ENZİM – Yaşamdaki Yeri Nedir?!…

“Bir gene, bir enzyme.”
Norman Harold Horowitz

Enzim (enzyme) [*], hemen hepsi protein yapısında olan, doğal olarak yalnız canlılarca sentezlenebilen biyolojik katalizörlerdir.

Canlıda her enzim proteinden yapılmıştır. Her protein bir gen tarafından programlandırılarak görevlendirilmiştir. Buna bir gen, bir enzim hipotezi denir. Genler, sentezletmiş olduğu proteine ne yapacağı konusunda kodlanmıştır.

Enzimlerin büyük çoğunluğu protein olmakla birlikte, ribozim adlı bazı RNA molekülleri de tepkimeleri katalizler, bunun en iyi bilinen örneği ribozomu oluşturan bazı RNA’lardır.

Hücre içinde meydana gelen, yaşamın kendisini oluşturan, binlerce kimyasal tepkimenin hızı ile özgüllüğünü düzenlerler. Çok kez hücre dışında da etkinliklerini korurlar. Aynı enzim farklı hücre ya da doku tiplerinde de katalizör görevi üstlenebilir. Bu durumda üç boyutlu yapısı farklı, ancak görevleri aynı olan izoenzimler‘den söz edilir.

Canlı hücrelerdeki bu kimyasal tepkimeler çoğunlukla 20-42 0C arasında meydana gelir.

Enzimlerin çoğu protein yapısındadır ya da bir bölümleri proteindir. Enzimin etki ettiği bileşiğe “Substrat”, enzimin saniyede etki ettiği substrat molekül sayısına “Enzimin Etkinlik Değeri = Turnover sayısı” denir. Kuramsal olarak enzimli tepkimeler dönüşümlüdür. Enzimler, aktivasyon enerjisini düşürerek, zor, uzun sürede gerçekleşecek olan tepkimeleri çok kısa sürede, az enerji harcanarak yapmayı sağlarlar.

Enzimler yapı olarak iki kısımda incelenir: Basit enzimler ile bileşik enzimler.

Basit Enzimler sadece proteinden meydana gelmiş enzimlerdir.Bunlara en iyi örnek sindirim enzimleri ile üreyi parçalayan üreaz enzimleridir. Burada tepkime doğrudan protein bölümünce yürütülür.

Bileşik Enzimler iki bölümden oluşur :
Protein + Vitaminler,
Protein + Mineral maddeler ya da metal iyonları.

Bu enzimlerin protein bölümüne apoenzim, vitamin bölümüne koenzim ya da prostatik grup denir. Metal iyonları ile mineral maddeler gibi bölümlerine de enzim aktivatörleri denir.

Bileşik enzimler ayrı ayrı görev yapamazlar. Çünkü enzimin etki edeceği maddeyi protein bölümü belirler. Koenzim reaksiyonu gerçekleştirir. Organizmalarda vitamin ya da metal iyonları eksik olursa protein bölümleri tepkimeyi gerçekleştiremez. Bundan ötürü canlı hastalanır.

Enzimler; etki ettiği maddenin sonuna “ase=az” eki getirilerek ya da katalizlediği tepkimenin türüne göre adlandırılırlar. Enzimler genel olarak şöyle sınıflandırılabilirler :

Oksidoredüktazlar
Transferazlar
Hidrolazlar
Liazlar
İzomerazlar
Ligazlar (Sentetazlar)

Enzimler canlıların içinde çok çeşitli işlevlere sahiptir. Hücredeki diğer işlevlerin düzenlenmesi ile sinyal iletimi başlıca kinaz ile fosforilazlar aracılığıyla gerçekleşir. Hareket sağlamak da enzimler sayesinde olur, miyozin tarafından ATP hidrolizi sonucunda kas kasılır, hücre iskeleti tarafından da hücre içinde yük taşınır.

Hücre zarında yer alan başka ATPazlar arasında aktif taşıma yapan iyon pompaları sayılabilir. Ateş böceklerinde lüsiferaz tarafından ışık üretimi gibi daha egzotik işlevler de enzimlerce yürütülür. Virüsler hücreleri enfekte etmek için (AIDS virüsündeki HIV entegraz ile ters transkriptaz gibi) ya da hücreden virüslerin salınması için (influenza virüsündeki nöraminidaz gibi) kendi enzimlerini kullanırlar.

Enzim nicelikleri, öteki kimyasal bileşikler gibi, molar birim ile anlatılabilir ya da aktivite cinsinden enzim birimi ile ölçülebilir.

Bu kısa açıklamadan da anlaşılacağı gibi enzimler sağlığın, dahası yaşamın tam da kendisini oluşturmaktadırlar. Çünkü yaşamı yapan, meydana getiren bütün olaylar, basit ya da karmaşık kimyasal tepkimelerdir.

Kimyasal olaylar sudaki çözeltilerde gerçekleşebildiği için, vücudümüzün % 70 i sudur. Kimyasal tepkimeler belli bir sıcaklıkta olabileceğinden canlıların vücut içi ısıları normalde 37 C dolayındadır (36 C ile 41 C arası).

Her katalizör gibi enzimler de bir tepkimenin aktivasyon enerjisini (Ea ya da ΔG‡) azaltarak çalışır. Böylece tepkime hızını çarpıcı biçimde artırır. Çoğu enzim tepkimesi, ona karşılık gelen, katalizlenmeyen tepkimeden milyonlarca kez daha hızlıdır.

Bütün öteki katalizörler gibi enzimler de katalizledikleri tepkime sonucunda tükenmez, bu tepkimelerin dengesini değiştirmez. Ancak, öteki çoğu katalizörden farklı olarak enzimler çok daha özgüldür (spesifiktir). Enzimlerin 4000′den fazla biyokimyasal tepkimeyi katalizlediği bilinmektedir.

Enzimlerin etkinliği başka moleküllerce etkilenebilir. İnhibitörler enzim aktivitesini azaltan moleküllerdir, aktivatörler ise enzim aktivitesi artıran moleküllerdir. Etkinlik ayrıca sıcaklık, kimyasal ortam (örneğin pH) ile substrat konsantrasyonunca etkilenir.

Bazı enzimler endüstriyel amaçla kullanılırlar, örnekse antibiyotik sentezinde. Ayrica bazı ev ürünlerinde biyokimyasal tepkimeleri hızlandırmak için enzim kullanılır (örnekse, çamaşır tozunda bulunan enzimler lekelerdeki protein ile yağları parçalar).

Enzim etkinliğinin kontrolü homeostaz için zorunlu olduğu için, kritik bir enzimdeki herhangi bir bozukluk (mutasyon, aşırı üretim, az üretim ya da yokluk) genetik hastalığa yol açabilir. Vücudumuzdaki binlerce enzimden bir tanesinin bozuk çalışmasının ölümcül bir hastalığa yol açabilmesi enzimlerin ne derece önemli olduklarını gösterir.

Bunun bir örneği, fenilketonuria hastalığının en yaygın olan tipidir. Fenilalanin yıkımının ilk adımını katalizleyen Fenilalanin hidroksilaz enziminin bir amino asidindeki mutasyon, fenilanin ile ilişkili ürünlerin vücutta birikimine yol açar. Hastalık iyileştirilmezse, bu zekâ geriliğine yol açar.

Öteki bir örnek, DNA tamir enzimlerinin genlerinde germ hücresi mutasyonları olunca, kseroderma pigmentosum gibi kalıtsal kanser sendromlarına neden olmasıdır. Bu enzimlerdeki kusurlar kansere yol açar. Çünkü vicut genomdaki mutasyonları daha zor tamir edebilir. Bu yüzden mutasyonlar yavaş yavaş birikir. Bu da hastada çok çeşitli kanser tiplerinin gelişmesiyle sonuçlanır.

Enzimlerde gerçekleşen değişiklikler hastalıklara yol açabileceği gibi, işlevlerini kitle halinde yürütemez olmaları yaşamla bağdaşmaz. Bu durumda kişi yaşamını yitirir.

Çünkü yaşam dediğimiz biyolojik olay, birbirini izleyen, basit ya da karmaşık kimyasal olaylar dizgesinden ibarettir.

Ölüm enzimlerin işlevlerinin durması sonucu gelir!…

[Bazı alıntılarla telif edilmiştir.]

——————————————————

[*] 1700′lerin sonlarında mide salgılarınca etin sindirildiği, tükürük ile bazı bitki özütlerinin nişastayı şekerlere dönüştürdüğü biliniyordu. Ancak, bunun hangi düzenekle olduğu bilinmiyordu.

19. yüzyılda, Louis Pasteur, maya etkisiyle şekerin alkole dönüşmesini (fermantasyonu) araştırırken, fermantasyonun maya hücrelerinde bulunan bir canlı güç ile meydana geldiği sonucuna vardı. “Ferment” diye adlandırdığı bu etmenler sadece canlılarda işlev gördüğü düşünülüyordu.

Pasteur, “alkol fermantasyonu yaşam ve maya hücrelerinin organizasyonu ile bağıntılıdır, hücrelerin ölüm ve çürümesiyle değil” diye yazmıştır. 1878′de Alman fizyolog Wilhelm Kühne (1837–1900) ilk kez enzim terimini kullandı; sözcük Yunanca ἔνζυμον’den (“maya içinde”) türetilmişti, söz konusu süreci betimlemek için. Daha sonraları enzim sözcüğü canlı olmayan bileşikler (örnekse pepsin) için kullanılmış, canlılarca üretilen kimyasal aktiviteler için de “ferment” sözcüğü kullanılmaya başlanmıştır.

1897′de Eduard Buchner içinde canlı hücre bulunmayan maya özütünün (ekstresinin) şekeri fermante etme yeteneği olduğunu gösterdi. Sükroz şekerinin fermantasyonuna yol açan enzime “zimnaz” adını verdi. 1907′de “biyokimya araştırmaları ve hücresiz fermantasyonu keşfi için” Nobel Kimya Ödülünü kazandı. Buchner’in örneği izlenerek enzim adları katalizledikleri tepkimelere göre adlandırılır. Tipik olarak substratın ya da reaksiyon tipinin adının sonuna -az eklenir. Örnekse, laktaz, laktozu parçalayan enzimdir, DNA polimeraz, DNA polimerleri oluşuran enzimdir.