için 18000 kalori atamak gerekir Kolloyidal platin bu aktivasyon enerjisini 11700 KalMol'a, katalaz enzimi de 5500 KalMol'a düşürür Bazı enzimler fazla özgüldür; yalnız bir substrata tesir eder mesela, üreaz yalnız üreye tesir ederek onu amonyak ve CO2'de parçalar Halbuki bazıları farklı alanlara yönlendirilmiş substratlara tesir eder; dolayısıyla daha az özgüldürler, mesela peroksidaz ilk kez hidrojen peroksit olmak üzere çoğu bileşiğe etki eder Bazı enzimler yalnız bazı bağlar için özgüldür, örneğin pankreastan salgılanan lipaz, yağlardaki ester bağlarına etki eder Kuramsal olarak enzimli tepkimeler dönüşlüdür; enzim, tepkimenin yönünü yok dengenin oranım saptar Tipik misal, lipazın yağı parçalaması; fakat aynı zamanda gliserin ile yağ asitlerini birleştirmesidir Ortamda yalnızca yağ asidi veya yalnızca gliserin ile yağ asitlerinin birleşimi varsa denge ona tarafından, Yağ gliserin + 3 yağ asidi şeklinde olur Denge noktası, yani tepkimenin hangi yöne gideceği termodinamik yasalarına göre belirlenir Çünkü denge bir tarata içten giderken enerji verir, tersine enerji alır Enerjiye gereksinim bildiren tepkimelerin, enerji meydana getiren tepkimelerle bununla birlikte meydana gelmesi gerekir ya da enerji herhangi bir şekilde önceden ambar edilmelidir Canlı bünyesinde enerji depolamak, fosfor esterleri biçiminde olur Yaşamsal işlevlerin yürütülmesinde ATP (adenozin trifosfat) en önemlilerindendir; bu bileşik batarya gibi ödev yapar Enzimler hücrede bazı 'team' halinde çalışır; birinin son ürünü kendisinden sonraki enzimin substratını yapar, mesela, amilaz enzimi nişastayı iki zincirli maltoza, maltaz enzimi ise maltozu tek zincirli glikoza çevirir Bir hızlı enzim yoluyla (11 dek), sonra göreceğimiz gibi, dekstroz da laktik aside çevrilir vs Enzimlerin Yapısı Bütün enzim proteinleri genler kadar 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 ya da inorganik, çok kere fosfattan meydana gelmiş, protein kısmına kadar çok daha minik moleküllü bir kısmıdır Enzimde işlev görebilen ve başlıca meslek yapan kısım bu kısımdır Koenzim kısmı çoğunlukla protein kısmından ayrılabilir ve analizlerinde birçok 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 Bazı enzimler ortama yalnız belirli iyonlar eklendiğinde etkindirler, örneğin bazı enzim zincirine ama 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 birenzimler5c5a4c64b0a83alt enzimler5c5a4c64b0a83alt enzimler5c5a4c64b0a83alt enzimler5c5a4c64b0a83alt l iyonuna ihtiyaç vardır Yani koenzim kısmıenzimler5c5a4c64b0a83alt enzimler5c5a4c64b0a83alt enzimler5c5a4c64b0a83alt enzimler5c5a4c64b0a83alt l iyonu ise (Ca++, K++ Mg+, Zn++) buna Kofaktördenir Enzimin etkinlik göstermesi için gereksinme duyduğu organik moleküllere K o e n z i mdenir Bazı durumlarda koenzim kısmı apoenzim kısmına kuvvetle (kovalent) bağlanmıştır; bu sıkı bağlanan kısma Prostetik Grup; prostetik grupla apoenzim kısmının her ikisine birden de Holoenzimdenir Koenzimlerden manâlı olanların bazılarını hücreselenzimler5c5a4c64b0a83alt enzimler5c5a4c64b0a83alt enzimler5c5a4c64b0a83alt enzimler5c5a4c64b0a83alt bolizmasında göreceğiz Enzimlerin bir kısmı sitoplazmaya serbestçe dağılmış olarak, öteki bir kısmı da hücredeki bir takım yapılara sıkıca bağlanmış olarak bulunur süt asiti, amino asit ve yağ asitlerinden türeyen maddeleri karbondioksit ve suya kadar parçalayan solunum enzimleri, mitokondri zarlarının yapışma katılır Ayrıca ribozomların işlevsel bütünlüğüne katılan enzimler de bu tiptir Dokulardaki enzimler değişik 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 göre 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 ya da 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 karşılayan 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 Ayrıca C0 ve CN bağım yıkanlar da vardır 5 İzomerazlar: Molekül içinde değiştirme yaparak onun uzayda dizilişin! değiştiren enzimlerdir Örneğin razemaz, epimeraz 6 Ligazlar (Sentetazlar): Enerji kullanarak substrat moleküllerinin birbirine bağlanmasını; örneğin amino asitlerin ve yağ asitlerinin aktifleşmesini sağlarlar Enzimlerin Çalışma Mekanizması Daha önce de değindiğimiz gibi enzimin hangi substratla çalışılacağını tespit eden kısmı apoenzim kısmıdır Demek ancak apoenzim kısmıyla substrat aralarında bir ilişki vardır Alman kimyacısı EMIL FISCHER kadar bunun kilit anahtar uyumu gibi olacağı savunulmuştur Koenzim kısmı daha fazla kimyasal kaplumbağa kabuğu yakın olarak işlev gösterir, mesela ester bağlarını parçalar vs pek anlaşılıyor ancak enzimin apoenzim kısmı bir ya da birkaç yerinden (aktif bölgelerden) substrat molekülüne yapışıyor ya da bağlanıyor (yani bir enzimsubstrat kompleksi oluşturuyor) ve sırası gelmişken 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 (birincil yapışı açıklanan enzim ribonükleaz, 124 amino asitten meydana gelmiştir) egzersiz mekanizmaları da hala bütün anlamıyla açıklığa kavuşturulamamıştır Enzimlerin Çalışmasına Tesir Eden Faktörler : Sıcaklık Sıcaklık 10 °C yükseldiğinde reaksiyon hızı iki misli artar; yani tepkime hızının yükselmesi, sıcaklıkla içten orantılıdır Lakin belirtilen bir noktadan itibaren düşmeye başlar ve en ince ayrıntısına kadar durur En iyi çalışabileceği sıcaklığa Optimum Sıcaklık denir Yüksek sıcaklıklarda enzimler etkisizdirler (genel olarak 5560 °C'de) Bir Takım ılıcalarda yosunlar 80 °C'de yaşabilirler; lakin bunun üzerindeki sıcaklıklarda enzimleri iyice koagüle olur ve bir daha etkin ayla geçemez Optimum noktanın biraz üzerinde enzimler etkisiz olmasına karşın, sıcaklık hafıza her yerde etkili ayla geçebilirler Lakin bu sıcaklığın devamı veya 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 ya da üçüncül yapı parçalandığından veya birbiri üzerine yığıldığından, protein koagüle olur ve enzim etkisiz ışık halkası geçer (sütün kaynatılmasında, bakteri enzimlerinin etkisiz ayla 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 böylece eksik işlev gösterir; lakin soğuğun enzimin yapışım bozduğu görülmemiştir Sıcaklık eski hale döndüğünde faaliyet yeniden başlar (dondurmak suretiyle gıda maddelerinin saklanması, yine enzimlerin etkisiz ışık halkası geçirilmesiyle sağlanır), insan vücudunda, daha doğrusu değişmez sıcaklıklı hayvanlardaki enzimler yetişkinlik 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 çok duyarlıdırlar Genel Olarak çok artı asidik ve bazik ortamda etkisizdirler Bazı hallerde enzimler en yüksek etkinliği kayıtlı bir pH derecesinde gösterirler Bu pH derecesine Optimum pHdenir Mesela, proteini parçalayan pepsin, midenin 2 pH'lık asidik ortamında azami çalışır; buna ters olarak pankreastan salgılanan ve yeniden protein sindiriminde rol bölge tripsin, fakat 8,5 pH'de optimum olarak çalışabilir pH'la ilgili olmasının nedeni, yapılarında proteinleri taşımalarındandır olur ya, pH'a ast olarak protein molekülü üstünde değişik elektrik yüklenmeleri ve buna ast olarak dış yüz şekli (üçüncül inşa) meydana gelmekte ve substratlaenzim uyuşmasını sağlamaktadır Belki de bu elektrik yüklenmesi enzimsubstrat arasındaki çekiciliği artırmaktadır Kuvvetli asitler ve bazlar enzimleri koagüle ederler Enzim Substrat Derişimi Eğer pH ve sıcaklık değişmez tutulursa, enzimsubstrat derişimi arasındaki orana bağlı olarak bir tepkime hızı görülür Substratın veya enzimin fazla olması bu hızı değişik şekillerde etkileyebilir Bol substrat yer alan bir ortama eklenecek enzim, son ürünün miktarım artıracaktır Diğer Kimyasal Maddeler ve Suyun Etkisi Çoğu kimyasal madde enzimleri etkisiz ülkü getirir; örneğin, siyanit, solunumda kayda değer rol oynayan sitokrom oksidaz enzimin! etkileyerek inhibe eder (Şekil 215c) Ölüm meydana gelebilir Florit, glikozu laktik aside çeviren enzim kademelerine etki eder Hatta enzimin şahsen kendisi zehir etkisi yapabilir; mesela, 1 mg kristal tripsin, farenin damarına enjekte edilirse ölüm meydana gelir Bazı yılan, arı ve akrep zehirleri de enzimatik tesir göstererek kan hücrelerin! ya da öteki dokuları imha ederler Enzimlerin büyük bir kısmı işlevlerini su içerisinde gösterdiklerinden, suyun miktarı da enzim işlevinde etmen bir koşuldur Genelde % 15'in aşağı su içeren 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 aşağı istenmesi de bu nedene dayanır