ENZİMLER (CANLILARIN YAPISINDA BULUNAN ORGANİK BİLEŞİKLER-4)

-Enzimler; canlılarda gerçekleşen biyokimyasal reaksiyonların aktivasyon enerjisini düşürerek reaksiyonları hızlandıran ve reaksiyonlardan değişmeden çıkan biyolojik katalizörlerdir.

-Aktivasyon enerjisi: Bir tepkimenin başlayabilmesi için gerekli olan en düşük enerji düzeyidir.

-Bazı reaksiyonların başlayabilmesi için sadece ısı yeterli iken; bazılarında hem ısı hem de ATP gereklidir.

Grafik: Enzimli ve enzimsiz reaksiyon grafiği

-Katalizör: Reaksiyonlara girerek reaksiyonları hızlandıran ve hiçbir değişikliğe uğramadan reaksiyondan çıkan maddelerdir.

-Demir, platin gibi metal iyonları ve enzimler örnek verilebilir.

Enzim çeşitleri : Yapılarına göre 2 çeşittir.

a) Basit enzimler : Sadece proteinden oluşmuş enzimlerdir. Örnek:

Pepsin, tripsin, Kimotripsin. Bunlarda aminoasitler dışında başka yapı taşı bulunmaz.

b) Bileşik enzimler (holoenzim= tam enzim): Protein olan esas kısım ve protein olmayan organik veya inorganik yardımcı kısımlardan (kofaktör) meydana gelen enzimlerdir.

Protein kısma, apoenzim denir. Enzimin hangi maddeye etki edeceğini belirler. Yani substratı tanır.

-Yardımcı kısmına kofaktör adı verilir. Eğer kofaktör kısmı organik (protein dışında) ise koenzim adı verilir. Koenzim olarak görev yapan organik molekül genel olarak B vitaminidir. Bileşik enzimlerde apoenzim veya koenzim-kofaktör kısımları yalnız başına etkin değildir.

-Yardımcı kısım, apoenzime göre çok daha küçük yapılıdır.

Enzimlerin Genel Özellikleri

1.Hücredeki tüm metabolik tepkimeler enzimlerle gerçekleşir.

2. Enzimler de proteinler gibi canlılarda DNA şifresine uygun üretilen özel protein yapıda moleküllerdir.

-Her enzimin yapısında protein bulunur. Ancak vitamin veya mineral bulunmak zorunda değildir.

3. Enzimlerin etki ettiği maddeye substrat denir. Enzimin substratı tanıyan kısmı protein kısımdır. Enzim ile substratı arasında yüzey uyumu vardır.(anahtar-kilit uyumu gibi) Bu nedenle sadece belirli  substratlara etki ederler.

4. Reaksiyon sırasında enzim substratına geçici olarak aktif merkezden bağlanır. Enzim substrat kompleksi oluşur. Enzim etkisiyle substrat ürüne dönüşürken enzim serbest kalır.

-5. Enzimler tepkimeyi başlatmazlar, başlayan tepkimeyi hızlandırırlar. Değişmeden çıkarlar, tekrar tekrar kullanılırlar. Zamanla yapısı bozulan enzimler amino asitlerine kadar yıkılır ve yerine yenisi sentezlenir. Koenzim ve kofaktörler de tekrar tekrar kullanılabilir.

(Tepkimeyi başlatan aktivasyon enerjisidir.)

6. Enzimler, belirli bir koenzim ya da kofaktörle birlikte çalışır. Fakat bir koenzim ve kofaktör, birden fazla enzim ile çalışabilir.

Örneğin: Kalsiyum hem enzim 1’in hem de enzim 2’nin kofaktörü olabilir. Ancak demir, enzim 1’in kofaktörü olamaz. Bu nedenle enzim çeşidi, kofaktör ve koenzim çeşidinden daha fazladır.

7. Enzimler genellikle çift yönlü çalışır yani rol aldığı tepkimeler tersinirdir. Sindirim enzimleri bu genellemenin dışında tepkimeyi tek yönlü yürütecek biçimde çalışır.

8. Enzimler çok hızlı çalışır. Örneğin vücutta hücresel solunum faaliyetleri sonucu oluşan hidrojen peroksidin (H₂O₂) beş milyon molekülü, katalaz enziminin varlığında bir saniyede parçalanırken aynı sayıda molekül demir atomunun katalizörlüğünde vücut dışında üç yüz yılda parçalanır.

9. Enzimler hücrede takım hâlinde çalışır. Bir enzimin etki ettiği tepkimenin ürünü, kendinden sonra gelecek enzimin substratı olabilir.

-Örneğin nişasta parçalanırken amilaz enziminin ürünü olan maltoz, maltaz enziminin substratını oluşturur.

10. Takım hâlinde iş gören enzimlerin çalışmaları geri besleme (geri bildirim) mekanizması ile düzenlenir. Miktar yeterli düzeye ulaştığında son ürün ilk enzime bağlanarak enzimin çalışmasını durdurur. Takımdaki diğer enzimler de çalışamaz. Bu olaya negatif geri bildirim denir.

11. Aktif enzimler, genellikle substratlarının,  tepkime çeşidi ya da etki ettiği kimyasal bağın sonuna “az” eki getirilerek isimlendirilir. Örneğin peptid bağlarına etki ede nler peptidazlar olarak isimlendirilir.

-Pasif enzimler ise sonuna “jen” eki getirilerek isimlendirilir.

Örnek: Pepsinojen, Tripsinojen, Kimotripsinojen gibi.

12. Enzimler hücrede içinde üretilir, hücre içinde ve hücre dışında da çalışır. Yapay olarak da üretilebilir. Örneğin; mide ve bağırsaktaki besinlerin sindirimini sağlayan enzimler hücre dışında çalışmaktadırlar.

13. Farklı enzimlerin substratı aynı olabilir. Ancak, enzim değiştikçe aynı substrattan farklı ürünler de oluşabilir.

14. Bazı enzimler faklı substratlara etki edebilir. Örnek: Amilaz enziminin substratı henm nişasta hem de glikojen olabilir. Fakat her ikisinden de aynı ürünleri oluşturur.

-Karbonik anhidraz enzimi hem CO₂ ve H₂O yu karbonik aside çevirir. Hem de karbonik asidi   CO₂ ve H₂O ya çevirir.

15. Hücrede her enzim, belirli bir genin kontrolünde sentezlenir.

-A maddesi enzim 1’in ürünü, Enzim 2’nin substratıdır. Gen 2’de mutasyon olursa A, B’ye dönüşemez, A birikimi olur. Bu durumda son ürün C‘nin oluşması için ortama hazır B verilmesi gerekir.

16. Enzimler esnek yapılı moleküllerdir. Substrat enzimle etkileşirken aktif merkezin şekli, substrat tarafından değiştirilmektedir. Aktif merkezi oluşturan amino asit yeni bir biçim alarak enzimin işlevini yerine getirmesini sağlar. Substrat, tamamen bağlanana kadar aktif merkez şeklini değiştirir, o noktada en son şekli belirlenmiş olur. Enzim ile substrat arasındaki uygunluğu ve enzimlerin nasıl çalıştığını anlatan bu modele indüklenmiş uyum modeli denir.

Şekil : İndüklenmiş uyum modeli

Enzimlerin Çalışmasına Etki Eden Faktörler

2. pH değeri: Her enzimin en iyi çalıştığı bir pH aralığı vardır. Genellikle enzimler en iyi pH’nin 7 olduğu ortamlarda çalışırken bazıları farklılık gösterir. Örneğin pepsin enzimi pH = 2 olan (asidik) ortamlarda, amilaz enzimi pH=7 olan (nötr) ortamda, tripsin enzimi pH = 8,5 olan (bazik) ortamlarda optimum hızda çalışır.

3. Enzim-substrat miktarı:

6. Kimyasal Maddeler: Bazı maddeler, enzimlerin etkinliğini arttırır. Bu maddelere aktivatör maddedenir. Aktivatör madde, kimyasal madde ya da enzim olabilir. Örneğin mide hücreleri tarafından üretilen pepsinojen, ancak hidroklorik asit (HCI) ile aktifleşirse çalışabilir.

-İnce bağırsak mukozasından salgılanan enterokinaz enzimi, pankreasın enzimi olan tripsinojeni aktif tripsine dönüştürür. Yani bir enzim bir başka enzimin aktivatörü olabilir.

-Bazı maddeler de enzimlerin etkinliğini durdurur. Bunlara inhibitör maddedenir. Siyanür, kurşun, civa gibi ağır metal iyonları inhibitör maddelerdir. Örneğin siyanür, glikozun hücre solunumunda kullanılmasını sağlayan enzimlerin etkinliğini durdurarak zehirlenmeye yol açar.

-İnhibitör maddeler iki şekilde enzimleri işlevsiz hale getirir.

a. Enzimlerin aktif merkezine bağlanarak: Eğer inhibitör enzime kovalent bağlarla bağlanırsa, engelleme genellikle geri dönüşümsüzdür. Eğer inhibitör zayıf bağlarla bağlıysa, bu durumda engelleme geri dönüşümlüdür.

b.  Aktif merkezini bozarak: Bazı inhibitörler aktif bölge dışındaki bir bölgeden enzime bağlanır. Enzimin dolayısı ile aktif merkezin şeklini değiştirir. Substratın enzim ile birleşmesi mümkün olmaz.  Böylece enzim, substratın ürüne dönüşümünü düzenlemede etkisiz kalır.

7. Ürün miktarı: Oluşan ürün miktarı reaksiyonu olumsuz yönde etkiler. Örneğin etil alkol fermantasyonu yapan bir canlıda %18 oranında etil alkol birikimi zehirlenmelere neden olabilmektedir.

Hücrede gerçekleşen bir biyokimyasal olay sırasında zamana bağlı olarak substrat, serbest enzim, enzim-substrat kompleksi, ürün miktarındaki değişimlerini grafikle ifade edelim:

Canlılar için enzimlerin önemi

-Canlılar enzimler olmadan hiçbir yaşamsal faaliyetlerini gerçekleştiremez. Besinlerin sindirimi, hücresel solunum, oksijen taşınması, hücre zarından madde geçişi (aktif taşıma), kasların kasılması, sinirsel iletim, protein sentezi gibi yaşamın temel olayları enzimler yardımıyla gerçekleşir.

-Enzimlerin eksikliği çeşitli hastalıklara neden olur. Tay Sachs (Tay Saks) hastalığında enzim eksikliği sonucu beyin ve omurilikte biriken yağ asitleri organların işlevlerini sürdürmesini engeller. Bunun sonucu olarak bireyde denge ve yürüme bozuklukları oluşur. Hastalık küçük yaşlarda ölümcül dahi olabilir.

-Hücre; DNA, ATP gibi moleküllerin sentezinde görev alan enzimleri sentezleyemezse ölür.

-Enzimler tıp, ilaç, gıda, deterjan, tarım, tekstil, kozmetik gibi günlük yaşantımızdaki birçok alanda kullanılmaktadır. Güzellik kremleri, çeşitli makyaj ürünleri, sabun, meyve suyu, bazı ilaçların imal edilmesinde ve dericilik alanında, labratuvarlarda üretilen yapay enzimler kullanılmaktadır.

-Genetik çalışmalarda, gen transferlerinde enzimlerden yararlanılmaktadır.

SORU 1. (2006 YGS)

Aşağıdaki moleküllerden hangisi koenzim olarak görev yapar?

A) ATP           B) B₁ vitamini       C) DNA

D) RNA          E) Gliserol

SORU 2. (2010 YGS)

Yeni toplanmış mısır tanelerinde yüksek düzeyde şeker bulunduğundan taneler tatlıdır. Ancak toplandıktan 1 gün sonra tanelerdeki şekerin %50’si nişastaya dönüştüğünden tatlı tadını kaybeder. Yeni koparılmış mısır koçanı birkaç dakika için kaynayan suya daldırıldıktan sonra soğuk suda soğutulduğunda ve soğuk ortamda saklandığında taneler tatlılığını korur.

Bu işlemin başarısı, enzimlerin aşağıda verilen özelliklerinin hangisinden kaynaklanır?

A) Enzimlerin çok hızlı çalışmasından

B) Enzimlerin substrata özgül olmasından

C) Enzimlerin yapılarının yüksek sıcaklıklarda bozulmasından

D) Her enzimin en iyi çalıştığı bir pH aralığının olmasından

E) Enzimlerin pasif durumdan aktif duruma geçebilmelerinden

SORU 3. (2006 ÖSS Fen-1)

Hücrede gerçekleşen biyokimyasal olaylarla ilgili,

I. Hücre içi enerji üreten reaksiyonların başlaması için enerji gerekir.

II. Metabolik bir yolda yer alan enzimler birbirini izleyerek işlev görür.

III. Reaksiyonun başlaması için enzimin bulunması her zaman yeterlidir.

açıklamalarından hangileri doğrudur?

A) Yalnız I       B) Yalnız II      C) I ve II

D) I ve III       E) II ve III

SORU 4. (2005 ÖSS)

Bir hayvan hücresinde, enzim sentezi sonucunda aşağıdaki moleküllerden hangisinin miktarı artar?

A) ATP           B) tRNA         C) Amino asit

D) mRNA       E) Su

SORU 5. (2001 ÖSS)

Enzimlerin aktif oldukları pH aralıkları farklıdır.

İnsanda, midede salgılanan pepsin enzimi ile onikiparmakbağırsağına boşaltılan tripsin enziminin aktif oldukları pH değerleri aşağıdaki grafiklerin hangisinde doğru olarak verilmiştir?

ꟷ : pepsin, ….: tripsin

SORU 6. (1996 ÖSS)

Yukarıdaki grafik bir kimyasal olayın iki ayrı enerji düzeyinde de gerçekleşebileceğini göstermektedir.

Bu hücrede, bu olayın 2. eğrideki gibi gerçekleşmesini,

I. Reaksiyona giren molekül sayısının azalması

II. Enzimlerin reaksiyona girmesi

III. Reaksiyona giren molekül sayısının artması

durumlarından hangileri sağlar?

A) Yalnız I       B) Yalnız II      C) Yalnız III

D) I ve II       E) II ve III

SORU 7. (1996 ÖSS)

Aşağıdaki grafik, enzim aracılığıyla gerçekleşen bir reaksiyonun hızındaki değişmeyi göstermekte

Hücrede gerçekleşen bu reaksiyonun hızı, t₁ anında aniden düşmektedir.

Bu değişmenin nedeni,

I. Substrat (etkilenen madde) miktarı ˃ Enzim miktarı

II. Ortamda bulunan enerji miktarı ˃ Gerekli aktivasyon enerji miktarı

III. Substrat (etkilenen madde) miktarı ˂Oluşan ürün miktarı

durumlarından hangileri olabilir?

A) Yalnız I       B) Yalnız II      C) Yalnız III

D) I ve II       E) II ve III

SORU 8. (2003 ÖSS)

Hücrede enzimlerle gerçekleşen bir biyokimyasal olay şematik olarak,

şeklinde gösterilebilir. Aşağıdaki grafikte, numaralanmış eğriler, hücrede gerçekleşen kimyasal olay sırasında, substrat, enzim, substrat-enzim kompleksi ve ürün konsantrasyonundaki değişimleri göstermektedir.

Grafikte substrat, enzim, substrat-enzim kompleksi ve ürün konsantrasyonlarını gösteren eğrilerin numaraları aşağıdakilerin hangisinde doğru olarak verilmiştir?

SORU 9. (2012 YGS)

Hücre İçinde gerçekleşen enzimatik bir reaksiyonda, reaksiyon koşullarının uygun ve enzim enzim-substrat doygunluğunun olduğu bir reaksiyon eğrisi, başlangıçta aşağıdaki gibidir?

SORU 10. Aşağıdaki grafik optimum koşullarda devam etmekte olan bir tepkimenin bulunduğu ortam t₁ anından itibaren inhibitör ilavesiyle tepkime hızında görülen değişimi göstermektedir.

Aynı zaman aralığında ortamdaki ürün miktarının değişimini gösteren grafiği çiziniz.

……………

SORU 11. Enzimler ile ilgili;

I. Genetik bilgiye göre sentezlenirler.

II. Bir yardımcı ile çalışırlar.

III. Yapılarında vitamin veya mineral bulundururlar.

IV. Bir enzim birden fazla kofaktör ile çalışır.

ifadelerinden hangilerinin doğruluğu kesin olarak söylenebilir?

A) Yalnız I          B) I ve III          C) II ve III

D) I, II ve IV       E) I,  II, III ve IV

SORU 12. Enzimin substrata özgüllüğü, aşağıdakilerden hangisine bağlıdır?

A) İyonlar            B) Ürün          C) RNA

D) Vitaminler      E) Protein

SORU 13.

-Karaciğerdeki katalaz enzimi H₂O₂’yi su ve oksijene çevirmektedir. Yukarıdaki düzeneklerin hepsinde tepkimenin gerçekleştiği gözlenmiştir.

Buna göre;

a. Birim zamanda oluşan oksijen miktarının çoktan aza sıralanışını yazarak açıklayınız.

b. Tepkimeler tamamlandıktan sonra her bir tüpte oluşan oksijen miktarını karşılaştırınız?

SORU 14. Aşağıdaki deney düzeneklerine aynı miktarda protein ve proteinleri amino asitlere kadar hidroliz eden enzimler eklenmiştir.

Belirtilen ortamlarda bir süre tutulan tüpler sıcaklığı 30 ⁰C olan bir ortama alınmıştır. Bir süre daha beklendikten sonra tüplere amino asit varlığında renk değiştiren ayıraç damlatılmıştır.

Buna göre bu tüplerin hangilerinde renk değişimi gözlenmez?

A) Yalnız I          B) Yalnız II         C) Yalnız III

D) I ve III            E) II ve III

CEVAPLAR ve ÇÖZÜMLERİ

1. Bileşik enzimlerin yardımcı kısmına kofaktör adı verilir. Eğer kofaktör kısmı organik ise koenzim adı verilir. Koenzim olarak görev yapan organik molekül genel olarak B vitaminidir.

Cevap: B

2. Yüksek sıcaklık enzimlerin protein yapısını geri dönüşümsüz bozar. Enzimler işlevini yitirir. Glikoz nişastaya dönüşemez. Bu nedenle tatlılık korunur.

Cevap: C

3. I. Hücre içi enerji üreten reaksiyonlar solunum reaksiyonlarıdır. Başlaması için aktivasyon enerjisi olarak 2 ATP harcanır. Doğru.

II. Enzimler takım halinde çalışır. Doğru.

III. Tepkimeyi enzim değil aktivasyon enerjisi başlatır. Bunun için enzimin bulunması her zaman yeterli değildir. Aktivasyon enerjisinin de bulunması gerekir.

Cevap: C

4. Enzim sentezi bir dehidrasyon tepkimesidir. Su açığa çıkar. Miktarı artar.

Cevap: E

5. Pepsin enzimi midede işlev görür. Ortam asidikdir.  pH'nın 7 den küçük olması gerekir. Tripsin bağırsakta işlev görür. Ortam baziktir. pH’ın 7 den büyük olması gerekir.

Cevap: A

6. 2. eğride aktivasyon enerjisinin düştüğü görülüyor. Aktivasyon enerjisini de enzimler düşürür.

Cevap: B

7. t₁ anında reaksiyonun aniden durduğu görülüyor. Bunun sebebi reaksiyon için gerekli aktivasyon enerjisinin olmamasıdır. Substrat miktarının enzim miktarından çok olması reaksiyonu bir süre hızlandırır ve sorasında sabit hızla devam eder. Substrat miktarının oluşan ürün miktarından az olması da reaksiyonu durdurmaz.

Cevap: B

8. Substrat miktarı azalırken (II) ürün miktarı artar (I). Tepkimenin başlaması ile birlikte serbest enzimler substrat ile birleşerek substrat-enzim kompleksi oluşacak ve miktarı önce artıp sonrada sıfırlanacaktır (III). Serbest enzim miktarı önce azalacak sonra da başlangıçtaki miktarı tekrar oluşacaktır (IV).

Cevap: C

9. Enzim substrata doyduğunda ortamda serbest enzim kalmayacağına göre reaksiyon sabit bir hızla devam eder. Bu durumda iken substrat miktarı artsa bile reaksiyon hızı değişmez.

Cevap: C

10. Verilen grafik tepkime hızını göstermektedir. t₁ anına kadar sabit bir hız var o halde sabit hızla ürün artışı olmalıdır. t₁-t₂ arasında tepkime hızı azalıyor ancak ürün oluşmaya devam ediyor. Ancak sabit artış değil, azalan artış var. t₂ anından sonra tepime tamamen durmuştur. Yeni ürün oluşumu yoktur. Dolayısı ile ürün miktarı sabit kalacaktır. Buna göre aşağıdaki grafik çizilebilir.

11. I. Bütün enzimlerin protein kısmı vardır ve genetik bilgiye göre sentezlenirler.

II. Bileşik enzimler bir yardımcı ile çalışırlar. Basit enzimler yardımcı ile çalışmazlar.

III. Bileşik enzimlerin yapılarında vitamin veya mineral bulunur. Basit enzimlerde bulunmaz.

IV. Bir enzim birden fazla kofaktör ile değil, bir kofaktör birden fazla enzim ile çalışır.

Cevap: A

12. Bir enzimin etki edeceği maddeyi yani substratını belirleyen protein (apoenzim) kısmıdır.

Cevap: E

13.

a. Düzeneklerdeki hidrojen peroksit (H₂O₂) substrat, karaciğer ise enzimi temsil etmektedir. Karaciğer ne kadar küçük parçalara ayrılırsa serbest enzim miktarı o kadar çok olacak ve tepkime o kadar hızlı gerçekleşecektir. Düzeneklerde en fazla serbest enzim kıyılmış (III) daha sonra parça (II) en az ise tüm (I) karaciğerdedir. Buna göre birim zamanda oluşan oksijen miktarının çoktan aza sıralanışı III ˃ II ˃ I şeklinde olacaktır.  

b. Substrat miktarı (H₂O₂) tüm düzeneklerde eşittir. Dolayısı ile tepkimeler tamamlandıktan sonra oluşacak oksijen miktarı da tüm tüplerde eşit olacaktır. Cevap: I = II = III

14. Uygulama sürecinde I. tüpteki enzim 100 ⁰C de bozulacaktır. II. tüpte proteinler hidroliz olur. III. tüpte enzim çalışmaz ancak yapısı bozulmaz. Uygun ortama alındıktan sonra enzim tekrar aktive olur ve proteinler hidroliz olur. Bu durumda sadece I. tüpte amino asit olmayacağından renk değişimi gözlenmez. Cevap: A