ENZİMOLOJİ

Genel bilgi
Enzim, (hemen hemen hepsi denilebilecek kadar büyük çoğunluğu) protein yapısında olan, doğal olarak yalnız canlılar tarafından sentezlenebilen biyolojik katalizörlerdir.
Hücre içersinde meydana gelen binlerce tepkimenin hızını ve özgüllüğünü düzenlerler. Çok defa hücre dışında da etkinliklerini korurlar. Aynı enzim farklı hücre veya doku tiplerinde de katalizör görevi üstlenebilir. Bu durumda üç boyutlu yapısı farklı, ancak görevleri aynı olan 'izoenzimler'den söz edilir. Canlı hücrelerde tepkimeler kural olarak,0-50 0C; çoğunlukla da 20-42 0C arasında meydana gelir.


Enzimlerin çoğu protein yapısındadır ya da protein kısım bulundururlar. Enzimin etki ettiği bileşiğe "Substrat", enzimin saniyede etki ettiği substrat molekül sayısına "Enzimin Etkinlik Değeri=Turnover sayısı" denir. Kuramsal olarak enzimli tepkimeler dönüşümlüdür. Enzimler, aktivasyon enerjisini düşürerek, zor ve uzun sürede gerçekleşecek olan tepkimeleri çok kısa sürede ve az enerji harcanarak yapmayı sağlarlar.


Enzimler yapı olarak iki kısımda incelenir.Basit enzimler ve bileşik enzimler.
1. Basit Enzimler: Sadece proteinden meydana gelmiş enzimlerdir.Bunlara en iyi örnek sindirim enzimleri ve üreyi parçalayan üreaz enzimleridir.Reaksiyon direk olarak protein kısmı tarafından yürütülür.
2. Bileşik Enzimler: Bileşik enzimler iki kısımdan meydana gelir.
· Protein + Vitaminler
· Protein + Mineral maddeler veya metal iyonlarıdır.
Bu enzimlerin protein kısmına apoenzim, vitamin kısmına koenzim veya prostatik grup denir. Metal iyonları ve mineral maddeler gibi kısımlarına da enzim aktivatörleri denir. Bileşik enzimler ayrı ayrı görev yapamazlar. Çünkü enzimin etki ettiği maddeyi protein kısmı belirler. Koenzim reaksiyonu gerçekleştirir. Organizmalarda vitamin veya metal iyonları eksik olursa protein kısımları reaksiyonu gerçekleştiremez. Bundan dolayı canlı hastalanır. Mesela gözdeki A vitamini görme reaksiyonlarını gerçekleştiren enzimin bir parçasıdır. Yani koenzimdir. A vitamini olmasa reaksiyon gerçekleşmez ve gece körlüğü ortaya çıkar.
Canlıda her enzim proteinden yapılmıştır. Her protein bir gen tarafından programlandırılarak görevlendirilmiştir, buna bir gen bir enzim hipotezi denir. Genler, sentezletmiş olduğu proteine ne yapacağınıda şifrelemiştir. Bazı enzimler yalnız proteinden oluşurken, bazıları, farklı iki kısımdan meydana gelmiştir. Bunlar :
· Apoenzim Kısmı : ( enzimin protein kısmı) enzimin hangi madddeye etki edeceğini saptar.
· Koenzim Kısmı : organik çoğu defa fosfattan meydana gelmiş, protein kısmına göre çok daha küçük moleküllü bir kısımdır. Enzimde işlev gören ve esas iş yapan kısımdır. Genellikle, bütün vitaminler hücrede enzimlerin koenzim kısmı olarak iş görür.
Bazı enzimler ise, ortama yalnız belli iyonlar eklendiğinde etkindirler. Canlı bünyesinde bulunan eser elementler (Mn, Cu, Zn, Fe,vs.) bu enzimatik işlevlerde aktivatör olarak kullanılırlar. Bazen, enzimin iş görebilmesi için bir metal iyonuna gereksinimi vardır. Yani koenzim metal iyonu ise buna "Kofaktör" denir. Bazı durumlarda koenzim apoenzim kısmına sıkıca bağlanmıştır; bu bağlanan kısma "Prostetik grup"; prostetik grupla apoenzim kısmının her ikisine birden "Holoenzim" denir.
Enzimler; etki ettiği maddenin sonuna "ase=az" eki getirilerek ya da katalizlediği tepkimenin çeşidine göre adlandırılırlar.
Enzimler genel olarak şöyle sınıflandırılabilirler:
· Oksidoredüktazlar
· Transferazlar
· Hidrolazlar
· Liazlar
· İzomerazlar
· Ligazlar (Sentetazlar)
Enzim reaksiyonlarını etkileyen faktörler
Enzimler kimyasal reaksiyonları gerçekleştirdiklerinde bazı faktörlerin etkisi altında kalırlar. Bunlar;
· Isı: Her enzim reaksyonunun optimal bir ısı seviyesi vardır.İnsanda bu ısı 36,5 derecedir.0 derecede enzimler pasiftir.Ancak yapıları bozulmaz.Canlılıkta kaybedilmeyebilir.Genel olarak enzimler 60 C de bozulurlar
· pH: (asitlik-bazlık oranı): Her reaksiyonun gerçekleşebilmesi ortamın pH'ını belirleyen belli oranda [[H+]] ve [[OH-]] iyonları konsantrasyonu olmasına bağlıdır.
· Substrat konsantrasyonu: Ortamda reaksiyon hızını artırıcı yapılardan biride enzim ve substrat miktarıdır.Her ikisinin miktarı belirli oranlarda artırılırsa reaksiyon hızı sürekli artar.
· Su: Enzim reaksiyonunun gerçekleşebilmesi için ortamda belirli oranda su olması gerekir. Çünkü moleküllerin birbirine çarparak reaksiyonu gerçekleştirebilmesi için hareketi sağlayacak sıvı bir ortamın olması gerekir. Tohumlarda su miktarı az olduğundan reaksiyonlarda minimal seviyede gerçekleşmektedir.








Enzimler
1 Vücutdaki tüm reaksiyonlar enzimler tarafından yürütülür.Enzimler reaksiyon sonunda değişmeden, reaksiyonun hızını arttıran, protein katalizörlerdir.

Enzimlerin yapısal özellikleri
1. Aktif bölge: substrata komplementer üç boyuttlu bir yüzey yaratan amino asid zincirler içerir. Substratı bağlar ve ES kompleksi meydana gelir.
2. Katalitik etkinlik: enzimler katalizlediği reaksiyonların hızını 103 – 108 kat artırır.Her enzim molekülü sn’de 100 -1000 substrat(S) molekülünü ürüne(P) çevirme yeteneğine sahiptir.
Tunover sayısı: enzim başına düşen ürüne çevrilmiş substrat molekülü sayısına denir.
3. Spesifiklik: enzimler bir veya birkaç substratla etkileşirler sadece tek tip reaksiyonu katalizlerler. Özgüllük enzim ve substratın arasındaki çoklu zayıf etkileşimlerden kaynaklanır.
4. Koenzim ve Kofaktörler: birçok enzim aktiviteleri için koenzim yada kofaktörlere ihtiyaç duyar.Bunlar enzimin aktif bölgesinde konformasyonel değişiklik yaparlar.
Koenzimler vitamin türevleridir(FAD,NAD,koenzim A), ürüne dönüşürler.
Kofaktörler Zn, Fe,Cu, Mn, Mg gibi metal iyonlarıdır, genellikle ürüne dönüşmezler.
Apoenzim + Koenzim à Holoenzim
(inaktif) (aktif)
Apoenzim holoenzimin protein kısmı
Prostetik grup; enzimden ayrılmayan koenzim (karboksilazın biotini)
5. Düzenlenme; enzimlerin aktivitesi düzenlenebilir (aktif-inaktif)
6. Hücre içi konumları; birçok enzim spesifik organellerde lokalizedir.
Kofaktör, ya Fe2+, Mg2+, Mn2+, Zn2+ gibi bir veya daha fazla inorganik iyon ya da koenzim denen kompleks bir moleküldür.
Enzimlerin adlandırılmaları
Birçok enzim, substratlarının adına veya aktivitelerini tanımlayan bir kelime veya sözcük grubuna “az” soneki ekleyerek adlandırılır.
Üreaz, amilaz, arjinaz, proteaz ve lipaz, substratı tanımlayan;
DNA polimeraz, laktat dehidrojenaz ve adenilat siklaz, tepkimeyi tanımlayan adlandırmalardır.


Enzimlerin sınıflandırılmaları
1. Oksidoredüktazlar 2. Transferazlar 3. Hidrolazlar 4. Liyazlar 5. İzomerazlar 6. Ligazlar
1- Oksidoredüktazlar :redüksiyon-oksidasyon reaksiyonlarını katalize ederler.
Laktat dehidrojenaz –Katalaz
2. Transferazlar fonksiyonel grupların bir molekülden diğerine transferini katalize ederler
Aspartat transaminaz -Alanin transaminaz –Heksokinaz -Kreatin kinaz
3. Hidrolazlar su katılması suretiyle bağların parçalandığı hidroliz reaksiyonlarını katalize ederler .
Lipaz - Kolesterol esteraz - Alkalen fosfataz - a-Amilaz - Tripsin
4. Liyazlar oksidasyon veya hidrolizden başka yollarla bağları yıkar veya oluştururlar
Pirüvat dekarboksilaz - Sitrat sentaz - Adenilat siklaz
5. İzomerazlar bir molekül içindeki değişiklikleri katalize ederler
Triozfosfat izomeraz - Glukoz-6-fosfat izomeraz
6. Ligazlar enerjice zengin bir bağın hidrolizi ile iki molekülün birbirine bağlanmasını katalize ederler . DNA ligaz

Enzimlerin çalışmasıReaksiyon esnasında meydana gelen enerji değişikliği açısından
1.Serbest aktivasyon enerjisi:
Tüm reaksiyonlarda reaktanları ve ürünleri ayıran bir enerji bariyeri vardır.
Görülen enerji piki reaktanların ürüne dönüşümü sırasında yüksek enerjili bir ara ürünün meydana geldiği “ geçiş durumu” nu gösterir. Katalizlenmeyen reaksiyonların hızı bu yüksek aktivasyon enerjisinden dolayı yavaştır.
2. Reaksiyonun hızı:
Reaksiyonun hızı enerjili moleküllerin sayısı ile belirlenir. Serbest aktivasyon enerjisi ne kadar düşükse reaksiyon o kadar hızlıdır. Enzimler tepkimenin dengesini değil hızını etkiler.
3. alternatif reaksiyon yolu:
Bir enzim daha düşük serbest aktivasyon enerjisi olan alternatif bir reaksiyon yolu sağlayarak reaksiyonun daha hızlı yürümesine olanak sağlar.

Aktif bölgenin kimyasal yapısı
Aktif bölge, substratın ürüne dönüşünü hızlandıran , birçok metobolizmayı yürüten, karmaşık bir moleküler yapıdır;
1. Geçiş durum stabilizasyonu: substratı yapısal olarak molekülün aktive olmuş geçiş durumuna benzeyen geometride bağlayan esnek bir kalıp gibi davranır. Tepkimelerin gerçekleşmesi için bir enzim geçiş durumuna çıkarılmalıdır. Bu substrat ve enzim arasındaki optimal etkileşimler yanlız geçiş durumunda gerçekleşir.
2. Bu etkileşimlerin oluşumu ile salınan enerji ( Bağlanma enerjisi = ∆G) enerji pikinin tepesine ulaşmak için gerekli enerjiyi kısmen karşılar.
3. Geçiş durumunu stabilize ederek, ürüne dönüşecek reaktif ara ürün konsantrasyonunu büyük miktarda artırır ve reaksiyonu hızlandırır.
4. Aktif bölge geçiş durumunun oluşumunu sağlayan yan katalitik gruplar içerir.
Reaksiyonun hızını etkileyen faktörler
1.Substrat konsantrasyonu 2.Isı 3. pH
Vmax: Bir reaksiyonun hızı (V) birim zamanda ürüne çevrilen substrat molekül sayısıdır ve dk da oluşan μmol ürün olarak ifade edilir.
Enzim katalizli bir reaksiyonda hız, Vmax’a ulaşana kadar substrat konsantrasyonu ile doğru orantılıdır. Enzimin tüm uygun bölgeleri substratla doyurulduğunda ( Vmax) reaksiyon dengeye ulaşır.
Enzimlerin çoğu michaelis-Menten kinetiği gösterir. V0 substrat konsantrasyonu [S] ‘na karşı hiperbolik bir eğri gösterir. Allosterik enzimlerde (düzenleyici enzimler) ise sigmoidal bir eğri görülür.
Vmax’a ulaşana kadar, reaksiyonun hızı ısı ile artar; ısının daha da artırılması ile denatürasyona bağlı olarak hız azalır.
H+ konsantrasyonu (pH) reaksiyon hızını çeşitli şekilde etkiler. Enzim ve substrat spesifik gruplarının reaksiyona girmek için iyonize veya non iyonize durumda olmaları gerekir. pH’daki aşırılıklar enzimde denatürasyona neden olur.
Optimum pH: enzimin vücudta fonksiyon gördüğü pH’yı yansıtır.
Michaelis-Menten Denklemi
k1 k3
E + S ——> ES ——> E + P
<—— <——
k2
V0= Vmax.[S]
km+ [S]
Michaelis-Menten denklemi reaksiyon hızının substrat konsantrasyonu ile nasıl değiştiğini gösterir.
V0 = ilk hız Vmax = maksimum hız Km= michealis sabiti [S] = substrat konsantrasyonu
Michaelis-Menten denkleminde kabul edilen varsayımlar;
1 [S], [E] den çok fazladır.
2 Denge durumu varsayımı; [ES], zamanla değişmez. ES oluşumu ES yıkımına eşittir.
3 ilk hız; substrat ve enzim karıştırılır karışrırılmaz ölçülür. Bu esnadaki P ve S’ye dönen reaksiyon hızı ihmal edilir. (Ürün başlangıçta çok az olacağından)

1 Km; her enzim ve substrata özeldir ve o enzimin substrata ilgisini gösterir. Reaksiyon hızının 1/2Vmax’a eşit olduğu substrat konsantrasyonu değerine eşittir.
2 Km küçük ise enzimin ilgisi fazla, km büyük ise ilgi azdır.Örn. Kc de glukokinaz km= 10mM kc ve tüm hc deki hexokinaz km=0.1 mM

1 Enzim konsantrasyonu, reaksiyonun hızı enzim konsantrasyonu ile doğru orantılıdır.
2 Reaksiyon basamağı;
Birinci basamak: [S], km den çok küçük ise hız [S] ile doğru orantılıdır.(lineer)
Sıfır basamağı; [S], km den çok büyük ise hız [S]’dan bağımsızdır.
Km= [S] olduğunda V0= ½ Vmax
Michaelis-Menten kinetiği (özet)
Enzim konsantrasyonu sabit olduğunda, ,[S] km’den küçükse V0 , [S] ile doğru orantılıdır, fakat [S] km’den çok büyükse V0 , [S] dan hemen hemen bağımsızdır ve
V0 = Vmax
Proposed Model: E + S Û ES ? E + P

Enzim aktivitesinin inhibisyonu
1 Geridönüşümlü inh. Ve geri dönüşümsüz inh. Şeklinde olabilir.
2 Geri dönüşümlü inhibisyonda inhibitör, enzimle non kovalen bağlarla bağlanır.
3 Geridönüşümsüz inhibisyonda inhibitör-enzim kompleksi seyreltilmesine rağmen enzim aktivitesini yeniden kazanamaz. Çoğu geri dönüşümsüz inh. da inhibitör enzimle kovalent bağlar oluşturur.
1-Kompetetif (yarışmalı) inhibisyon:
İnhibitör, substratın bağlandığı yere geri dönüşümlü olarak bağlanır.
[S] artırılarak inhibisyon ortadan kaldırılabilir. Vmax ‘a [S] konsantrasyonu artırılarak ulaşılabilir. Vmax değişmez. Km, 1/2Vmax’a ulaşmak için [S] artacağı için km artar.
Line-Burke grafiğinde de Vmax değişmez, km artar.
2.Nonkompetetif (yarışmasız) inhibisyon
İnhibitör ve substrat farklı bölgelere bağlanır.Vmax üzerine olan etki tipiktir ve Vmax azalır.
Km substratın bağlanması etkilenmediği için değişmez.Line-weaver-burke grafiğinde de Vmax azalır, km değişmez.
Enzim aktivitesinin kontrolü
1 1- allosterik regülasyon
2 2- modifikasyonlar ile olan regülasyon
3 Proteolitik ayrılma (zimojenlerde olduğu gibi)
4 Kovalent modifikasyonlar ( başka bir enzimle fosforilasyon, defosforilasyon, ... yapılarak)
5 Protein-protein etkileşimi (modülatör proteinlerle, Örn. cAMP, protein kinaz subüniti ile bağlandıktan aktive olması )
Enzim aktivitesinin kontrolü allosterik regülasyon
* Allosterik enzimler, aktif bölge dışında bir yere nonkovalent bağlanan effektör moleküller tarafından düzenlenir.
* Hız kısıtlayıcı basamakları kataliz ederler ve irrevelsbl reaksiyonlardır.
* Genellikle birden fazla polipeptit zinciri içerirler.
* Michaelis-menten kinetiği göstermezler.
Allosterik effektörler, enzimin substrata ilgisini değiştirir, katalitik aktiviteyi negatif veya pozitif yönde değiştirebilir ( negatif ve pozitif effektörler)
Homotropik effektör: substratın kendisi effektör görevi yapar. Genellikle pozitif effektördürler ve sigmoid eğri verirler.
Heterotropik effektör: effektör substrattan farklı bir moleküldür. Örn. Feedback inhibisyon. Genellikle bu reaksiyonun son ürünüdür.
Enzimatik aktivitenin düzenlenmesi-2. Kaynaktan alınmıştır.
1 Allosterik enzimler
2 Protein/protein etkileşimi
3 Kovalent modifikasyon/kaskat sistemler
4 Zimojen aktivasyon
5 Enzim sentezinin indüksiyonu veya represyonu
Zimojen aktivasyon
Bazı enzimler proteolitik yıkılım vasıtasıyla aktive olurlar.Proteolitik yıkılım vasıtasıyla aktive edilen enzimlerin inaktif prekürsörü, zimojen olarak isimlendirilir.
Enzim inhibisyonu
Bazı ilaçlar ve bir kısım kimyasal maddeler enzimlerin katalitik etkilerine engel olurlar
1 Reversibl enzim inhibisyonları
1) Kompetitif (yarışmalı) enzim inhibisyonu
2) Nonkompetitif (yarışmasız) enzim inhibisyonu
3) Ankompetitif enzim inhibisyonu
1 İrreversibl enzim inhibisyonları
Bir irreversibl inhibitörün, enzim üzerinde bulunan ve aktivite için esas olan bir fonksiyonel grubu yıkması veya onunla irreversibl olarak birleşmesi sonucu meydana gelir.

İzoenzimler (izozim)
1 İzoenzimlerin çoğu aynı reaksiyonu katalizleyen fakat farklı aminoasid dizeleri ile farklı genetik yapıları ile fiziksel olarak farklı olan enzimlerdir.İzoenzimler faklı sayıda yüklü aminoasid taşıyabilirler ve elektroferezle birbirlerinden ayrılabilirler.Farklı organlar farklı izoenzimleri belli oranda içerirler.(bu özellikleri ile tanıda yol göstericidir.İzoenzimlerin çoğu farklı subünitleri (polipeptit zincirlerini) çeşitli kombinasyonlarda içerirler. Çok sayıda dehidrogenaz, oksidaz, transaminaz, fosfataz ve proteolitik enzimlerin izozimleri bilinmektedir. Farklı dokular, farklı izozimler içerebilir ve bu izozimler, substratlara olan afiniteleri yönünden farklılık arz edebilir.
2 CK1=BB(beyin), CK2=MB(kalp), CK3=MM(kas)
3 LDH1=HHHH(kalp), LDH2=HHHM, LDH3=HHMM, LDH4HMMM, LDH5=MMMM(karaciğer)
4 ALP, Plesental, kemik, germ hücresi, intestinal, karaciğer,böbrek
Koenzimler
bazı enzimlerin aktiviteleri için gerekli olan ve kofaktörlerin kompleks molekül yapısında olanlarıdır
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
1 NAD+ - NADH
2 NADP+ - NADPH
3 FAD - FADH2
4 FMN - FMNH2
5 Koenzim Q
6 Demir porfirinler
7 Demir-kükürt proteinleri
8 a-Lipoik asit
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 görürler;
bazı hallerde ara ürün, koenzim olarak işlev görür.
Kanda bulunan enzimlerin kaynakları
1 Plazmaya özgü enzimler: fibrinojen gibi...
2 Sekresyon enzimleri: a-Amilaz gibi...
3 Sellüler enzimler: transaminazlar gibi...
Serum enzim düzeyini etkileyen faktörler
1 Enzimlerin hücrelerden serbest kalma hızı
2 Enzim üretiminde değişiklikler
3 Enzimlerin dolaşımdan uzaklaştırılma hızı
4 Enzim aktivitesini artıran nonspesifik nedenler
Kan enzimlerinin aktivite tayinlerinde dikkat edilecekler
1 Kan, antikoagulansız tüpe (düz tüp) alınmalıdır
2 Kan genellikle venden alınır
3 Kan alırken hemolizden kaçınmalıdır
4 Kan, pıhtılaşmasından hemen sonra santrifüj edilerek serum ayrılmalıdır
5 günlük taze kan kullanılması en iyisidir

Klinik tanıda önemli olan serum enzimleri
transaminazlar (AST ve ALT) - laktat dehidrojenaz (LDH, LD) –
kreatin kinaz (CK, CPK) - fosfatazlar (ALP ve ACP) -amilaz (AMS) - lipaz (LPS)
gama glutamiltransferaz (GGT, g-GT) - aldolaz (ALS)
5¢-nükleotidaz (5¢-NT) - lösin aminopeptidaz (LAP)
psödokolinesteraz (ChE) - glukoz-6-fosfat dehidrojenaz (G-6-PD)
Enzimatik tanı alanları
1 kalp ve akciğer hastalıkları - karaciğer hastalıkları - kas hastalıkları - kemik hastalıkları - pankreas hastalıkları - maligniteler - genetik hastalıklar - hematolojik hastalıklar – zehirlenmeler

Klinik tanıda enzimler
1 Plazma enzimleri iki ana grupda sınıflandırılabilir:
1- Plazmaya belirli organlar tarafından salgılanan az sayıdaki enzim grubu (kan pıhtılaşmasındaki enzimlerin zimojen formu)
2- Normal hücre turnoverı sırasında hücrelerden salgılanan çok sayıda enzim grubu. Bu enzimler normalde intrasellülerdir. Sağlıklı kişilerde oldukça sabittir. Plazmadaki artışları hücre hasarı ile birlikte hücre içi enzimlerin plazmaya salındığını gösterir.(Örn. Hepatitde AST, ALT nin artışı, miyokard infarktüsünde CK, LDH, AST,ALT artışı)
Klinikte enzimler;
Kalp hastalıkları, karaciğer hastalıkları, kas hastalıkları, kemik hastalıkları, maligniteler, pankreas hastalıkları, akciger hastalıkları, genetik hastalıklar, zehirlenmeler, .. gibi durumlarda tanıda yönlendirici olarak kullanılmaktadır.
Enzim ünitesi: optimal şartlarda (optimum pH,optimum ısı) bir µmol substratı 1 dk da ürüne dönüştüren enzim aktivitesidir. Buna internasyonel ünite (İU) denir ve günümüzde ölçüm birimi olarak bu İU kullanılır.
Serum Enzimlerinin Tanıda Temel Kullanımı
Amilaz - Akut pankreatit
Aminotransferazlar Aspartat aminotransferaz (AST veya SGOT) Alanin aminotransferaz (ALT veya SGPT)
Miyokard infarktusu , Viral hepatit
Fosfataz, alkalin (ALP) (izoenzimleri).
Çeşitli kemik hastalıkları, tıkanmalı karaciğer hastalıkları
Fosfataz, asit - Prostatın metastatik kanseri
g-Glutamil transpeptidaz - Çeşitli karaciğer hastalıkları
Kreatin kinaz(CK) -Kas bozuklukları ve miyokard infarktusu
Laktat dehidrogenaz (LDH) (izozimleri) - Miyokard infarktusu
Lipaz -Akut pankreatit
Serüloplazmin - Hepatolentiküler dejenerasyon (Wilson Hastalığı)



MİKROBİYAL ENZİMLER
1 Endüstrinin hemen her alanında kullanılan enzimler genellikle mikroorganizmalardan elde edilmektedir. Bunun nedeni mikroorganizma kaynaklı enzimlerin bitkisel veya hayvansal kaynaklı enzimlere göre katalitik aktivitelerinin çok yüksek olmaları, istenmeyen yan ürün oluşturmamaları, daha stabil ve ucuz olmaları, fazla miktarda elde edilebilmeleridir.
2 Bu mikroorganizmalar yalnızca enzim üretme yeteneklerine göre değil, mikroorganizmaların toksik ve patojen olmamasına göre de seçilmiştir.
3 Bugün endüstride kullanılan birçok enzim mikrobiyal kökenli olduğu için, endüstriyel enzimlerin kullanımında, mikroorganizma kullanımı artmıştır.
4 Ekstremofilik mikroorganizmalar; volkanların yüksek sıcaklıklarında, kutupların düşük sıcaklıklarında, çok düşük ve çok yüksek pH değerlerinde (pH 0-3 veya pH 10-12) veya çok yüksek tuz konsantrasyonlarında (%5-30) yaşamak için adapte olmuşlardır. Bu şekilde farklı ekolojik koşullarda yaşayan mikroorganizmalar termofilik, asidofilik, alkalifilik ve halofilik bakteriler şeklinde sınıflandırılmıştır. Buralarda yaşayan termoasidofilik ve alkalifilik bakterilerden elde edilen enzimler ekstrem pH ve sıcaklık koşullarına dayanıklı olduğu için endüstriyel alanda yoğun olarak kullanılmaya başlanmıştır. Enzimler katalizledikleri reaksiyonun tipine bağlı olarak 6 ana gruba ayrılmışlardır. Ticari öneme sahip olan enzimlerin çoğu, hidrolazlar şeklinde tanımlanmakta olup, mikrobiyal kökenlidir. Bu enzimlerin çoğu ekstrasellüler olarak bulunur ve yüksek moleküler ağırlığa sahip substratlarla görev yaparlar. Ekstrasellüler enzimler, besiyeri ve hücre duvarının dışı ile bağlantı halinde olan enzimler olarak tanımlanır. Bugüne kadar 2000’den fazla enzim tanımlanmış ve bunlardan yaklaşık 100 tanesi ticari olarak kullanıma uygun bulunmuştur. Fakat günümüzde bunlardan sadece 18 tanesi endüstriyel amaçla üretilmektedir.
5 Ticari olarak kullanılan enzimlerin %59’unu proteazlar, %28’ini karbohidrazlar, %3’ünü lipazlar ve %10’unu ise diğer enzimler oluşturmaktadır. Karbohidrazlar grubuna giren α-amilaz üretimi %13 ile önemli bir yer tutmaktadır.
6 Enzim teknolojisinin giderek gelişmesi ürünlerin kullanım alanlarının çeşitliliği ve ekonomik değerinin çok yüksek olması nedeniyle biyoteknolojinin endüstriyel enzimler ile ilgili alanında yapılan çeşitli araştırmalar daha da önem kazanmaktadır. Özellikle son yıllarda stratejik alan şeklinde değerlendirilen rekombinant DNA teknolojisinden yararlanılarak enzim üretimi büyük boyutlara ulaşmış ve kullanımı giderek yaygınlaşmıştır.

PROTEAZ
7 Proteazlar, doğada bitkisel, hayvansal ve mikrobiyal kalıntıların dekompozisyonunda önemli rol oynamaktadırlar ve böylece besin döngüsünü sağlamakta ve ayrıca bitkilerin besinleri alabilmelerini sağlamaktadır. Proteazlar enzimlerin oldukça kompleks bir grubunu oluşturular ve oldukça farklı fizikokimyasal ve katalitik özelliklere sahiptirler. Proteaz sentezinin hücresel kontrolünden sorumlu mekanizma henüz tam olarak bilinmemekle beraber alkali proteazların üretimi amino asit veya amonyum gibi hızlı bir şekilde metabolize edilebilen azot kaynakları ile baskılanmaktadır. Diğer ortam bileşenleri küçük şekerler ve mineraller enzim sentezini etkilemektedir. Potansiyel proteaz kullanımı ve maksimum enzim üretimi ile endüstriyel işlemlerin maliyetini düşürmek amaçlanmaktadır.
8 Proteazlar, toplam endtistriyel enzim ticaretinin yaklaşık % 60’ını oluştarmaktadır. Proteazlar, çamaşir deterjanlan, deri, et, stit, ilaç, bira, fotoğraf, organik sentezlerde ve atıklann muamelesinde kullamlmaktadır.
9 Proteazlar arasında bakteriyel proteazlar, hayvan ve fungal proteazlar ile karşilaştırıldigi zaman daha etkin olduğu göriilmektedir. Bu nedenle ticari ilgiden dolayı endtistriyel olarak uygun proteazlan tireten mikroplar çok çesjtli habitatlardan araştırıcılar tarafından çalışılmıştır.
10 Alkali proteazlar, bakteri, küf, maya gibi çesjtli kaynaklardan elde edilse de alkalifilik Bacillus biyoteknolojide en fazla kullamlan mikroorganizmadır, ciinkii çok genis. çesjtli ortamlardan izolasyonu nispeten kolaydır. Bununla birlikte Bacillus, hem kompleks hem de sentetik mediumda geli§ebilmektedir. Termofilik ve alkalifilik Bacillus tarafindan iiretilen alkalifilik proteazlar yiiksek sıcaklık ve pH’ya dayanmaktadır. Aynca Bacillus türleri post-eksponansiyal ve durgunluk fazlannda da ekstraselliiler proteazlar üretebilmektedir.
11 Mikroorganizmalardan elde edilen proteolitik enzimler dtinya çapında deterjan endtistrilerinde en fazla kullanım bulan enzimlerdir. 30 yıl boyunca deterjanlardaki proteazların önemi kiiciik katkı maddesinden, anahtar bile§enlere deği§miştir. iyi bir deterjan enzimi oksitleme ajam ve ağarticılarla beraber stabilitesini koruyabilmelidir.
12 Ticari olarak kullamlan enzimlerin btiytik bir kısmı ağartma/oksitleme ajanlanmn varhginda stabilitesini koruyamamaktadır. Bu nedenle enzim tabanlı deterjanlann daha iyi stabiliteye sahip olması için rekombinant DNA teknolojisi kullamlmaktadır. Bununla birlikte mikrobiyal çe§itliliği derinlemesine inceleyerek ticari olarak daha kullani§h enzimler iiretebilen mikroorganizmalann bulunma §ansı da daima vardır.
13 Klasik olarak deterjanlar yiiksek yrkama sıcaklıklannda kullamlmaktadır. §imdilerde alkalin proteazların tammlanmasında genis. sıcaklık aralıklannda etkili olması oldukça ilgi çekmektedir. Diğer taraftan günümiizde deterjan endiistrisi, yrkama sıcakhgimn dii§urülmesi ve deterjan kompozisyonunun deği§mesi yönünde çalışmalar yapmakta, fosfat tabanlı deterjanlan uzakla§tirarak, deterjan uygulamalan için daha uygun yeni alkali proteazlar tizerinde durmaktadır.
14 Proteazların diger ilginç bir kullanım alanı ise deniz Crustacea atıklannin deproteinizasyonudur. Kimyasal işlemlerin üstesinden gelmek için mikroorganizmalann veya proteolitik enzimlerin kullanılması tizerine çalşmalar yapılmaktadır. Kitin ve türevleri çok yönlü biyolojik aktiviteleri ve zirai-kimyasal uygulamalanndan dolayı büyük ekonomik degere sahiptir. Deniz crustaceanlan ise kitin bakimından oldukga zengindir. Klasik olarak deniz atık materyallerinden kitinin hazırlanması giiclii asit ve bazlan kullanarak demineralizasyonu ve deproteinizasyonu gerektirmektedir. Bununla beraber kimyasalların kullanılması kitinin deasetilasyonunu kısmi olarak gerçekleştirmektedir. Kimyasal uygulamalar aynı zamanda atıksularda nötralizasyon ve detoksifikasyon yapılmasını gerektirmektedir. Bu nedenle kimyasal uygulamalardan doğan zararların üstesinden gelmek için alternatif olarak mikroorganizmaların kullanılması veya proteolitik enzimlerin kullanılması gündemdedir.
15 AMİLAZ
16 Karbohidrazların en önemli kaynağını Bacillus oluşturmaktadır. Bir karbohidraz olan α-amilaz enzimi ticari olarak kullanılan ilk enzimdir. α-amilaz enzimi, nişasta molekülündeki α-1,4 bağlarını parçalayarak glikoz, maltoz, maltotrioz ve α-limit dekstrinlerin oluşumunu sağlar. Nişasta, çok sayıda glikoz molekülünün farklı şekillerde bağlanmasıyla oluşmuş polisakkarit özellikte bir bileşiktir. Bazı bakteriler ve mantarlar tarafından üretilen α-amilaz, β-amilaz, glikoamilaz ve glikoizomeraz gibi enzimler nişastayı parçalama yeteneğine sahiptirler.
17 Fungal α-amilazlar sıcaklığa bakteriyel α-amilazlardan daha az stabil oldugundan üzerinde çalışılan asıl enzim kaynağını daha çok bakteriyel; özellikle de Bacillus amilazları oluşturmaktadır. Bu cinsin özellikle 8 tanesinin sentezlediği α-amilaz enzimi çeşitli araştırıcılar tarafından tanımlanmış ve karakterize edilmiştir.
18 Termostabil α-amilazın uygulama alanı oldukça genişlemiş ve çeşitlenmiştir. Bu enzimler tekstil ve kağıt endüstrisinde, nişastanın sıvılaştırılmasında, ekmek, glikoz ve fruktoz şurupları ve tutkal üretiminde, alkol fermentasyonunda kullanılmaktadırlar.
19 Bira, damıtma, fırıncılık ve tekstil endüstrisinde kullanılan, Bacillus ve Aspergillus tarafından üretilen, ayrıca arpa ve buğday maltında da bulunabilen enzimler, amilaz ve endo β-glukanazlardır.
20 Tekstil endüstrisinde dokuma sırasında ipliklerin sağlam ve düzgün olması ve kopmaması için iplikler nişasta içeren bir çözelti ile muamele edilmektedirler. Bu işleme haşıllama adı verilir. Kumaş dokunduktan sonra, kumaştaki fazla nişastanın uzaklaştırılması gerekir. Bu işleme de haşıl alma adı verilmektedir. Haşıl alma ajanı olarak da yaygın olarak α-amilaz enzimi kullanılmaktadır.
21 Gıda endüstrisinde, nişastanın α-amilaz enzimi ile hidrolize edilmesi sonucu açığa çıkan ürünler, yaygın şekilde kullanılmaktadır. Bu ürünlerden dekstrin, nişastanın glikoza kadar hidrolize olmasından önce oluşan kısa moleküllü ilk üründür. Dekstrinler çözünürlüğü yüksek ve dayanıklı bir ürün olup, yoğun şurup kıvamında bir maddedir ve bu maddeler gıdalarda viskozite arttırıcı, yani, koyulaştırıcı dolgu maddesi olarak kullanılmaktadır.
22 α-amilaz enzimi ekmekçilikte, ekmeğin bayatlamasını geciktirmesinden ve raf ömrünü uzatmasından (2-3 gün) dolayı yaygın olarak kullanılmaktadır. Meyve suyu endüstrisinde de uygulama alanı bulan enzim, özellikle elma ve armut sularının berraklaştırılmasında kullanılmaktadır. Meyveler tam olgunlaşmadan toplandığında meyvede hala nişasta bulunduğu için meyve suyunda bulanıklık meydana gelmektedir. Bu sorun, ortama α- amilaz ilave edilerek giderilmektedir.
23 SELÜLAZ
24 Selüloz, bitki biyokütlesinin yaklaşık % 40’ını oluşturmaktadır. Yaklaşık 15000 glikoz biriminin ß-1,4-glikozidik bağlar ile linear bir şekilde bağlanması ile oluşur. Selülozun suya karşı yüksek çekiciliği olmasına rağmen, suda hiç çözünmez. Selüloz glikoza, en az üç farklı enzimin sinerjistik çalışması ile hidrolize olabilir. Bu enzimler; endoglukanaz, ekzoglukanaz ve ß-glukosidaz’dır.
25 Selülozu hidrolize eden enzimler geniş çapta mantar ve bakterilerden elde edilmektedir. Böyle enzimler çeşitli biyoteknolojik uygulamalarda kullanılmaktadır. Ticari olarak en çok kullanılan selülaz Trichderma sp. tarafından üretilmektedir. Ayrıca selülazlar Aspergillus, Penicilliun, Basidiomycetes ve Bacillus suşlarından elde edilmektedir. Selülolitik enzimler, sıvı kazancını arttırmak ve iyi bir renk elde etmek için alkol üretiminde kullanılmaktadır. Deterjanlarda selülazın varlığı renklerin canlanmasına, yumuşamasına ve partikül halindeki toprağın uzaklaşmasına neden olmaktadır. Ayrıca selülaz kot pantolonların biyolojik olarak taşlanmasında kullanılmaktadır.
26 Selülazın diğer kullanım alanları, selülozik biyokütlenin ve yemlerin besin değerini ve sindirilebilirliliğini artırmak, zirai ve endüstriyel atıkların enzimatik sakkarifikasyonudur. Selülozik materyallerin enzimatik hidrolizi üzerine gerçekleştirilen biyoteknolojik işlemler günümüzde oldukça artmıştır. Yenilenemeyen kaynakların giderek azalması; selülozu gıda, enerji, yakıt ve diğer ürünler için temel ham materyal haline getirmiştir. Selüloz, bitkiler tarafından büyük miktarlarda üretilen çok önemli bir ham materyaldir ve öncelikle lignin ile ilişki kurarak lignoselülozu meydana getirirler. Lignoselülozdan, lignin bariyerini ayırmak için ön muamele gerçekleştirmek gerekmektedir.
27 Ksilenazlar gıda endüstrisinde de geniş bir kullanım alanına sahiptir. Ksilenazların ekmek ve hamur kalitesinde pozitif etkileri olduğu bilinmektedir. Buğday unundaki ksilenaz için substrat olan arabinoxylan (AX) son on yıldır yoğun çalışmalara konu olmuştur. Bu çalışmaların sonuçlarına dayanarak suda çözünmeyen AX’ın çözünmesi hamur yapımı ve pişirmede eklenmesiyle su emilimini değiştirir ve kontrol eder ve kabarmayı arttırır. Ksilenazın ekmek kalitesini arttırmadaki ekinliği ekmek hacimindeki artış ile görülmektedir. Bu işlem ksilenazla birlikte amilazında kullanımı ile daha da arttırılmaktadır. Ayrıca ksilenaz, şıra ve meyve suyunun arıtılması, meyve ve sebzelerin suyunun elde edilmesi için kullanılmaktadır Ksilenazın diğer önemli bir kullanım alanı ise yem endüstrisidir. Ağırlık kazancında ve çavdarla beslenmiş ızgaralık piliç için yem dönüştürme verimindeki daralma intestinal viskosite ile ilişkilidir. Piliçlerin çavdar tabanlı diyetlerine ksilenazın katılması intestinal viskositenin indirgenmesine böylece hem piliçlerin ağırlık kazancında hem de yemlerin dönüştürülmesindeki etkinliği arttırmaktadır. Ksilan, zirai ve gıda endüstrilerinin atıklarında yüksek miktarlarda bulunurlar. Bu nedenle, ksilenaz atık sudaki ksilan’ı ksiloz’a dönüştürülmesi için kullanılır. Enzimatik hidrolizin etkili işlemlerinin geliştirilmesi hemiselülozik atıkların muamelesinde yeni umutlar ortaya çıkarmıştır.
28 LİPAZ
Lipazlar, yağlar ve yağ asidi esterlerini hidroliz ederler. Enzim, emülsiyonun yağ-su geçiş fazında katalizi gerçekleştirir ve enzim reaksiyonunun hızı, oluşan yüzey alanına bağımlıdır. Lipazlar yağ asitlerinin zincir uzunluğu, doyma derecesi, yağ asidinin pozisyonu ve substrat’ın fiziksel durumuna uygun spesifiklik gösterirler. 4-10 C atomlu yağ asitleri daha uzun C zincirli yağ asitlerinden daha hızlı bir şekilde hidroliz olarak yağın yapısından ayrılır ve serbest hale geçerler.
Lipolitik enzimlerin aktivitesi süt endüstrisinde önemlidir. Yüksek lipolizis çeşitli peynirlerin üretiminde zorunlu olmaktadır. Peynir yapımında kullanılan renninin kütlesinde, proteolitik enzimler gibi lipazlarda mevcuttur.
Lipazlar tereyağına aroma kazandırmada, çikolata endüstrisinde, kremalarda, karamellerde kullanım alanına sahiptir. Margarinler, şorteningler, fırın ürünleri ve bitkisel ürünler gibi ürünlerde lipazla modifiye edilmiş tereyağı ürünleri aroma geliştirici olarak kullanılmaktadır.
Lipazlar bakteri, maya ve küfleri içeren mikrobiyal flora tarafından bol miktarda üretilmektedir. Lipazlar gıda endüstrisinde, biyomedikal uygulamalarda, biyosensörler ve pestisitlerin yapımında, deterjan ve deri sanayiinde, çevre yönetiminde, kozmetik ve parfüm sanayiinde uygulama alanları bulmaktadır. Endüstriyel olarak en yaygın kullanılan lipaz üreticisi mikroorganizmalar; Candida sp., Pseudomonas sp., Rhizopus sp.’dir. Son yıllarda biyoteknoloji alanında lipazların kullanımında hızlı bir artış gözlenmektedir. Bu nedenle lipazların aşırı üretimini sağlamak amacıyla yönlü mutasyonlar yardımıyla suş geliştirme çalışmalarına ağırlık verilmiştir. Kıyafetlerimizi kirleten maddelerin başında proteinler, yağlar ve nişasta gelir. Bu lekeleri yüksek sıcaklıkta kimyasal deterjanlar yoluyla gidermek mümkünse de, enzimlerin kullanılması düşük sıcaklıkta ve daha az mekanik enerji ile istenen temizliği sağlar. Ayrıca çimen, kan, süt ve ter lekelerini çıkarmakta biyolojik olmayan deterjanlara göre çok daha etkilidir.Deterjanlarda kullanılan enzimlerden proteazlar yumurta, kan gibi lekelerdeki proteinleri parçalar; lipaz yağ lekelerini, amilaz ise nişasta bazlı lekeleri çıkartmakta etkilidir. Çamaşırların yıpranmasıyla oluşan selülöz fibriller ise, selülaz enzimi ile parçalanarak çamaşırların daha yumuşak olması ve renklerini koruması sağlanır (Hiol ve ark., 2000).Lipaz enzimi de dericilikte kullanılan enzimlerden biridir. Bu enzim, yanlızca derinin yüzeyindeki değil, içindeki yağları da temizleyerek, deriyi tabaklama ve boyama gibi işlemler için daha uygun hale getirir. Deriler işlenirken bu amaçla bazı proteinler parçalanıp, deriden uzaklaştırılıyor.Deriye ne derecede esneklik kazandırılacağı ise, derinin kullanılacağı alana bağlıdır.Lipaz enzimi, unda bulunan %1-2 civarındaki lipid (yağ) içeriğine etki etmektedir. Bu enzim içinde kullanım miktarı ve tipi oldukça önemlidir. Örneğin, yüksek miktarlarda kullanımda hamur özellikleri açısından sorunlar yaşanmasına neden olmaktadır. Öte yandan uygun lipaz tipinin seçilmesi de önemlidir. Türk ekmek üretim biçimine uygun olmayan lipaz tipinin ekmek özelliklerine olumlu bir katkısı bulunmamaktadır. Unlara uygun lipaz tipinin ilavesi; Hamurun işlenebilirliğinde kolaylık, hamur stabilitesinde artış, ekmek içi yumuşaklık, ekmek hacminde artış sağlar .



Hazırlayan: Mehmet Dinçer
Erciyes Üniversitesi - Biyoloji Bölümü
çııÖÖçşıÜüEnzimler, Proteinlerden yapılmışlardır ve doğal olarak yalnız canlılar tarafından sentezlenirler. Hücre içerisinde meydana gelen binlerce tepkimenin hızını ve özgüllüğünü düzenlerler. Çok defa hücre dışında da etkinliklerini korurlar. Solunumun, büyümenin, kas kasılmasının, sinirdeki iletimin, fotosentezin, azot bağlanmasının, deaminasiyonun, sindirim vs.'nin temelini oluştururlar.Canlı hücrelerde tepkimeler kural olarak 0-50°C; çoğunlukla da 20-42°C arasında meydana gelir. Bu sıcaklıkta tepkimelerin oluşması biyokatalizör denen enzim ya da fermentlerle olur. Bu, aktivasyon enerjisinin düşürülmesi ile olur.Başlangıçta "E n z i m" terimi, sindirim kanalında olduğu gibi bir çözelti ya da sıvı içerisinde etki ettiği durumlarda (Kühn 1878); buna karşın "Ferment = Maya" terimi çoğunluk hamur mayasında olduğu gibi, hücreye bağlı olduğu durumlarda kullanılmıştır. Buchner (1897), fermentlerin de hücre dışında etki ettiğini bulunca iki terim arasındaki farklılık ortadan kalkmış oldu. Her iki terim arasında bugün herhangi bir fark olmamakla beraber, bakteri, mantar ve diğer hücreli enzima tik işlevler, mayalanma ve etki maddeleri de ferment olarak kullanılacaktır.Enzimlerin özellikleriYalıtılan enzimlerin tümü protein yapısındadır ya da protein kısmı bulundururlar. Etki ettiği maddenin sonuna "Ase = Az" eki getirilerek ya da katalizlediği tepkimenin çeşidine göre adlandırılırlar. Örneğin, kitine etki eden kitinaz enzimi vs. Çok defa renksizdirler, bazen sarı, yeşil, mavi, kahverengi ya da kırmızı olabilirler. Suda ya da sulandırılmış tuz çözeltisinde çözülebilirler. Fakat mitokondrilerde bulunan enzimler lipoproteinler ile bağlandığından (bir fosfolipit-protein kompleksi) suda çözünmez. Enzimlerin etkinlikleri akıllara durgunluk verecek derecededir; örneğin, sığır karaciğerinden elde edilen ve bir molekül demir içeren katalaz enzimi, bir dakikada, O C°'de 5.000.000 hidrojen peroksit (H2Cy molekülünü H2O ve 1 /2 O2'ye parçalayabilir. Enzimin etki ettiği bileşiğe "Substrat" denir; bu durumda hidrojen peroksit katalazın substratıdır. Enzimin saniyede etki ettiği substrat molekül sayışma Enzimin Etkinlik Değeri = Turnover Sayışı denir. Bu O C°'de katalaz enzimi için 5.000.000 dür. Bazı enzimler tepkimelerde yan ürün olarak vücutta H2O2 meydana getirdiğinden ve bu da vücut için zehirli olduğundan, katalaz enzimi onları sürekli parçalayarak hücreleri korur. Bir molekül katalaz enziminin parçaladığı H2O2'i demir atomu yalnız başına ancak 300 senede parçalayabilir. Ya da mol başına aktivasyon enerjisi için 18.000 kalori vermek gerekir. Kolloyidal platin bu aktivasyon enerjisini 11.700 Kal./Mol.'a, katalaz enzimi de 5500 Kal./Mol.'a düşürür. Bazı enzimler çok özgüldür; yalnız bir substrata etki eder. örneğin, üreaz yalnız üreye etki ederek onu amonyak ve CO2'de parçalar. Halbuki bazıları çeşitli substratlara etki eder; dolayısıyla daha az özgüldürler, örneğin peroksidaz başta hidrojen peroksit olmak üzere birçok bileşiğe etki eder. Bazı enzimler yalnız bazı bağlar için özgüldür, örneğin pankreastan salgılanan lipaz, yağlardaki ester bağlarına etki eder.Kuramsal olarak enzimli tepkimeler dönüşlüdür; enzim, tepkimenin yönünü değil dengenin oranım saptar. Tipik örnek, lipazın yağı parçalaması; fakat aynı zamanda gliserin ile yağ asitlerini birleştirmesidir. Ortamda sadece yağ asidi ya da sadece gliserin ile yağ asitlerinin birleşimi varsa denge ona göre,Yağ -------> gliserin + 3 yağ asidi şeklinde olur. Denge noktası, yani tepkimenin hangi yöne gideceği termodinamik yasalanna göre belirlenir. Çünkü denge bir tarata doğru giderken enerji verir, tersine enerji alır.Enerjiye gereksinim gösteren tepkimelerin, enerji meydana getiren tepkimelerle aynı zamanda meydana gelmesi gerekir ya da enerji herhangi bir şekilde önceden depo edilmelidir. Canlı bünyesinde enerji depo etme, fosfor esterleri şeklinde olur. Yaşamsal işlevlerin yürütülmesinde ATP (adenozin trifosfat) en önemlilerindendir; bu bileşik batarya gibi görev yapar.Enzimler hücrede bir takım 'team' halinde çalışır; birinin son ürünü kendisinden sonraki enzimin substratını yapar, örneğin, amilaz enzimi nişastayı iki zincirli maltoza, maltaz enzimi ise maltozu tek zincirli glikoza çevirir. Bir seri enzim aracılığıyla (11 kadar), daha sonra göreceğimiz gibi, glikoz da laktik aside çevrilir vs.Enzimlerin YapısıTüm enzim proteinleri genler tarafından şifrelenir. Dolayısıyla amino asit dizilimi kendine özgüdür (bir gen-bir enzim kuralını hatırlayınız). Bazı enzimler (pepsin ve üreaz gibi) yalnız proteinden oluşmuştur. Fakat diğer çoğunluğu iki farklı kısımdan meydana gelmiştir. Bunlar:a) Protein Kısmı (enzimin Apoenzim kısmı): Bu kısım enzimin hangi maddeye etki edeceğini saptar.b) Koenzîm Kısmı: Organik ya da inorganik, çok defa fosfattan meydana gelmiş, protein kısmına göre çok daha küçük moleküllü bir kısmıdır. Enzimde işlev gören ve esas iş yapan kısım bu kısımdır. Koenzim kısmı genellikle protein kısmından ayrılabilir ve analizlerinde birçok vitamini bünyesinde bulundurduğu (thiamin, niacin, riboflavin vs.) görülmüştür. Buradan şu genelleştirmeyi yapabiliriz: Bütün vitaminler hücrede enzimlerin koenzim kısmı olarak ödev görürler. Ne koenzim ne de apoenzim kısmı yalnız başına etkindir. Bazı enzimler ortama yalnız belirli iyonlar eklendiğinde etkindirler, örneğin bazı enzim zincirine ancak Mg++ iyonu eklenince glikozu laktik aside çevirebilir. Tükrükteki amilaz nişastayı yalnız Cl iyonlarının bulunduğu ortamda parçalayabilir. Canlı bünyesinde bulunan eser elementler, Mn, Cu, Zn, Fe ve diğer elementler bu enzimatik işlevlerde aktivatör olarak kullanılır. Bazen enzimin iş görebilmesi için bir metal iyonuna gereksinim vardır. Yani koenzim kısmı metal iyonu ise (Ca++, K++ Mg+, Zn++) buna "Kofaktör" denir. Enzimin etkinlik göstermesi için gereksinme duyduğu organik moleküllere "K o e n z i m" denir. Bazı durumlarda koenzim kısmı apoenzim kısmına kuvvetlice (kovalent) bağlanmıştır; bu sıkı bağlanan kısma "Prostetik Grup"; prostetik grupla apoenzim kısmının her ikisine birden de "Holoenzim" denir. Koenzimlerden önemli olanların bazılarını hücre metabolizmasında göreceğiz.Enzimlerin bir kısmı sitoplazmaya serbestçe dağılmış olarak, diğer bir kısmı da hücredeki bazı yapılara sıkıca bağlanmış olarak bulunur. Laktik asit, amino asit ve yağ asitlerinden türeyen maddeleri karbondioksit ve suya kadar parçalayan solunum enzimleri, mitokondri zarlarının yapışma katılır. Keza ribozomların işlevsel bütünlüğüne katılan enzimler de bu tiptir. Dokulardaki enzimler değişik yöntemlerle saptanabilir.Enzimlerin SınıflandırılmasıHer enzimin 4 rakamlı bir numarası vardır, örneğin, 3.6.1.3. "ATP fosfohidrolaz" da birinci numara sınıfını, ikinci numara alt sınıfını, üçüncü numara grubunu, dördüncü numara da kendine özgü sıra numarasını) verir. Buna göre enzim sınıfları şunlardır:1. Oksidoredüktazlar: Redoks tepkimelerini katalizler.a) Dehidrogenazlar: Elektron kazandırıcı tepkimeleri etkilerler.b) Oksidazlar: Elektron kaybeden tepkimeleri etkilerler.c) Redüktazlar: Substratı bir redüktör aracılığıyla indirgeyen enzimlere denir. örneğin asetaldehit redüktaz, asetaldehiti alkole redükler.d) Transhidrogenazlar: Bir molekülden diğerine hidrojen taşıyarak onu redüklerler.e)Hidroksilazlar: Substratlarına bir hidroksil ya da su molekülü katan enzimlere denir, örneğin, fenilalanin hidroksilaz bir hidroksil grubunu fenilalanine ekleyerek onu tirozine dönüştürür.Transferaz Enzimler: Hidrojenin dışında bir atomun veya atom grubunun (metil, karboksil, glikozil, amino, fosfat grupları) bir molekülden diğerine aktarılmasını sağlarlar.Dekarboksilazlar: Karboksilik asitlerden CO2 çıkmasını sağlarlar.3. Hidrolaz Enzimler: Bir molekül su sokmak suretiyle ya da su molekülü aracılığıyla moleküllerin yıkılmasını sağlayan enzimlerdir. Ester, peptit, asitanhidrit ve glikozidik bağlarına etki ederler.a) Esterazlar: Ester bağım yıkan enzimlerdir (lipaz, ribonükleaz, fosfataz, pirofosfataz, glikozidaz).b) Proteazlar: Peptit bağım yıkan ezimlerdir (proteinaz).4. Liazlar: Su molekülü çıkarmadan molekülleri yıkan enzimlerdir, örneğin C-C bağı, aldolaz ve dekarboksilazla yıkılır. Keza C-0 ve C-N bağım yıkanlar da vardır.5. izomerazlar: Molekül içinde değişiklik yaparak onun uzayda dizilişin! değiştiren enzimlerdir. Örneğin razemaz, epimeraz.6. Ligazlar (= Sentetazlar): Enerji kullanarak substrat moleküllerinin birbirine bağlanmasını; örneğin amino asitlerin ve yağ asitlerinin aktifleşmesini sağlarlar.Enzimlerin Çalışma MekanizmasıDaha önce de değindiğimiz gibi enzimin hangi substratla çalışılacağını saptayan kısmı apoenzim kısmıdır. Demek ki apoenzim kısmıyla substrat arasında bir ilişki vardır. Alman kimyacısı EMIL FISCHER tarafından bunun kilit anahtar uyumu gibi olacağı savunulmuştur. Koenzim kısmı daha çok kimyasal bağa yakın olarak işlev gösterir, örneğin ester bağlarını parçalar vs. öyle anlaşılıyor ki enzimin apoenzim kısmı bir ya da birkaç yerinden (aktif bölgelerden) substrat molekülüne yapışıyor ya da bağlanıyor (yani bir enzim-substrat kompleksi oluşturuyor) ve bu arada koenzim kısmı substrat üzerindeki bağlarla gerçek anlamda birleşmeye veya bağlanmaya giderek onu parçalıyor. Elinde kazması olan bir yol işçisi, kazacağı yeri kendisi saptamasına karşın (apoenzim kısmı), kazma işlemini yapan kazmanın kendisidir (koenzim kısmı). Enzimlerde kural aynıdır. Enzimlerin kimyasal yapıları, özellikle üçüncül yapıları tam olarak bilinmediğinden (ilk yapışı açıklanan enzim ribonukleaz, 124 amino asitten meydana gelmiştir) çalışma mekanizmaları da hala tam anlamıyla açıklığa kavuşturulamamıştır.Enzimlerin Çalışmasına Etki Eden Faktörler : SıcaklıkSıcaklık 10 °C yükseldiğinde tepkime hızı iki misli artar; yani tepkime hızının yükselmesi, sıcaklıkla doğru orantılıdır. Fakat belirli bir noktadan itibaren düşmeye başlar ve tamamen durur. En iyi çalışabileceği sıcaklığa Optimum Sıcaklık denir. Yüksek sıcaklıklarda enzimler etkisizdirler (genellikle 55-60 °C'de). Bazı ılıcalarda yosunlar 80 °C'de yaşabilirler; fakat bunun üzerindeki sıcaklıklarda enzimleri tamamen koagüle olur ve bir daha etkili hale geçemez. Optimum noktanın biraz üzerinde enzimler etkisiz olmasına karşın, sıcaklık düşünce tekrar etkili hale geçebilirler. Fakat bu sıcaklığın devamı ya da sıcaklığın biraz daha yükselmesi enzimlerin etkinliğini sonsuz olarak ortadan kaldırır. Enzimlerin etkisiz hale geçmeleri ile proteinlerin koagüle olması arasında büyük bir ilişkinin olması, onların, büyük bir kısminin proteinlerden yapıldığım kanıtlar. Doğal olarak enzimler, proteinlerin bir kısmı gibi üçüncül yapıya sahiptir veya en azından moleküllerinin bir kısmı bu yapıdadır. Fakat yüksek sıcaklıklarda bu helozonik ya da üçüncül yapı parçalandığından ya da birbiri üzerine yığıldığından, protein koagüle olur ve enzim etkisiz hale geçer (sütün kaynatılmasında, bakteri enzimlerinin etkisiz hale geçmesi ile ekşime önlenir; bu yoldan teknikte büyük ölçüde yararlanılır; konserve vs. yapımında). Düşük sıcaklıklar enzimin etkinliğini azaltır. 0°C'de enzim ya hiç ya da pek az işlev gösterir; fakat soğuğun enzimin yapışım bozduğu görülmemiştir. Sıcaklık eski hale döndüğünde etkinlik yine başlar (dondurmak suretiyle besin maddelerinin saklanması, yine enzimlerin etkisiz hale geçirilmesiyle sağlanır), insan vücudunda, daha doğrusu sabit sıcaklıklı hayvanlardaki enzimler çoğunluk 37°C'de optimum etkindirler. Daha yüksek sıcaklıklarda (çocuklarda 42, yetişkinlerde 41 °C) enzimler etkisizleşirler; çok defa da koagüle olurlar.pHEnzimler pH değişimine karşı çok duyarlıdırlar. Genellikle çok fazla asidik ve alkalik ortamda etkisizdirler. Bazı hallerde enzimler en yüksek etkinliği belirli bir pH derecesinde gösterirler. Bu pH derecesine "Optimum pH" denir. Örneğin, proteini parçalayan pepsin, midenin 2 pH'lık asidik ortamında maksimum çalışır; buna zıt olarak pankreastan salgılanan ve yine protein sindiriminde rol alan tripsin, ancak 8,5 pH'de optimum olarak çalışabilir. pH'la ilgili olmasının nedeni, yapılarında proteinleri taşımalarındandır. Ola ki, pH'a bağlı olarak protein molekülü üzerinde çeşitli elektrik yüklenmeleri ve buna bağlı olarak dış yüz şekli (üçüncül yapı) meydana gelmekte ve substratla-enzim uyuşmasını sağlamaktadır. Belki de bu elektrik yüklenmesi enzim-substrat arasındaki çekiciliği artırmaktadır. Kuvvetli asitler ve bazlar enzimleri koagüle ederler.Enzim /Substrat DerişimiEğer pH ve sıcaklık sabit tutulursa, enzim/substrat derişimi arasındaki orana bağlı olarak bir tepkime hızı görülür. Substratın ya da enzimin fazla olması bu hızı değişik şekillerde etkileyebilir. Bol substrat bulunan bir ortama eklenecek enzim, son ürünün miktarım artıracaktır.Diğer Kimyasal Maddeler ve Suyun EtkisiBirçok kimyasal madde enzimleri etkisiz hale getirir; örneğin, siyanit, solunumda önemli rol oynayan sitokrom oksidaz enzimin! etkileyerek inhibe eder (Şekil 2.15/c). Ölüm meydana gelebilir. Florit, glikozu laktik aside çeviren enzim kademele-rine etki eder. Hatta enzimin bizzat kendisi zehir etkisi yapabilir; örneğin, 1 mg. kristal tripsin, farenin damarına enjekte edilirse ölüm meydana gelir. Bazı yılan, arı ve akrep zehirleri de enzimatik etki göstererek kan hücrelerin! ya da diğer dokuları tahrip ederler.Enzimlerin büyük bir kısmı işlevlerini su içerisinde gösterdiklerinden, suyun miktarı da enzim işlevinde etken bir koşuldur. Genellikle % 15'in altında su içeren ortamlarda, enzimler işlev göstermezler. Reçel ve pekmez yapımında bu faktör önemlidir. Sulandırılan reçelin, balın ya da pekmezin vs.'nin mayalanması ve ekşi-mesi bu yüzdendir. Hatta tahıl alımlarında su oranının % 15'in altında istenmesi de bu nedene dayanır.




222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222

Biyokimya, adından da anlaşılacağı gibi canlı organizmalar ve bu organizmaları meydana getiren hücrelerde meydana gelen metabolik faaliyetleri inceleyen bilim dalıdır.
Aynı zamanda biyokimya, moleküler biyoloji ile sıkı bir ilişki içerisindedir.Biyokimya konusunda esas olarak canlı hücrelerinde cereyan eden kimyasal tepkime basamaklarını, bu basamaklara etki eden katalizör görevindeki enzimleri, fotosentezi ve solunum konusunu ele almaya çalışacağız. Bu konular haricinde biyokimya bilim dalının incelediği sayısız metabolik reaksiyon vardır.Örneğin karbonhidrat metabolizması, fotosentezin izlediği alternatif yollar, yağların yıkımı, proteinlerin yıkımı gibi.Sayfamızda bu metabolik olayları özetleyerek tek tek ele alacağız.
Amino Asitler
Canlı organizmaların temelini nasıl hücreler meydana getiriyor ise, hücrelerin temelinide proteinler meydana getirir.Protein molekülleri hücreyi inşaa eden birer tuğla gibidir.Amino asitler ise proteinleri meydana getiren daha küçük moleküllerdir.Yani amino asitler uzun zincirler oluşturarak proteinleri, proteinlerde kompleks bir şekilde organize olarak hücreyi meydana getirir.
Tabii karmaşık bir yapıya sahip olan hücre yanlızca proteinlerden oluşmaz.Bunun yanında karbonhidratlar, yağlar, glikolipidler, fosfolipidler ve DNA - RNA molekülleri gibi kimysal maddelerde hücrenin yapısına katılırlar.Fakat proteinsiz bir hücre düşünmek mümkün değildir.
İlk olarak proteinleri meydana getiren en ufak birim olan amino asitlerin kimyasal yapılarını ve diğer özelliklerini tablo halinde ele alalım.
No :
Amino asit
Kimyasal formülü
M.A. (gr/mol)
İzoelektrik nok.
Sembolü
1-)
Alanin
C3-H7-N-02
89
6,0
Ala
2-)
Arjinin
C6-H14-N4-O2
174
11,15
Arg
3-)
Asparagin
C4-H8-N2-O
132
5,41
Asn
4-)
Aspartik asit
C4-H7-N-04
133
2,77
Asp
5-)
Fenil alanin
C9-H6-N-O2
~ 165
5,48
Phe
6-)
Glutamin
C5-H10-N2-O3
146
5,65
Gln
7-)
Glutamik asit
C5-H9-N-O4
147
3,22
Glu
8-)
Glisin
C2-H5-N-O2
75
5,97
Gly
9-)
Histidin
C6-H8-N3-O2
144
7,47
His
10-)
İzolösin
C6-H13-N-O2
131
5,94
İle
11-)
Lösin
C6-H13-N-O2
131
5,98
Leu
12-)
Lizin
C6-H14-N2-O2
146
9,59
Lys
13-)
Metionin
C5-H11-N-O2-S
149
5,74
Met
14-)
Prolin
C5-H9-N-O2
115
6,3
Pro
15-)
Serin
C3-H7-N-O2
105
5,68
Ser
16-)
Sistein
C3-H7-N-O2-S
121
5,02
Cys
17-)
Treonin
C4-H9-N-O3
119
5,64
Thr
18-)
Triptofan
C11-H8-N2-O2
~ 204
5,89
Trp
19-)
Tirozin
C9-H7-N-O3
~ 181
5,66
Tyr
20-)
Valin
C5-H11-N-O2
117
5,96
Val
Tablomuzda, doğada en çok bulunan 20 tane amino asitin kimyasal formülleri ve özellikleri verilmiştir.Bunun yanında bilinmeyen amino asitlerde vardır.Bir kaç örnek verelim ;
Hidroksiprolin, metilizin, fosfoserini iyodotronin vs. gibi.Fakat bu amino asitler ender rastlanan amino asitler olup hücre içinde en çok rastlanılanları tabloda verdiğimiz 20 tanesidir.
Amino asitler üzerlerinde belirli miktarlarda elektrik yükü taşırlar.Bu elektrik yükleri (+ veya -), asit veya baz özelliği gösteren bir ortama girdiklerinde nötrleşmeye başlarlar.Fakat bu nötrleşme ortamın pH ' ına bağlıdır.Bir amino asit ancak belirli bir pH noktasında nötr hale gelebilir ki bu pH seviyesine o amino asitin " İzoelektrik noktası " denir.Örneğin Histidin amino asiti, ancak pH ' ı 7,47 olan bir sıvı içerisinde nötr hale gelebilir.Yani bazik bir ortamda.
Dikkat edilecek en önemli nokta moleküllerdeki atomlardır.Bu atomlardan C (karbon), N (azot) ve H (hidrojen) molekülün yapısına en çok giren atomlardır.Fakat aralarındaki en önemli atom ise karbon atomudur.Karbon, atom numarası 6 olan eşsiz bir yapıya sahiptir.Doğada saf olarak grafit ve elmas halinde bulunan karbonun yapısına girmediği bileşik hemen hemen yok gibidir.Bu özelliği sayesinde yüzbinlerce kimyasal bileşik oluşturduğu bilinmektedir.Elimizdeki deriden arabalarımızın lastiklerine, bilgisayarımızdan ayakkabılarımıza kadar her yerde karbonlu bileşikler vardır.
İkinci dikkat edilecek nokta ise lösin ve izolösin amino asitlerin molekül formülleri ve molekül ağırlıkları birbirinin aynı olmasına rağmen isimlerinin farklı olmasıdır.Bunun nedeni ise bu moleküllerin 3 boyutlu yapılarının birbirinden farklı olmasıdır.
Lösin ve izolösin, doğada var olan amino asitlerin D ve L konfigürasyonlarına bir örnektir.Çünki doğada amino asitler iki konfigürasyonda bulunabilirler.Bunlardan birinci konfigürasyon D, ikinci konfigürasyon ise L adını alır.Bu şekilde adlandırılmasının nedeni, aynı yapıya ve formüle sahip moleküllerin arasındaki farkın yanlızca H ve 0H atomlarının yerlerinin değişik olmasından dolayıdır.


Şekilde " Alanin " amino asitinin doğada bulunan iki konfigürasyonunu görmektesiniz.Her iki molekülün yapısı aynı olmasına karşın H ve NH2 (amino grubu) molekülünün yerleri değişiktir.Bu şekilde özellik gösteren yani kapalı formülleri aynı fakat üç boyutları farklı olan moleküllere " İzomer " molekülleri adı verilir.Canlı organizmaların yapısında ise yanlızca L konfigürasyonundaki amino asitler bulunmuş olup çok ender olarak bazı hücrelerde D konfigürasyonuna sahip amino asitlerede rastlanılmıştır.
Amino asit molekülleri, bir ucunda " Amino grubu (NH2) " diğer ucunda ise " Karboksil (COOH) " grubu taşırlar.İşte amino asitlerin yan yana gelip zincirler oluşturarak proteinleri sentezlemesi, bu iki grubun aralarında kovalent veya iyonik bağ yapmasıyla gerçekleşir.
İki amino asit yan yana geldiklerinde COOH ve NH2 grupları arasında bağlanma meydana gelir ve bu bağa" Peptid " bağı adı verilir.Bağlanma sırasında ise bir su molekülü sebest kalır.İki amino asitin yanlızca uç kısımlarını yani karboksil ve amino gruplarının nasıl bağlandını birde reaksiyon şeklinde görelim.
COOH + NH2 <--------------------> CO -- NH + H2O (su)
Denklemimizde COOH 1.aminoasitin bir ucu, NH2 ise 2.amino asitimizin diğer ucunu temsil etmektedir.Bu uçlar yanyana geldiklerinde COOH grubundan bir oksijen ve NH2 grubundan bir hidrojen serbest kalır.Böylelikle serbest kalan bu atomlar aralarında bağ yaparak suyu oluşturur.
CO ile NH arasındaki bağ ise " Peptid " bağıdır.İki amino asitin yanyana gelmesiyle oluşan peptid bağına" Dipeptid", üç veya daha fazla (yüzlerce yada binlerce) amino asitin yanyana gelmesiyle oluşan zincirdeki peptid bağlarına ise " Polipeptid " adı verilir.
Proteinler düz amino asit zincirlerinden meydana gelmesine rağmen oldukça karmaşık yapılara sahiptir.Bunun nedeni ise zincirdeki bazı amino asitlerin birbirleriyle ikinci veya üçüncü bir bağ yapmasındandır.(Bkz. Temel bilgiler sayfası "Proteinler" bölümü).Proteinler hücre için mutlaka gerekli moleküller olup bazı proteinler enzim yapısındadırlar ve hücre içerisinde sürekli olarak kimyasal reaksiyon basamaklarına katılarak metabolik faaliyetleri düzenlerler.
Hücre amino asitleri yan yana getirip proteinleri sentezlediği gibi aynı şekilde vücuda alınan proteinleride en küçük birimlerine kadar ayırır.Örneğin gıda olarak tüketilen et, yumurta, süt ve yoğurt gibi besinler bol miktarda protein içerir.Fakat hücrelerin her zaman proteine ihtiyacı olmaz ve bu proteinleri amino asitlerine kadar parçalarlar.
Moleküllerin vücuda alındıktan sonra parçalanması olayına " Katabolizma ", vücuttaki küçük moleküllerden daha büyük başka moleküller sentezlenmesi olayına ise " Anabolizma " denir.
Proteinlerin Yapısı Ve Yıkımı
Proteinler fiziksel yapıları itibariyle iki ana gruba ayrılırlar.
Birinci grup " fibröz " proteinlerdir.Bu proteinler özellikle deri, tendon (kasları kemiğe bağlayan sert doku) ve kemik dokularda bulunur.Fibröz protein suda çözünmemekle birlikte fiziksel olarak oldukça dayanıklı bir yapıya sahiptir.
İkinci grup ise " Globular " proteinlerdir.Globular proteinlerde fibröz proteinin aksine suda çözünebilirler ve fiziksel olarak dayanıklı değillerdir.Globular proteinler ekseri olarak " Enzim " yapısındadırlar.Enzimler ise hücre içerisindeki sitoplazmada kimyasal reaksiyonarı katalizlerler.
Bunun yanı sıra proteinler 3 boyutlu yapıları itibariyle dört farklı konfigürasyonda bulunurlar.Bu konfigürasyonlar sırasıyla ;
· Primer
· Segonder
· Tersiyer
· Kuaterner yapılarıdır.
1-) Primer yapı :
Bir proteinin primer yapısı yanlızca amino asit moleküllerinin yan yana gelip zincir oluşturmalarından ibarettir.


Şekildede gördüğünüz gibi polpeptid zinciri yanlızca amino asit moleküllerinin yan yana dizilmesinden oluşmaktadır.Yapıda R harfiyle gösterilen bölge " Radikal " grubunu temsil ediyor olup amino asitten amino asite bu molekül grubu değişmektedir.
Mesela Alanin amino asitinde R grubu CH3 yani metil grubudur.Fakat İyodotronin amino asitinde metil grubunun yerini iyotlu bir bileşik alır.
2-) Segonder yapı :
Segonder yapı, primer yapıdan sonra gelen biraz daha kompleks bir yapıdır.Bu yapı tıpkı DNA zinciri gibi heliks dönümleri yapar ki bu şeklinede Alfa - heliks adı verilir.


Şekilde Alfa - heliks kıvrılmasının ilk aşamasını görmektesiniz.Bu aşamada zincir bükülmeye başlar ve COOH yani karbonil grubu ile NH' yani amino grubu arasında H bağı oluşmaya başlar.Bu bağ fiziksel olarak kuvvetli bir bağ değildir ve dışarıdan verilen ısı veya fiziksel bir hareket ile koparılabilir.Kopmanın etkisiyle zincir yine eski düz halini almaya başlar.
Heliks yapısındaki bir zincirin enerji verilerek düz zincir haline gelmesi olayına " Denatürasyon " denir.Isı veya kimyasal etkiler ortadan kaldırılınca düz zincirin tekrar heliks yapısını kazanması olayına ise " Renatürasyon " denir.Fakat proteinler yapılarının bozulması için verilen ısıya belli bir dereceye kadar tolerans gösterebilir.Yaklaşık 60 derecenin üstünde bir sıcaklık uygulanırsa protein denatüre olduktan sonra tekrar renatüre olamaz.


Zincir yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi kıvrılmaya başladıktan sonra yandaki gibi heliks halini almaya başlar.
Proteinlerin önce düz zincir halinde oluşmaları ve daha sonra heliks yapısını kazanmaları tamamen enzimatik kontrol altındadır.Eğer üretilecek protein bir enzim olacaksa, enzimden enzim üretme gibi bir durum ortaya çıkmaktadır.


Soldaki şekilde görülen yapı ise proteinin segonder formunun daha değişik bir şekli olan ve ß - tabakası adı verilen bir konfigürasyondur.
Bu konfigürasyonda primer zinciri meydana getiren amino asitler heliks yapmak yerine kıvrılmalar yaparak akordiyon gibi bir hal almıştır.
Proteinler ayrı ayrı konfigürasyonlara sahip olabildiği gibi her iki konfigürasyona sahip proteinlerde vardır.Örneğin bazı proteinlerin % 70 ' i Segonder Alfa - heliks yapısından, geri kalan % 30 ' nu ise segonder ß - tabakasından meydana gelebilir.
3-) Tersiyer yapı :
Segonder yapıyı takip eden bu konfigürasyonda proteinin yapısı dahada kompleks bir hal almaya başlar.Tersiyer yapı ise, amino asitlerin yukarıda belirttiğimiz R (radikal) yan zincirleri arasında meydana gelen bağlar ile şeklini kazanmaya başlar.


Tersiyer yapı segonder yapının kıvrılmış halidir.Segonder yapı içerisinde heliks düzeni ve beta düzeninin her ikiside bulunabilir.Hatta bunlara ilave olarak bazı bölgeler, primer ve" Kangal " adı verilen daha değişik konfigürasyonlara sahip olabilir.
Protein zincirinin R yan molekülleri arasındaki bağlar ise iyonik, disülfit, H bağı ve hidrofobik (su sevmeyen) bağları olabilir.
4-) Kuaterner yapı :
En karmaşık şekillere sahip olan kuaterner konfigürasyonundaki proteinler, şekillerini, alt birimler olan radikal ve diğer gruplara bağlı diğer alt gruplar arasındaki bağlar ile kazanır.


Şekilde kuaterner yapıda bir protein görülyüyor.
Polipeptid (protein) zincrlerini meydana getiren amino asitlere bağlı R gruplarının kendileride alt birimlere ayrılırlar.Kuaterner yapıyı meydana getiren yapı ise, bu alt grupların arasında meydana gelen iyonik veya H (hidrojen) bağları ile şekillenir.
Kuaterner yapıya sahp proteinler oldukça karmaşık olmasına karşın enzimler tarafından titizlikle meydana getirilmiş mükemmel moleküllerdir.
Enzimlerin en ilginç görevleride şüphesiz protein sentezlerinde üstlendikleri görevlerdir.Birincil enzimler primer yapıyı meydana getirdikten sonra devreye ikincil enzimler girer ve primer dizisini sanki matematik hesabı yapmayı biliyorlarmış gibi belirli sıralar atlayarak birbirine bağlamaya başlarlar.Örneğin birinci amino asitin R grubunu, 4 amino asit sırası atlayarak 5. amino asite bağlaması gibi.
Devreye başka başka enzimler girerek en sonunda proteini tersiyer ve kuaterner yapısına kavuştururlar.Sadece bir molekül olan enzimlerin bu mükemmel görevi kusursuz bir biçimde yerine getirmesi, küçük bir dev olan hücre içerisindeki mucizelerden yanlızca birisidir.
Proteinlerin yıkımı :
Polipeptid zincirleri çok uzun olup yıkılmaları yine enzimler vasıtasıyla olur.Peptid bağlarını kıran enzim ise" Peptidaz " enzimidir.
Proteinlerin ayrılma işlemine ise " Hidroliz " denir.Protein zincirleri " Tam hidroliz " yada " Tam olmayan hidroliz " yoluyla parçalanırlar.Tam hidroliz işlemiyle proteinler, kendilerini meydana getiren amino asitlere kadar ayrılırlar.Fakat tam olmayan hidroliz işlemiyle proteinler belirli uzunluklarda kesilirler.


Şekilde tam olmayan hidroliz olayına bir örnek verilmiştir.8 amino asitlik bir polipeptid zinciri, tam olmayan hidrolizle yıkıma uğratılarak biri 3 amino asitten, diğeri 8 amino asitten oluşan iki ayrı zincire ayrılmıştır.
Proteinlerin parçalanması ve sindirilmesi ise mide de gerçekleşir.Midede çalışan enzimler, ancak pH ' ı 1 - 2 gibi çok asidik ortamlarda aktivite gösterebilirler.Bu yüzden mide çeperindeki özelleşmiş salgılama hücreleri pepsin adı verilen asit tabiatlı bir sıvı salgılar ki bu sıvı mide sıvısının pH 2 ını enzimlerin çalışacağı noktaya, yani pH ' ı1 - 2 seviyesine kadar düşürür.
Mide bu derece güçlü asidik bir sıvıya yataklık yapmasına rağmen zarar görmez çünki mideye zarar gelmemesi için mükemmel bir şekilde önlem alınmıştır.Yine mide çeperlerinde bulunan özelleşmiş salgı hücreleri, mukus adı verilen bir tür sıvı salgılarlar.Bu sıvı asitli ortam ile mide arasında bir kalkan gibi ödev görerek mideyi korur.
Sakkarit (şeker) Metabolizması
Şeker molekülleri, karbonhidrat adı verilen uzun zincirli moleküllerin yapıtaşlarını meydana getirirler.Şeker molekülleri genelde 6 karbonlu bir yapıya sahip olup tıpkı amino asitler gibi D ve L konfigürasyonlarına sahiptir.
Şeker molekülü tek başına bulunduğu hallerde " Monosakkarit ", ikili bulunduğu hallerde " Disakkarit ", 3 lü veya daha fazla gruplar halinde bulundukları zaman ise " Polisakkarit " adını alır.Öncelikle bir şeker molekülünün yapısını inceleyelim.


Yandaki şekilde görüldüğü gibi " Glikoz ", yapısında toplam 6 adet karbon atomu (siyah noktalar) içerir.Sırasıyla tüm karbonlara H ve OH molekülleri, birbirlerine zıt yönde bağlanma göstermişlerdir.
Molekülün 1. karbonu kırmızı noktanın hemen yanındaki karbondur.Hemen altındaki karbon ise 2. karbondur.Molekülün 6. karbonu ise CH2-OH molekülünün karbonudur.O ile gösterilen ilk sıradaki atom ise oksijendir.
Molekülümüz bir monosakkaritdir.Disakkarit ve polisakkaritler bunun gibi yüzlerce yada binlerce glikoz (veya fruktoz, sukroz, laktoz vs. olabilir) molekülünün yan yana gelip bağ yapmasıyla meydana gelir.Şeker molekülleri arasındaki bağlar ise tıpkı amino asitlerde olduğu gibi kuyruk ve baş bölgelerinde meydana gelir.
İki Şekr molekülü bağ yaparken (örneğimizde glikoz molekülünü ele alıyoruz), kırmızı nokta ile gösterilen 1.karbonun üzerindeki H atomu ile 2.glikoz molekülünün 4.karbonunun (yani kırmızı noktanın tam karşısına gelen bölgedeki karbon atomunun) altındaki OH molekülü ile bağ yapar.Bu bağa ise " Glikozidik " bağı adı verilir.Glikoz molekülleri bu şekilde ardarda bağ yaparak karbohidrat zincirlerini meydana getirirler.
Şeklimizde görülen glikoz molekülü Alfa - Glikoz adını alır.Molekülün Alfa veya Beta olması ise 1.karbondaki H ve OH ın konumlarına bağlıdır.Eğer H atomu karbounun alt tarafından bağ yapmış ise molekülümüz Beta konfigürasyonu, üst taraftan bağ yapmış ise Alfa konfigürasyonu adını alır.
Şekerlerin 5 karbon atomundan oluşan formlarıda vardır.5 karbon atomu içeren şeker molekülüne ise " Pentoz " adı verilir.Bunların dışında değişik yapılara sahip şeker moleküllerine örnek olarak mannoz, sukroz, laktoz ve fruktoz örnek verilebilir.
Şeker moleküllerinin yıkımı :
Karbonhidratların büyük çoğunluğunun uzun şeker moleküllerinden meydana geldiğini belirtmiştik.Vücuda alınan besin maddelerinin ise % 70 e yakını karbonhidratlardan meydana gelir.
Karbonhidratların sindirimi ağızda başlar.Tükürük sıvısında karbonidrat zincirlerini parçalayan enzimler bulunmaktadır.Kısmen parçalanan bu moleküllerin sindirimi ise ince bağırsakta sonlanır.Şeker molekülleri kana karıştıktan sonra kan basıncının yükselmesine neden olur.Fakat kan basıncı, glikoz molekülüne müdahele eden enzimler vasıtasıyla dengede tutulur.
Şeker molekülleri monosakkarit formları şeklinde bağırsaklardan emildikten sonra kan yoluyla karaciğere gider.Monosakkaritler burada glikoz, fruktoz, mannoz gibi değişik yapıdaki şeker moleküllerine çevrlirler.Glikoz moleküllerinin fazlası ise enzimler vasıtasıyla " Glikojen " adı verilen başka bir şekle dönüştürülüp depo edilir.
Glikozun glikojene çevrilmesinde rol oynayan enzimin adı ise " Glikokinaz " enzimidir.Bu enzim karaciğer tarafından üretilir ve bu üretim, pankreastan salınan ve " İnsülin " adı verilen bir hormonun kontrolü altındadır.
Glikokinaz (enzim) --------> Glikoz (molekül) --------> Glikojen (son ürün)
Eğer bir insanın pankreası yeteri kadar insülin hormonu salgılayamıyorsa, kişinin karaciğeri, kandaki insülin miktarının azalmasına paralel olarak yeteri kadar Glikokinaz enzimi üretemez.Glikokinaz enzimi ise glikoz moleküllerine müdahele edemeyince glikoz moleküllerinin kandaki miktarı süratle artmaya başlar.Glikozun kanda artış göstermesi nedeniyle kan basıncı artmaya başlar ve sonunda yüksek tansiyon denilen rahatsızlık ortaya çıkar.
Glikozun parçalanması kısaca şu şekilde meydana gelir ;


6 karbonlu glikoz molekülü, yapılarında 3 er tane karbon atomu bulunduran 2 molekül Piruvat ' a dönüşür.Piruvat, ortamda oksijen olma veya olmama durumuna göre 2 yol izleyebilir.
Eğer ortamda oksijen yoksa (anaerob) piruvat molekülleri son ürün olarak Laktat ve daha sonra Laktik asit ' e dönüşür.Laktik asit, kaslara yeteri kadar oksijen taşınamadığı hallerde birikir ve yorgunluğa neden olur.
Fakat fermantasyon bakterileri ve bazı maya türleri, ortamda oksijen olmadığı hallerde laktat yerine Etanol adını alan bir çeşit alkol ve su üretirler.
Eğer ortamda oksijen varsa (aerob) Piruvat oksijenle reaksiyona girerek öncelikle bir ara ürün olan Asetil CoA ' ya dönüşür.
Asetil CoA ara ürünü daha sonra sitrik asit halkası adı verilen bir seri kimyasal reaksiyon basamaklarına girer ve nihayetinde son ürün olarak karbondioksit ve su ya dönüşür.
Glikoz moleküllerinin parçalanma reaksiyonları sırasında hücre ATP kazanır.ATP ise enerji gereksinimleri için kimyasal reaksiyonlarda kullanılır.Glikozun tam yıkım reaksiyon şemasını aşağıdaki ikona tıklayarak görüntüleyebilirsiniz.
Tam reaksiyon şeması için Buraya tıklayın
Moleküller adlandırılırken aralarına tire konularak, hangi radikalin kaçıncı karbona bağlı olduğuda virgüllerle belirtilir.Örnek verelim ;
Bir molekül " Glikoz - 6 - Fosfat " olarak isimlendirilmiş ise, bu, molekülün 6.karbonunda bir tane fosfat grubu taşıdığı gösterir
Başka bir örnek olarak ; Eğer molekül " Fruktoz - 1,6 - Difosfat " olarak isimlendirilmiş ise, buda Fruktoz molekülünün 1. ve 6. karbon atomlarının Fosfat molekülü taşıdığı anlamına gelir.Fruktoz üzerinde toplam 2 tane fosfat grubu olduğundan " Difosfat " olarak yazılır.
Glikoz yıkıma uğrarken, hem parçalanmakta hemde bazı karbon atomlarına fosfat ve diğer kimyasal gruplar eklenmektedir (Bu eklenmeler " Tam reaksiyon şeması " ' nda ayrıntılı olarak gösterilmektedir).
Bu kısa bilgiden sonra Glikozun yıkımı sırasında hangi basamaklarda ATP harcandığını ve hangi basamaklarda ATP üretildiğini görelim.
Reaksiyon
ATP değişimi
Glikoz ---> Glikoz - 6 - fosfat
- 1 ATP
Fruktoz - 6 - fosfat ---> Fruktoz - 1,6 - difosfat
- 1 ATP
1,3 - bifosfogliserat ---> 3 - fosfogliserat
+ 2 ATP
Fosfoenol piruvat ---> Piruvat
+ 2 ATP
Tabloda görüldüğü gibi glikoz ve fruktoz moleküllerine fosfat bağlanırken enerji kullanılmaktadır.Bu enerji gereksinimi 2 ATP yi beraberinde götürürken, fosfat gruplarının ayrılması esnasında 2 şer adet ATP kazanılmaktadır.Sonuç olarak harcanan 2 ATP ye karşın hücrede 4 ATP üretilmekte ve net olarak 2 ATP kazanç sağlamaktadır.
Glikozun metabolik faaliyetlerle yıkılması olayına " Glikoliz ", küçük moleküllerden tekrar sentezlenmesi olayına ise " Glikogenez " denir.Vücuda yeteri kadar glikoz alınmaz ise hücreler bu sefer glikoz üretmeye başlarlar.
Yağ (Lipid) Metabolizması
Besinlerle alınan yağ moleküllerinin büyük kısmını trigliserid adı verilen moleküller oluşturmaktadır.Bunun yanında fosfolipid, ve kolestrol molekülleri yağlı besinlerde daha az miktarlarda bulunular.
Lipidler yapı itibariyle gliserin ve yağ asitlerinin teşkil ettiği moleküllerdir.Lipid molekülleri hidrofobik özellik göstermelerine karşın organik eriticilerde çözünürler.Örneğin alkol, eter, aseton ve klorofom gibi uçucu sıvılar içerisinde çözünebilir.
Yağ molekülleri çok uzun bir yapıya sahip olup, biri " Hidrofobik " diğeri " Hidrofilik " iki kutuba sahiptir.Yağlar, vücudun ince bağırsağında pankreas ve safra kesesinden gelen enzimlerle küçük parçalara ayrılırlar.Yağların parçalanması ise " Lipaz " adı verilen bir enzim ile olur.
Yağlar parçalanıp yağ asitlerine kadar ayrıştırıldıktan sonra ince bağırsaklardan emilir ve kana karışır.Yağ asitleri hücreler tarafından enerji ihtiyacını karşılamak için kullanılırlar.Yağ asitleri bazı hücrelerde sitoplazma içerisinde okside olarak ATP üretimine katılırken, çoğu hücrede mitokondri içerisine girerek ATP sentezlenmesini sağlar.


Yağ asiti moleküllerinin yapısını gösteren şekilde, molekülün hidrofilik ve hidrofobik kısımları görülmektedir.Yağlar vücuda girip yağ asitlerine kadar ayrıştıktan sonra ya depo edilirler yada enerji ihtiyacı için kullanılırlar.
Yağ asitleri vücutta fazla miktarlarda bulunduğu zaman trigliserid şekline dönüştürüldükten sonra yağ dokularında depo edilirler.İnsanların şişmanlamasının nedenide budur.Fakat aksine, kaslar fazla çalıştığı zaman kas hücrelerindeki mitokondriler ATP üretmek için ortamda bulunan yağ asitlerini, depo edilmesine fırsat bırakmadan kullanırak enerji ihtiyaçlarını karşılarlar.
Şişman bir kimse elinden geldiğince spor yapıp hareket ederse, yağ dokularındaki trigliserid molekülleri, enerji gereksinimi olduğu için yağ asitlerine kadar parçalanacak ve mitokondrilere ulaştırılacaktır.
Yağ asitlerinin mitokondriye girişi direk değildir.Öncelikle Asetil CoA ile bileşik kurarak " Yağ Asil - CoA " kompleksini kurar.Bu aşamadan sonra hücre içerisinde bulunan ve " Kornitin " adı verilen bir enzim eşliğinde mitokondri membranından geçerek mitokondri matrix ' ine ulaşır.
Yağ asidi + CoA + ATP <---------------> Yağ asil - CoA + AMP + PPi
Denklemde yağ asitinin CoA (Koenzim A) ile komleks oluştururken ATP harcamaktadır.ATP enerjisi kullanılınca ATP (Adenin trifosfat) AMP (Adenin monofosfat) ' a dönüşmektedir.
Yağların kan sıvısında taşınması ise ortak çalışan iki protein ile gerçekleşmektedir.Bu proteinlerden birisi" Lipoprotein " diğeri ise " Apolipoprotein " adını alır.
Yiyeceklerle alınan yağ ve kolestroller önce lipoprotienler ile paketlenirler.Lipoprotinlerin üzerilerinde ise apolipoprotein molekülleri vardır.Apolipoprotein ise ise lipide bağlanan kısımı oluşturmaktadır.Yani Lipoprotein apolipoproteini taşır, apolipoprotein ise yağa bağlanır.Böylelikle yağ molekülü dokulara kan yolula taşınmış olur.
Yağların yıkımı :
Yağların yapıtaşlarının yağ asitleri olduğunu belirtmiştik.Yukarıdaki şekilde görülen yağ asiti molekülünün hidrofilik ve hidrofobik uçları, yağların suya döküldüklerinde misel oluşturmalarına neden olur.
Şekilde yağ asitlerinin su içerisinde oluşturdukları micel yapısı görülmektedir.
Yağ asitleri, hidrofilik uçları dışa, hidrofobik uçları ise iç tarafa gelecek şekilde dizilirler.Mavi bölge yağ asitinin hidrofilik bölgesi, kırmızı ince bölge ise molekülün hidrofobik kuyruğunu temsil etmektedir.
Besinlerle alınan büyük yağ molekükleri, bağırsakta sindirilirken önce misellerine kadar ayrıştırılmakta ve daha sonra bu miselleri parçalayan enzimler iş görmektedir.
İnce bağırsağa gelen büyük yağ molekülleri, öncelikle safra kesesinden salgılanan tuzlarla etkileşime girerek kendilerinden daha küçük yapıya sahip misellere dönüşürler.Bu şekilde küçültülüp misele dönen yağ molekülleri daha sonra pankreastan salgılanan lipazlar vasıtasıyla parçalanmaya ve yağ asitlerine kadar ayrışmaya başlar.Ayrışan yağ asitleri difüzyon yolu ile bağırsak mikrovilluslarından emilir.Fakat emilim esnasında yağ asitlerinden trigliseridler sentezlenerek bu haliyle kana karışır ve lipoproteinler vasıtasıyla paketlenerek gerekli yerlere ulaştırılır.
Dokulara ulaşan trigliseridler genel olarak 3 aşamada yıkılarak enerji ihtiyacı için kullanılırlar.
· Trigliseridlerin hidrolizi
· Alfa - oksidasyonu
· Beta - oksidasyonu
1-) Trigliseridlerin hidrolizi :Trigliseridler Lipaz enziminin etkisiyle digliserid, monogliseridserbest gliserol ve yağ asitlerine kadar ayrışırlar.
2-) Alfa - oksidasyonu :Trigliseridlerin hidrolizi ile serbest kalan yağ asitleri, alfa - oksidasyon kimyasal reaksiyonlarına girerek yıkılmaya başlar.Alfa - oksidasyonunda yağ asitleri, hücrenin Endoplazmik Retikulumunda aktive olmadan direk olarak parçalanırlar.
3-) Beta - oksidasyonu :Beta - oksidasyonu, yağ asitlerinin parçalandığı diğer bir kimyasal reaksiyon basamaklarıdır.Parçalanma mitokondride gerçekleşmekte ve aynı zamanda yağ asitinin Asetil - CoA ile kompleks oluşturup aktive olması gerekmektedir.
Vücuda alınan karbonhidratlar, fruktoz, mannoz ve sukroz gibi şekerlere, glikoz şekeri ise glikojene çevrilip depo edilir.Fakat karbonhidrat fazla miktarda alınırsa bu kez glikozun fazlası glikojene çevrilemeyeceğinden, öncelikle yağ asitlerine ve daha sonrada trigliseridlere dönüştürülüp depo edilir.
Hücrede aynı zamanda " Peroksizom " adı verilen yapılarda da yağ asitleri parçalanmaktadır.Peroksizomlar yağ asitlerini parçalarken ürün olarak H2O2 (Hidrojen peroksit) meydana getir.H2O2 nin fazlası hücre için toksik etki yapacağından, " Katalaz " enzimi ile parçalanarak H2O ve H2 ye dönüştürülür.Mitokondride ise yağ asiti parçalanırken direk olarak H2O meydana gelir.


2222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222