Canlıların Temel Bileşenleri: Enzimler – Hormonlar – Vitaminler

Canlıların vücutlarında gerçekleşen tepkimelere biyokimyasal reaksiyonlar denir. Vücutta gerçekleşen yaşamsal tepkimelerin tamamı biyokimyasal reaksiyondur ve bu reaksiyonlar enzimler sayesinde hızlı gerçekleşir.

Enzimler

Enzim: Canlı hücrelerde görev yapan ve biyokimyasal tepkimelerin gerçekleşmesi için gerekli olan aktivasyon enerjisini düşüren katalizörlere denir. Enzimler olmasaydı bütün (enzimlerin etki ettiği) tepkimeler çok daha uzun zamanda çok daha az miktarda parçalanırdı. 

Örneğin Karaciğerde üretilen katalaz enzimi; H₂O₂ (hidrojen peroksiti) 1 saniyede 5.000.000 tanesini parçalar. Eğer katalaz enzimi bu tepkimede kullanılmasaydı tepkime 300 yıl sürecek ve sadece 1 tane H₂O₂ molekülü parçalanacaktı.

Enzimler sadece aktivasyon enerjisine etki etmekle kalmaz, aynı zamanda tepkimenin gerçekleşmesi için uygun ortamı yaratır böylece tepkimeler daha hızlı ve ortamın kimyasal dokusunu (örneğin PH’ını) etkilemeden gerçekleşir.

Enzimlerin Görevleri

1. Reaksiyon hızını canlılar için uygun bir seviyeye indirmek.
2. Reaksiyonun başlaması için gerekli aktivasyon enerjisinin düşürülmesi. Böylece canlı daha az enerji harcayarak tepkimeyi başlatır.
3. Reaksiyon oluşurken açığa çıkan enerjinin canlıya zarar vermeyecek düzeyde tutulmasını sağlamak.

Enzim Çeşitleri

• Basit enzimler: Sadece protein kısımdan meydana gelmiş enzimlerdir. Örnek olarak sindirim enzimleri verilebilir.
• Bileşik enzimler: Protein olan esas kısmın yanında protein olmayan organik veya inorganik yardımcı kısımların birlikte bulunmasıyla oluşur. Protein kısmına apoenzim kısım denir. Yardımcı kısmı ise; vitamin bağlanarak (koenzim) veya mineral bağlanarak (kofaktör) oluşabilir.

Enzimlerin Görev ve Özellikleri

• Enzimler protein yapılıdır, yani yüksek sıcaklıkta yapıları bozulur ve çalışamaz duruma gelir. Bu yüzden çoğu canlı yüksek sıcaklıkta ölür.
• Enzimlerin aktiviteleri düşük sıcaklıkta yavaşlar veya tamamen durma noktasına gelir. Buzdolabına konulan sebze-meyvelerin yavaş bozulma sebebi budur.
• Enzimler tepkimeden zarar görmeden çıkar, böylece tepkimelerde tekrar tekrar kullanılabilir.
• Enzimler genellikle takımlar halinde iş yapar. Reaksiyonun her basamağına farklı bir enzim etki edebilir.
• Enzimler DNA şifresine göre ribozomlarda sentezlenir.
• Enzimlerden etkilenen maddeye substrat denir.
• Her hücre kendi enzimini kendisi üretir.
• Her enzim, özel bir substratı etkiler. (Anahtar – kilit uyumu)
• Substratın yüzey artışı, temas yüzeyini arttırdığı için enzim etkinliğini artırır.
• Her enzim özel bir kofaktörle veya koenzimle çalışır.
• Bir kofaktör veya koenzimbirden çok enzimin yardımcı kısmı olabilir.
• Canlı sistemlerdeki hemen hemen her tepkime enzimlerle olur.
• Enzimler %15’in altında su içeren ortamlarda çalışmaz. Turşu, bal, reçel, salamura, kurutma ile saklanan besinlerin bozulmama nedeni budur.

Enzimlerin Çalışma Prensibi

Enzimler substratlarla birleşerek “enzim substrat geçici” kompleksini oluşturmaktadır. Oluşan ara kompleks hızlıca ürüne dönüşür ve enzim hiç bir değişiklik geçirmeden tepkimeden çıkar. Her enzim kendine özgü substratlarıyla tepkime verir. Buna anahtar kilit uyumu da denilebilir.

Enzimlerin Çalışma Hızını Etkileyen Faktörler

Sıcaklık

Enzimlerin en hızlı çalıştığı sıcaklığa optimum sıcaklık denir. İnsan vücudundaki çoğu enzimin optimum sıcaklığı 36 derecedir. Optimum sıcaklıktan uzaklaştıkça enzimin çalışma hızı yavaşlar.

• 0 ºC’ nin altında çoğu enzim çalışmaz ama yapıları bozulmaz (uygun ortamlar sağlanırsa tekrar çalışmaya başlar).
• 55 ºC’ nin üstünde çoğu enzim çalışmaz ve yapıları bozulur yani denaturasyon olur (uygun koşullar sağlansa bile enzim bir daha çalışmaz).

Sıcaklık etkisine verilecek en güzel örnek buzdolabı örneğidir. Buzdolabına koyduğumuz sebze ve meyvelerin geç bozulmalarının nedeni enzim aktivitesinin azalmasıdır. Daha sonra buzdolabından çıkardığımız sebze veya meyveler yine eski hızında bozulmaya başlar.

PH Seviyesi

Bazı enzimler asidik, bazı enzimler bazik ve bazı enzimler de nötr ortamda optimum çalışır. Optimum seviyeden uzaklaştıkça enzimin aktivetesi azalır. Örneğin midedeki proteinlerin sindiriminden sorumlu pepsin enziminin optimum pH noktası 2’dir. Buna karşılık ince bağırsaktaki polipeptitlerin sindiriminden sorumlu tripsin enziminin optimum pH değeri 8’dir.

Su Miktarı

Enzimlerin çalışması için sulu ortama gereksinim vardır. Su oranı hücrede % 15 ‘in altında olursa enzimler görev yapamaz. Bitki tohumlarının kuru ortamda çimlenmemesinin nedeni budur. Ortamdaki su oranının %70′ e karar artması enzimin çalışmasını hızlandırır. %70’ ten sonra reaksiyon sabit bir hızla devam eder.

Enzim ve Substrat Miktarı

Enzim ve substrat miktarı tepkime hızını etkiler. Enzim ve substrat miktarına bağlı olarak reaksiyon hızı üç farklı şekilde değişebilir.

1. (Şekil a) Enzim ve substrat miktarı sürekli artarsa tepkime hızı sürekli artar. Doğal ortamlarda enzim ve substrat miktarı sınırlı olduğu için bu tür tepkime grafiklerine pek rastlanmaz.
2. (Şekil b) Enzim miktarı sabit, substrat miktarı sürekli artarsa tepkime hızı belirli bir noktaya kadar artar. Tüm enzimler substratları ile birleştiğinde tepkime hızı sabitlenir.
3. (Şekil c) Enzim miktarı artarken substrat miktarı sabit ise tepkime hızı belirli bir noktaya kadar artar. Ortamda substrat kalmadığında tepkime durur.

Substrat Yüzeyi

Enzimler, substratın temas noktasından yani dış yüzeyinden içine doğru tepkimeyi gerçekleştirir. Bu yüzden, substratın yüzey genişliğinin artması tepkime hızını arttırır. Aynı miktarlardaki kıymanın, kuşbaşı ete oranla daha kolay sindirilmesi kıymanın yüzeyinin daha geniş olmasından kaynaklanır.

Kimyasal Maddeler

Bazı kimyasal maddeler enzimlerin etkisini hızlandırır. Bu maddelere aktivatör maddeler denir. Örneğin vitaminler enzimlere aktivatör özellik gösterir. Bazı kimyasal maddeler enzimlerin çalışmasını yavaşlatır. Bu tür maddelere de inhibitör madde denir. Kurşun, siyanür, cıva gibi ağır metaller inhibitör özellik gösterir. Birçok reaksiyonda tepkime sonucu oluşan ürün miktarının belli bir değerin üzerine çıkması, ilgili enzimlerin çalışmasını engellemektedir. Bu durumda artan ürün, enzim için inhibitör etki yapmaktadır.

Enzimlerin Kullanım Alanları ve Önemi

Enzimlerin hücre dışında da aktivite gösterebilme ve girdikleri tepkimeden bozulmadan çıkmaları gibi özellikleri sayesinde enzimler bir çok tıp, eczacılık, ilaç sanayi, tedavi ürünleri sanayisinde kullanılabilmektedir. Peynir üretiminden, deri sanayisine kadar çok yaygın sanayi uygulamaları bulunmaktadır.

Hormonlar

Vücudumuzdaki özelleşmiş hücre grupları tarafından üretilip kana salgılanan kimyasal maddelerdir. Vücut içinde organlar arasındaki haberleşmeyi ve koordinasyonu sağlar. Düzenleyici moleküllerdir. Bazıları protein, bazıları streoit, bazıları ise amino asit yapılıdır. Her hormonun kanda belirli bir eşik değeri vardır. Seviyelerindeki azalma ya da çoğalma hastalıklara sebep olur ve ölçülmesi ya da takip edilmesi gereken durumlar olabilir.

Hayvanlarda hormonların üretildiği özelleşmiş hücre gruplarına salgı bezi denir. Bitkilerde salgı bezi yoktur. Bitkisel hormonlar, özel hücre grupları tarafından üretilip taşıma sistemi ile görevli oldukları yere aktarılır.

Vitamin

Vitaminler direnç arttırıcı ve düzenleyici organik moleküllerdir. Sindirilmez, hücrenin yapısına katılmaz ve enerji vermez. Bitkiler ihtiyaç duydukları vitaminleri sentezleyebilirken hayvanlar dışarıdan besinler aracılığıyla almak zorundadır.

Vitaminler yağda ve suda çözünen olmak üzere 2 ana gruba ayrılır. Suda çözünen vitaminler insan vücudunda depolanamaz, bu yüzden düzenli olarak dışarıdan alınmak zorundadır. Yağda çözünebilen vitaminler, yağda depolanabildiği için düzenli olarak sürekli dışarıdan alınmaya ihtiyaç duyulmamaktadır.

Vitaminlerin Genel Özellikleri ve Vitamin Çeşitleri

• Hücrede bulunan bazı enzimlerin yapısına katılarak koenzimleri oluşturur.
• Vitaminler canlı organizmaların sağlıklı olarak büyümesi ve gelişmesi için gereklidir.
• Günümüzde bazı vitaminler sentetik olarak üretilmektedir.
• Vitaminler oksijen, güneş ışığı, ısı, bakır, demir ve benzeri metallerle temas gibi etkileşimler sonucu bozulurlar.

Vitaminler yağda çözünenler ve suda çözünenler olmak üzere iki guruba ayrılır; A, D, E, K vitaminleri yağda çözünürken C ile B vitaminleri suda çözünür.