Enzimlerin etki mekanizması

Enzimlerin Etkisi

Enzimlerin etki mekanizması iki farklı açıdan ele alınabilmektedir. Bunlardan birincisi tepkime süresince gerçekleşen enerji değişikliklerinin, diğeri ise kataliz sırasında aktif bölgedeki yapısal değişikliklerin incelenmesi ile ilişkildir.

A – Aktivasyon Enerjisi

Moleküllerin birbirleri ile reaksiyona girebilmeleri için dışarıdan enerji almaları gereklidir. Bütün kimyasal tepkimelerede aktivasyon enerjisi olarak adlandırılan bir enerji engelinin aşılması gerekmektedir. Aşağıdaki şekilde de görüldüğü üzere rekasiyonun hızını belirleyen en önemli faktör aktivasyon enerjisi (E) denilen bu enerji ihtiyacının büyüklüğüdür. Enerji engeli ne kadar yüksek olursa birim zaman içerisinde bu engeli aşan moleküllerin sayısı da o oranda az olacaktır. Reaksiyon hızını artırabilmek için sisteme kimyasal veya biyolojik bir katalizör ilave edilebilir. Bu durumda katalizör substrat ile (ES) kompleksi yaparak aktivasyon enerjisini aşağılara çekebilir.

Hidrojen peroksidi ele alalım. H2O2’nin su ve oksijene yıkılması bir mol hidrojen peroksit için 18 kcal aktivasyon enerjisi gerektirir. Katalist olarak kimyasal bir katalizör; demir kullanılırsa bu değer 13 kcal, platin kullanırsa 12 kcal’e iner. Bir karaciğer enzimi olan katalaz ise aktivasyon enerjisini 2 kcal’e düşürür.

ES kompleksinin oluşması ile daha çok substrat aktivasyon enerji engelini aşabilmekte, reasiyon hız artmakta ve birim zamanda oluşan ürün miktarı çoğalmaktadır. Reaksiyyon sonunda serbest kalan enzim ortamdaki diğer substrat moleküllerine bağlanarak onların da aktivasyon enerjilerini düşürecek ve onların da ürüne dönüşümünü hızlandıracaktır. Genel olarak aktivasyon enerjisi düşük olan tepkimelerin hızları yüksek olmaktadır.

Hücresel koşullarda enzimler daha düşük aktivasyon enerjisi gerektiren alternatif yollar oluşturarak tepkimelerin gerçekleşmesini sağlamaktadır. Enzimle katalizlenen reaksiyonların çoğu katalizlenmeyen reaksiyonlara göre 10-3 ila 10-8 kere daha hızlı olarak etkindir. Tipik olarak her enzim molekülü saniyede 100 – 1000 substrat molekülünü ürüne çevirme yeteneğine sahiptir. Enzim başına düşen ürüne çevrilmiş substrat molekülü sayısına ‘Turnover sayısı’ denir.

B – Aktif Bölgedeki Değişiklikler

Aktif yerler bir şerit yarık, çatlak, oyuklardır ve kataliz için gerekli temel polar artıklarda ihtiva ederler. Yapıları bilinen enzimlerin hepsi de substrat molekülleri çoğunlukla suyun ayrılması ile yarık veya çatlaklara bağlanırlar. Aktif yerler bir enzimin total hacmine oranla küçük bir kısmını teşkil eder.

Aktif merkezde, bir enzimin substarta yapıştığı bölge ve bir de kataliz olayının gerçekleştirildiği bölge (katalitik yer) olmak üzere 2 kısım bulunur. Bir enzimin katımındaki amino asit artıklarının çoğu substratla temas halinde değildir. Birçok enzimde katalitik yerde serin, sistin, histidin tirozin ve lizin bulunur.

Aktif yerin başlıca vazifelerinden birisi de bir orbital dümen meydana getirmektir. Yani substrat ile enzimin katalitik grubunun en uygun oryantasyonunu sağlar. Orbital dümen hipotezine göre substrat ile enzimin katalitik grubunun sadece yakınlaştırılması yeterli olmadığı aynı zamanda uygun bir plana da getirilmesi gerektiği bildirilmiştir. Böylece ilgili yörüngeler birbiri üzerine oturabilir.

Aktif merkez ile substrat, bir anahtar ile kilidi gibi birbirine uygunluk gösterir. Bu şekil Emil-Fischer’in tarif ettiği ‘anahtar ve kilit’ durumuna uyar. Bazı görüşlere göre de enzim substrat olmadığı zaman serbest olarak bulunmaktadır. Ancak substrat ile buluştuktan sonra enzim özel yapısını almakta ve substrat aktif bölgeye bağlanmaktadır. Bu dinamik tanıma olayına ‘indüklenmiş uyum’ veya ‘sonradan olma uyum’ (induced-fit) denir.

Enzimler bu şekilde kimyasal bir reaksiyonun hızını artırırlar veya azaltırlar.