Enzimler ve Genel Özellikleri

Enzimler, Enzim Nedir, Özellikleri Nelerdir?

Enzimler tepkime dengesine etki etmeyen, çoğunlukla protein yapıda, substrat ile son derece seçici olarak etkileşime giren biyokimyasal katalizörlerdir. Katalizörlerin genel özelliği olan aktifleşme enerjisinin düşürülmesi enzimler için de geçerlidir ancak enzimler bu işi sentetik katalizörlerden çok daha iyi yapar ve enzimlerin sağladığı katalizör etkisi 10^5 kere kadar daha fazladır. Enzimler çok büyük molekül kütlelerine sahip olabilir, tıpkı diğer protein yapılı bileşikler gibi. Bu da enzimlerin özellikleri nelerdir ve enzim nedir sorusuna cevap niteliğindedir.

Enzimlerdeki temel prensip kimyasal tepkimeleri seçici olarak katelizleyebilmeleridir. Enzimler pek çok tepkimeden oluşan olayları, besin maddelerinin parçalanması, canlı organizmanın ihtiyaç duyduğu moleküllerin biyokimyasal olarak sentezlenmesinde, canlıda ihtiyaç duyulan herlerde hidroliz olayının hızlı bir şekilde yapılmasında, hormonların sentezlenmesinde, vitaminler gibi moleküllerin sentezinde ve daha binlerce yerde önemli ve son derece etkin görevler alırlar. Bu da enzimlerin özellikleri nelerdir ve enzim nedir sorusuna başka bir cevaptır.

Enzimler bu etkili işleyişlerini protein yapısında bulunan özel bir bölge olan akfit merkez(veya akfif bölge) ile yapar. Enzimlerde işleyiş aktif merkez üzerinden yürür ve substrat aktif merkeze non-kovalent etkileşimlerle bağlanır. Bu non-kovalent etkileşim sonucunda ilgili tepkime katalizlenir ve tepkime ürünü ortaya çıkmış olur.

Bir grup katalitik RNA molekülü hariç enzomlerin büyük bir çoğunluğu protein yapısındadır. Enzimlerin aktiviteleri protein konformasyonunun bütünlüğüne bağlıdır. Eğer bir enzim denatüre olursa, yani yapısı fiziksel etkenler tarafından bozulursa veya bir şekilde alt birimlere ayrılırsa katalitik aktivitesi genellikle kaybolur. Enzimin alt birimlere giderek daha da ayrışması enzimlerin etkinliklerinin kaybolması yani enzimin işlevini yerine getirmemesi demektir. Enzimler diğer proteinler gibi yaklaşık 12000’den başlayıp 1 milyonun üzerine çıkan molekül kütlelerine sahiptir.

Enzilerin katalitik aktivitesini açıklayan serbest enerji- tepkime koordinatı grafiği yukarıdadır. Bu grafiğe baktığımızda ES ve EP oluşum süreçlerinde geçiş halinin enerjisin katalizsiz hale göre çok daha düşük olması enzimlerin katalitik aktivitelerini açıklamaktadır. Enzimler diğer katalizor etkisi olan yapılar gibi kendileri ile ilgili tepkimelerin Delta G’lerini düşürmektedir. Bu da tepkimenin daha hızlı gerçekleşmesi demektir. Enzimler sentetik katalizörlere göre çok daha etkindirler. Yani akfitleşme enerjisini sentetik katalizörlere göre çok daha fazla düşürürler.

Enzimlerin substrat ile olan ilişkileri anahtar kilit modeli veya indüklenmiş uyum modeli ile açıklanmaktadır. Anahtar kilit modelinde substrat aktif merkere tam uyum ile bağlanırken indüklenmiş uyum modelinde subtratın bağlanması ve/veya yaklaşması ile protein yapıda bir takım değişiklikler meydana gelir ve protein substrata tam uyumlu hale gelir. Yani anahtar kilit modelinde tam uyum zaten mevcut iken indüklenmiş uyum modelinde uyumlu hale gelme söz konusudur.

Kofaktör ve Koenzim

Enzimlerin bazıları etki edebilmek ve işlevlerini yerine getirmek için ilave kimyasal bileşenlere ihtiyaç duyarlar. Bu ihtiyaç duyulan bileşikler bir veya daha fazla inorganik iyon, organik bir molekül veya koenzim olarak bilinen organometalik bir moleküldür.

Koenzimler seçici işlevsel grupların geçici taşıyıcısı olarak enzimin katalizlediği reaksiyonda yer alırlar. Koenzimler çoğunlukla vitaminler veya vitamin türevleridir.

Bazı enzimler koenzim ve metal iyon(ları) ikilisi olduğunda aktiflik gösterirler. Bir koenzim veya metal iyonu bu çerçevede bakıldığında enzime çok sıkı bağlanabilir. Bu tür gruplar prostetik grup olarak isimlendirilir.

Enzimler ve Sınıfları

Enzimler yaptıkları işlere göre altı çeşit gruba ayrılmıştır. Bu gruplar ve ayrım özelliği aşağıdaki gibidir.

1. Oksidoredüktazlar Enzimler

Elektron aktarımını sağlayan enzimler bu sınıfta yeralırlar. Burada yükseltgenme ve indirgenme reaksiyonlarının katalizlenmesi sözkonusudur. Bu sınıftaki enzimler özellikle metabolizmadaki oksitlenmiş yapıların çevriminde önemli görevler alırlar. Bu konu ile ayrıntılı bilgi almak için glutatyon redüktaz hakkındaki yazımızı inceleyebilirsiniz.

2. Transferazlar Enzimler

Bu sınıfta bulunanlar grup aktarımı yapmaktadır. Enzimlerin taşıdıkları gruplar içerisinde H⁺ bulunmamaktadır.

3. Hidrolazlar

Hidroliz tepkimelerini katalizler. Buna işlevsel grupların suya aktarımı dahildir. Bağları, bağlara su ekleyerek koparır.

4. Liyazlar

Bu türde olanlar grupların çift bağlara katılmasını veya grupların uzaklaşmasıyla çift bağ oluşumunu katalizlerler.

5. İzomerazlar

Molekül içi grupların aktarımı ile izomerik yapıların oluşumun katalizlenmesinden sorumlu olanlar bu sınıfta yer alır.

6. Ligazlar

Kondensasyon tepkimelerinin yardımı ile çeşitli bağların oluşumunu katalileyen olanlar bu sınıfta yer alırlar.

Enzimler hastalıkların yayılması ve tedavisinde önemli olan son derece komplike yapılardır. Örneğin Raltegravir – İntegraz İnhibitörlerinin İlki yazısında HIV vürüsünün integraz enziminin nasıl çalıştığı ve bu enzimin nasıl inhibe edilerek hastalığın tedavi edilmeye çalıştığı anlatılmaktadır. Bunun yanında Moleküler Docking ve İlaç Tasarımında Kullanımı ile enzimlerin nasıl inhibe edildiği modellenebilmektedir. Bu modelleme işlemi moleküler dinamik çalışmalarıyla desteklenmekte, sonrasında ise enzim inhibisyonu ile ilgili olarak in vitro ve in vivo çalışmalar yapılarak bir ilaç keşfi gerçekleşmektedir.