Enzimlere Giriş

Enzimler

• Enzimler, canlı organizmaların büyümesi, hücrelerin onarımı ve canlılığın sürdürülmesi için gerekli biyokimyasal reaksiyonları hızlandıran biyolojik katalizörlerdir.

Enzimlerin Tarihçesi

• İlk kez 1878'de Alman fizyolog Wilhelm Kühne, mayanın şekerden alkol üretme yeteneğini tanımlarken "enzim" kelimesini kullandı.
• Kelime kökeni Yunanca "en" (içeride) ve "zume" (maya) kelimelerine dayanır.
• Yeni enzimlerin saflaştırılması, kimyasal yapılarının ve mekanizmalarının aydınlatılması için enzimlerle ilgili birçok konu aydınlatılmış olmasına rağmen hala yoğun çalışmalar devam etmektedir.

Enzimlerin İşlevleri

• Enzimler, reaksiyonları parçalanmadan veya değişime uğramadan ve yan ürün oluşturmadan katalize ederler.
• Enzimlerin çoğu protein yapısındadır, ancak katalitik RNA molekülleri (ribozimler) de bulunur.
• Enzimler protein yapıda oldukları için kolayca denatürasyona uğrarlar.
• Hücrelerdeki tüm reaksiyonlar enzimler tarafından gerçekleştirilir; enzimler olmadan reaksiyonlar kendiliğinden gerçekleşemez.
• Enzimler, bir hücreyi diğerinden ayıran özelliklere ait bilgilerin DNA'dan aktarılmasında da rol oynar.

Substrat ve Aktif Merkez

• Substrat, enzim tarafından değişime uğratılan maddedir.
• Enzimin katalitik aktivitesi, polipeptit zincirinin belirli bir bölümünün özel katlanmasıyla oluşan üç boyutlu aktif merkezden kaynaklanır.
• Aktif merkez, reaksiyonların gerçekleştiği enzim bölgesidir ve enzimin genellikle küçük bir bölümünü oluşturur.

Enzimlerin Yapısı

• Bazı enzimler, aktivite için kofaktör veya koenzim adı verilen ek kimyasal bileşenlere ihtiyaç duyarlar.
• Koenzim veya kofaktör ile birlikte tam ve katalitik olarak aktif enzim, holoenzim olarak adlandırılır.
• Enzim eğer aktivite için Fe2+, Mg2+, Mn2+, Zn2+ gibi inorganik iyonlara ihtiyaç duyarsa bu iyonlara kofaktör denir.
• Enzim eğer aktivite için organik moleküllere ihtiyaç duyarsa bu moleküllere de koenzim denir.
• Enzimin protein kısmına apoenzim adı verilir.
• Kofaktör veya koenzim enzime kovalent olarak bağlıysa prostetik grup olarak adlandırılır.

Enzimlerin Sınıflandırılması

• Oksidoredüktazlar yükseltgenme ve indirgenme reaksiyonlarını katalizler ve elektron ve hidrojen transferi yaparak hücredeki reaksiyonları düzenler.
• Transferazlar bir molekülden diğerine fonksiyonel gruplar transfer eder.
• Hidrolazlar su ilavesiyle bağların parçalandığı hidroliz reaksiyonlarını katalizler.
• Liyazlar yükseltgenme veya hidroliz dışındaki mekanizmalarla bağları kırar veya oluşturur.
• İzomerazlar molekül içindeki geometrik değişiklikleri katalizler.
• Ligazlar yüksek enerjili bağların hidrolizi ile iki molekülün birbirine bağlanmasını katalizler.

Enzim Katalizörlüğü

• Enzimler olağanüstü katalizörlerdir.
• Enzimler kimyasal reaksiyonları başlatmazlar, sadece aktivasyon enerjisini düşürerek reaksiyon hızını 10^5 - 10^17 kat hızlandırırlar.
• Enzimler sayesinde gerçekleşmesi zor olan reaksiyonlar kolaylıkla gerçekleşebilir.

Enzimlerin Kullanım Alanları

• Hücre içinde saniyeler içinde gerçekleşen reaksiyonlar, enzimsiz uzun yıllar alabilir.
• Enzimler hücre içi ve hücre dışında etkinlik gösterebilirler, bu da enzimlerin önemini artırır.

Enzim-Substrat Bileşimleri

Anahtar-Kilit Modeli

• Enzim bir kilit, aktif merkez kilidin açma bölgesi ve substrat ise bu kilidi açan anahtar gibi davranır; substrat sadece uygun aktif merkeze bağlanır ve orada değişime uğrar.

İndüklenmiş Uyum Modeli

• Enzim önce substratı bağlamak için substratın etkisiyle yapısında değişikliğe uğrar ve sonra substratla birleşir.

Enzim Spesifikliği

• Enzimler spesifik moleküllerdir; sadece belirli reaksiyonları katalize eder ve kendi substratları ile etkileşime girerler.

Etki (Mutlak) Spesifikliği

• Bir hücrede bir metabolitin geçirebileceği birçok reaksiyon olsa da, enzim katalizli bir reaksiyonda aktif merkez sadece bir reaksiyonu katalize eder.
• Örneğin, üreaz enzimi sadece üreye etki eder.

Grup Spesifikliği

• Bir enzim, benzer fonksiyonel gruplar içeren substratlar ile etkileşime girer.
• Örneğin, alkol dehidrogenaz sadece alkol üzerine etki eder.

Bağ Spesifikliği

• Bir enzim, yalnızca belirli bir bağ üzerine etkilidir.
• Örneğin, proteazlar sadece peptit bağlarına etki eder.

Substrat Spesifikliği

• Enzimler, metabolizmanın belirli ara ürünleriyle reaksiyona girerler ve çok benzer maddeleri dönüştüremezler.
• Enzimlerin substrat spesifikliği, aktif merkezin hacimsel boyutlarına ve substrat bağlayan grupların üç boyutlu düzenine bağlıdır.

Enzim Aktivitesini Etkileyen Faktörler

• Sıcaklık
• pH
• Enzim konsantrasyonu
• Substrat konsantrasyonu
• Zaman
• Reaksiyon ürünlerinin etkisi

Sıcaklık

• Enzimle katalizlenen bir reaksiyonun hızı, sıcaklık arttıkça dar bir aralıkta artar.
• Reaksiyonun hızı başlangıçta sıcaklıkla birlikte artar, ancak enzimin optimum sıcaklığı aşıldığında hız aniden düşer.
• Enzimin kararlı olduğu ve katalitik olarak uygun konformasyonda bulunduğu sıcaklık, bulunduğu hücrenin sıcaklığına bağlıdır.

PH

• Ortamdaki H+ konsantrasyonu reaksiyon hızını etkiler.
• Belirli bir pH değerinde enzim katalitik etkisi maksimuma ulaşır ve bu değere optimum pH denir.
• Optimum pH'ın altında veya üstünde reaksiyon hızı düşer.
• Her enzimin etki ettiği pH değeri farklıdır.