Ünitenin tamamını tek sayfada görPremium
Enzimler, proteinlerin en büyük ve en çok özelleşmiş grubunu oluştururlar. Canlı organizmalardaki kimyasal reaksiyonları hızlandıran ve hiçbir yan ürün oluşturmadan yüzde yüzlük bir ürün verimi sağlayan biyolojik katalizörlerdir. Katalitik RNA moleküllerinin küçük bir grubu hariç olmak üzere, bütün enzimler protein yapısındadır ve mol kütleleri 10^4 ile 10^6 dalton arasında değişmektedir.
Biyokimya tarihindeki araştırmaların büyük çoğunluğunu enzimler üzerindeki çalışmalar oluşturmuştur. Kataliz olayı ile ilgili ilk önemli denemeler 1760-1825 yılları arasında midede bulunan sindirim enzimleri üzerinde yapılmıştır. Belirli bir enzim üzerindeki ilk çalışmayı ise 1835 (metinde 1935 olarak geçer) yılında İsveçli kimyager S.S. Berzelius gerçekleştirmiş ve diastaz enziminin nişastayı in vivo olarak sülfirik asitten daha yüksek verimde hidrolizlediğini göstermiştir.
Enzimler canlı hücreler tarafından biyolojik ortamda sentezlenmekte ve bu ortamdan izole edildikten sonra bile aktivite gösterebilmektedirler. Enzimlerin katalizleme güçleri, kimyasal katalizörlere göre 10^6 ila 10^16 kat daha fazladır. Bir çözeltideki enzim aktivitesi enzim ünitesi olarak verilir; 25 derecede optimum koşullarda 1 mikromol substratı bir dakikada ürüne dönüştüren enzim miktarı 1 enzim ünitesi adını alır. Uluslararası ölçü sistemine göre ise aktivite birimi katal'dır ve bir saniyede bir mol madde dönüşümüne yol açan miktarı ifade eder.
Enzimler ilk dönemlerde katalitik etkilerini gösterdikleri substratların isimlerinin sonuna '-az' eki getirilerek adlandırılırdı. Örneğin üreyi parçalayan üreaz, arginini parçalayan arginaz ve fosfat esterlerinin hidrolizini katalizleyenler fosfataz olarak adlandırılırdı. Günümüzde ise uluslararası kurallara göre sistematik isimlendirme kullanılmakta ve reaksiyonlar 6 ana grupta toplanmaktadır.
Sistematik adlandırmada ismin ilk bölümü substratı, ikinci bölümü ise katalizlenen reaksiyonun tipinin sonuna '-az' eki getirilmiş halini içerir. Her enzime EC harflerinden sonra gelen dört rakamdan oluşan sistematik bir kod numarası verilir. Birinci rakam ana grubu, ikincisi alt grubu, üçüncüsü alt alt grubu, dördüncü rakam ise aynı üç rakama sahip enzimler arasındaki sırayı belirtir.
Enzimlerin 6 ana sınıfı sırasıyla şunlardır: 1) Oksidoredüktazlar (redoks reaksiyonları), 2) Transferazlar (H+ dışındaki grup transferleri), 3) Hidrolazlar (su katılarak bağların hidrolizi), 4) Liyazlar (hidroliz dışı mekanizmalarla çift bağ oluşumu), 5) İzomerazlar (izomerlerin birbirine dönüşümü), 6) Ligazlar (yüksek enerjili fosfat bağlarının enerjisiyle bağlanma reaksiyonları).
Enzimler aktivitelerini aktif merkez adı verilen küçük bir bölgeleriyle gerçekleştirirler, ancak bir bütün olarak proteinin üç boyutlu doğal yapısı da bu süreçte kritik rol oynar. Enzimlerin aktivite gösterebilmesi için gerekli olan ve protein yapısında olmayan gruplara kofaktör denir. Kofaktörler bir metal iyonu veya koenzim adı verilen kompleks organik bileşikler olabilir.
Kofaktörsüz protein kısmına apoenzim, kofaktörle birleşmiş katalitik olarak aktif tam enzime ise haloenzim adı verilir. Kofaktörler genellikle diyalizle uzaklaştırılabilirken, bazı durumlarda kofaktörler kovalent bağlıdır veya diyalizle uzaklaştırılamayacak kadar sağlamdır; bu tür gruplara 'prostetik grup' denir (örneğin sitokrom C'deki hem grubu).
Koenzimlerin çoğu tiamin, riboflavin, pantotenik asit ve nikotinamid gibi vitaminleri yapılarında bulundurur ve belirli atom ya da fonksiyonel grupların transferini sağlar (örneğin NAD+, NADP+, FAD, TPP ve Koenzim A). Metal iyonu içeren enzimlere örnek olarak alkol dehidrogenaz (Zn+2), karbonik anhidraz (Zn+2), arginaz (Mn+2) ve katalaz (Fe+2 veya Fe+3) verilebilir.
Kimyasal bir reaksiyonda ürünlerin oluşabilmesi için reaksiyona giren maddelerin belirli bir enerji bariyerini aşmaları gerekir. Aşılması gerekli olan bu enerji engeline aktifleşme enerjisi denir ve belirli sıcaklıkta bir mol substratın aktifleşebilmesi için gerekli enerji miktarı olarak tanımlanır.
Her kimyasal reaksiyonda aktifleşme engelinin üst noktasına karşılık gelen bir geçiş hali veya geçiş kompleksi vardır; reaksiyonun hızı geçiş kompleksi konsantrasyonuyla doğrudan orantılıdır. Sıcaklığın arttırılması kinetik enerjiyi arttırarak geçiş kompleksi konsantrasyonunu ve dolayısıyla reaksiyon hızını yükseltir.
Katalizörlerin ve enzimlerin reaksiyon hızları üzerindeki temel etkisi, aktivasyon enerjisini düşürmektir. Enzimler, reaksiyona giren maddelerle düşük enerjili bir geçiş kompleksi oluşturarak daha fazla sayıda ürün meydana gelmesini sağlarlar ve reaksiyon sonrasında kendileri değişmeden kalırlar.
Enzim reaksiyonlarının kinetiği incelendiğinde en belirgin fark, enzimlerin substratla doygunluğa gelebilmesidir. Düşük substrat konsantrasyonlarında reaksiyon hızı substrat konsantrasyonuyla doğru orantılı olarak artar ve birinci derecedendir. Substrat konsantrasyonu çok arttırıldığında ise hız sabit hale gelir, reaksiyon sıfırıncı derecedendir ve tüm enzim molekülleri substratla birleşerek doygun hale gelmiştir.
Enzimatik etkinin incelenmesinde temel ifade Michaelis-Menten denklemidir. Bu denklem yardımıyla elde edilen Km sabiti (Michaelis sabiti), maksimum hızın (Vmax) yarısına erişildiği substrat konsantrasyonu olarak tanımlanır ve birimi mol/l'dir. Km değeri enzimin substrata olan ilgisini (afinitesini) gösterir; Km küçükse ilgi büyük, Km büyükse ilgi zayıftır.
Enzimlerin kinetik özellikleri hakkında en faydalı bilgiler Km ve Vmax değerlerinden elde edilir. Bu değerleri deneysel olarak bulabilmek için farklı substrat konsantrasyonlarında ilk hızlar tayin edilir ve Michaelis-Menten eğrisi çizilir. Hiperbolik olan bu eğriyi doğru denklemi haline getirmek için eşitliğin her iki tarafı ters çevrilerek doğrusal grafiklerden yararlanılır.