Enzimler, canlılarda gerçekleşen kimyasal tepkimeleri hızlandıran ve “biyolojik katalizör” olarak tanımlanan protein yapılı moleküllerdir. Sindirimden solunuma, bitki tohumlarının çimlenmesinden hücresel solunum yan ürünlerinin zararsız hâle getirilmesine kadar birçok süreçte görev alırlar. Örneğin, oda sıcaklığında bekletilen tohumların, daha soğuk bir ortamda bekletilen tohumlara göre daha hızlı çimlendiğini günlük hayattan gözlemleyebilirsiniz. Bu durum, sıcaklık farkının enzimlerin çalışmasını doğrudan etkilediğine bir örnektir.
Enzimlerin canlılarda oynadığı rolü anlamak, farklı ortamlarda nasıl davrandıklarını ve hangi koşullarda maksimum verimle çalıştıklarını bilmek açısından önemlidir. Günlük hayatta ekmek yaparken mayanın kabarması, sütü peynir yaparken pıhtılaştırmak için kullanılan maddeler gibi pek çok örnek, enzimlerin aktif hâle gelip ürünü dönüştürmesini içerir.
Enzimlerin Görevleri
- Reaksiyon hızını canlılar için uygun bir seviyeye indirmek.
- Reaksiyonun başlaması için gerekli aktivasyon enerjisinin düşürülmesi. Böylece canlı daha az enerji harcayarak tepkimeyi başlatır.
- Reaksiyon oluşurken açığa çıkan enerjinin canlıya zarar vermeyecek düzeyde tutulmasını sağlamak.
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 Temel Özellikleri
Enzimlerden etkilenen maddeye substrat denir.
Enzimler, kendilerine özgü üç boyutlu bir yapıya sahiptir. Bu yapı, “aktif bölge” denilen özel bir bölgeyi içerir. Aktif bölge, enzimle etkileşime girecek olan substratın (tepki veren maddenin) bağlandığı kısımdır. Enzim ile substrat arasındaki etkileşim, tıpkı bir kilit-anahtar uyumu gibidir.
- Spesifiklik (Özgüllük): Her enzim belirli bir veya birkaç benzer substratla etkileşime girebilir.
- Aktif Bölge: Enzimin substratı tanıyan ve bağlayan özel yapısıdır.
- Tüketilmezlik: Enzimler reaksiyon sırasında değişmeden kalır, tekrar tekrar kullanılabilir.
Enzim Aktivitesini Etkileyen Temel Faktörler
Enzimlerin çalışma hızını ve verimini birçok etken değiştirebilir. Başlıca faktörler şunlardır:
- Sıcaklık
- pH (Asidik veya bazik ortam)
- Substrat (Tepkimeye giren madde) konsantrasyonu
- Enzim konsantrasyonu
- Ortam koşulları (Basınç, tuz miktarı vb.)
Sıcaklık Etkisi
Enzimler belirli bir sıcaklık aralığında en iyi şekilde çalışır. Bu sıcaklık aralığına “optimum sıcaklık” adı verilir. Canlılarda genellikle optimum sıcaklık, organizmanın yaşadığı ortamın sıcaklığına yakındır. Örneğin, insan vücudundaki enzimlerin çoğu, yaklaşık 37 °C’de en yüksek hızla çalışır.
- Düşük Sıcaklık: Enzim ve substrat moleküllerinin hareket enerjisi azaldığı için tepkime hızı düşer.
- Optimum Sıcaklık: Enzim aktivitesinin en yüksek olduğu sıcaklıktır.
- Yüksek Sıcaklık: Enzim yapısı (protein yapısı) bozulabilir (denatürasyon). Bu bozulma kalıcı olabileceğinden enzim işlevini kaybeder.
Günlük hayatta yiyeceklerin buzdolabında saklanması, enzim faaliyetlerini yavaşlatarak gıdaların bozulmasını geciktirmek içindir. Öte yandan, çok yüksek sıcaklıklarda enzimler bozulacağından, besin değerinde veya ürün kalitesinde değişimler gözlenebilir.
pH Etkisi
pH değeri de enzimlerin üç boyutlu yapısını ve aktif bölgesini etkileyen önemli bir faktördür. Her enzim, en iyi çalıştığı belirli bir pH aralığına sahiptir. Örneğin, midedeki enzimler asidik ortamda (yaklaşık pH 2), bağırsaktaki enzimler ise daha nötr ortamlarda (pH 7-8 civarı) maksimum aktivite gösterir.
- Asidik Ortam (Düşük pH): Enzimin yapısı ve yük dağılımı değişebilir, aktivite azalabilir.
- Nötr veya Hafif Bazik Ortam: Birçok enzimin en yüksek aktivite gösterdiği pH aralığıdır.
- Yüksek Derecede Bazik Ortam: Yine enzimin yapısı bozulabilir, aktivite düşer.
Evde kullandığınız bazı temizlik maddeleri bazik özellikte olup protein ve yağları çözmek için tasarlanmıştır. Bu maddelerle çalışırken ellerinizin tahriş olması, kendi vücudunuzdaki enzim ve proteinlerin bu bazik ortamda zarar görmeye başlamasıyla ilgilidir.
Enzim ve Substrat Miktarı
Enzim ve substrat miktarı tepkime hızını etkiler. Enzim ve substrat miktarına bağlı olarak reaksiyon hızı üç farklı şekilde değişebilir.
- (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.
- (Şekil b) Enzim miktarı sabit, substrat miktarı sürekli artarsa tepkime hızı belirli bir noktaya kadar artar. Tüm enzimler substratları ile birleştiğinde tepkime hızı sabitlenir.
- (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
Enzimler canlıların vazgeçilmez molekülleridir. Sindirim sistemimizden tutun da bitkilerin çimlenmesine kadar birçok hayati süreçte yer alırlar. Enzimlerin çalışma hızını etkileyen ba şlıca faktörlerin (sıcaklık, pH vb.) anlaşılması, hem laboratuvar ortamında hem de günlük hayatta birçok uygulama alanı bulur:
- Gıdaların Saklanması: Düşük sıcaklıkta enzim aktiviteleri yavaşladığı için besinler daha uzun süre taze kalır.
- Tarım ve Endüstri: Tohum çimlendirme, fermantasyon ve biyoteknolojik üretimlerde doğru koşullar seçilerek enzimlerin verimi artırılır.
- Sağlık ve Tıp: Enzim eksiklikleri veya enzim aktivitesindeki bozukluklar birçok hastalığın sebebi olabilir. Dolayısıyla enzimleri doğru anlamak ve ölçmek önemlidir.
