ENZİMLER

ENZİMLER; Aim. Enzym (n), Fr. Enzyme (f),
İng. Enzymes. Biyokimyâsal reaksiyonları katalizleyen,
protein yapısındaki katalizör maddeler.
Ferment olarak da bilinirler.
Enzimler, canlı hücrelerce genlerin kontrolünde
meydana getirilirler. Enzimlerin yokluğunda,
birçok canlının hayatiyeti için önemli olan
reaksiyonlar, bâzan hızı ölçülemeyecek kadar yavaş
seyreder. Enzimlerin varlığı, reaksiyonların hızını
milyarlarca kere arttırabilir. Enzimler reaksiyonların
dengesini bozmaz. Sâdece hızına tesir
eder. Yaşayan her canlı hücre, bağımsız olsun veya
bir dokunun parçası olsun, varlığı ve üremesi
için gerekli yüzlerce çeşit enzim ihtiva eder. Bâzı
enzimler hücre içindeki alt yapılarda üretilip,
hücre içinde vazife görürken, bâzıları da hücreden
vücut sıvılarına ve boşluklarına (kan, sindirim
sistemi gibi) salgılanırlar.
Her enzim çok özel kimyâsal reaksiyonları
katalizlemek üzere vücuttaki hücreler tarafından
yapılmaktadır. Enzimlerin hormon denilen biyokimyâsal
maddelerce kontrolü ve kendilerine verilen
bu çok özel görevler organizmanın işleyişinde
birinci sırada önemi hâizdir.
Târihçesi: Enzimler ilk olarak 19. yüzyılın
başlarında, Fransız ve Alman kimyâcılar tarafından
tanımlanmıştır. Bu araştırmacılar daha çok şekerin
mayalanması üzerinde çalışmışlardır. 1860’ta
Pasteur mayalanmanın maya hücresi tarafından
yapıldığını ileri sürdü. Enzimlerin protein tabiatında
olduğu 1930’larda gösterildi. Daha sonraları
çeşitli enzimler kristal şeklinde elde edilip tanımlandı.
1960’larda enzimlerin yapıları, amino
asit dizileri tâyin edilmeye başlandı. Biyokimyâsal
genetik alanındaki araştırmaların çoğu enzimlerin
yapımı ve genetik kontrolünü incelemektedir.
Yapısı: Enzimler büyük proteinlerdir. Bu protein
zincirleri çeşitli bükülme ve düğümlenmeler
yaparak vazife görebilecekleri şekillere girerler.
Meydana gelen üç buutlu karışık yapı, çok hassastır.
Zincirin hiçbir kimyâsal bağı rastgele değildir.
Bir enzimin bu özel yapısı (düğümlü ve
kıvrımlı) kuvvetli asit ve alkalitlerle, sıcakla bozulabilir.
55 °C’nin üzerinde enzimler, genellikle
çalışamazlar (yâni bu sıcaklıkların üzerinde pıhtılaşarak
hayâtiyetlerini kaybederler). Yapının bozulması
ile protein çözülür ve enzim vazife görme
kâbiliyetini kaybeder.
Enzimin karmaşık yapısı üzerinde anahtar bölgeler
mevcuttur. Bu bölgelere aktif vazife görenbölge denir. Enzimin reaksiyona soktuğu maddeye,
“substrat” denir. Katalizin meydana gelmesi
için, substratm anahtar bölgeye uyan kısmının buraya
yerleşmesi gerekir. Bu yerleşme için substrat
molekülü ve anahtar bölge arasında molekül seviyesinde
âdeta bir kilit ve anahtar gibi uyum şarttır.
Bu uyumun sağlanmasında moleküllerin elektrostatik
yükleri, suda çözünebilme özellikleri
önemlidir.
Enzimler tek bir protein zincirinden veya bir
kaç zincirin birleşmesinden meydana gelir. Enzimler
protein olmakla birlikte birçoğu protein
olmayan, fakat kataliz için gerekli yapıları ihtivâ
ederler. Bu durumda enzimin protein kısmına apoenzim,
diğer kısmına ise koenzim denir. Koenzim;
bâzan demir, bakır, magnezyum, çinko gibi bir
metal iyonu, bâzan da amino asit olmayan organik
bir maddedir. Organik koenzimler olarak bilinen
maddeler, yapılarında vitaminleri veya mikroorganizmalar
için büyüme faktörü olan maddeleri ihtivâ
ederler. NAD, FAD ve bâzı B vitamini kompleksleri
böyledir.
Enzimlerin yaptığı işin en önemli hususiyeti
çok özel olmasıdır. Bunu enzim proteininin sâhib
olduğu zincirin bükülme, düğümlenmelerinden
meydana gelen üç buutlu yapısı sağlar. Burada
özel kelimesi ile kast edilen enzimin sâdece tek bir
kimyâsal reaksiyonu katalizlemek üzere yapılmış
olmasıdır. Yâni her enzim türü belli bir reaksiyonu
yönetir. Enzimlerin bu hallerine “spesifik özellik”
denir.
Enzim ve substrat arasındaki bu hassas ilişkinin
sağlanması için, enzimin substratım, benzer yapıdaki
diğer maddeler arasından seçebilme kabiliyetinin
olması gerekir. Yâni enzimler kendi substratlarını
çok iyi tanırlar ve bu tanıma işi oldukça
hassastır. Meselâ aynı özellikteki bir bağı parçalayan
birden fazla enzim bağı meydana getiren
amino asit moleküllerini tanıyarak vazife görürler.
Yine pankreasta yapılan tripsin enzimi sadece arginin
veya lizin amino asidinin yaptığı bağları yıkar.
Pankreasta yapılan kimotripsin ise, tripsinin etki
ettiği yere etki etmez. Fakat fenilalanin gibi
suda çözünmeyen amino asit birimlerine karşı etkilidir.
Demek ki vücutta her vazife için ayrı bir enzim
yapan hassas bir düzen mevcuttur. Enzimler
karbon atomlarının üç buutlu yerleşim şekillerini
bile ayırt ederler. Bıpaşırı seçicilik enzim ve substrat
arasındaki çeşitli bağlar sâyesinde meydana gelir.
Enzimdeki bağların meydana getirdiği karışık
yapı enzime ayrı bir hassasiyet sağlar.
Enzimler genellikle üzerine etki ettiği maddenin
isminin sonuna-ase (az) getirilerek adlandırılır.
Meselâ; Sukroz’a etki eden enzimin adı
sukrase (sukraz)’dır. Enzimler çoğunlukla renksizdir.
Ama sarı, yeşil, mavi ve kırmızı olabilirler.Enzimlerin çoğu suda çözülebilir ama bazıları
yağlı proteinlerle bağlı olduklarından çözünmezler.
Bâzı enzimlerin katalitik kâbiliyeti çok üstündür.
Meselâ sığır karaciğerinden elde edilen
ve demir taşıyan bir kataloz enzimi molekülü,
5.000.000 hidrojen peroksit molekülünü 0°C’de
ve bir dakikada bileşenlerine ayırır. Kataloz enzimi
yan ürün olarak çıkan hidrojen peroksiti yok
ederek hücreyi korur. Çoğu enzimler basit olarak
hücrenin stoplazmasma dağılmışlardır. Diğer enzimler
ise belli hücre yapılarına sıkıca yapışıktır,
elde edilmeleri zordur.
Enzim faaliyetlerinin düzenlenmesi: Enzimlerin
faâliyeti çeşitli yollardan kontrol edilir.
Bâzı mekanizmalar enzim yapımını kontrol eden
genler vâsıtasıyla, bâzıları da katalitik reaksiyonu
etkileyerek olur.
Enzimin faaliyetindeki temel nokta, enzim
ve substrat arasındaki özel bağlanmadır. Enzimin
anahtar bölgesine başka maddeler de bağlanıp
substratla yarışa girebilirler. Bu tip yabancı maddelerde
enzimin faaliyetini sağlayan bağlar yoktur.
Böylece enzimlerin faaliyetini engeller. Bu tip
engellemeye “kompetitif inhibisyon” denir ve
mevcut substratm miktarını arttırarak önlenebilir.
Enzimin faaliyetini engelleyen diğer bâzı maddeler
ise substrat miktarını arttırmak ile önlenemeyen
bir engelleme yaparlar. Buna “nonkompetitif
inhibisyon” denir. Aktivatör denilen bâzı
kimyâsal maddeler enzimlerin faaliyetlerini arttırırlar.
Bu maddeler enzim üzerindeki engelleyici
bir maddenin (meselâ bakır, civa, kurşun gibi
bâzı ağır metallerin) yerini değiştirerek vazife
görürler.
Enzim faaliyetinin bilhassa hücre içindeki enzim
sistemlerindeki kontrolünün özel bir önemi
vardır. Allosterik etkileyiciler olarak bilinen bâzı
maddeler birden fazla zincirden meydana gelen enzimlerin
yapılarını değiştirerek etki ederler. Bunlar
bâzan bir metabolik yolda subap vazifesi görerek
üretilen madde miktarını kontrol ederler.
Vücuttaki metabolik sistemlerde bunun çok örneği
görülebilir, tzah edilecek olursa, hücre içinde
belli bir maddenin yapımı için gerekli birçok
olayları ihtivâ eden metabolik yollar mevcuttur. Bu
yollarda çeşitli ara ürünler yapılır. Hücreler ihtiyacı
olan maddeleri gerektiği kadar sentezleyen ekonomik
birimler olduğu için, metabolik yollarda
bu kâideye uyar. Metabolik yoldaki son ürünün
miktarı ara ürünler (allosterik etkileyiciler) tarafından
devamlı kontrol edilirler. Ürün yeterli ise ara
ürünler enzimi engelliyerek yapımı durdururlar.
Enzimlerin faaliyetini arttırmak veya baskılamak
mümkündür. Enzim kontrolündeki yollardan
birisi olan bu özellik enzimlerin sâdece ihtiyaç
olduğu zaman yapılmalarını mümkün kılar.Metabolizmada enzimler: Sindirim ve besinlerin
yakımı büyük ölçüde enzimler vâsıtasıyla
olur. Memelilerde nişastanın yıkımı (parçalanışı)
salya ve pankreastan salman amilaz ile olur. Diyetteki
yağlar pankreastaki lipaz’la yıkılır. Proteinlerin
yıkımı daha karışıktır. Midede pepsinle
başlar, ince barsakta tripsin ve kimotripsin ile devam
eder. Barsak duvarında yapılan bâzı enzimler
de proteinlerin sindiriminde rol alır. Yıkılan maddeler
asetil koenzim-A denen bileşiğe çevrilir. Bu
madde de hücrede su ve karbondioksite yıkılır.
Yıkımda bir dizi solunum enzimleri rol alır. Diğer
yandan da organizma için lüzumlu enerji maddeleri
elde edilir.
Enzimler hücre için gerekli maddelerin, hormonların
sentezinde de temel bir rol alırlar. Bâzı
ilaçlar enzimlerin işleyişini etkilerler. Tabiî antibiyotikler
ise bakterilerin büyümesi için gerekli enzimleri
engelleyerek mikropları öldürürler. Böcek
öldürücü olarak kullanılan çeşitli organik fosfatlar
da insanda sinirlerdeki bâzı enzimleri etkileyerek
felç yaparlar.
Enzimlerin eksikliği veya fazlalığı insanlarda
çeşitli hastalıklara yol açar. Bunların çoğu irsi
hastalıklardır, teşhisi kandaki enzim miktarları tayin
edilerek yapılır. Enzimlerin tedâvide kullanımı
oldukça sınırlıdır.
Enzimler etkilerine göre başlıca üç gruba ayrılırlar:
1. Hidrolazlar: Hidroliz yapan enzimlerdir.
Su almak veya su vermek suretiyle muhtelif bağlan
parçalar veya sentez eder. (Karbonhidrozlar, esterazlar,
proteazlar).
2. Dehidrogenazlar: Bileşiklerden hidrojen
ayıran enzimlerdir.
3. Desmolazlar: Bileşiklerinde iki karbon atomu
arasındaki bağı parçalar.
Enzim konusundaki son gelişmeler: Bâzı
araştırıcılar, enzimlerin aminoasit dizisini değiştirmeye
çalışmaktadırlar. Bunların gâyesi daha etkili
enzimler elde etmektir. Yapılan genetik çalışmalar
yakın bir gelecekte enzim dayanıklılığının
artırılmasını plânlamaktadır. Son kırk, yılda
bakterilerden elde edilen Penisilin miktarı bu metotlarla
10.000 kat arttırılabildi. Sonuçlar henüz
açıklanmamakta, fakat şimdiye kadarki çalışmalar
bir rüya gibi gelen enzimleri değiştirme fikrinin geçerli
olduğunu göstermiştir.
Son yılların önemli keşiflerinden birisi de
“restriksiyon enzimleri “dir. Bu enzimler gen mühendisliğinde
kalıtım bilgilerini taşıyan DNA maddesini
kesmek için kullanılır. Bakteriler, virüslerin
saldırılarından korunmak için bu enzimleri
yapmaktadırlar. Bakteri, virüsün deoksiribonükleik
asidini, (DNA’yı) bölerek virüsü nötralize eder
veya sınırlar. Şimdiye kadar 350’den fazla resrestriksiyon
enzimi bulunmuştur. Bu enzimlerin her
biri belli aralıklarla dâima aynı bölgeden olmak
üzere DNA’yı keserler. Moleküller biyologlar bu
enzimleri kullanarak DNA’nın (genlerin) haritasını
çıkarırlar. Kesilen DNA parçalarının uçları yapışkandır,
başka bir DNA parçasına yapışabilir.
Böylece bu çok önemli özellik sâyesinde değişik
bilgiler ihtivâ eden, yeni genetik maddeler başka
bakterilere aktarılabilmektedir. Değişik özellikler
kazanan bu bakterilerin istenilen proteinleri
yapmaları sağlanmaktadır. Bu metotla laboratuvarda
elde edilemeyen çeşitli hormonlar (büyüme
hormonu, iıisülün vs.) ucuz ve çok miktarda elde
edilmiştir.