9. SINIF BİYOLOJİ · ÜNİTE 21 · ENZİM AKTİVİTESİNİ ETKİLEYEN KOŞULLAR

Hücre içinde enzimlerin çalışmasını etkileyebilecek pek çok faktör bulunur. Sıcaklık, pH değeri, substrat ve enzim miktarı, koenzim ve kofaktörler enzim aktivitelerini etkileyerek metabolik reaksiyonların düzenlenmesini sağlar.

Bu sayfanın planı bu cümledir: sırayla sıcaklık, pH, substrat miktarı, enzim miktarı ve kofaktör-koenzim.

Katalaz enzimi; hücrelerde üretilen, serbest radikallerin etkisini azaltan antioksidan bir enzimdir. Hücrelerde çeşitli reaksiyonlar sonucu oluşan hidrojen peroksit adlı toksik bileşiği su ve oksijene dönüştürerek etkisizleştirir.

Katalazın işi tek satırda: hidrojen peroksit → su + oksijen. Deneyde ölçülen şey de bu oksijendir; ders kitabı beş dakika boyunca açığa çıkan hava kabarcıklarını saydırır. Kabarcık ne kadar çoksa enzim o kadar hızlı çalışıyor demektir.

Hidrojen peroksit, reaksiyon sırasında katalaz enziminin aktif bölgesine bağlanır. Bu bağlanma süreci indüklenmiş uyum veya anahtar-kilit ilişkisi şeklinde gerçekleşebilir. Enzim-substrat ilişkisi sonrası katalitik tepkime gerçekleşir ve hidrojen peroksit, su ve oksijen moleküllerine dönüşür. Bu süreçte katalaz enziminin yapısı ve miktarı değişmez.

Üç terim burada geçiyor ve üçünün de karşılığı var:
Substrat: enzimin üzerinde iş gördüğü molekül — burada hidrojen peroksit.
Aktif bölge: enzimin, substratın oturduğu özel biçimli bölgesi.
Anahtar-kilit: substratın aktif bölgeye ancak uyuyorsa girebilmesi; bu, her enzimin belirli bir substratla çalışması demektir (özgüllük).

Son cümle en önemlisidir: enzimin yapısı ve miktarı değişmez. Yani enzim tepkimede tükenmez, işi bitince serbest kalır ve yeni bir substratla tekrar çalışır. Bir aşçı yemeği pişirir ama yemeğin içine karışmaz.

Düğmelerle sürecin dört aşaması arasında geç. Son aşamada enzimin başlangıçtaki hâliyle aynı olduğuna dikkat et — değişen tek şey substratın ürünlere dönüşmesidir.

Yapar: tepkimenin başlaması için aşılması gereken enerji eşiğini (aktivasyon enerjisi) düşürür, böylece tepkimeyi hızlandırır. Tepkime bittiğinde değişmeden çıkar ve tekrar kullanılır.

Yapmaz: tepkimenin yönünü değiştirmez, ürününü değiştirmez, gerçekleşmesi imkânsız bir tepkimeyi başlatmaz. Katalaz hidrojen peroksidi su ve oksijene çevirir; başka bir ürün üretmez.

“Bir çimlenme deneyinde nemli pamuk arasına yerleştirilen iki grup fasulye tohumundan birinci grup oda sıcaklığında, ikinci grup buzdolabında bekletilir. Oda sıcaklığındaki tohumların buzdolabındaki tohumlardan daha erken çimlendiği gözlenir.”

“Düşük sıcaklıkta pişen yemeğin pişme süresinin uzadığını, yüksek sıcaklıkta ise yemeğin yanabileceğini bilirsiniz.”

Bu iki cümle aslında eğrinin iki yanını anlatıyor: solda yavaşlama, sağda bozulma.

Kaydırakla ortamın sıcaklığını değiştir. Eğri üzerindeki nokta o sıcaklıktaki aktiviteyi, sağdaki şema enzimin o andaki şeklini gösterir. Optimum noktanın solunda ve sağında alt kutuda yazan sebebin değiştiğine dikkat et.

Sıcaklık düştükçe moleküllerin hareket enerjisi azalır. Enzim ile substrat daha seyrek karşılaşır, dolayısıyla birim zamanda daha az tepkime gerçekleşir.

Ama enzim bozulmaz. Deneyde buzdolabındaki tohumlar “daha geç çimlenir” — “hiç çimlenmez” demiyor. Sıcaklık tekrar yükseltilirse enzim eski hızına döner. Bu, geri dönüşlü bir yavaşlamadır.

Optimumu geçtikten sonra aktivite hızla düşer ve bunun sebebi bambaşkadır. Isı, proteinin üç boyutlu yapısını bozar; buna denatürasyon denir. Aktif bölgenin şekli bozulunca substrat artık oraya oturamaz.

Ünite 17’den hatırla: proteinin işlevini üç boyutlu şekli belirler. Şekil giderse işlev de gider. Denatürasyon geri dönüşsüzdür; ortam soğutulsa bile enzim eski hâline dönmez.

Kızarmış bir yumurta akı soğutulduğunda tekrar şeffaf sıvıya dönmez — bu, denatürasyonun mutfaktaki hâlidir.

“Sindirim enzimlerinin çoğu niçin midede çalışmaz?”

Cevap tek kelimede: pH. Her enzimin en hızlı çalıştığı bir optimum pH değeri vardır ve bu değer enzimden enzime değişir. Mide çok asidik bir ortamdır; oraya uygun tasarlanmamış bir enzim orada çalışamaz.

Kaydırakla ortamın pH’ını değiştir. Üç enzimin eğrisi aynı anda çizilir; dikey çizgi seçtiğin pH’ı gösterir. Aynı ortamda bir enzim tepe noktasındayken bir diğeri neredeyse durmuş olabilir — sindirim sisteminin bölmelere ayrılmasının sebebi budur.

Arama kutusuna mide, asidik, lipaz gibi bir kelime yaz. Optimum pH değerleri yaklaşık değerlerdir.

Mideyi düşünüp “asit enzimleri bozar” diye genellemek yaygın bir hatadır. Pepsin midenin en asidik ortamında (pH ≈ 2) en hızlı çalışan enzimdir; onu nötr bir ortama koyarsan durur.

Doğru ifade şudur: her enzim kendi optimum pH’ından uzaklaştıkça yavaşlar; aşırı sapmalarda denatüre olur. “Asidik ortam kötüdür” değil, “yanlış ortam kötüdür”.

Değerlendirme sorusu da bunu ölçüyor: “mide asitliğini değiştirebilecek asitli içecekler tüketilmesinin midedeki sindirim enzimlerinin çalışmasını nasıl etkilediğini açıklayınız.” Midenin pH’ını değiştirmek, oraya uygun enzimi optimumundan uzaklaştırmak demektir.

“Aşçının yemek yapabilmesi için yeterli malzemesi olmalıdır. Malzeme miktarı arttıkça daha fazla yemek yapılabilir fakat bir noktadan sonra mutfaktaki alan ve araçlar sınırlı olduğu için ne kadar çok malzeme olsa da daha fazla yemek yapılamaz. Yeterli malzemenin olduğu durumlarda daha fazla aşçı varsa hazırlanan yemeğin miktarı artar.”

Bu benzetmede malzeme = substrat, aşçı = enzim, hazırlanan yemek = tepkime hızı. İki grafiğin de şeklini bu paragrafta anlatmış oluyor.

Üstteki kaydırak substrat miktarını, alttaki enzim miktarını değiştirir. Sol grafik substrata, sağ grafik enzime bağlı hızı çizer. Enzim miktarını sabit tutup substratı artırdığında bir yerden sonra eğrinin yataylaştığını, substrat bolken enzimi artırdığında ise düz bir doğru gibi yükseldiğini gör.

Ortamdaki enzim sayısı sabittir ve her enzimin bir aktif bölgesi vardır. Substrat azken boş aktif bölge çoktur; her yeni substrat molekülü hemen bir enzim bulur ve hız artar.

Substrat artmaya devam edince bir noktada bütün aktif bölgeler dolar. Artık eklenen her substrat molekülü sıra beklemek zorundadır; hız daha fazla artamaz. Bu noktaya doygunluk denir ve grafik plato yapar.

Mutfak karşılığı: tencere sayısı sabitken malzeme eklemenin bir faydası kalmaz.

Substrat bol olduğu sürece her yeni enzim molekülü kendine iş bulur. Enzim sayısı iki katına çıkarsa hız da yaklaşık iki katına çıkar; bu yüzden grafik doğrusaldır.

Bu doğrusallık substrat tükenene kadar sürer. Substrat biterse hiçbir enzim sayısı hızı artıramaz — çünkü artık iş kalmamıştır.

7. ve 8. deney tüplerinde karaciğer özütü 10 ml’den 5 ml’ye düşürülüyor; ölçülen şey tam olarak enzim miktarının etkisidir.

“Tarımda kullanılmak üzere seçilen çeşitli bitki tohumları özel koşullara sahip (kuru ve serin) tohum depolarında saklanır. Tohumlar uygun nem ve sıcaklık koşulları oluştuğunda çimlenir.”

Depo iki koşulu birden ayarlıyor: kuru ve serin. Serin olmasının sebebini artık biliyorsun — düşük sıcaklık enzimi yavaşlatır. Kuru olmasının sebebi ise şudur: enzim tepkimeleri sulu ortamda gerçekleşir. Su yoksa substrat enzime ulaşamaz, metabolizma neredeyse durur.

Tohumu depoda tutan şey bu ikilidir: enzimler bozulmuş değil, durdurulmuş hâldedir. Nem ve sıcaklık gelince kaldıkları yerden devam ederler — çimlenme budur.

Bu ikisi de etkileyen koşullar arasında sayılır. Karşılıkları şöyledir:

Kofaktör: enzimin çalışabilmesi için gereken, protein olmayan yardımcı. Çoğu mineral iyonudur (demir, çinko, magnezyum, bakır gibi).

Koenzim: kofaktörün organik olanı. Büyük bölümü vitaminlerden türer.

Ünite 19’dan hatırla: vitaminlerin görevlerinden biri enzimlerin yapısına katılmaktı. Zincir şöyle kapanıyor: vitamin eksikliği → koenzim eksikliği → enzim çalışamaz → o metabolik tepkime aksar. Vitamin eksikliği hastalıklarının neden bu kadar çeşitli belirtiler verdiğinin cevabı budur.

Deney düzeneği: maya çözeltisi (katalaz kaynağı) + hidrojen peroksit, ters çevrilmiş dereceli silindirde beş dakika boyunca çıkan hava kabarcıklarını say. Kaydıraklarla koşulları değiştir, kabarcık sayısının nasıl değiştiğini gör.

Kontrol Noktası’nda sekiz deney tüpü var. Tüplerin hepsinde karaciğer özütü ve hidrojen peroksit bulunuyor ama pH, sıcaklık ve enzim miktarı değerleri farklı:

2. tüp: pH 7 · 37 °C · 10 ml özüt — 3. tüp: pH 4 · 37 °C · 10 ml — 4. tüp: pH 7 · 5 °C · 10 ml — 5. tüp: pH 7 · 80 °C · 10 ml — 6. tüp: pH 12 · 37 °C · 10 ml — 7. tüp: pH 7 · 55 °C · 5 ml — 8. tüp: pH 7 · 25 °C · 5 ml. 1. tüpte ise hidrojen peroksit yerine saf su var.

Kural şudur: iki tüp ancak yalnızca TEK bir değişkende farklıysa karşılaştırılabilir. pH’ın etkisini ölçmek için sıcaklığı ve enzim miktarı aynı, yalnız pH’ı farklı tüpler gerekir. 7. ve 8. tüpler ise hem sıcaklıkta hem enzim miktarında 2. tüpten ayrıldığı için sıcaklık karşılaştırmasında kullanılamaz.

1. tüp kontrol grubudur: substrat yoktur, dolayısıyla tepkime olmaz ve balon şişmez. Görevi, gözlenen gaz çıkışının gerçekten enzim-substrat tepkimesinden geldiğini kanıtlamaktır.

Her satır bir tüp çifti, her sütun bir amaç. Hangi çiftin hangi karşılaştırma için kullanılabileceğini işaretle; hücreye tıkladıkça boş → ✓ → ✗ diye döner. Her satırda tam bir doğru sütun vardır.

Sorular ve şıklar her turda karışır.