Enzimler ve İşlevleri

Enzimler ve İşlevleri

• Hücreler, kimyasal yasaların geçerli olduğu kimyasal fabrikalar olarak kabul edilir.
• Metabolizma, yaşamın temelini oluşturan kimyasal tepkimelerin tümüdür.
• Bitki hücrelerinde çeşitli tepkimeler sonucunda binlerce bileşik sentezlenir.
• Bitki hücrelerinde nişasta, selüloz, protein ve nükleik asit gibi büyük moleküllü organik bileşikler oluşabilir.
• Anabolizma, hücrelerde küçük moleküllerden büyük moleküllerin oluşmasıdır ve enerji gerektirir.
• Katabolizma, büyük moleküllerin parçalanarak küçük moleküller oluşturmasıdır ve enerji açığa çıkar.
• Hücrelerde solunum, glikozun oksidatif parçalanmasıyla CO2 ve H2O oluşumuyla sonuçlanan bir katabolizma örneğidir, enerji açığa çıkar.
• Glikozun plastidler içinde nişastaya dönüşmesi veya hücre duvarlarında selüloz haline gelmesi anabolizmaya örnektir ve bu süreç enerji kullanır.
• Enzimler, hücrelerdeki tepkimelerin düzenli gerçekleşmesini sağlayan bileşiklerdir.
• Enzimler, tepkimelerin sırasını, nasıl ve ne şekilde gerçekleşeceğini kontrol ederler.
• Enzimler, yaşayan organizmalarda oluşan çözünebilir, kolloidal organik katalizörlerdir.

Enzimlerin Doğal Özellikleri

• Enzimler, organik katalizörlerdir ve inorganik katalizörlerin özelliklerine sahiptirler.
• Yaşamla ilgili kimyasal tepkimeler, katalizör yokluğunda çok yavaş ilerler.
• Enzimler, tepkime hızını genellikle 108 ile 1020 kat artırabilir.
• Enzimlerin katalitik güçleri, yapay katalizörlere göre 106 kat daha fazladır.
• Biyolojik tepkimelerin gerçekleşmesi için çok az miktarda enzim yeterlidir.
• Substratlar, enzimlerin etki ettikleri maddelerdir.
• Tepkime ürünleri, tepkime sonucu oluşan maddelerdir.
• Etkinlik sayısı, bir mol enzimin bir dakikada etki ettiği substrat molekülü miktarıdır.
• Enzimlerin etkinlik sayıları genellikle 100 ile 3.000.000 arasındadır.

Enzimlerin Etki Mekanizması

• Gerçek katalizörler, katalize ettikleri tepkimeler sonunda değişmeden kalırlar.
• Enzimlerin aktiviteleri, protein yapıları nedeniyle ortam sıcaklığı, pH ve etki edilen madde gibi faktörlerden etkilenir.
• Uygun olmayan koşullar, enzimlerin katalizör olarak etkinliklerini sınırlayabilir.

Enzimlerin İsimlendirilmesi

• Enzimler, genellikle etki ettikleri maddelerin (substrat) adının sonuna "-az" eki getirilerek isimlendirilirler.
  • Örneğin, selülozu parçalayan enzim selülaz, lipidleri parçalayan enzim lipaz olarak adlandırılır.
• Bazı enzimlerin isimleri, yaptıkları işi gösterir.
  • Örneğin, bir maddeden diğerine hidrojen atomu taşıyan enzimlere dehidrogenaz denir.

Enzim Çeşitleri ve Etki Ettikleri Maddeler

• Lipazlar: Lipidler
• Sükrazlar: Sükroz
• Üreazlar: Üre
• Proteazlar: Proteinler
• DNAzlar: DNA
• Sakkaraz enzimi, sakkarozu glikoz ve fruktoza dönüştürür.

Enzimlerin Sınıflandırılması

• Enzimlerin sayısını tam olarak belirlemek zordur.
• Yeryüzünde yaklaşık 106 bitki ve hayvan türü bulunmaktadır.
• Her türde ortalama 1000 farklı protein olduğu varsayılırsa, toplamda 109 civarında protein çeşidi bulunur.
• Proteinlerin büyük bir kısmı enzimleri oluşturur.
• Günümüzde yaşayan organizmalarda 5000'den fazla enzim çeşidi tespit edilmiştir.
• Her ana sınıftaki enzimler, Enzim Komisyonu tarafından verilen (EC) numaraları ile tanımlanır.
  • Örneğin, selülaz enziminin EC numarası 3.2.1.4'tür.
    • İlk rakam (3), enzimin ana sınıfını; ikinci rakam (2) grubu; üçüncü rakam (1) alt grubu; dördüncü rakam (4) ise o alt gruptaki enzimin sırasını belirtir.
• Enzimlerin sınıflandırılmasında, ana sınıfı belirleyen faktör enzimin katalize ettiği kimyasal tepkimedir.
  • Oksidoredüktaz, hidrolaz, transferaz ve izomeraz gibi ana sınıfların özellikleri, enzimin etki ettiği substratın yapısıyla belirlenir.
• Grup ve alt gruplar, tepkimelerin gerçekleşmesi için gerekli olan özel kimyasal maddelere göre belirlenir.

Enzimlerin Ana Sınıfları

• Oksidoredüktaz Enzimleri: Maddeden hidrojen, oksijen veya elektron alınmasını ya da verilmesini sağlayan enzimlerdir.
• Transferaz Enzimleri: Fosforil, amino, açil, alkil veya glikozil gibi atom gruplarını bir molekülden diğerine aktaran enzimlerdir.
• Hidrolaz Enzimleri: Ester, glikozit ve peptit bağlarını hidrolitik olarak parçalayan enzimlerdir.
• Liyaz Enzimleri: Kimyasal bağları parçalayan enzimlerdir.
• İzomeraz Enzimleri: Molekül yapısında bir grubun yerini değiştirerek izomerizasyon sağlayan enzimlerdir.
• Ligaz Enzimleri: İki molekül arasında bağ kurulmasını sağlayan enzimlerdir.

Enzimlerin Katalitik Etkinlikleri

• Enzimler belirli maddeler (substratlar) üzerinde katalitik etkinlik gösterirler.
• Enzimler, tepkimelerde daha az enerji kullanılmasını sağlayarak enerji tasarrufuna yardımcı olur.

Enzimlerin Yapısı

• Enzimlerin çoğu temel olarak protein yapısındadır.
• Bazı enzimler protein moleküllerine ek olarak protein olmayan maddeler de içerir.
• Enzimler yapılarına göre iki grupta toplanabilir:
  • Sadece protein yapısında olan enzimler.
  • Protein yapısında olup, protein olmayan maddeler de içeren enzimler.
• Protein yapısında olmalarına rağmen tüm proteinler katalitik özellik göstermezler.
  • Örneğin, bitki tohumlarındaki depo proteinlerinin katalitik işlevleri yoktur, ancak çimlenme sonrası bitkicik için amino asit kaynağı sağlarlar.
• Enzimleri oluşturan proteinler, yüzlerce amino asitten meydana gelmiş bir veya birkaç peptit bağı içerir.
• Her proteinin boyutu ve içeriği, yapısını oluşturan amino asitlerin türüne ve sayısına bağlıdır.
• Enzimlerin protein olmayan kısımlarına prostetik gruplar denir ve genellikle katalitik aktivitede rol oynarlar.
• Bazı enzimlerde metal iyonları (Fe, Cu, Zn, vb.) prostetik grup olarak işlev görür.
• Katalitik aktivitelerini gerçekleştirmek için proteine sıkıca bağlı olan prostetik gruplar dışında, bazı enzimler koenzim veya metal aktivatörlere ihtiyaç duyarlar.
  • Koenzimler: vitaminler
  • Metal aktivatörler: metal iyonlar

Koenzim Çeşitleri ve İlişkili Vitaminler

• NAD (Nikotinamid adenin dinükleotit): Niasin
• NADP: Niasin
• FAD (Flavin adenin dinükleotit): Riboflavin
• FMN: Riboflavin
• Koenzim A: Pantotenat
• Tiamin-pp: Tiamin
• Biotin: Biotin
• Kobamid: B12
• Pridoksal-p: Pridoksal
• THF: Folat
• Katalaz: H2O2'yi parçalar (Fe içerir)
• Oksidaz: O2'ye elektron ekler (Cu içerir)
• Üreaz: Üreyi NH3'e parçalar (Ni içerir)
• Heksokinaz: Glikoza fosfat transfer eder (Mg içerir)
• Nitrat redüktaz: Nitratı nitrite indirger (Mo içerir)
• Bitkiler tarafından sentezlenen vitaminler, bitki ve hayvanlardaki enzimlere bağlı koenzimlerin veya prostetik grupların parçalarıdır.
• Bakır, demir, mangan, çinko, kalsiyum, magnezyum ve potasyum gibi çeşitli elementler enzim aktivatörleri olarak görev yapar.
• Elektroforez ile yapılan araştırmalar, aynı madde üzerinde katalitik etki yapan ve aynı ürünleri oluşturan birden fazla enzim olduğunu göstermiştir; bu enzimlere izozim veya izoenzim denir.
• İzoenzimler, genetik farklılıkların yanı sıra amino asit dizilimlerindeki farklılıklardan dolayı da birbirlerinden ayrılırlar.
• İzoenzimler, çevre koşullarından etkilenebilir.

Bitki Hücrelerinde Enzimlerin Dağılımı

• Enzimler, hücre içinde homojen olarak dağılmazlar.
• Fotosentez enzimleri kloroplastlarda bulunur.
• Aerobik solunum enzimleri mitokondri içinde ve bazılar da sitozolde yer alır.
• DNA ve RNA sentezinde görevli enzimler hücre çekirdeğinde bulunur.
• Enzimlerin çoğu mitokondri ve kloroplastlarda yoğunlaşmıştır.

Enzim Aktivitelerini Etkileyen Faktörler

• Substrat Miktarı: Ortamdaki madde miktarı belirli bir düzeye kadar enzim aktivitesini olumlu etkiler, ancak daha sonra etkisi azalır veya olumsuz olabilir.
• Tepkime Ürünleri Miktarı: Enzimatik tepkimeler kimyasal tepkimeler gibi kimya yasalarına tabidir ve tepkime ürünlerinin birikmesi tepkime hızını azaltır.
• Enzim Konsantrasyonu: Enzim aktivitesi, ortamdaki enzim konsantrasyonu ile doğru orantılı olarak artar.
• Hidratasyon: Tohumların çimlenmesi sırasında hidratasyon enzim aktivitesini artırır. Kuru tohumlarda enzim aktivitesi düşüktür, su alımıyla artar.
• Sıcaklık: Enzimatik tepkimeler sıcaklıktan etkilenir. 25°C'ye kadar her 10°C'lik artış tepkime hızını 2.5 kat artırabilir; protein yapısından dolayı yüksek sıcaklıklara duyarlıdırlar.
• Sıcaklık artışıyla madde moleküllerinin kinetik enerjisi artar ve enzimlerle madde moleküllerinin birleşme olasılığı yükselir.
• Hidrojen İyonu Konsantrasyonu (pH): Ortamın pH'ı enzim aktiviteleri üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Enzimler genellikle belirli bir pH aralığında (optimum pH) en iyi performansı gösterir.
  • Değişik enzimler için optimum pH değerleri 1.5 ile 10 arasında değişir.
  • Optimum pH'dan uzaklaşılması enzimlerin aktivitesini azaltabilir ve tamamen durdurabilir.
• Önleyiciler (İnhibitörler): Enzimatik tepkimelerin hızını azaltan maddelerdir, temel olarak iki grupta toplanırlar.
  • Kompetatif önleyiciler (rekabet durdurma).
  • Kompetatif olmayan önleyiciler.
  • Bazı iyi bilinen enzim inhibitörleri iyodoasetatlar, florürler, siyanürler ve karbon monoksittir.