Konu anlatımı
Hücrelerdeki tepkimeler vücut sıcaklığında ve çok kısa sürede gerçekleşir; bunu sağlayan enzimlerdir. Enzimler olmasaydı bu tepkimelerin çoğu yaşamı sürdürmeye yetmeyecek kadar yavaş olurdu. Bu alt başlıkta enzimlerin yapısını, nasıl çalıştığını ve etkinliklerini değiştiren etkenleri göreceksin.
Enzim nedir?
Enzimler canlı hücrelerde üretilen biyolojik katalizörlerdir. Bir tepkimenin başlaması için gereken enerjiyi (aktivasyon enerjisini) düşürerek tepkimeyi hızlandırırlar. Tepkimeden değişmeden çıkarlar ve tekrar tekrar kullanılabilirler; bu yüzden az miktarda enzim çok miktarda maddeyi dönüştürebilir. Enzimler hücre içinde çalıştığı gibi, uygun koşullar sağlanırsa hücre dışında, örneğin bir deney tüpünde de çalışır. Bazı enzimler tersinir tepkimeleri her iki yönde de hızlandırabilir.
Yapı ve özgüllük
Enzimlerin çoğu proteindir. Bazı enzimler yalnızca proteinden oluşur; bazılarının çalışması için protein kısmına bir yardımcı kısım bağlanmalıdır. Yardımcı kısım bir mineral iyonuysa kofaktör, vitamin gibi organik bir molekülse koenzim adını alır; B vitamininin önemli bir görevi koenzim olarak çalışmaktır. Enzimin etki ettiği maddeye substrat denir. Substrat, enzimin aktif bölge denen ve kendi biçimine uygun bölgesine yerleşir; anahtarın kilide uyması gibi her enzim belirli bir substrata etki eder.
Enzim etkinliğini etkileyen etkenler
Sıcaklık: her enzimin en hızlı çalıştığı bir sıcaklık vardır; insan enzimleri için bu değer 37 °C dolayındadır. Düşük sıcaklıkta enzim etkinliği azalır, ama yapı bozulmaz; ortam ısınınca enzim yeniden çalışır. Bu değerin çok üstünde enzimin üç boyutlu yapısı kalıcı olarak bozulur ve ortam soğusa da enzim çalışmaz. pH: her enzim belirli bir pH aralığında en iyi çalışır; midede çalışan bir enzim asidik, bağırsakta çalışanlar hafif bazik ortamda etkindir. Uygun olmayan pH enzimin yapısını bozar.
Substrat miktarı: enzim miktarı sabitken substrat arttıkça tepkime hızı artar; bütün enzimlerin aktif bölgeleri dolunca hız sabitlenir. Enzim miktarı: substrat yeterliyse enzim arttıkça tepkime hızlanır. Su: enzimler sulu ortamda çalışır; su oranı çok düşük olan kuru tohumlarda enzim etkinliği çok azdır. Engelleyici maddeler: cıva, kurşun gibi ağır metaller ve bazı zehirler enzimin çalışmasını engeller. Bazı iyonlar ise enzim etkinliğini artırır.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. Aynı miktarda enzim ve substrat içeren üç tüpten biri 5 °C'de, biri 37 °C'de, biri 80 °C'de 10 dakika bekletiliyor. Enzim insan vücudundan elde edilmiştir. Sonra üç tüp de 37 °C'ye getiriliyor. Tüplerdeki ürün miktarları ve sonraki durumları nasıl olur?
Çözüm. İlk 10 dakikada en çok ürün 37 °C'deki tüpte oluşur, çünkü insan enzimleri bu sıcaklık dolayında en hızlı çalışır. 5 °C'de enzim yavaş çalışır ve az ürün oluşur, ama enzimin yapısı bozulmamıştır. 80 °C'de enzimin üç boyutlu yapısı kalıcı olarak bozulur ve ürün oluşumu çok kısa sürede durur. Tüpler 37 °C'ye getirilince 5 °C'deki tüpte enzim yeniden hızla çalışır; 80 °C'deki tüpte ise enzimin yapısı geri dönmediği için tepkime yeniden başlamaz.
Örnek 2. Enzim miktarı sabit tutulan bir deneyde substrat miktarı giderek artırılıyor. Tepkime hızı nasıl değişir? Grafiği sözle açıklayınız.
Çözüm. Başlangıçta substrat azken enzimlerin çoğu boştadır; substrat eklendikçe daha çok enzim çalışır ve tepkime hızı artar. Substrat çoğaldıkça bütün enzimlerin aktif bölgeleri dolar. Bu noktadan sonra substrat eklemek hızı artırmaz; tepkime hızı-substrat miktarı grafiği önce yükselen, sonra yatay devam eden bir eğri olur. Hızı yeniden artırmak için enzim miktarını artırmak gerekir.
Sık yapılan hatalar
- Düşük sıcaklığın enzimin yapısını kalıcı olarak bozduğunu sanmak.
- Enzimlerin tepkimede harcandığını düşünmek; enzim tepkimeden değişmeden çıkar.
- Substrat arttıkça hızın sınırsız arttığını sanmak; aktif bölgeler dolunca hız sabitlenir.
- Enzim: aktivasyon enerjisini düşüren, tekrar kullanılabilen, substrata özgü biyolojik katalizör.
- Yardımcı kısım: mineral iyonu (kofaktör) ya da vitamin gibi organik molekül (koenzim).
- Düşük sıcaklık yavaşlatır; yüksek sıcaklık ve uygun olmayan pH yapıyı bozar.