Enzimler Neden Biyolojik Katalizörlerdir
Enzimler Neden Biyolojik Katalizörlerdir?
Dört ana enzim türü vardır. Bunlar Koenzimleri, RNA moleküllerini, Proteinleri ve Aktivasyon Enerjisini içerir. Bu proteinler ve RNA molekülleri, substratlarına bağlanarak ve reaksiyonlar için en uygun koşulları sağlayarak reaksiyonlar için katalizör görevi görürler. Bu ajanlar ayrıca reaksiyonlara doğrudan katılarak istenen sonucu elde etmek için gereken enerjiyi ve yönelimi sağlar. Ancak her bir enzim türünü tartışmadan önce, bunların ne olduğunu ve neden önemli olduklarını hızlıca gözden geçirelim.
Koenzimler organik moleküllerdir
Koenzimler, elektronlar için bir taşıyıcı görevi gören organik moleküllerdir. Bu moleküller, kimyasal reaksiyonları katalize etmek ve substratı organizmanın ihtiyaç duyduğu bir ürüne dönüştürmek için bir enzimin aktif bölgesine bağlanır. Koenzimler, vitaminlerle yakından ilişkilidir ve yapılarının bir kısmı bir enzime katkıda bulunur. Bakteriler vitaminlere ihtiyaç duymazken, insanlar gibi daha yüksek hayvanlar için gereklidirler.
Enzimler, ametal grupları içeren organik moleküllerdir. Bu moleküller, reaksiyonları katalize etmek için enzimle elektronları paylaşır. Koenzim daha sonra yardımcı maddeleri aktif bölgesinden serbest bırakır ve orijinal durumuna geri döner. Koenzimlere ko-substratlar da denir. Bu moleküller birçok farklı tipte reaksiyona katılabilir, ancak geri dönüşümsüz olarak değiştirilmezler. Bu özellik, aynı hücrede birden çok işlevi gerçekleştirmelerine olanak tanır.
Koenzimler, enzimlerden farklı olarak metabolik reaksiyonlarda önemli roller üstlenen karmaşık organik moleküllerdir. Koenzimler, reaksiyon ürünleri için aracılar olarak hizmet edebilir ve genellikle yeniden üretilir ve geri dönüştürülür. Bir koenzim vitamini olan nikotinamid adenin dinükleotit (NAD), laktik dehidrogenaz enziminde kullanılan yaygın bir koenzimdir. NAD ayrıca bir hidrojen alıcısı olarak işlev görür ve ikinci bir substrattan elektronları bağışlayabilir veya emebilir.
Hem yapısal hem de katalitik birimler
olarak işlev Enzimler, hem yapısal hem de katalitik birimler olarak işlev görebilen biyomoleküllerdir. RNA molekülleri, uzak geçmişte genetik bilgi görevi görebilir. Walter Gilbert, RNA’nın inorganik kimyasallardan evrimleşen genetik materyal olduğunu öne sürdü. İlk enzimler ve kopyalayıcılar, bilgi içeren makromoleküller olan nükleotitlerden ve ribozimlerden türetilebilir. Kendi kendini kopyalayan bir ribozim, iki substratı birbirine bağlayabilir, bunları birbirine bağlayabilir ve kendisinin bir kopyasını oluşturabilir.
On dokuzuncu yüzyılın sonlarında ve yirminci yüzyılın başlarında enzimlerin keşfi, enzim anlayışımızı değiştirdi. Enzimler, protein moleküllerine bağlandı ve kristalleşme, araştırmacıların yapılarını incelemelerine izin verdi. 1980’lerde araştırmacılar, ribozimlerin gen ifadesinde önemli bir rol oynadığını keşfettiler. Biyokimyacılar, azim adı verilen katalitik özelliklere sahip antikorlar üretmek için bir yöntem geliştirdiler. Abzimlerin keşfi, terapötik ve endüstriyel katalizörler olarak potansiyellerinin yolunu açıyor.
RNA katalizinin mekanizmaları değişir, ancak reaksiyon, genellikle guanozin kofaktörü olan bir nükleofil tarafından katalize edilir. RNase P-katalizli reaksiyonlarda, nükleofil sudur. Buna karşılık, küçük katalitik RNA’lar, büyük olasılıkla, 2′,3′-siklik fosfat adı verilen bir ürünle sonuçlanan, kesilebilir bir bağın aktivasyonu ile başlatılır. Bu aktivasyonun meydana geldiği mekanizma tam olarak anlaşılamamıştır, ancak bir metal hidroksitin koordinasyonunu içerir.
Proteinler biyolojik katalizörlerdir
Proteinler, hücrelerdeki hemen hemen tüm kimyasal reaksiyonların hızını artıran biyolojik katalizörlerdir. RNA’lar belirli reaksiyonları katalize edebilirken, proteinler tüm biyokimyasal reaksiyonları hızlandırmaktan sorumludur. Enzimler olmadan, biyolojik reaksiyonların hızı onbinlerce kat daha yavaş olacaktır. Enzimler, biyokimyasal reaksiyonları bir milyon kata kadar hızlandırma gücüne sahiptir. Tek bir enzim, birkaç milisaniye içinde milyonlarca substrat molekülünü hızlandırabilir.
Enzimler, belirli şekillere sahip karmaşık biyolojik katalizörlerdir. Bu katalizörler, çeşitli işlemler için hayati öneme sahiptir. Vücudunuzdaki enzimler ileri veya geri reaksiyonları katalize edebilir. Enzimin aktif bölgesine bağlı olarak, bu reaksiyonların sıcaklığı değişebilir. Enzimler genellikle amino asit dizilerine ve enzimatik aktivitelerine göre sınıflandırılır. Sıcaklık ne kadar yüksek olursa, aktivite o kadar yüksek olur. Yapı geliştikçe enzim aktivitesi artar ve reaksiyon en hızlı halindedir.
Enzimler son derece çok yönlüdür. Dönüşümleri yalnızca dakikalar veya saniyeler içinde gerçekleştirebilirler. Enzimler ayrıca ince kimyasallarda, enerji işlemede ve margarin üretiminde kullanılır. Birçok kullanımlarına rağmen, enzimler büyük ölçüde doğal ve çevre dostudur. Enzim araştırmalarının akademik, endüstriyel ve tıbbi araştırmalar için etkileri vardır. Ve çok yönlü olduklarından, genellikle insan sağlığını ve çevreyi iyileştirmek için kullanılırlar.
Aktivasyon enerjisi
Enzimler, hücre içindeki ve dışındaki kimyasal reaksiyonları hızlandıran, belirli işlevleri olan proteinlerdir. Bunu süreçte tüketilmeden yaparlar. Enzimler enerjiyi korur ve saniyede bir milyona kadar reaksiyonu katalize edebilir. Enzimler, bir kimyasal reaksiyonu başlatmak için gereken aktivasyon yakıtını azaltarak biyokimyasal reaksiyonları hızlandırır. Bu nedenle, biyolojik katalizörler olarak kabul edilirler. Enzimler, katalizlenmemiş muadillerinden milyonlarca kat daha hızlı bir denge durumuna ulaşabilirler.
Biyolojik katalizörler, bir reaksiyona katılarak aktivasyon enerjisini azaltır. Enzimler yapılarını değiştirmezlerken, substratlarının molekülleri ile geçici kovalent bağlar oluşturabilirler. Bu reaksiyonlarla oluşan ürünler enzimin durumunu değiştirmez, aksine aktif bölge kalıntıları değiştirir. Enzimler, aktivasyon enerjisini azaltmak için reaktanları doğru pozisyonda konumlandıran mükemmel biyolojik makinelerdir.
Bir enzimin aktif bölgesi, katalitik “etki”nin meydana geldiği yerdir. Tepkimeye giren moleküllere (substrat adı verilir) bağlanır ve kimyasal reaksiyona girmelerine neden olur. Enzimler hem anabolik hem de katalitik reaksiyonları katalize edebilir ve ayrıca enerji yaratmak için de kullanılabilirler. Basit kimyasal katalizörlerin aksine enzimler, enzimatik aktiviteyi düşürerek bir reaksiyonu başlatmak için gereken aktivasyon enerjisini azaltabilir.
Enzimler esas olarak proteinlerden oluşur
Enzimler esas olarak proteinlerden oluşur, ancak RNA gibi protein olmayan bileşenleri de içerebilirler. Örneğin bir ribozim, RNA’yı parçalayarak kendi üzerinde hareket eder. Diğer enzimler tek başına hareket edebilir veya çalışması için başka moleküllere ihtiyaç duyabilir. Bunlar holoenzimler olarak bilinir ve gerekli işlevi yerine getirmek için bağımsız olarak veya kofaktörlerle birlikte çalışabilirler.
Bu model, alt tabakanın ve aktif bölgenin rijit nesneler olduğunu ancak alt tabaka bağlandığında esnek olduklarını gözlemlemeye dayanır. Bu, enzimin katalitik kapasitesini artıran, substrata tepki olarak aktif bölgenin konformasyonel değişikliklerine yansır. Bu, enzimlerin spesifik olmadığı şeklindeki daha yaygın görüşün aksinedir. Sonuç olarak, bilim adamları, enzimlerin bir substrat ile bağlandıklarında nasıl şekil değiştirdiklerini açıklayan, uyarılmış uyum modeli adlı yeni bir model geliştirdiler.
Bir enzimin katalitik aktivitesi, devir hızı veya frekansı olarak da adlandırılan sabit kat cinsinden ifade edilebilir ve birim zamanda dönüştürülen substrat moleküllerinin sayısını temsil eder. Bu değerler Tablo 6.1’de bulunabilir. Örneğin, tek bir enzim olan karbonik anhidraz, yarım milyondan fazla substrat molekülünü bir saniyeden daha kısa sürede bir ürüne dönüştürebilir.
Çeşitli biyokimyasal reaksiyonlar
Enzimler, çeşitli biyokimyasal reaksiyonlar yapabilen çok spesifik proteinlerdir. Enzimler genellikle hem ileri hem de geri reaksiyonlarda yer alır. Reaksiyon hızını artırmak, aktivasyon enerjisini düşürmek ve ürünü iyileştirmekten sorumludurlar. Enzimler, dönüşümü milyonlarca kez hızlandırabilir. Daha spesifik oldukları için diğer moleküllerden etkilenebilirler. Enzim inhibitörleri ve aktivatörleri enzim aktivitesini etkiler.
Bir enzim bir substrata bağlandığında, substratın konformasyonunu değiştirir. Aktif bölge çok spesifik olduğundan, substrat enzimin aktif bölgesine çekilir. Bu bozulma, kritik bağları zayıflatarak bir reaksiyonun geçiş durumunu kolaylaştırmak için gereklidir. Bu işlem saatler hatta günler alabilir, bu nedenle enzimlerin nasıl çalıştığını anlamak önemlidir. Nihayetinde, enzimler biyolojik bir sistemdeki kimyasal reaksiyonları hızlandırır.
Bir enzimin etkinliğinin yaygın bir örneği, laktozu 60 saniyeden daha kısa sürede monomerlere ayırabilen karbonik anhidrazdır. Kimyasal reaksiyonları hızlandırmak için diğer enzimler kullanılır. Örneğin enzimler, çamaşır tozları ve et yumuşatıcılar gibi ev ürünlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Enzimler ayrıca amino asit dizilerine ve enzimatik aktivitelerine göre de sınıflandırılabilir. Isıya maruz kaldıklarında aktiviteleri artar. Arada bir yerde optimum reaksiyon hızına ulaşılırken enzimlerin denatüre olduğu sıcaklık.