Bir molekül glikozu vücut dışında yakmak için yaklaşık 160 °C gerekir. Aynı iş senin hücrende 36,5-37 °C'de olur. Farkı yaratan şey enzimlerdir: tepkimenin aktivasyon enerjisini düşürürler. Enzimler olmasaydı vücudundaki üre yaklaşık üç yüz yılda parçalanırdı.
Kimyasal tepkimelerin başlayabilmesi için dışarıdan alınması gereken en düşük enerji miktarına aktivasyon enerjisi denir. Tepkimenin gerçekleşmesi için gerekli olan aktivasyon enerjisini düşüren, tepkimeyi hızlandıran ve tepkimelerden değişmeden çıkan maddelere katalizör adı verilir. Canlı sistemlerdeki biyolojik katalizörler enzimlerdir.
Enzimler reaksiyonun gerçekleşmesi için gerekli enerjiyi sağlamaz; ancak tepkimenin aktivasyon enerjisini düşürerek reaksiyonların daha düşük enerjiyle daha hızlı gerçekleşmesini sağlar.
Grafikte gördüğün gibi başlangıç ve bitiş yükseklikleri aynıdır — değişen tek şey aradaki tepenin yüksekliğidir.
Enzimler basit enzim (pepsin, üreaz, nükleaz gibi) ve bileşik enzim (karbonik anhidraz) olarak ikiye ayrılır. Aşağıdaki şemada parçalarını inceleyebilirsin.
Sadece protein kısmından oluşur.
Örnek: pepsin, üreaz, nükleaz.
Protein kısmından ve yardımcı kısımdan oluşur. Protein olan kısmına apoenzim, yardımcı kısmına kofaktör adı verilir. Apoenzim ve yardımcı kısım birlikte holoenzimi (bileşik enzim) oluşturur.
Örnek: karbonik anhidraz.
Yardımcı kısım organikse — örneğin B grubu vitaminleri — koenzim adı verilir.
Yardımcı kısım inorganikse — örneğin K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ metal iyonları — kofaktör adı verilir.
Apoenzim, enzimin hangi maddeye etki edeceğini belirler yani substratı tanır. Asıl etkiyi yardımcı kısım yapar yani substratı ürüne dönüştürür.
Bir apoenzim sadece bir çeşit koenzim veya kofaktörle çalışırken, bir koenzim veya kofaktör değişik apoenzimlerle çalışabilir.
Enzim ile substratı arasında anahtar-kilit ilişkisi vardır. Her enzim her substrata etki etmez; enzimler substratlara özgüdür. Enzim substratına bağlanarak enzim-substrat kompleksi oluşur; enzimin substratına bağlandığı bölgeye aktif bölge denir. Aşağıdaki animasyonda doğru substratı seç.
Bazı enzimler çift yönlü çalışabilir yani tersinirdir. Alyuvarlarda bulunan karbonik anhidraz enzimi karbondioksitle suyu birleştirip karbonik asit oluştururken, karbonik asidi karbondioksite ve suya da çevirdiğinden çift yönlü çalışan tersinir bir enzimdir.
Doku kılcallarında ileri, akciğer kılcallarında geri.
Karaciğerde hidrojen peroksiti (H₂O₂) parçalayan katalaz ve sindirim olaylarını gerçekleştiren sindirim enzimleri gibi bazı enzimler bu kurala uymaz yani tersinir olarak çalışmaz. Tepkimeleri tek yönlüdür.
Enzimler sadece hücre içinde üretilir ancak hem hücre içinde hem de hücre dışında çalışabilir. Örneğin sindirim enzimleri hem hücre içinde hem hücre dışında çalışabilir.
Bazı enzimler substratının sonuna "az" eki getirilerek adlandırılır: lipaz lipitlere, maltaz maltoza, sükraz sükroza etki eder. Tripsinojen ve pepsinojen gibi bazı enzimler ise inaktif hâllerinin sonuna "jen" eki getirilerek adlandırılır; aktifleştiklerinde "jen" eki gider, tripsin ve pepsin adını alır.
Enzimler takım hâlinde çalışır. Bir enzimin ürünü kendinden sonraki enzimin substratıdır. Örneğin amilaz enziminin son ürünü olan maltoz, maltaz enziminin substratıdır. Maltazın son ürünü ise glikozlardır.
Son ürünlerin ortamda birikimi enzimatik tepkimelerin hızını azaltır. Bu nedenle enzimatik reaksiyonlar feed back (geri besleme) ile düzenlenir.
Solunum enzimleri gibi bazı enzimler vücudun tüm hücrelerinde bulunur. Substratın yüzeyi ne kadar geniş olursa enzim etkinliği de o kadar hızlı olur.
Sıcaklık, pH, enzim miktarı, substrat miktarı, su miktarı ve substrat yüzeyi. Soldaki listeden bir faktör seç; grafiğini ve günlük hayattaki karşılığını gör.
Enzimin çalışma hızını artıran maddelere aktivatör denir. Pepsinojen, mide hücreleri tarafından üretilen inaktif bir enzimdir. Mide öz suyunda bulunan hidroklorik asit (HCl), inaktif olan pepsinojeni aktif pepsin durumuna getiren bir aktivatör maddedir. Su miktarındaki artış belli değerlere kadar aktivatör etki yapar. Bileşik enzimlerin yapısındaki kofaktör ya da koenzimler de bir aktivatördür.
Enzimlerin etkinliğini yavaşlatan ya da durduran maddelere inhibitör denir. İnhibitörlere siyanür, cıva, kurşun, kadmiyum ve arsenik gibi ağır metaller; tarım ilaçları, yılan, akrep ve örümcek zehri örnek olarak verilebilir. Yüksek sıcaklık, pH, ışık değişimleri de inhibitör etkisi gösterir. Örneğin ultraviyole ışınlar amilaz enzimini inhibe eder.
Enzimler canlılığın devamı için çok önemlidir; ama etkileri hücrenin dışına da taşar: turşudan reçele, antibiyotikten petrol temizliğine kadar.
Enzimler reaksiyonun gerçekleşmesi için gerekli enerjiyi sağlamaz ancak aktivasyon enerjisini düşürerek reaksiyonların daha düşük enerjiyle daha hızlı gerçekleşmesini sağlar. Enzimler olmasaydı vücudumuzdaki üre yaklaşık üç yüz yılda parçalanırdı.
Aktivasyon enerjisi enzimlerle düşürülmeseydi vücutta biyokimyasal reaksiyonlar hücrelere zarar verecek kadar yüksek sıcaklıklarda gerçekleşecekti. 1 molekül glikozun vücut dışında yakılması için gereken sıcaklık yaklaşık 160 °C iken canlı hücrelerde enzimler sayesinde 36,5-37 °C'de yakılır.
Kas kasılması, sinirsel iletim, protein sentezi, büyüme, üreme, hücre bölünmesi gibi birçok metabolik reaksiyon enzimler ile gerçekleştirilir.
Enzimler 0 ve eksi sıcaklıklarda çalışmaz yani inaktiftir, ama protein yapıları bozulmaz. Ortam ısıtılırsa tekrar çalışır. Bu yüzden gıdalar düşük sıcaklıkta bozulmadan uzun süre saklanır.
Süt kaynatıldığında içindeki mikroorganizmaların enzimleri bozulur ve süt ekşimeden saklanabilir. Buradaki bozulma geri dönüşsüzdür: yapısı tamamen bozulan enzim, ortam uygun sıcaklığa getirilse bile çalışamaz.
Su oranı %15'in altına düşürüldüğünde enzimler çalışamaz ve mikroorganizmalar üreyemez. Kurutulmuş gıdalar, bal ve reçel bu yüzden bozulmadan uzun süre saklanır.
Besinlerin iyice çiğnendikten sonra yutulması, substrat yüzeyini artırdığından sindirim tepkimelerini hızlandırır. Kıyılmış etin yüzeyi doğranmış etten fazla olduğundan sindirim enzimleri köfteyi kuşbaşı etten daha hızlı sindirir.
Midede çalışan pepsin asidik ortamda, bağırsakta görevli tripsin ise pH değeri 8 olan bazik ortamda çalışır. Aynı vücutta iki farklı optimum pH — bu yüzden sindirim iki ayrı odada yapılır.
Kimyasal temizlik malzemelerinin üretiminde enzimler kullanılır. Lekedeki protein ve yağı parçalayan enzimler, düşük sıcaklıkta yıkamayı mümkün kılar.
Köpürmenin sebebi katalaz enzimidir: hidrojen peroksiti (H₂O₂) suya ve oksijene parçalar. Katalaz tersinir çalışmaz, tepkimesi tek yönlüdür.
Alyuvarlardaki karbonik anhidraz doku kılcallarında CO₂ ile suyu birleştirip karbonik asit yapar, akciğer kılcallarında ise tersini yapar. Tersinir çalışan enzimin klasik örneğidir.
Siyanür, cıva, kurşun, kadmiyum ve arsenik gibi ağır metaller ile tarım ilaçları, yılan, akrep ve örümcek zehri inhibitördür: enzimlerin etkinliğini yavaşlatır ya da durdurur.
20 sorudan oluşan bu test ile "Enzimler" ünitesini ne kadar kavradığını gör.
Enzim bu enerjiyi DÜŞÜRÜR; enerjiyi kendisi SAĞLAMAZ. Tepkimeden değişmeden çıkan hızlandırıcıya katalizör denir; biyolojik katalizörler enzimlerdir.
Basit enzim yalnızca protein (pepsin, üreaz, nükleaz). Bileşik enzim protein + yardımcı kısım (karbonik anhidraz).
B grubu vitaminleri koenzim; K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ metal iyonları kofaktördür. Apoenzim substratı TANIR, yardımcı kısım ürüne DÖNÜŞTÜRÜR.
Enzimler substratlara özgüdür. Enzim-substrat kompleksi oluşur, ürün çıkar, enzim değişmez ve tekrar kullanılır.
Karbonik anhidraz tersinirdir. Katalaz ve sindirim enzimleri tek yönlüdür. Enzimler sadece hücre içinde üretilir, içeride ve dışarıda çalışabilir.
Bir enzimin ürünü sonrakinin substratıdır (amilaz → maltaz). Son ürün birikimi hızı azaltır: feed back (geri besleme).
0 ve altında inaktif ama yapı bozulmaz; optimum aşılırsa yapı bozulur ve geri dönmez. Pepsin asidik, tripsin pH 8 bazik ortamda çalışır.
Su %15'in altına düşerse enzim çalışmaz (bal, reçel, turşu, kuru gıda). Substrat yüzeyi arttıkça tepkime hızı ve ürün miktarı artar (köfte vs kuşbaşı).
HCl pepsinojeni aktif pepsine çevirir; kofaktör ve koenzimler de aktivatördür. Siyanür, cıva, kurşun, kadmiyum, arsenik, tarım ilaçları ve zehirler inhibitördür.