Biyolojinin bir konusu olan canlılardaki biyoloji katalizör ve görevlerinin neler olduğu ile ilgili olan yazımız. Enzimler, ATP ve fermentasyon konu anlatımı.
Enzimler:
Canlı bir hücrede pek çok farklı kimyasal reaksiyon yer alır. üstelik bu reaksiyonların hücreye zarar vermeyecek sıcaklık sınırları içinde başarılması gerekir. Bir deney tüpünde olduğu gibi bir reaksiyonu gerçekleştirmek için kuvvetli asit veya bazların kullanılması ya da yüksek sıcaklıktan yararlanılması canlı sistemler için elbette söz konusu olamaz, kısacası hücre bütün biyokimyasal reaksiyonlarını fizyolojik koşullan içinde yürütmek zorundadır. Hücreler bu işi sahip oldukları enzimler sayesinde başarır. Enzimler canlılardaki protein yapıdaki katalizörlerdir, enzimler kimyasal tepkimenin aktivasyon enerjisini azaltırken, tepkime hızı artırır. Tepkime sonunda da değişmeden çıkarlar. Tepkimenin son ürünlerine katılmazlar.
Enzimler spesifiktirler. Yani bir enzim bir reaksiyonun bir basamağını katalizler. Enzimin katalizör etkisi iki yönlü olabilir.
Enzimler yapı olarak iki kısımdan oluşur.
► a) Proteinli Kısım: APo enzim olarak bi linir. Proteinden oluşur, proteini oluşturan aminoasitlerin sayısı ve sıralanışı genlerdeki DNA dizilişi belirtir. O nedenle her enzimin kendine özgü dizilişi vardır ve enzim spesifiktir.
► b) Koenzim Kısmı: APo enzime bağlı genellikle B grubu vitaminler ve metal iyonları (Ca++, K+, Mg++, Cl”) Ko bölümünü oluşturur. Eğer koenzim metal iyonu ise kofaktör, organik madde ise koenzim denir.
Apoenzim ve Koenzim bileşimine Haloenzim denir. Koenzimler spesifik değillerdir. Bir koenzim birden fazla enzimle beraber çalışabilir.
Enzimin etki ettiği maddeye Substrat let-kinen madde) denir.
Aktif Merkez:
Enzim molekülünün substratı tutan bölgesine denir. Enzim aktif merkezinin belirli şekli ve elektrik yük durumu vardır. Aynı özellik substratta bulunuyorsa enzimle uyuşabilir. Enzimler, çeşitli sınıflara ayrılıp incelenmekle birlikte genel olarak enzimin etki ettiği maddenin (substrat) sonuna AZ eki getirilerek adlandırılır.
Maltoz —->>> Maltaz: Protein —> Proteinaz
Lipid —» Lipaz gibi
ENZİMATİK REAKSİYONLARDA HIZI ETKİLEYEN FAKTÖRLER
1. Enzim Konsantrasyonu:
Eğer ortamda etkinen madde miktarı çok-sa, enzim miktarı arttıkça tepkime hızı da doğru orantılı olarak artar.
Substrat Konsantrasyonu
2. Substrat konsantrasyonu:
Çok düşük substrat konsantrasyonlarında, substrat miktarının artmasıyla hız artar. Daha yüksek substrat konsantrasyonlarında ortama fazla substrat katılmasıyla hız ayn derecede artmaz. Sabitleşir.
3. Sıcaklık:
Sıcaklık arttıkça enzim reaksiyon hızı da doğru orantılı artar. Belirli bir sıcaklıktan sonra düşmeye başlar ve tamamen durur. 18 -38 derece arasında enzim hızı artar. 40 dereceden sonra azalmaya başlar. 55 derecede tamamen durur. Zira, enzimler protein özelliklidirler. Proteinlerde 55 derecede bozulurlar, (denature) olurlar. 0 derece ve altında enzimler etken olmamakla beraber yapıları bozulmaz. Sıcaklık normale dönünce etkinlik yeniden başlar.
4. PH (Hidrojen iyonları konsantrasyonu):
Genel olarak enzimler nötr (PH = 7) ortamda etken olmakla birlikte bazı enzimler asit (mide enzimleri) bazıları da bazik ortamda (barsak enzimleri) etkindirler.
5. İnhibitör Maddeleri:
Enzimlerin etkinliğini azaltan veya yok eden maddelere denir. Örneğin Pb ++, Hg ++ florit, bakır, zehirler, ilaç gibi.
Aktivatör madde:
Enzim etkinliğini artıran maddelere denir.
Enzimler, hücre dışmda katalizör görevini yürütürler. 1897 yılında E.Bucher bira mayasından sıkılarak elde edilen özsuları bozulmadan korumak için içlerine şeker attı. Bir saat sonra karışımın, karbondioksit kabarcıkları meydana getirdiğini gördü. Bu faaliyet bazen günlerce devam edebiliyordu. Bu deneyler bir maya enziminin hücre dışmda da bir kimyasal reaksiyonu katalizleyebileceğim göstermiştir.
REAKSİYONLARI BAŞLATMANIN DİĞER BİR YOLU VE ATP:
Enzimler canlılar için önemlidir. Çünkü bunların sayesinde, gerekli aktivasyon enerjisi miktarı azalır ve reaksiyonlar orta derece sıcaklıkta gerçekleşir, hemen bütün reaksiyonlar enzimlerle katalizlenir. Fakat bazı moleküllerin atomları arasındaki bağlar o derece kuvvetledir ki onları parçalamakta kullanılacak enzimin sağlayabileceği aktivasyon enerjisi bu bağları parçalamaya yetmez. Örneğin glikoz bağları bu tiptendir. Bununla beraber canlılarda reaksiyonları başlatmanın başka bir yolu da vardır. Bu yolla glikoz gibi bir moleküle bir veya daha fazla fosfat grubu katılır. Glikoz, Glikoz – Fosfat haline dönüşürse bir kaç reaksiyondan geçecek kadar enerji kazanır. Fosfat grubunun bulunması, glikoz moleküllerindeki bağların bazılarını öyle değiştirir ki, onların aktivasyon enerjisi azalır.
Bugün bu organizmalar için enerji ve fosfat kaynağı Adenozin trifosfat denilen ve kısaltılmış olarak ATP ile gösterilen bileşiktir.
Canlılarda olagelen bütün reaksiyonlar içinde enerji sağlamada rol oynayan tek maddedir. Bir ATP molekülündeki iki fosfatı bağlayan bağlar, kolaylıkla kopar ve enerji açığa çıkar. Bu bağlara Yüksek Enerjili Fosfat bağları denir. Diğer kimyasal bağlardan daha fazla enerji taşır.
ATP, Adenin denilen bir organik baz, Ri-boz denilen 5 C’lu bir şeker ve 3 fosfat (Hg PO4) grubundan meydana gelir.
ATP enerji açığa verirken
ATP —->>> ADR + P + enerji
Adenozin difosfat
ATP —> AMP + P – P + enerji
Adenozin monofosfat
ATP’den her fosfat kopuşunda biyolojik sisteme belli bir miktar enerji verir.
ADP + Enerji —» ATP sentelenirken biyolojik sistemden enerji alır.
FERMENTASYON
Canlı hücrelerinde ATP (Kimyasal bağ enerjisi)nin üretilmesine fosforilasyon denir. Üç yolla ATP üretilir
- ► 1) Substrat düzeyinde fosforilasyon Glikolitik yol
- (Oksidatif olmayan fosforilasyon)
- ► 2) Fotofosforilasyon: Fotosentezin ışık reaksiyonları
- ► 3) Oksidatif fosforilasyon: Oksijenli solunum
Hücrelerin besin maddelerini oksijen kullanmadan belli bir kademeye kadar enzimlerle parçalayıp enerji (ATP) elde etmesine oksijensiz solunum (anaerobik solunum) denir. Besinler tam olarak parçalanamadığı için elde edilen enerji de çok azdır (1 Glükoz molekülünden 2 ATP) Bu olay genelde fermentasyon veya mayalanma olarak bilinir. Mayalanmanın, insanların günlük hayatında kullandıkları bir çok gıda maddelerinin yapılmasında büyük rolü olduğundan, bunu yapan organizmalar biyolojide olduğu kadar sanayide de ayrı bir önem kazanmışlardır. (Şarap yapımı, hamurun mayalanması) çeşitli organizmalar farklı mayalanmaları yapma yeteneğindedirler. Bakterilerin bir kısmı, maya hücreleri, embriyo ve kanser hücrelerinin de görülür. Gelişmiş bitkilerin tohumları ve insanın kas hücreleri de bazı durumlarda oksijensiz solunum yaparlar.
Fermentasyon olayında başlangıç maddesi olarak glikoz kullanıldığında pirüvik asite kadar olan enzimler ve reaksiyonlar tüm canlılarda aynıdır. Glikozun pirüvik asite kadar olan parçalanmasına glikolitik yol denir. Pirüvik asitten sonra iki karbonlu bileşikler (Etil alkol veya asetik asit gibi) üretilir ve 2 ATP kazanılırsa olaya fermentasyon denir. Fermentasyon olayı sonucunda etil alkol ve artık ürün olarak CO, açığa çıkar.
Eğer oksijensiz solunum olayında farklı enzimler kullanılırsa yan ürün olarak iki molekül laktik asit üretilir. Laktik asit üç karbonlu olduğundan artık ürün olarak CO2 üretilmez. Buna da laktik asit fermantasyonu denir.
Fermentasyon sanayiinde canlılar yerine onlardan elde edilen enzimlerin kullanılması daha uygundur. Doğrudan enzim kullanıldığında olay daha çabuk başlar.
Fermentasyon belli ısıda gerçekleşir ve fermantasyon için en uygun sıcaklıklar 20 derece ile 40 derece arasındadır.
Bütün fermentasyon çeşitleri hücre sitoplazmasmda gerçekleşir.
