Enzimler

Konu Anlatımı

Bu Konuda Neler Öğreneceğiz?

Canlı hücresinde yavaş yürüyen kimyasal tepkimeler, enzim adı verilen biyolojik katalizörler sayesinde hızlandırılır. Enzimler tepkimenin ürününü değiştirmez, yalnızca tepkimenin gerçekleşmesini kolaylaştırır ve hızlandırır. Bir hücrede binlerce farklı tepkime aynı anda yürürken bunun mümkün olmasının nedeni enzimlerin seçiciliğidir.

Bu konuda enzimlerin nasıl çalıştığını, substratın ne olduğunu ve aktivitenin hangi etkenlerle değiştiğini öğreneceğiz. Sınavda karşınıza çıkacak sayısal sorular genellikle üç işleme dayanır: bölme, çıkarma ve yüzde. Ancak sayıdan önce "bu ölçüm neyi gösteriyor" sorusunu yanıtlamak, hangi işlemin kullanılacağını tek adımda belirler.

Ön Bilgi: Katalizör Kavramı

Katalizör, kendisi tepkimede tüketilmeden tepkime hızını artıran maddedir. Enzimler bir tür biyolojik katalizördür; tepkimenin başlangıçtaki ve sondaki ürünlerini değiştirmezler, yalnızca tepkimenin gerçekleşmesi için gereken engeli azaltırlar. Bu nedenle enzim miktarı artırıldığında hücrenin toplam ürün miktarı değil, birim zamandaki ürün miktarı artar.

Enzimler kendi substratlarına özgü bir şekilde bağlanır. Bağlanma bölgesi enzimin yapısında bulunan ve aktif merkez adı verilen bölgedir. Bazı enzimler bu merkezde kendisi dışında bir yardımcı maddeye ihtiyaç duyar; bu maddeler kofaktör olarak adlandırılır. Enzim, substrat ve kofaktör arasındaki ilişki, tepkimenin hangi yönde ilerleyeceğini belirler.

Temel Kurallar ve İlkeler

Enzimler katalizördür, tüketilmez. Enzim tepkime sırasında kullanılır ama tüketilmez; aynı enzim molekülü birçok kez tepkime girebilir. Bu yüzden enzim miktarı artırıldığında tepkimenin ürünü değil hızı değişir.

Enzimler seçicidir. Bir enzim yalnızca kendisine uygun substratı tanır ve onunla reaksiyona girer. Bu seçicilik, hücrede binlerce farklı tepkimenin aynı anda yürümesini sağlar.

Enzimler optimum pH ve optimum sıcaklıkta en etkilidir. Optimum değerler enzimden enzime değişir. Optimumun dışına çıkıldığında aktivite düşer; aşırı pH ve yüksek sıcaklık ise enzimi kalıcı biçimde denatüre edebilir.

Substrat derişimi arttıkça hız artar, ancak sınırlıdır. Enzimlerin sayısı sınırlı olduğu için substrat miktarı belirli bir düzeyden sonra artırılsa bile hız daha fazla artmayabilir; enzimler doygun duruma geçer.

İnhibitörler enzim aktivitesini düşürür. İnhibitörler ya aktif merkeze bağlanarak substratın yerleşmesini engeller ya da başka bir yerden bağlanarak enzimin şeklini bozar. Etkileri geçici olabilir.

Kavram Karşılaştırma Tablosu

Aşağıdaki tablo, enzim sorularında en sık karıştırılan kavramları yan yana koyar. Sorunun kökü hangi satıra dayanıyorsa o satırdaki ölçütü önce belirleyin.

Adım Adım Çözülmüş Örnek

Adım 1 — Ölçümün ne gösterdiğini yazın. Enzim sorularında sayı "aktivite", "hız", "oran" ya da "miktar" olabilir. Bu dördünden hangisinin sorulduğu, hangi işlemin kullanılacağını baştan belirler.

Adım 2 — Karşılaştırma tabanını seçin. Değişim sorularında önce hangi değerin başlangıç, hangisinin son durum olduğu belirlenir. Artış için büyükten küçük, azalış için küçükten büyük çıkarılır.

Adım 3 — Yüzde gerekiyorsa tabanı doğru seçin. Yüzde hesabında payda başlangıç değeridir. Son değeri payda yapmak, sorunun cümlesindeki "başlangıca göre" ifadesine aykırıdır.

Adım 4 — Yorumu ekleyin. Hesap sonrası "bu sonuç substratın yeterli olduğunu gösterir" ya da "enzimin doyduğunu gösterir" gibi bir cümle eklemek, açıklamanızı güçlendirir ve şıkları eler.

Sık Yapılan Hatalar

Aşağıdaki hatalar, enzim sorularında en sık puan kaybettiren başlıklardır.

• Enzimin tepkimede tüketildiğini düşünmek: Enzim katalizördür; tepkime sırasında tüketilmez. Enzim miktarı artan bir sistemde ürün miktarı değil birim zamandaki ürün miktarı artar.
• Substratı ürün sanmak: Substrat, enzimin üzerinde tepkimeye giren maddedir; tepkimenin sonunda oluşan madde ise üründür.
• Aktivite azalmasını yüzde olarak sorup farkı bulmak: Yüzde soruluyorsa mutlak fark başlangıç değerine bölünmelidir. Farkı doğrudan yüzde olarak yazmak yanlış olur.
• İnhibitörün hızı artırdığını düşünmek: İnhibitör, enzimin çalışmasını aksatarak hızı düşürür. Hızı artıran bileşik olan aktivatördür.
• Optimum değerin her enzimde aynı olduğunu düşünmek: Optimum sıcaklık ve optimum pH enzimden enzime değişir. Bu nedenle soruda enzimin türü verilmeden tek bir optimum değeri aranmaz.
• Enzim sayısını hız çarpanı sanmak: Enzim sayısı arttıkça hız artar, ancak artış oranı substrat miktarıyla sınırlıdır. Enzimler doyduğunda hız sabit kalır.

Özet

Enzimler tüketilmeyen, seçici biyolojik katalizörlerdir; aktiviteleri ortam koşullarına bağlıdır. Enzimler, kendileri tüketilmeden tepkimeleri hızlandıran biyolojik katalizörlerdir; bu nedenle enzim miktarı artırıldığında ürün miktarı değil birim zamandaki ürün miktarı artar. Enzimler seçicidir ve substratlarını aktif merkez adı verilen özel bir bölgede tanır; bazı enzimler çalışmak için kofaktör adı verilen yardımcı maddelere ihtiyaç duyar. Enzimler optimum pH ve optimum sıcaklıkta en etkilidir ve bu değerler enzimden enzime değişir; aşırı koşullar enzimi denatüre eder. Substrat derişimi arttıkça hız artar ancak enzim sayısı sınırlı olduğu için hız bir noktadan sonra artmayı bırakır ve enzimler doygun hâle gelir. İnhibitörler aktif merkeze ya da enzimin başka bir bölgesine bağlanarak hızı düşürür. Ölçümlerde aktivite, hız, dönüşüm oranı ve birim zamandaki ürün miktarı hesaplanırken değişim ve yüzde kuralları bu değerlerin karşılaştırılmasında kullanılır.

Bir laboratuvarda bir enzimin farklı ortamlarda ölçülen aktiviteleri karşılaştırılmıştır: bir kültürde ortamın pH değeri düşürülmüş, başka bir kültürde ise ortama inhibitör katılmıştır. Soruları şöyle sıralayınız: pH değişimi ve inhibitör eklenmesi aktiviteyi nasıl etkiler, bu iki etkenin mekanizması aynı mıdır? Bir substrat derişimi denge noktasının çok üzerine çıkarılırsa hız neden artmayı bırakır? Nihayet bu ölçümlerde enzim sayısını artırmak neyi değiştirir, neyi değiştirmez? Cevaplarınızı her adımda gerekçesiyle birlikte yazınız.

Ne Öğreneceğiz

Enzimlerin yapısını ve çalışma ilkelerini, substrat ve ürün kavramını, aktiviteyi etkileyen sıcaklık, pH ve derişim etkenlerini kullanarak bir enzimatik ölçümü yorumlama becerisi. Bu konuda ögrenme çıktıları:

• Enzimlerin biyolojik katalizör olarak görevini açıklayabilir.
• Substrat ve ürün kavramlarını bir enzimatik tepkime bağlamında tanımlayabilir.
• Enzimlerin seçiciliğini ve aktif merkez kavramını örneklerle açıklayabilir.
• Sıcaklık ve pH değişiminin enzim aktivitesine etkisini karşılaştırabilir.
• İnhibitörlerin enzim hızını düşürme biçimini yorumlayabilir.
• Bir enzimatik ölçümde aktivite, hız, dönüşüm oranı gibi değerleri hesaplayabilir.

Basit Örnek ve Günlük Yaşam

Günlük yaşamda ve mesleki bağlamda bir uygulama:

Soru: Bir enzimin üzerinde tepkimeye giren madde nasıl adlandırılır?

1. Enzimin çalışırken bağladığı madde sorgulanır.
2. Bu madde enzimin aktif merkezine bağlanır ve dönüşür.
3. Bu madde substrat olarak adlandırılır.

Sonuç/cevap: Substrat

İleri Örnek

Daha ileri bir uygulama:

Soru: 1200 molekül substrattan 900 molekülü ürüne dönüşürse dönüşüm oranı yüzde kaçtır?

1. Ürüne dönüşen miktar başlangıçtaki miktara bölünür.
2. Dokuz yüz sayısı bin iki yüze bölünür.
3. Bu oran yüzde ile çarpıldığında yüzde yetmiş beş bulunur.

Sonuç/cevap: Yüzde 75

Kendini Dene

Soru: Enzimlerin seçiciliğini açıklayınız. Aynı hücrede binlerce farklı tepkimenin aynı anda yürümesinin nedeni bu seçicilik midir?

Örnek cevap: Puanlama anahtarı: Enzimlerin yalnızca kendilerine uygun substratı tanıdığı yazılır (5 puan). Aktif merkez kavramı açıklanır (5 puan). Seçiciliğin aynı anda yürüyen tepkimeler için gerekli olduğu belirtilir (5 puan). Bu duruma en az bir örnek verilir (5 puan). Toplam 20 puan.