ENERJİ VE CANLILAR Potansiyel enerji Kinetik enerji

Transkript

1 ENERJİ VE CANLILAR Yaşamak iş yapmaktır. Enerji de iş yapma kapasitesi olarak tanımlanır. Hücreler küçük organik moleküllerden DNA ve proteinler gibi polimerler sentezler, çevreleriyle madde alış verişi yapar, hareket eder ya da biçim değiştirir, büyür ve ürer, kısaca hücreler karmaşık içyapılarını sürdürebilmek için, iş yapmak zorundadır. Hücrelerin iş yapması, enerjiyi bir şekilden (formdan) diğerine dönüştürebilme (değiştirebilme) yeteneklerine dayanır. Hücreler enerjiyi dış kaynaklardan elde etmek zorundadır. Enerji birçok ekosisteme güneş enerjisi halinde girer. Güneş ışığı bitkiler ve diğer fotosentetik organizmalar için enerji kaynağıdır. Hayvanlar ya bitkileri ya da bitkilerle beslenen diğer hayvanları yiyerek enerji sağlar. Hücrelerin organik moleküllerde depolanmış kimyasal enerjiyi nasıl elde ettiklerini ve bu enerjiyi hücresel işlerin çoğunu yürüten ATP molekülünü üretmek için nasıl kullandıklarını, diğer bir deyişle canlı organizmalarda enerjinin dönüşümünü (enerji akışını) inceleyen çalışmalar biyoenerjetik olarak isimlendirilir. Enerji iki şekilde ortaya çıkar: Potansiyel enerji depolanmış enerjidir. Bu enerji cismin durumundan, konumundan ya da yapısı nedeniyle sahip olduğu enerjidir. Örneğin bir barajın arkasında toplanan su, yükseklik nedeniyle enerji depolar. Top yukarı atılınca en üst noktada hızı sıfır olduğu ana kadar potansiyel enerjisi çoğalır, çünkü yer ile olan yüksekliği artmıştır. Bir potansiyel enerji çeşidi olan kimyasal enerji moleküllerdeki atomların düzenlenişlerinden kaynaklanır ve moleküllerde depolanır. Kinetik enerji hareket enerjisidir. Bu enerji cisim hareket ettiği sürece vardır; cisim hızlanınca artar, yavaşlayınca azalır. Hızı sıfır olan bir cismin kinetik enerjisi de sıfırdır. Bir tepenin üzerindeki kaya parçası potansiyel enerjiye sahiptir, tepeden aşağı doğru yuvarlanmaya başladığı zaman potansiyel enerjinin bir kısmı kinetik enerjiye çevrilir. Canlı organizmaların başardıkları işin bir kısmı potansiyel enerjinin kinetik enerjiye dönüşmesini kapsamaktadır. Işık da iş yapmada kullanılabilen kinetik enerji çeşididir. Yeşil bitkilerdeki fotosentez ışık enerjisi ile başarılır. Isı yani termal enerji, moleküllerin rastgele hareketinden kaynaklanan kinetik enerjidir. Enerji mekaniksel enerji, ısı enerjisi (termal enerji), ses enerjisi, elektrik enerjisi, ışık enerjisi, nükleer enerji veya radyoaktif ışıma gibi şekillere (formlara) dönüşebilir. Böyle değişik şekillerde ortaya çıkabilmesi sebebiyle enerji değişik şekillerde ölçülebilir. Enerjinin her şekli ısıya çevrilebildiğinden ısı enerjisi en uygun enerji ölçüm şeklidir. Biyolojide kullanılan ısı birimi kilokaloridir (kcal). (Bir kcal 1000 kaloriye(cal) eşittir ve 1 kalori bir gram suyun sıcaklığını 1 C (celcius) yükseltmek için gereksinim duyulan ısıdır.) Fizikte kullanılan başka bir enerji birimi jul (joule) dür ve kaloriye eşittir. Kimyasal tepkimeler moleküllerdeki atomları moleküllerde depolanmış olan potansiyel enerjiyi kinetik enerjiye dönüştürecek şekilde yeniden düzenlediğinde, kimyasal enerji kullanışlı hale gelir. Bu tip bir dönüşüm örneğin, bir otomobil motorunda benzin içindeki hidrokarbonlar pistonları iten enerjiyi açığa çıkaracak şekilde oksijen ile tepkimeye girdiğinde gerçekleşir. Organizmalar da kimyasal enerjiyi buna benzer biçimde kullanır. Hücre solunumu ve diğer katabolik yollar, şeker ve diğer karmaşık moleküllerde depolanmış olan enerjiyi açığa çıkararak, bu enerjinin hücresel işlerde kullanılmasını sağlar. Merdivene tırmanan bir çocuk, besinlerdeki organik moleküllerde depolanmış olan enerjinin bir kısmını, tırmanma sırasındaki hareketlerin kinetik enerjisine dönüştürür. Bu yakıt moleküllerinde depolanmış olan enerji ise bitkiler tarafından başarılan fotosentez sırasında güneş enerjisinden sağlanır. (Dünyadaki yaşam güneşten gelen enerji akışına bağlıdır. Güneşin dünyamıza sağladığı enerji yılda 13x10 23 kaloriden daha fazladır. Bu enerjinin %30 kadarı uzaya yansır, %20 kadarı atmosferde absorblanır. Dünyanın yüzeyine ulaşan %50 enerjinin bir kısmı yeryüzünde absorblanır ve ısıya dönüştürülür. Çok küçük bir kısım güneş enerjisi de (yaklaşık %1 kadarı) bitkiler, algler ve fotosentetik bakteriler tarafından fotosentez olayı esnasında yakalanır. Fotosentezde güneş ışığının yakalanmasından elde edilen enerji küçük molekülleri (su ve karbondioksit) daha büyük karmaşık moleküllere (şekerler) dönüştürmek için kullanılır. Enerji şeker moleküllerindeki atomlar arasında

2 kovalent bağlarda potansiyel enerji olarak depolanır. Kovalent bağın kuvveti onu parçalamak için gereksinim duyulan enerji miktarı olarak hesap edilir. Örneğin karbon-hidrojen bağlarının bir molünü parçalamak için 98.8 kcal gerekir.) Organizmalar enerji dönüştüren varlıklardır. Evrendeki ve dolayısıyla biyolojik sistemlerdeki enerji dönüşümü termodinamiğin iki kanununa göre işler: (Termodinamik, fiziğin enerji ve enerjinin şekil değiştirmesi ile uğraşan dalıdır. Günümüzde enerji ve entropi bilimi olarak da tanımlanmaktadır.) Termodinamiğin Birinci Yasası (Entalpi) Termodinamiğin birinci yasasına göre, Evrenin enerjisi sabittir. Enerji aktarılabilir ve dönüştürülebilir, ancak yeniden yaratılamaz ya da yok edilemez. Bu yasa enerjinin sakınımı prensibi olarak da bilinir. Elektrik şirketi enerji üretmez, enerjiyi kullanışlı bir forma dönüştürür. Işığı kimyasal enerjiye dönüştüren bir yeşil bitki enerji üreticisi değil, enerji dönüştürücüsüdür. Enerji değişik formlarda depolanabilir ve daha sonra diğer formlara dönüşebilir. Örneğin bir otomobilin motorunda benzinin kimyasal bağlarında depolanmış enerji otomobilin hareket etmesini sağlayan kinetik enerjiye dönüşür. Benzer şekilde canlılar karbonhidratları parçaladıkları zaman kimyasal bağlarda depolanmış olan enerjiyi mekanik enerjiye, elektriksel impulslara, ısıya ve ışık enerjisine çevirir. Bu enerji dönüşümlerinde enerji ne yaratılmaktadır ne de yok edilmektedir. Termodinamiğin İkinci Yasası (Entropi) Enerji bir başka biçime dönüşürken yüzde yüz bir dönüşüm gerçekleşmez; ortada hiçbir zaman kullanılamayacak bir enerji biçimi, düzensizlik, entropi ortaya çıkar. Evrenin entropisi sürekli artar. Enerji dönüşümlerinin çoğunda enerjinin bir kısmı ısıya dönüşür. Bir arabanın yakıt deposunda depolanmış kimyasal enerjinin sadece %25 i arabanın hareketine dönüştürüldüğü halde, geriye kalan %75 lik kısmı motordan ısı olarak kaybolur. Bu ısı hızla çevreye yayılır. Benzer şekilde canlılar da besinlerde depolanmış enerjinin sadece belirli bir kısmını kinetik enerjiye dönüştürür, diğer kısmı ısıya dönüşür. (Kalabalık bir odanın sıcak hale gelmesinin nedeni budur.) Bir sistemin ısıyı iş yapmada kullanabilmesi, yalnızca sıcaklık farklılığı olduğu zaman mümkündür. Sıcaklık farklılığı ısının sıcak yerden soğuk yere doğru akmasıyla sonuçlanır. Canlı hücrenin içinde olduğu gibi tekdüze bir sıcaklık varsa, ısı enerjisi sadece madde kütlesini, örneğin bir organizmayı ısıtmak için kullanılabilir. Termodinamiğin birinci ve ikinci yasalarını birleştirerek şu sonuca varabiliriz: Evrendeki enerji miktarı sabittir ancak, enerjinin niteliği sabit değildir. Canlı sistemler çevrelerinin, dolayısıyla evrenin entropisini artırır (Sistem, kütle ve enerji dönüşümlerinin incelendiği bölge olarak tanımlanır. İncelenen sistemin dışında kalan ve sistemin üzerinde etkisi olan her şeye de çevre denir. Evren, sistem ve çevreden oluşur.) Hücreler daha az organize yapıdaki (daha az düzenli) başlangıç maddelerini (atom ve moleküller) kullanarak, düzenli yapılar oluşturur. Örneğin, amino asitler özgün diziler şeklinde düzenlenerek polipeptit zincirleri yapılır. Ancak bir organizma çevreden düzenli haldeki madde ve enerjiyi de alır ve bunları daha az düzenli formlara çevirir. Örneğin bir hayvan yediği besinle nişasta, protein ve diğer karmaşık molekülleri alır. Katabolik yollar bu molekülleri yıktığında, bu hayvan çevreye karbon dioksit ve su verir. Bu küçük ve basit moleküller besinin içerdiğinden daha az kimyasal enerji depolar. Kimyasal enerjinin tükenişi, metabolizma sırasında üretilen ısının sorumlusudur. Geniş ölçekte, enerji bir ekosisteme ışık formunda girer ve ekosistemden ısı şeklinde çıkar. Bu nedenle, biyolojik düzenin evrimi termodinamik yasalarıyla tam bir uyum içindedir. Serbest Enerji Organizmalar serbest enerji harcayarak yaşar. Serbest enerji anlaşılması zor bir kavramdır. Serbest enerji sıcaklığın tekdüze olduğu bir sistemde iş yapmak için var olan enerjidir. Sistemin serbest enerji miktarı G harfi ile sembolize edilir. G nin iki tane bileşeni vardır: sistemin toplam enerjisi (H ile

3 sembolize edilir) ve sistemin entropisi (S ile sembolize edilir). Serbest enerji bu etmenlerle aşağıdaki eşitlik çerçevesinde ilişkilidir: G = H TS Bu eşitlikteki T, Kelvin (K) birimi cinsinden mutlak sıcaklığı gösterir (0 C = 273 K). (Bu eşitlikte sıcaklığın entropiyi artırdığına dikkat ediniz.) Bir sistem başlangıç durumundan farklı bir duruma doğru ilerlerken, serbest enerjideki değişiklik ΔG ile gösterilir: Bunu başka bir şekilde ifade edersek: ΔG = G son durum G başlangıç durumu ΔG = ΔH TΔS Serbest enerji değişikliklerine göre kimyasal tepkimeler, ekzergonik (enerji veren) ya da endergonik (enerji alan) olarak sınıflandırılabilir. Ekzergonik tepkime için ΔG negatiftir (ΔG < O). (Kendiliğinden cereyan eden bir olay için ΔG nin eksi (ΔG < O) bir değere sahip olması gerekir, o nedenle ekzergonik tepkimeler kendiliğinden cereyan eder.) Hücre solunumunu ekzergonik tepkimeye bir örnek olarak verebiliriz: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O [ΔG = -686 kcal/mol (ya da kj/mol)] Standart koşullar altında solunumla yıkılan bir mol (l80 g) glukoz için 686 kcal (ya da 2870 kj) iş enerjisi sağlanır. Enerjinin korunması gerektiğinden, solunum ürünlerinin depoladıkları enerji, reaktantların enerjisinden 686 kcal daha azdır. Endergonik tepkime çevresinden enerji soğuran tepkimedir. Bu tip bir tepkime moleküllerde serbest enerji depoladığı için ΔG pozitiftir. Bu tip tepkimeler kendiliğinden cereyan etmez. Eğer bir kimyasal süreç bir yöne doğru ilerlerken ekzergonik ise bunun zıt yönünde ilerleyen süreç endergonik olmak zorundadır. Solunum için ΔG = -686 kcal/mol olduğuna göre, karbon dioksit ve sudan şeker üreten fotosentez için ΔG = +686 kcal/mol'dür. Bitkilerin yaprak hücrelerinde gerçekleşen şeker üretimi, ışık enerjisinin soğurulmasından güç alan endergonik bir süreçtir. (Diğer bir ifadeyle, güneş ışığı serbest enerji kaynağıdır.) Biyoenerjetiğin temel kuralı enerji eşleşmesidir: Enerji eşleşmesi ekzergonik sürecin endergonik sürecin sürdürülebilmesi için kullanılmasıdır. Hücrelerdeki enerji eşleşmesinin çoğuna aracılık eden molekül ATP dir. ATP Hücreler üç temel iş yapar: 1. Mekanik iş. Kas hücrelerinin kasılması, sil hareketi ve hücre bölünmesi sırasında kromozomların hareketi. 2. Taşıma işi. Bileşiklerin zarlardan kendiliğinden geçiş yönünün tersine yönde pompalanması. 3. Kimyasal iş. Kendiliğinden cereyan etmeyecek olan endergonik tepkimeleri (örneğin monomerlerden polimerlerin sentezi) gerçekleştirmek. Birçok durumda hücresel işlere güç sağlayan enerji kaynağı ATP dir. ATP (adenozin trifosfat) RNA da bulunan nükleotit tiplerinden birisidir. ATP, azotlu baz olan adenine bağlı bir riboz ve bu riboza bağlı üç tane fosfat grubu içerir. ATP deki fosfat grupları arasında yer alan bağlar hidroliz ile kırılabilir. En uçtaki fosfat bağı kırıldığında, bir molekül inorganik fosfat (P i ) ATP den ayrılır ve ATP adenozin difosfat (ADP) haline gelir. Bu tepkime ekzergonik olup, laboratuvar koşullarında bir mol ATP nin hidrolizi 7.3 kcal'lik enerji salar: ATP + H 2 O ADP + P i [ΔG = -7.3 kcal/mol (ya da -31 kj/mol)]

4 Bu değer standart koşullar altında ölçülen serbest enerji değişikliğidir. Ancak hücre içindeki kimyasal ve fiziksel koşullar standart koşullara uymaz. Test tüpünde değil de hücre içinde cereyan eden tepkimenin gerçek ΔG si yaklaşık olarak -13 kcal/mol olup, bu değer standart koşullardaki ATP hidrolizinin saldığı enerjiden %78 daha fazladır. Fosfat bağları çok kırılgandır. Bunun nedeni, üç fosfat grubunun da eksi yüklü olmasıdır: Aynı tipteki bu yüklerin birbirlerine yakın konumda bulundukları için birbirlerini itmesi ATP molekülünün o bölgesinde kararsızlık yaratır ve bağ hidroliz ile kolayca yıkılır. Hücreler özgül enzimlerin yardımıyla ATP hidroliz enerjisini doğrudan doğruya endergonik olaylarla eşleştirme yeteneğindedir. Özgül enzimler bir fosfat grubunu ATP den diğer moleküllere aktararak, enerji eşleşmesini sağlar. Fosfat grubunu alan molekül fosforile olur. Hemen hemen bütün hücresel işler ATP den diğer moleküllere fosfat grubu aktarımı ve bu moleküllerin enerji içeriğinin artmasına bağlıdır. Örneğin ATP kas hareketi için güç sağladığı zaman, kasılma proteinlerine fosfat grupları aktarır. ATP yenilenebilen bir kaynaktır ve ADP ye fosfat eklenmesiyle yeniden oluşturulabilir. ATP nin ADP den yeniden oluşturulması endergoniktir: ADP + P i ATP + H 2 O [ΔG = +7.3 kcal/mol (standart koşullar)] ADP nin fosforilasyonu için gereken serbest enerji hücredeki yıkım tepkimelerinden (katabolizma), özellikle de hücre solunumundan sağlanır. Bitkiler güneş enerjisini de ATP üretmek için kullanır. İnorganik fosfat ve enerjinin bu şekilde gidip gelişi ATP döngüsü olarak adlandırılır ve bu döngü hücredeki enerji gerektiren olayları, enerji üreten olaylara bağlar. ATP döngüsü büyük bir hızla çalışır. Örneğin çalışmakta olan bir kas hücresi, tüm ATP havuzunu bir dakikada yeniler. Bu dönüşüm, her hücrede, her saniye 10 milyon ATP molekülünün kullanılması ve yeniden oluşturulması anlamına gelir. Eğer ATP, ADP nin fosforilasyonu ile yenilenemiyor olsaydı, insanlar her gün hemen hemen vücut ağırlıkları kadar ATP tüketiyor olacaklardı. Oksidasyon - Redüksiyon Kimyasal tepkimelerde, kimyasal bağlarda depolanmış enerji yeni bağlara aktarılır. Bu tepkimelerin bir kısmında, elektronlar bir atom veya molekülden başkasına geçer. Bir atom veya molekül elektron kaybederse, onun oksitlendiği (yükseltgendiği) söylenir ve bu süreç oksitlenme (oksidasyon, yükseltgenme) olarak isimlendirilir. Biyolojik sistemlerde oksijen en yaygın elektron alıcısıdır. Bir atom veya molekül elektron kazandığı zaman redüklendiği (indirgendiği) söylenir ve olay redüksiyon (indirgenme) olarak adlandırılır. Oksitlenme sırasında bir atomun kaybettiği her bir elektronun redüklenme esnasından başka bir atom tarafından kazanılması sebebiyle oksitlenme ve redüklenme daima birlikte ortaya çıkar. Bu yüzden bu çeşit kimyasal tepkimeler oksitlenme-redüklenme (redoks) tepkimeleri olarak isimlendirilir. Enerji bir molekülden başka bir moleküle redoks tepkimeleri vasıtasıyla aktarılır. Bir molekülün redüklenmiş formu oksitlenmiş formundan daha yüksek enerji seviyesine sahiptir. Bir atomdan başka birine geçen elektronlar enerjilerini de taşımaları sebebiyle oksitlenme-redüklenme reaksiyonları biyolojik sistemlere enerji akışında anahtar rol oynar. Işık elektrona enerji katabilir ve o elektronu daha yüksek enerji seviyesine iter. Bu elektron bir atomdan ayrılıp başka bir atoma hareket ettiği zaman elektronun kazanmış olduğu enerji de aktarılmış olur. Kazanılmış enerji potansiyel kimyasal enerji olarak depolanır, elektron orijinal enerji seviyesine geri döndüğü zaman serbest bırakılır. Aktivasyon Enerjisi Bir kimyasal tepkimenin başlayabilmesi için başlangıçta enerji girişine ihtiyaç duyulur. Bu durum kendiliğinden meydana gelebilen ekzergonik tepkimeler için de geçerlidir. Yeni bağların kurulabilmesi için mevcut bağların kırılması gereklidir ve enerjiye gereksinim vardır. Mevcut kimyasal bağların bozulması ve kimyasal tepkimenin başlaması için gereksinim duyulan ilave enerji aktivasyon enerjisi olarak isimlendirilir.

5 Ekzergonik tepkimelerin hızı tepkimeyi başlatmak için gereksinim duyulan aktivasyon enerjisine bağlıdır. Büyük aktivasyon enerjisine sahip tepkimeler çok yavaş yürüme eğilimindedir. Çünkü az sayıda molekül başlangıç enerji eşiğini aşmayı başarabilir. Bu tepkimeyi başlatmak için gereksinim duyulan aktivasyon enerjisini kimyasal bağları etkileyerek düşüren süreç kataliz olarak adlanır, bunu yapan maddeler katalizörlerdir. Katalizörler bir reaksiyon sonunda değişmeden kalır. ENZİMLER Enzimlerin yapısını, fonksiyonlarını, kataliz mekanizmalarını ve enzimlerin katalizlediği her türlü metabolik ve biyokimyasal reaksiyonların neden ve nasıl gerçekleştiğini inceleyen bilime enzimoloji denir. İnsanlarda görülen hastalıkların tanı veya ayırıcı tanısının yapılması ve tedavisinde enzimatik ölçümlerin uygulanması ile ilgilenen bilim dalı klinik enzimoloji olarak adlandırılır. Canlıda yaşamın sürdürülmesi sırasında gerçekleşen tüm kimyasal tepkimelere metabolizma denir. Metabolizmanın moleküllerin yıkımının olduğu ekzergonik tepkimeleri katabolizma, yeni bileşiklerin yapıldığı, endergonik olan sentez tepkimeleri anabolizma olarak adlandırılır. Enzimler canlıların metabolik tepkimelerinin oluşmasında iş gören, protein yapısındaki biyolojik (doğal) katalizörlerdir. Ribozimler (RNA enzimleri) ise RNA dan yapılmış bir başka biyolojik katalizör sınıfıdır. Katalizör, kendisi harcanmaksızın tepkime hızını değiştiren bir kimyasal ajandır. Enzimlerin kimyasal katalizörlerden en önemli farkı özgül (spesifik) olmaları, yani belirli maddeler arasındaki belirli tepkimeleri katalize etmeleridir. Enzimlerin etki ettiği molekül ya da moleküllere substrat adı verilir. Enzimler substratlarına özgüldür. Enzim substratına (ya da substratlarına) bağlanır. Enzim ile substrat bağlandığında, enzimin katalitik etkisi substratı tepkimenin ürününe (ya da ürünlerine) dönüştürür. Bu olay aşağıdaki şekilde özetlenebilir. Enzim Substrat(lar) Ürün(ler) Enzimin özel adı tepkime okunun üstüne yazılır. Örneğin, sükraz enzimi (birçok enzimin adı -az soneki ile biter) disakkarit olan sükrozu, glukoz ve fruktoz monomerlerine yıkar. Sükraz Sükroz + H 2 O Glukoz + Fruktoz Bir enzim izomerler gibi birbirlerine çok benzeyen bileşikleri bile ayırt edebilir. Böylece her enzim belirli bir tepkimeyi katalizler. Örneğin, sükraz sadece sükroz üzerine etki edebilir ve maltoz gibi diğer disakkaritleri etkilemez. Bir enzimin özgüllüğü onun biçiminden (üç boyutlu konformasyonundan) kaynaklanır. Bir hücrede olağanüstü sayıda enzim vardır. Örneğin bir bakteri hücresinde 2000 civarında, bir memeli hücresinde den fazla enzim vardır. Enzimlerin Yapısı ve Fonksiyonu Enzimlerin bazıları basit proteinlerdir. Pepsin, tripsin, üreaz böyle enzimlere örnek olarak gösterilebilir. Bunların katalitik etki gösteren kısmı doğrudan doğruya proteinin polipeptit zinciridir. Birçok enzim katalitik etki gösterebilmek için protein yapısında olmayan yardımcılara gereksinim duyar. Kofaktör olarak adlandırılan bu yardımcılar ya organik ya da inorganik moleküllerdir. Çinko, demir, bakır, molibden, mangan, magnezyum, kalsiyum, klor, nikel gibi elementler inorganik yapıdaki kofaktörlerdir. Örneğin, tükürükteki amilaz nişastayı yalnız Cl iyonlarının bulunduğu ortamda parçalayabilir. Katalaz Fe, Sitokrom oksidaz Cu, DNA polimeraz Zn, Üreaz Ni e kofaktör olarak ihtiyaç duyar. Eğer kofaktör bir organik molekül olup zayıf bağlanmışsa koenzim, sıkı bağlanmışsa

6 prostetik grup olarak adlandırılır. Vitaminlerin çoğu koenzimdir ya da koenzimlerin öncü maddeleridir (ön maddeleridir, prokürsörleridir). (Bazı kaynaklarda kofaktör terimi sadece inorganik moleküller için kullanılır, ayrıca kofaktör ve koenzim prostetik grup olarak ifade edilir.) Enzimin protein kısmına apoenzim, kofaktörle birleşmiş olan apoenzim kompleksine ise holoenzim denir. Enzimin protein kısmı genelde globülerdir ve enzim çeşidine göre amino asitten oluşur. Enzim molekülleri genellikle iki yada daha fazla polipeptit zincirinden oluştukları için kuaterner (dördüncül) yapıdadır. Ribonükleaz 1, hekzokinaz 2, adenilat kinaz 3, laktat dehidrogenaz 4, glutamin sentetaz 12 ve piruvat dehidrogenaz kompleksinde 72 alt ünite (polipeptit) bulunur. Enzim molekülünün sadece belirli bir kısmı substrata bağlanır. Enzimin substrata bağlandığı yere aktif bölge adı verilir. Aktif bölge genellikle enzimin birkaç (3-4) amino asidi tarafından oluşturulur. Protein molekülündeki diğer amino asitler, aktif bölgenin konfigürasyonunu korumaya yönelik iskeleti oluşturur. Enzimin özgüllüğü aktif bölgenin biçimi ile substratın biçimi arasındaki uygunluktan ileri gelir. Tepkime için gerekli bu uygunluk anahtar-kilit durumuna benzetilir. Aktif bölge enzimin katalitik merkezidir. Aktif bölge esnektir; substrat aktif bölgeye girdiğinde, enzimin biçimi biraz değişir ve aktif bölge substratı daha rahat sarabilecek hale gelir. İndüklenmiş uyum denilen bu şekil değişikliği aktif bölgedeki kimyasal grupları, kimyasal tepkimeyi katalizleme yeteneklerini artıracak konumlara getirir. Kofaktör de aktif bölgeye bağlanır. Bir enzimatik tepkimede substrat, enzim-substrat kompleksini oluşturmak üzere, aktif bölgeye bağlanır. Birçok durumda substrat hidrojen bağları ve iyonik bağlar gibi zayıf etkileşimlerle aktif bölgede tutulur. Aktif bölgeyi oluşturan az sayıdaki amino asidin yan zincirleri (R grupları) substratın ürüne dönüşümünü katalizler ve ürün aktif bölgeden ayrılır. Enzim bir başka substrat molekülünü aktif bölgeye kabul etmek üzere serbest kalır. Bu döngü o kadar hızlı cereyan eder ki, tek bir enzim molekülü bir saniyede binlerce substrat molekülünü etkileyebilir. Örneğin, sığır karaciğerinden elde edilen ve bir molekül demir içeren katalaz enzimi, bir dakikada, 0 C de hidrojen peroksit (H 2 O 2 ) molekülünü H 2 O ve 1/2O 2 ye parçalayabilir. (Enzimin saniyede etki ettiği substrat molekülü sayısına Enzimin Etkinlik Değeri = Turnover Sayısı denir. Bu, 0 C de katalaz enzimi için dir.) (Bir molekül katalaz enziminin parçaladığı H 2 O 2 i demir atomu yalnız başına ancak 300 senede parçalayabilir, ya da mol başına kalori aktivasyon enerjisi vermek gerekir. Kolloidal platin bu aktivasyon enerjisini kal/mol a, katalaz enzimi de 5500 kal/mol a düşürür.) Bazı enzimler daha da hızlıdır. Örneğin karbonik anhidraz C enzimi dakikada 36 milyon molekülü değişikliğe uğratır. Diğer katalizörler gibi enzimler de, tepkimeden değişmeden çıkar. Dolayısıyla çok az miktardaki enzim katalitik döngülerde tekrar tekrar işlev görerek, büyük bir metabolik etki yaratır. Metabolik tepkimelerin çoğu geri dönüşümlü olduğu için, bir enzim ileri ve geri tepkimelerin her ikisini de katalizleyebilir. Hangi tepkimenin baskın olacağı reaktant ve ürünlerin bağıl derişimlerine bağlıdır. Canlı hücrelerde tepkimeler kural olarak 0-50 C; çoğunlukla da C arasında meydana gelir. Bu sıcaklık aralığında tepkimelerin oluşması enzimlerin aktivasyon enerjisini düşürmeleri ile olur. Enzimler aktivasyon enerjisini düşürmek ve tepkimeyi hızlandırmak için çeşitli mekanizmalar kullanır. İki ya da daha fazla sayıdaki reaktantı içeren tepkimelerde aktif bölge, substratlar arasında tepkime cereyan edebilmesi için, onların doğru konumlarda bir araya gelmelerini sağlayan bir kalıp görevi yapar. Aktif bölge substratları indüklenmiş uyum içinde tutarken, enzim de substrat moleküllerine baskı yaparak, tepkime sırasında kırılması gereken kritik kimyasal bağları esnetip, büker. Aktivasyon enerjisi bağların kırılma güçlüğü ile orantılı olduğundan, substratın şeklinin değişmesi, dönüşüm durumuna ulaşmak için soğurulması gereken termal enerji miktarını azaltır. Aktif bölge aynı zamanda belirli bir tepkime tipine aracı olan bir mikroçevre oluşturur. Örneğin aktif bölge asidik yan zincirlere (R grupları) sahip amino asitler içeriyorsa, bu cep düşük ph'ya sahip

7 olacaktır. Böyle durumlarda asidik bir amino asit, tepkimenin katalizindeki önemli basamaklardan birisi olan substrata H + aktarımını kolaylaştırabilir. Bir başka kataliz mekanizması, aktif bölgenin kimyasal tepkimeye doğrudan doğruya katılmasıdır. Bazı durumlarda bu süreç substrat ile enzim üzerindeki bir amino asit yan zinciri arasında kovalent bağ kurulmasını içerebilir. Tepkimenin daha sonraki basamakları yan zincirlerin başlangıçtaki durumlarına geri dönmelerini sağlar. Böylece aktif bölge reaksiyondan önceki durumunu yeniden kazanır. Protein yapıları farklı, fakat katalizledikleri kimyasal tepkime aynı olan enzimlere izoenzim veya izozim adı verilmektedir. Örneğin pirüvik asidin laktik aside dönüşümünü katalizleyen laktat dehidrogenaz (dehidrojenaz) (LDH) enziminin 5 tane izoenzimi vardır. Kreatinin kinaz, hekzokinaz, aldolaz, alkali fosfataz vb enzimlerin izoenzimleri de saptanmıştır. Koenzimler Koenzim veya koenzimlerin öncü maddesi olan birçok vitamin insanlar ve diğer hayvanlarda sentez edilemediğinden yiyeceklerle alınması gerekir. Koenzimler genellikle aktif yere veya aktif yerin oldukça yakınında enzime ya geçici olarak veya sürekli olarak bağlanır. Koenzimler, fonksiyonlarına göre genellikle üç grupta incelenebilirler: 1- Hidrojen ve elektron transfer eden koenzimler 2- Fonksiyonel grup transfer eden koenzimler 3- Liyaz, izomeraz ve ligazların koenzimleri Hidrojen ve elektron transfer eden koenzimler Enzimler tarafından katalizlenen birçok oksitlenme-redüklenme reaksiyonunda elektronlar enzimin aktif yerinden elektron alıcısı (akseptörü) olarak iş gören koenzime çiftler halinde geçer; genellikle elektron çiftleriyle hidrojen iyonları birlikte aktarılır. Daha sonra koenzim kabul ettiği elektronları başka bir reaksiyonda serbest bırakır (farklı bir enzime/koenzime elektronları transfer eder). Bu şekilde koenzimler hücrede enerji transferinde kritik rol oynar. Bu rolleri sebebiyle koenzimler genelde elektron taşıyıcıları olarak tanımlanır. Bu grubun en önemli koenzimleri NAD, NADP, FAD, FMN, Koenzim Q, Demir porfirinler, Demirkükürt proteinleri ve -Lipoik asittir. NAD: Bir hidrojen akseptörü olan NAD (Nikotinamit Adenin Dinükleotit) molekülü bir birine bağlı iki nükleotitten oluşur: Nikotinamit monofosfat (NMP) ve adenin monofosfat (AMP) dan oluşan iki nükleotit fosfat gruplarıyla birleşmiştir. NAD molekülündeki iki nükleotit farklı işlevleri yerine getirir: AMP birçok enzim tarafından tanınan şekli sağlayan çekirdek olarak görev yapar. NMP elektronları kabul ederek redüklenme işini başarır. NAD bütün canlı hücrelerde triptofan (bitkilerde ve bazı bakterilerde aspartik asit), niasin (nikotinik asit, vitamin B3) ve ATP kullanılarak sil baştan sentezlenebilmektedir (de novo sentez). Normal ph seviyelerinde hücrede NAD oksitlenmiş olarak bulunur ve pozitif yük taşır, bu nedenle NAD + şeklinde gösterilir. Redüklenmiş şekli ise NADH diye gösterilir. NAD + reaksiyona giren moleküllerden 2 hidrojen atomu, dolayısıyla da iki elektron almış olur. Bu atomlardan birini tümden, elektronuyla birlikte bünyesine bağlar. Diğer hidrojen atomunu ise elektron (hidrit iyon: H ) ve proton (H + ) şeklinde ayırır ki o elektronu da kendi bünyesine bağlar; proton ise ortama serbest bırakılır. Sağlıklı bir memeli hücresinde NAD + /NADH oranı 700 civarındadır. NAD + sitoplazmada ve mitokondride benzer yoğunluklarda bulunur; mitokondri zarında bulunan taşıyıcı proteinler bu molekülü içeri alır, ancak içeride koenzim olarak iş gören formları dışarı çıkarılmaz.

8 NADP: Hücrelerde NAD ye ATP den alınan bir fosfat grubu eklenerek NADP (nikotinamit adenin dinükleotit fosfat) elde edilir. (Bazı bakteriler aynı işlem için doğrudan inorganik fosfattan da yararlanabilir.) Oksitlenmiş şekli NADP +, redüklenmiş hali ise NADPH olarak gösterilir. NADP, NAD ile benzer şekilde çalışır, ancak görev aldığı olaylar sınırlıdır: Yağ asitlerinin, kolesterolün ve nükleik asitlerin sentezinde, fotosentezde indirgeyici molekül rolünü üstlenir. Reaktif oksijen radikallerinin indirgenmesinde (dolayısıyla da zararsız hale getirilmesinde), aromatik bileşiklerin, steroitlerin, alkollerin, bazı ilaçların sitokrom oksidaz aracılığıyla indirgenmelerinde rol alır. FAD: Yapısal olarak NAD ye çok benzer; ancak, NAD deki nikotinamit yerine, FAD (flavin adenin dinükleotit) de flavin grubu bulunur. Hücreler riboflavin (B 2 ) ve ATP yi kullanarak, aynen NAD ye benzer şekilde FAD sentezi yapar. Oksitlenmiş hali FAD +, redüklenmiş hali ise FADH 2 olarak gösterilir. İşlev bakımından NAD ye benzer; ancak, görev alanı daha kısıtlıdır. NAD gibi enerji metabolizmasında büyük önemi vardır. NAD, NADP ve FAD mobil elektron taşıyıcılarıdır. Sabit elektron taşıyıcıları mitokondri ve kloroplastlarda zarlarda stratejik lokalizasyonlarda bulunur. Mitokondrilerin iç zarlarında ve kloroplastların tilakoit zarlarında lokalize olmuşlardır. Fonksiyonel grup transfer eden koenzimler Bu grupta, Piridoksal-5-fosfat (PLP) Tiamin pirofosfat (TPP) Koenzim A (CoA) Biotin (vitamin H) Tetrahidrofolat (H 4 folat) Koenzim B 12 (5 ' -deoksiadenozil kobalamin) bulunur. Koenzim A (CoA): Nükleotit yapısında, ısıya dayanıklı bir moleküldür. Hücrede, pantotenik asit (vitamin B5), sistein, adenin, riboz, fosfat ve ATP kullanılarak sentezlenir. Hücrede açil (CoA-O=R) ve asetil (CoA-COCH3) grupların taşıyıcısı olarak çalışır. Asetil grubu (asetik asit) bağlamış forma asetil CoA adı verilir. Asetil CoA hayvanlarda karbonhidrat ve yağ metabolizmasında, yağ asitlerinin hem sentezinde hem de onlardan enerji elde etmede, sinir hücrelerindeki iletimde görevli nörotransmitter olan asetilkolinin sentezinde, vücuda alınan sülfonamidlerin (bir antibiyotik çeşidi) asetillenerek zararsız hale getirilmesinde görev alır. Birçok enzimin yapımında substrat olarak kullanılır. İki asetil CoA birleştirilerek asetoasetil CoA ya dönüştürülür, o da kolesterol ve keton cisimlerinin sentezinde görev yapmaktadır. Histon proteinlerinin çalışmasında büyük önem taşıyan asetilasyonda (asetillenme) görev alır. Liyaz, izomeraz ve ligazların koenzimleri Hidrojen ve elektron transfer eden koenzimler ile fonksiyonel grup transfer eden koenzimlerin bazıları liyaz, izomeraz ve ligazların koenzimleri olarak da görev görür. Bazı hallerde ara ürün, koenzim olarak işlev yapar. Multi Enzim Kompleksleri Hücrede genelde tepkimelerin farklı kademelerini katalizleyen enzimler birbirlerine bağlı (kovalent bağlı değil) birlikler oluşturur; böyle birbirine bağlı ve sıralı şekilde birbiri ardı sıra faaliyet gösteren enzim toplulukları multi enzim kompleksleri olarak isimlendirilir. Multi enzim kompleksleri önemli avantajlar sağlar: 1) Tepkimenin hızı enzimin substratla karşılaşma olasılığı ile sınırlanmaz. Bir tepkimenin ürünü serbest bırakılmaksızın bir sonraki enzime teslim edilir. Böylece multi enzim kompleksi difüzyon süresini ortadan kaldırarak tepkimelerin serbest enzimlere göre 10 kat daha hızlı gerçekleşmesini sağlar.

9 2) Tepkime serilerinden geçişler esnasında substrat multi enzim kompleksinden hiç ayrılmadığından istenmeyen tepkime olasılığı ortadan kalkar. 3) Multi enzim kompleksinde meydana gelen tepkimelerin hepsi bir birim olarak kontrol edilebilir. Piruvat ve koenzim A (CoA) nın asetil koenzim A ya dönüşünü katalizleyerek Krebs çemberine girişi kontrol eden piruvat dehidrogenaz bir multi enzim kompleksidir. Bu kompleks üç ayrı enzimin birçok kopyasından oluşur (20-30 kopya piruvat dehidrogenaz, 60 kopya dihidrolipoil transasetilaz ve 6 kopya dihidrolipoil dehidrogenaz) ve 5 farklı koenzimi (CoA, NAD +, FAD +, lipoik asit ve tiamin pirofosfat) vardır. En iyi araştırılmış enzim sistemlerinden birisi de iki karbonlu öncül maddelerden yağ asitlerinin sentezini katalizleyen yağ asidi sentaz kompleksidir. Bu multi enzim kompleksinde yedi farklı enzim bulunur. Elektron taşıma zinciri de 4 multi enzim kompleksi içerir. Mitokondri iç zarına yerleşmiş olan bu multi enzim kompleksleri zarda lateral olarak serbestçe hareket eder. Enzim Aktivitesini Etkileyen Etkenler Sıcaklık, ph, tuz derişimi ve özgül (spesifik) düzenleyici (regülatör) moleküllerin bağlanması gibi enzimlerin üç boyutlu şeklini değiştiren herhangi fiziksel veya kimyasal etken enzimin bir tepkimeyi katalizleme yeteneğini etkileyebilir. 1) Sıcaklık Katalizlenmeyen bir tepkimede sıcaklığın yükselmesi rastgele molekül hareketini arttıracağından tepkimenin hızı yükselir. Enzimler tarafından katalizlenen bir tepkimenin hızı optimum sıcaklık olarak tanımlanan bir sıcaklığa kadar artar. Optimum sıcaklığın altındaki sıcaklıklarda, enzimlerin şeklini etkileyen hidrojen bağları ve hidrofobik etkileşimler enzimin esnekliğini azaltır, bu nedenle substratın bağlanması güçleşir. Optimum sıcaklıktan daha yüksek sıcaklıklarda enzimin şeklini sürdürmesini sağlayan kuvvetler aşırı şekilde zayıflar ve enzim aktivitesini azaltır. Çok yüksek sıcaklıklarda enzimler denatüre olarak aktivitelerini kaybeder. İnsan enzimlerinin çoğu 35 C ve 40 C arasında optimum sıcaklıklara sahiptir. Çok sıcak su kaynaklarında yaşayan bakteriler çok kararlı (stabil) enzimlere sahiptir. Böyle enzimlerin optimum sıcaklıkları 70 C veya daha yüksek olabilir. Örneğin, termofilik bir bakteri olan ve kaplıca veya jeotermal bölgelerde yaşayan Thermus aquaticus tan elde edilen DNA polimeraz enzimi yüksek sıcaklıklarda (94 C) çalışabilir. 2) ph Glutamik asit ve lisin gibi karşıt yüklere sahip aminoasit bakiyeleri arasındaki iyonik etkileşimler enzimleri bir arada tutar. Böyle etkileşimler enzimin çözündüğü sıvının hidrojen iyonu konsantrasyonuna (ph) duyarlıdır. Bu yüzden birçok enzim genellikle 6-8 arasında değişen optimum ph lere sahiptir. Çok asit ortamlarda fonksiyonunu sürdüren enzimler üç boyutlu şeklini sürdürebilen proteinlerdir. Pepsin enzimi ph si 2 olan midede proteinleri sindirebilir. Optimum ph değerinden saptıkça, protein yapı denatüre olacağından enzimin katalizlediği tepkime yavaşlar ve zamanla da durur. 3) Aktivatörler ve İnhibitörler Enzim aktivitesi enzime bağlanan ve onun şeklinin değişmesine sebep olan maddelerin varlığına duyarlıdır. Bu maddeler vasıtasıyla bir hücre belirli zamanlarda enzimi aktifleştirerek ve inaktif hale getirerek enzim aktivitesini düzenleyebilir. Bir enzime bağlanarak aktivitesini azaltan bir madde inhibitör olarak isimlendirilir. Genellikle, biyokimyasal sürecin (yolak) son ürünü sürecin daha önce gelen bir reaksiyonunun inhibitörü olarak etki eder; bu durum feedback inhibisyon diye isimlendirilir. Enzim inhibisyonu kompetitif (yarışmalı, rekabet eden) inhibisyon ve kompetitif olmayan (yarışmasız, rekabet etmeyen) inhibisyon olmak üzere iki önemli yolla ortaya çıkar. Kompetitif inhibisyonda, inhibitör madde enzimin substratına çok benzerdir ve enzimin aktif yerine bağlanarak enzimi bloke

10 eder; enzime bağlı kaldığı sürece reaksiyonunun hızını azaltır. Kompetitif olmayan inhibisyonda ise inhibitör enzimin aktif yerinden başka bir yerine bağlanır. Böyle bir bağlanma enzimin şeklini değiştirir ve substratını bağlayamaz duruma gelir. Pek çok kompetitif olmayan inhibitör allosterik yer diye isimlendirilen enzimin özel bir kısmına bağlanır. Bu yerler kimyasal açma-kapama düğmeleri gibi iş görür. Allosterik yere bir maddenin bağlanması enzimin aktif ve inaktif konfigürasyonları arasında enzimi değiştirebilir. Allosterik yere bağlanan bir madde enzim aktivitesini azaltıyorsa allosterik inhibitör olarak isimlendirilir. Bunun alternatifi olarak, allosterik yere bağlanan bir madde enzimi aktif konfigürasyonunda muhafaza ediyorsa, bu yüzden enzimin aktivitesi artıyorsa böyle maddelere de allosterik aktivatör adı verilir. Mg, Cl, Na, Fe aktivatör, Pb, Cu, Sn, CO, CN ve zehirler inhibitör olarak görev yapar. 4) Tuz Konsantrasyonu Proteinin denatürasyonuna neden olabilecek tuz konsantrasyonları enzimlerin çalışmasını engeller. 5) Yüzey Alanı Substratın yüzey alanı ne kadar büyük olursa veya substratla buluşma alanı ne kadar fazla ise enzimatik tepkimeler de o kadar hızlı olur. 6) Su Enzimler ortamdaki su oranı %15'in altına düştüğünde çalışmaz. İşte, kuru yiyeceklerin bozulmadan kalması da, bu besinlerde üreyebilen mikrorganizmaların enzim etkinliklerinin durmasından kaynaklanmaktadır. 7) Enzim Konsantrasyonu Enzimatik tepkimenin hızı enzim konsantrasyonuna bağlı olarak doğrusal olarak artar. Ortamda ne kadar çok enzim molekülü varsa ve çalışıyorsa, yeterli substrat olduğu sürece tepkime de hızla sürer. Ancak, in vivo koşullarda enzimin lokalize olduğu yerde her zaman yeterince substrat bulunmadığından dolayı enzim miktarının yüksek konsantrasyonlarda bulunmasına rağmen tepkime hızı yukarıda anlatıldığı şekilde olmaz. 8) Substrat Konsantrasyonu Substrat konsantrasyonu artıkça tepkime de hızla artar, ancak bir süre sonra enzim substrat doygunluğuna ulaşınca tepkimenin hızı aynı kalır. Substrat konsantrasyonu açısından önemli bir durum da, aşırı miktarda ortamda var olan substratın enzimi inhibe etmesidir. Ortamda çok fazla miktarlarda substrat bulunması, substrat moleküllerinin enzime bağlanmasını zorlaştırır. Buna aşırı substrat inhibisyonu denir. Enzimlerin Adlandırılması Enzimlerin adlandırılması genel olarak katalize ettikleri reaksiyonun niteliğine göre yapılır. Örneğin fosfor ekleyen enzime fosforilaz, dekarboksilasyon reaksiyonu (substrattan CO2 ayırma) katalize eden enzime dekarboksilaz denir. DNA polimeraz, laktat dehidrojenaz ve adenilat siklaz, tepkimeyi tanımlayan adlandırmalardır. Çoğu zamansa enzimler etki ettikleri maddenin sonuna "az" eki getirilerek isimlendirilir; örneğin, kitine etki eden kitinaz, pektine etki eden pektinaz, laktoza etki eden laktaz, lipitlere etki eden lipaz, üreye etki eden üreaz, nişastaya etki eden amilaz gibi. Enzimler etkili olduğu substratın veya katalize ettikleri reaksiyonun sonuna "litik" eki getirilmek yoluyla da isimlendirilirler. Örneğin proteinleri parçalayan enzimlere "proteazlar" denildiği gibi "proteolitik enzimler" de denilir. Lipitleri veya lipoitleri parçalayan enzimler "lipolitik enzimler" diye adlandırılırlar. Hidroliz tepkimesiyle polimerleri monomerlerine parçalayan enzimlere "hidrolitik enzimler" denir. Bu çeşit adlandırma daha çok geniş enzim sınıfları için kullanılır.

11 Enzimlerin Sınıflandırılması Uluslararası enzim komisyonu enzimleri, katalizledikleri tepkime tiplerine ve tepkimelerin mekanizmalarına göre 6 ana grup halinde sınıflandırmıştır: 1- Oksidoredüktazlar: Redoks tepkimelerini katalizler. Genelde koenzim kullanır. a) Dehidrogenazlar: Elektron kazandırıcı tepkimeleri etkiler. b) Oksidazlar: Elektron kaybeden tepkimeleri etkiler. c) Redüktazlar: Substratı bir redüktör aracılığıyla indirgeyen enzimlere denir. Örneğin asetaldehit redüktaz, asetaldehiti alkole redükler. d) Transhidrogenazlar: Bir molekülden diğerine hidrojen taşıyarak onu redükler. e) Hidroksilazlar: Substratlarına bir hidroksil ya da su molekülü katan enzimlere denir. Örneğin fenilalanin hidroksilaz bir hidroksil grubunu fenilalanine ekleyerek onu tirozine dönüştürür. 2- Transferazlar: Hidrojenin dışında bir atomun veya atom grubunun (metil, karboksil, glikozil, amino, fosfat grupları) bir molekülden diğerine aktarılmasını sağlar. Örneğin, dekarboksilazlar karboksilik asitlerden CO2 çıkmasını sağlar. Aspartat transaminaz, alanin transaminaz, heksokinaz, kreatin kinaz transfera grubu enzimleridir. Transferazlar da oksidoredüktazlar gibi koenzime gereksinim duyar. 3- Hidrolazlar: Bir molekül su sokmak suretiyle ya da su molekülü aracılığıyla moleküllerin yıkılmasını sağlayan enzimlerdir. Ester, peptit, asit anhidrit ve glikozit bağlarına etki eder. a) Esterazlar: Ester bağını yıkan enzimlerdir (lipaz, ribonükleaz, fosfataz, pirofosfataz, glikozidaz, kolesterol esteraz). b) Proteazlar (Proteinazlar): Peptit bağını yıkan ezimlerdir. Örnek: Tripsin. 4- Liyazlar (Sentazlar): Çeşitli gruplar arasındaki bağları su molekülü çıkarmadan yıkar ve bu atomlar arasına çift bağ koyar. Pirüvat dekarboksilaz, sitrat sentaz, adenilat siklaz gibi. 5- İzomerazlar: Bir molekül içindeki geometrik ve yapısal değişiklikleri katalizler. Örnek: Triozfosfat izomeraz, Glukoz-6-fosfat izomeraz. 6- Ligazlar (Sentetazlar): Enerji kullanarak çeşitli gruplar arasında bağ oluşmasını sağlayan enzimlerdir. Örnek: DNA ligaz. Enzim Hastalık İlişkisi Enzim etkinliği organizma için zorunlu olduğundan, kritik bir enzimdeki herhangi bir bozukluk (yanlış üretim, aşırı üretim, az üretim veya yokluk) hastalığa yol açabilir. Bu durum genellikle genetik bir kusur ile ilişkilidir. Genellikle genetik bir kusurdan dolayı laktaz enziminin yeterince salınamaması nedeniyle süt şekerinin (laktoz) yeterli sindirilememesi ile ilişkili olan laktoz intoleransı (Laktoz intoleransı olan kişilerde süt alımından yarım saat ile 2 saat arası bir süre sonra mide bulantısı, kramplar, dolgunluk, şişkinlik, gaz, ishal görülebilir.), fenilketonüri (Fenilalanin'in tirozine dönüşümünü gerçekleştiren fenilalanin hidroksilaz enziminin genetik bir kusur sonucunda doğru bir şekilde üretilememesi ve dolayısıyla da kanda fenilalanin ve bazı metabolitlerin birikimi sonucu küçük çocuklarda zeka geriliği ve gelişme noksanlığı görülmesi) ve albinizm (Tirozin metabolizmasıyla ilgili bazı enzimlerdeki kalıtsal kusurlar sonucu deri ve kıllara rengini veren melanin pigmentinin üretilememesi) enzim kusurlarıyla ilişkili hastalıklardan sadece birkaçıdır. Kalp ve akciğer hastalıkları, karaciğer hastalıkları, kas hastalıkları, kemik hastalıkları, pankreas hastalıkları, kanser, genetik hastalıklar, hematolojik hastalıklar ve zehirlenmelerde hücre zarı hasarı, hücre ölümü, enzim üretiminde artış gibi nedenlerle hücresel enzimler hücre dışına çıkar. Bu enzimlerin ölçümü hastalığın tanısına yardımcı olur.

12 Enzimlerin Endüstride Kullanımı Endüstride kullanılan kimi enzimler doğadaki canlılardan (Genetiği değiştirilmiş bakteri ve mantarlar) elde edilirken kimileri sentetik olarak da üretilir. - Antibiyotiklerin sentezinde enzimlerden yararlanılır. - Deterjanlarda bulunan enzimler lekelerdeki protein ve yağları parçalar. (Deterjan enzimleri, 624 milyon-1.6 milyar dolar olarak tahmin edilen toplam biyokatalizör pazarının neredeyse yarısını oluşturuyor.) - Ekmek endüstrisinde, nişastayı şekere parçalayan, fungal alfa amilaz kullanılır. Bu enzimler normalde 50 o C de etkisizleşir ve pişirme sırasında imha olur. - Bebek gıdalarının önceden sindirimini sağlamak amacıyla tripsin kullanılır. - Bira üretiminde arpanın ezilmesiyle ortaya çıkan enzimler nişasta ve proteinleri parçalar ve ortaya basit şekerler, amino asitler ve peptitler çıkar; bunlar da fermantasyonda kullanılır. - Genç geviş getiren hayvanların bezli midesinden (şirden) elde edilen rennin (kimozin), peynir üretiminde, proteinin hidrolizini sağlar. - Lipazlar, mavi küflü rokfor peynirinin üretiminde, peynirin olgunlaşması için kullanılır. - Laktazlar, laktozun glikoz ve galaktoza parçalanmasını sağlarlar. Laktoz intoleranslı kişilerin süt ürünlerinden yararlanmasını sağlar. - DNA'nın manipülasyonu amacıyla gen mühendisliğinde, farmakolojide, tarımda ve tıpta restriksiyon enzimleri, DNA ligaz ve polimerazlar kullanılır. - Nişastanın glikoz ya da fruktoz gibi basit şekerlere dönüştürülmesi için de biyoteknoloji ürünü enzimler kullanılır. Mısır gibi tahıllar bu yöntemle kolayca tatlandırıcıya dönüştürülür. - Tekstil sektöründe özellikle iplik ve kumaş işleme süreçlerinde enzimler kullanılır. Dokuma sırasında kumaş kaplamada kullanılan koruyucu nişasta, amilaz ile sökülür. - Deriyi tüylerden arındırmak için tripsin kullanılır. - Atık kağıt, mantardan ayrıştırılan enzimlerce parçalanıp geri dönüşüme kazandırılır. Kâğıt liflerinin dayanıklılığın artırılması için de enzimler kullanılır. - Tavuklarda sindirim kanalının kısa olması nedeniyle yemlerine katılan proteaz ve amilaz yemden yararlanmayı artırır.