enzimlerin yapısı ve işleyişi
advertisement
1 Enzimler Her canlı organizmanın ancak kendisinin sentez edebildiği, kendisine özgü organik bileşenlere enzim denir. Enzimler, canlılarda meydana gelen biyokimyasal reaksiyonları gerçekleştiren biokatalizörlerdir. Canlılardaki tüm hayati olayları harekete geçirirler, kontrol ederler veya frenlerler. Proteinlerden yapılmışlardır ve doğal olarak yalnız canlılar tarafından sentezlenirler. Hücre içerisinde meydana gelen binlerce tepkimenin hızını arttırırlar. 2 Bir canlı hücredeki tepkimelerin hemen tamamı, yeterince hızlı olabilmek için enzimlere gerek duyar. Solunumun, büyümenin, kas kasılmasının, sinirdeki iletimin, fotosentezin, azot bağlanmasının, sindirim vs.'nin temelini oluştururlar. 3 Enzimlerin özellikleri Kimyasal yapılarına göre enzimlerin tümü protein yapısındadır ya da protein kısmı bulundururlar. Bazı enzimler, kompleks bağlı metal iyonu yapısında ya da vitaminlerden oluşan protein olmayan organik bileşiklere sahip olabilirler. Enzimlerdeki protein olmayan bu gruplara prostetik grup veya koenzim denir. Bunlar enzim fonksiyonlarına yardım ederler. Enzimin aktif bölgesiyle birleşirler. 4 Enzimin etki ettiği bileşiğe de “substrat" denir. Her substrat için ayrı bir enzim özeldir. Bunun için anahtar-kilit prensibinden bahsedilir. Enzim ve substratının birbirine tam olarak uyan tamamlayıcı geometrik şekilleri olmasından dolayı bu prensip öne sürülmüştür. Örneğin, üreaz enzimi yalnız kendisi için substrat olan üreyi amonyağa parçalayan bir enzimdir. 5 Enzimlerin yapısal özellikleri Apoprotein (apoenzim) Sadece enzim = apoenzim Kofaktör Enzim + koenzim = haloenzim Haloenzim (tam enzim) Enzimlerin Fe2+, Mg2+, Mn2+, Zn2+ gibi bir metal iyonu veya mineral maddeler gibi protein olmayan anorganik kısımları kofaktör, vitamin gibi kompleks bir organik molekül olan kısımları da koenzimdir. Enzim bir koenzim bulundurduğu zaman toplam veya kompleks enzime haloenzim (tam enzim), protein olan kısmına ise apoenzim denir. Apoenzim ve prostetik grup kendi başlarına katalitik etki gösteremezler. 6 Enzimlerin adlandırılmaları Birçok enzim, etki ettiği bileşiğin (substratlarının) adına veya katalizlediği tepkimenin aktivitesini tanımlayan bir kelime veya sözcük grubuna “az” soneki ekleyerek adlandırılır. Örneğin, hidroliz tepkimesine etki eden hidrolaz enzimi gibi. Üreaz, amilaz, arjinaz, proteaz ve lipaz gibi. 7 Enzim Mekanizması Enzimler, biokatalizör olarak kimyasal reaksiyonlara girerler. Enzim molekülleri katalitik etkileriyle substratı bazı ürünlere dönüştürürler. Katalizör olarak bir enzimin fonksiyonu, aktivasyon enerjisini düşürmek suretiyle bir biokimyasal reaksiyonun hızını artırmaktır. Bir enzimatik reaksiyonun hızı, enzimin etkinliği veya enzimin aktivitesi ile ilişkilidir. Etkinliği veya aktivitesi fazla olan bir enzim, belirli bir sürede daha fazla substrat molekülünü ürün haline dönüştürür. Diğer katalizörler gibi enzimler de katalizledikleri tepkime sonucunda tükenmez ve bu tepkimelerin dengesini değiştirmez. 8 Enzim mekanizması: Enzimli tepkimeler dönüşümlüdür. E+S E+SE+Ü Enzim + Substrat Kompleks Enzim + Ürün (enzim ve substrat kompleksi) Aktif bölgeler substrat ürünler enzim ve substrat kompleksi 9 Enzimler ikiye ayrılırlar: Basit enzimler Bileşik enzimler 10 Basit Enzimler: Sadece proteinlerden meydana gelmiş olan enzimlerdir. Bunlara en iyi örnek; sindirim enzimleri ve üreyi parçalayan üreaz enzimleridir. Reaksiyon direkt olarak protein kısmı tarafından yürütülür. Sadece enzim = apoenzim 11 Bileşik Enzimler: Bileşik enzimler iki kısımdan meydana gelebilir: 1-Protein + Vitaminler (koenzim) veya 2-Protein + Mineral maddeler veya metal iyonları (enzim aktivatörleri-kofaktörler) (Aktivörler, enzim aktivitesini arttıran maddelerdir.) Bu enzimlerin sadece protein olan kısmına apoenzim, vitamin kısmına ise koenzim veya prostetik grup denir. Enzimin etkinlik göstermesi için gereksinme duyduğu organik moleküllere "Koenzim" denir. Metal iyonları ve mineral maddeler gibi kısımlarına da enzim aktivatörlerikofaktörler denir. 12 Bileşik enzimler ayrı ayrı görev yapamazlar. Çünkü enzimin etki ettiği maddeyi protein kısmı belirler. Koenzim ise reaksiyonu gerçekleştirir. Organizmalarda vitamin veya metal iyonları eksik olursa protein kısımları reaksiyonu gerçekleştiremez. Bundan dolayı canlı hastalanır. Örneğin; gözdeki A vitamini görme reaksiyonlarını gerçekleştiren enzimin bir parçasıdır. Yani koenzimdir. A vitamini olmasa reaksiyon gerçekleşemez ve gece körlüğü ortaya çıkar. 13 Enzimlerin sınıflandırılmaları 1. Oksidoredüktazlar 2. Transferazlar 3. Hidrolazlar 4. Liyazlar 5. İzomerazlar 6. Ligazlar 14 1. Oksidoredüktazlar: Oksidasyonredüksiyon yani yükseltgenmeindirgenme reaksiyonlarını katalize eden enzimler bu sınıftandır. Laktat dehidrojenaz, Katalaz, alkoldehidrogenaz 2. Transferazlar: Fonksiyonel bir grubun bir gruptan diğerine transfer reaksiyonunu katalize eden enzimlerdir. Transaminaz, kolinasetilaz, Alanin transaminaz, Heksokinaz, Kreatin kinaz 15 3. Hidrolazlar: Çeşitli bağların hidrolizini yani su katılması suretiyle bağların parçalandığı hidroliz reaksiyonlarını katalize eden enzimlerdir. Lipaz, fosfataz, pepsin, tripsin, emulsin, Kolesterol esteraz, Alkalen fosfataz, Amilaz, Tripsin 4. Liyazlar: Bu enzimler, C-C, C-O ve C-N arasındaki bağları hidrolizden ve oksidasyondan farklı bir yolla kırarlar veya bu atomlar arasına bir çift bağ ilave ederler. Yani iki bileşikten yeni bir bileşik verme reaksiyonunu katalizlerler. Piruvat dekarboksilaz, Sitrat sentaz, fumaraz 16 5. İzomerazlar: Bir molekül içindeki geometrik ve yapısal değişiklikleri yani izomerizasyon reaksiyonlarını (yeniden düzenlenme) katalize ederler. Triozfosfat izomeraz, Glukoz-6-fosfat izomeraz 6. Ligazlar (Sentetazlar): C-O, C-S, C-N ve C-C arasında kovalent bir bağ oluşmasını sağlayan enzimlerdir. Bu enzimler genellikle ATP'deki yahut diğer trifosfatlardaki pirofosfatı hidrolize ederek iki molekülün birbirine bağlanmasını katalize ederler. Karboksilaz, DNA ligaz 17 Enzimlerin Çalışmasına Etki Eden Faktörler : 1-SICAKLIK Her enzim reaksiyonunun hızının maksimum olduğu bir sıcaklık derecesi vardır ve buna optimum sıcaklık denir. 0ºC de enzimler pasiftir. Ancak yapıları bozulmaz. Canlılıkta kaybedilmeyebilir. Ama genel olarak enzimler 60ºC de bozulurlar ve bu sıcaklığın üzerinde etkisiz hale gelirler. Enzim tepkimelerinin hızı, sıcaklık yükselmesiyle artar. Bu da, aktivasyon enerjisinin düşürülmesi ile gerçekleştirilir. 18 Sıcaklık artışıyla enzimatik reaksiyonun hızındaki artış, sıcaklık belli bir değere yükselinceye kadar devam eder. Daha yüksek sıcaklıklarda enzim denatüre olarak (bozularak) aktivitesini kaybeder ve reaksiyon hızı azalır. 19 2-pH Enzimler pH değişimine karşı çok duyarlıdırlar. Genellikle çok fazla asidik ve bazik ortamlarda etkisizdirler. Bazı hallerde enzimler en yüksek etkinliği belirli bir pH derecesinde gösterirler. Bu pH derecesine “optimum pH" denir. Her enzimin maksimum aktivite gösterdiği belli bir pH değeri vardır. Pepsinın pH-aktivite grafiği Glukoz-6-fosfatazın pH-aktivite grafiği 20 3- Enzim /Substrat konsantrasyonu Biokimyasal reaksiyonların hızı, enzim konsantrasyonuyla doğru orantılıdır. Bol substrat bulunan bir ortama eklenecek enzim, son ürünün miktarını da artıracaktır. Enzim konsantrasyonunu sabit tutup substrat konsantrasyonunu sürekli arttırırsak, enzimin substrata doyduğu, başka bir değişle ortamdaki enzim molekülünün tamamının substrat ile kompleksleştiği değere ulaşılır. Böylece reaksiyon hızıda maksimum değerine ulaşır. 21 4-Diğer Kimyasal Maddeler ve Suyun Etkisi Birçok kimyasal madde enzimleri etkisiz hale getirir. Bazı ilaçlar ve bir kısım kimyasal maddeler enzimlerin katalitik etkilerine engel olurlar. Enzimlerin büyük bir kısmı işlevlerini su içerisinde gösterdiklerinden, suyun miktarı da enzim işlevinde etken bir koşuldur. Genellikle % 15'in altında su içeren ortamlarda, enzimler işlev göstermezler. Biyokimyasal olaylar için çözünür durumda olmaları gerekir. 22 ENZİMLERİN ÖZELLİKLERİ 1-Biyolojik reaksiyonların aktivasyon enerjisini düşürürler. 2-Enzimler daima bir çeşit reaksiyonu gerçekleştirirler. 3-Enzimler aynı tür reaksiyonu bozulmadan tekrar tekrar yapabilirler. 4-Enzimler gerçekleşecek olan reaksiyonun çabuk dengeye ulaşmasını sağlarlar. 5-Enzimler cansız ortamlarda da görev yaparlar. Örneğin, çamaşır tozunda bulunan enzimler lekelerdeki protein ve yağları parçalar. 6-Enzimler reaksiyonlarını daima etki ettiği maddenin dış yüzeyinden başlatırlar. Örneğin; sindirim esnasında eğer besinler ağızda ve midede fiziksel olarak parçalanmasaydı, sindirim çok az gerçekleşirdi. Çünkü enzimler dış yüzeyden reaksiyonu ------------------başlatırlar. 23
