Enzimler canlı hücreler tarafından genetik kontrol altında hücre içinde sentez edilen organik katalizörlerdir.

Kataliz deyimi, Yunancada “kimyasal reaksiyonlarda etkili olan, reaksiyonu hızlandıran ve kolaylaştıran” anlamında kullanılmaktadır. Biyolojik olaylarda ise katalizör olma özelliğinde olan maddelere enzim adı verilmiştir. Genel olarak enzimler belirli maddeler arasındaki belirli reaksiyonları katalize eder.

Besin öğeleri vücutta enzimlerin yardımıyla kullanılır ve biyokimyasal tepkimeler sonucu vücut yapısına dönüşür. Yaşamsal olayların tümü enzim gerektirir. Enzimler nükleikasitlerden DNA (deoksiribonükleik asit) denetiminde sentezlenir. DNA yapısındaki küçük bir değişiklik bazı enzimlerin sentezlenmemesine veya bozuk sentezlenmesine neden olur. Bozuk sentezlenen enzim ise etkinlik gösteremez ve vücut çalışmasında çeşitli sorunlaraneden olur.

Enzimler olmazsa vücut canlılığını sürdüremez. Sindirimin, solunumun, büyümenin, kas kasılmasının, fotosentez vb. daha bir çok fiziksel ve kimyasal olayların oluşumunda enzimler rol oynar.

Yapısı ve Özellikleri

Yapısı

Bazı enzimler yalnız proteinden oluşmuştur. Fakat çoğunluğunda yapı ve görev bakımından farklı olan“apoenzim” ve “koenzim-kofaktör” olarak adlandırılan iki ayrı grup bulunur.

Apoenzim, enzimin özgüllüğünü (spesifikliğini) yani sadece özel bir reaksiyonu katalize etme ve başka bir reaksiyonda görev yapma özelliğini sağlayan kısmıdır. Protein yapısındadır .Isı ile kolayca “denatüre” (proteinin doğal özelliğinin kaybolması) olur.

Koenzim (kofaktör) ise enzimin yardımcı ve etkin biçimidir. Tek başına etkili değildir. Etkinlik gösterebilmesi için apoenzime ihtiyaç duyar. Organik ya da inorganik maddelerden meydana gelmiştir. En önemli yardımcı enzimler vitaminlerdir. Eğer bir koenzim apoenzime kolay ayrılmayacak bir şekilde sıkıca bağlı ise o zaman koenzime “prostetik grup” adı verilir. Apoenzim ile koenzimin birlikte oluşturduğu gruba tam enzim anlamına gelen haloenzim (aktif enzim) denir.

 

 Özellikleri

  • Enzimler genellikle renksizdirler, suda çözülürler.
  • Enzimlerin etki ettiği maddelere substrat (etkilenen madde) denir.
  • Reaksiyon sonunda meydana gelen maddeye ise ürün adı verilir.
  • Enzim substrat ilişkisi anahtar ile kilidin uyumuna benzer.
  • Enzim molekülünde aktif bölge denilen özel bir bölüm vardır.
  • Enzim substratına geçici olarak aktif bölgeden bağlanır ve substrat-enzimbileşiği (E-S) oluşur.
  • Daha sonra substrat ürüne veya ürünlere parçalanır.
  • Enzimler ise reaksiyondan değişmeden çıktıkları için tekrar tekrar kullanılabilirler.

 

Enzimler genellikle çift yönlü çalışırlar yani geri dönüşümlüdürler. Bu çift yönlükük, moleküllerin parçalanmasını veya birleşmesini sağlar; lipazın yağı parçalayabildiği gibi; aynı zamanda gliserin ile yağ asidinin birleşmesini sağlar.

 

  • Çok hızlı çalışırlar; üre enzim olmadan yüzyılda parçalanır ancak kenüreaz enziminin varlığında ise saniyede 30.000 üre molekülü parçalanabilir.
  • Her hücrede tepkime çeşidi kadar enzim çeşidi vardır.
  • Enzimler takım halinde çalışırlar. Bir enzimin etki ettiği tepkimenin ürünü, başka bir enzimin substratını yapar; amilaz enzimi nişastayı maltoza parçalar. Oluşan maltoz, maltaz enziminin substratıdır.

  • Enzimlerin bazıları tek substrata etki ederler yani spesifiktir; L-laktatdehidrogenaz enzimi laktik asidin yalnızca L-izomerine etki etmekte D-laktikasidisubstrat olarak kullanmamaktadır.
  • Bazı enzimler ise çeşitli substratlara etki ederler yani daha az özgüldür; hekzokinaz enzimi hem glikoza hem de mannoza etki ederek ürüne dönüştürür.

Adlandırılması

Enzimler aktifya dainaktif (pasif=etkisiz) durumda olmalarına göre adlandırılır.

Enzim inaktif durumda ise substratının sonuna “jen”eki getirilerek adlandırılır; sindirim enzimlerinden pepsinojen, kimotripsinojen vb.

Enzim aktif durumda ise, etki ettikleri maddeninsonuna“ase=az” eki getirilerek adlandırılır; maltoza etki eden, maltaz enzimi, üreye etki eden üreaz enzimi, lipidlere etki eden lipazlar, proteinlere etki eden proteinazlar vb.

Aktif durumdaki enzimler etki ettiği reaksiyon çeşidine göre de adlandırılır; dekorboksilasyon (organik asitlerden karboksil grubunun ayrıldığı reaksiyon) reaksiyonunu katalizleyen dekorboksilaz, oksidasyon (oksjenin etkisiyle bileşiklerin parçalandığı reaksiyon) reaksiyonunu katalizleyen oksidaz vb.

Enzimler etkili olduğu substratın sonuna “litik” eki getirilerekte isimlendirilirler; proteinleri parçalayan enzimlere “proteazlar”denilebildiği gibi “proteolitik enzimler”de denilir.

Sınıflandırılması

Enzimler salgılanıp faaliyet gösterdikleri yere göre sınıflandırılır. Bu sınıflandırmada hücre içinde bulunup, orada aktivitesini gösteren enzimlere “hücre içi” ( endojen ), salgılandıkları yerden başka yerde faaliyet gösterenlere ise “hücre dışı” (eksojen) enzimler denir.

Enzimler ayrıca etki ettikleri reaksiyon çeşidine görede sınıflandırılmıştır. Her enzimin 4 rakamlı bir numarası vardır. ATP Fosfohidrolaz”da:

  • Birinci numara, sınıfını
  • 2. Numara, alt sınıfını
  • 3. Numara, grubunu
  • 4.Numarada, kendine özgü sıra numarasını verir.

Buna göre enzim aşağıdaki gibi sınıflandırılır:

Oksidoredüktazlar

Oksidasyon-redüksiyon yani yükseltgenme indirgenme reaksiyonlarını katalize eden enzimlerdir. İki gruba ayrılırlar. Oksitlenme reaksiyonlarında ya moleküle oksijen eklenir ya da molekülden hidrojen ayrılır. Böylece +( artı) değerin artmasıyla bileşik yükselt genir.

Redüklenme ise bunların tersidir. Oksidasyon-redüksiyon tepkimelerini düzenleyen enzimler şunlardır:

  • Dehidrogenaz: Hidrojen taşıyan ve aktaran enzimlerdir.
  • Oksidazlar: Elektron kaybeden ve aktaran enzimlerdir.

Transferazlar

Hidrojen dışında bir atom veya atom grubunu bir molekülden diğerine aktarırlar; transaminaz (amino asitlerdeki amin grubunu aktarır), fosforilaz (fosfat grubunu aktarır) vb.

Hidrolazlar

Kimyasal tepkimede büyük moleküllerin yıkılması için kimyasal bağa su eklemek yoluyla veya başka bir grubu suya çevirerek kolay kullanılır hale getiren enzimlerdir; proteazlar, karbonhidrazlar, lipazlar vb.

Liyazlar

C-O,C-C,C-N gibi bağların hidroliz veya oksidasyondan farklı bir yolla kırılmasını katalizleyen enzimlerdir. Bu bağların kırılması anında ya substrattan bir grup ayrılmakta ya da substrattaki bir çift bağa bir grup eklenmektedir; fumarazmalik asitten suyun ayrılmasını ve fumarat oluşumunu katalizlemektedir.

İzomerazlar

Molekül içinde değişiklik yaparak onun uzayda dizilişini değiştiren enzimlerdir; rasemazlar, trans izomerazlar verilebilir.

Ligazlar (Sentetazlar)

Enerji kullanarak substrat moleküllerinin birbirine kovalent bağla bağlanmasını sağlayan enzimlerdir; aminoasitlerin veya yağ asitlerinin aktifleşmesi vb.

Enzim Reaksiyonları

Enzimlerin katalizlediği reaksiyonlar genelde yıkım, yapım veya biyokimyasal dönüşümlerini içeren olaylardır.

Enzim belli bir substrat veya substrat grubu üzerinde etkili olup belli bir reaksiyonu katalizler. Difüzyon, ozmos ve fotosentezde ki ışıklı devrere aksiyonları gibi birkaç reaksiyon dışında, bütün reaksiyonlar enzimler sayesinde gerçekleştirilir.

Enzimler reaksiyonları başlatmaz, ancak başlamış reaksiyonu hızlandırırlar. Hücrede birkaç saniyede meydana gelen reaksiyonların, enzimsiz olarak gerçekleşmesi beklenirse yıllarca sürebilir.

Reaksiyonları başlatan aktivasyon enerjisidir. Canlı hücrelerin en önemli aktivasyon enerjisi ATP ve sıcaklıktır. Canlının vücut ısısı yeterli ise ATP harcanmaz. Ancak, ortamısısının yetmediği reaksiyonlarda ATP aktivasyonu gerçekleştirir. Her reaksiyonun başlayabildiği bir enerji seviyesi ve sıcaklık vardır. Enzimlerin varlığında reaksiyonlar daha düşük enerji seviyelerinde gerçekleşmektedir. Aynı reaksiyon bütün canlılarınhücrelerinde, saniyenin daha küçük biriminde gerçekleşmektedir. Canlıların vücut ısısı ise 40 dereceden daha fazla değildir. İşte cansız ortamda ancak 200–300 derecede gerçekleşebilen bir reaksiyonun, hücrede en fazla 40 derecede gerçekleşmesini sağlayan faktör enzimlerdir.

Enzimlerin karbohidratlara etkisi

İnsan beslenmesinde ve gıda sektöründe önemli görevleri olan karbohidratların, proteinlerin ve lipidlerin vücutta ve gıda sektöründe kullanılabilir hale getirilmesi için bir seri enzim reaksiyonları gerekmektedir.

Bir disakkarit olan laktozun (sütşekeri) vücutta sindirimi için laktaz enzimine gereksinim vardır ki; sindirim sırasında bağırsaklarda kendini oluşturan glikoz ve galaktoz monosakkaritlerine ayrışarak emilip kanakarışabilsin.

Gıda sanayinde kullanılan invert şekerde bir disakkarit olan sakkarozun (çayşekeri) enzimatik yolla kendini oluşturan glikoz ve früktoz monosakkaritlerin eparçalanması yoluyla oluşur. İnvert şeker oluşumuna inversiyon denir.

Enzimlerin proteinlere etkisi

Proteinler asit, baz veya su gibi ortamlarda bulununca bazı fiziksel ve kimyasal özelliklerini kaybederek denatüre olurlar. Bu durumda peptid bağları proteolitik enzimlerden daha kolay etkilenir hale gelir. Enzimin protein yapısında olan apoenzim kısmı asit, baz veya su gibi ortamlarda denatüre olacağından enzimin aktivitesi azalır ya da yavaşlar. Enzimlerin denatürasyonu gıda endüstrisinde çeşitli ürünlerin eldesinde kullanılır; süt tozu gibi ürünlerin yapımında sütlerde albümin, globülin denatürasyonu istenir.

Enzimlerin lipitlere etkisi

Lipit hidrolizide lipaz enzimi tarafından katalize edilmektedir. Lipaz enzimi yağlı tohum, tahıl, süt, meyveve sebzelerde doğal olarak bulunmaktadır. Bu enzimler çok düşük sıcaklıklarda aktif kalabilmektedir. Bu nedenle donmuş gıda da lipaz enzimi kalite kaybına neden olur. Lipaz tarafından katalize edilen tepkimenin hızı gliserit tipine ve gliseritteki yağasidine bağlı olarak değişebilmektedir. Hidroliz hızı küçük moleküllü yağasitlerinde daha hızlıdır. Lipit hidrolizi ile yağın tadı ve kokusu olumsuz yönde etkilenmektedir.

Esmerleşme (Kahverengileşme=Browning) Reaksiyonları

Doğada esmerleşme reaksiyonları organik maddelerin çözülmesi işleminin bir parçasıdır ve daha çok karbohidratlarda görülür. Gıda maddelerinde görünen ”esmerleşme”olayı reaksiyonun başlamasına neden olan faktörler göz önüne alınarak ”oksidatif “ veya“oksidatif olmayan” olarak sınıflandırılabilir.

Oksidatif esmerleşme

Ortamda oksijen varlığında gerçekleşen esmerleşmere aksiyonlarıdır. Gıdalarda oksidatif esmerleşme reaksiyonu iki şekilde olmaktadır:

  • 1.tip reaksiyonları askorbat oksidaz ve lipoksidaz gibi oksidasyon enzimleri başlatır. Fakat daha sonra enzimik olmayan reaksiyonlar devam eder. Örneğin; askorbik asit hem enzimikhem de nonenzimik yolla dehidroaskorbik asite parçalanabilir.Dehidroaskorbik asitde aminoasitlerle enzimatik olmayan bir reaksiyona girerek kırmızı ve kahverengi polimerler oluşturur.
  • 2. tipreaksiyonlarda ise ilk oksidasyonlar “oksidaz” enzimleri olmadanda başlayabilmekte fakat reaksiyonlar yavaş gelişmektedir.

Oksidatif olmayan esmerleşme

Oksidatif esmerleşme gibi ilk aşamada enzimlerle başlayabilir.Doğal ürünlerdeki glikozil hidrolazlar gibi bazı enzimler oksidatif olmayan esmerleşme reaksiyonunu başlatabilirler. Oksidatif olmayan esmerleşme reaksiyonları sonunda indirgen şekerler meydana gelir. İndirgen şekerler daha sonra kimyasal reaksiyona uğrarlar, kahverengi renk pigmentleri ve aroma maddeleri oluştururlar.

Bu gelişme hurma,bal,çikolata ve vanilya gibi ürünlerde renk ve aroma oluşumundaönemli bir basamaktır.

Enzimatik Esmerleşme

Enzimatik esmerleşme meyvelerde (kayısılar, armutlar, muzlar, üzümler), sebzeler (patatesler, mantarlar, kıvırcık salata) ve ayrıca deniz ürünlerinde (karides, dikenliıstakoz ve yengeçler) görülebilir.

Meyve ve sebzelerde, çarpma, kesme, kabuk soyma, dilimleme vb. gibi mekanik zedelenmelerle bazı renk değişmeleri ortaya çıkmaktadır. Pembeden, mavimsi–siyaha kadar olan farklı tonlardaki bu renk değişmelerine “esmerleşme “denir; parçalanmış elmaların esmerleşmesi, hücre öz suyundaki fenolik maddelerin hava oksijeninin etkisiyle, okside olmasının sonucudur.

Bu oksidasyon bazı enzimler tarafından katalize edilmektedir.

Enzimatik esmerleşme reaksiyonlarında fenolik maddeler ve spesifik oksidasyon enzimleri rol oynamaktadır.

Meyve ve sebzelerdeki enzimlerden ısıya karşı en dirençli olanı peroksidaz enzimidir. Bu nedenle meyve ve sebzelerin işlenmesinde enzimlerin inaktive edilip edilmediğinin peroksidaz enziminin varlığı ile yapılmaktadır.

Meyve ve sebzelerin işlenmeleri sırasında ortaya çıkan enzimatik esmerleşmeler, ortamın pH değeri ile de yakından ilgilidir. Enzimatik esmerleşmeler ortamın pH değerinin 4,5’in üzerine çıkmasıyla hızla artar ve 5–7 dolaylarında maksimum düzeye erişir.

Enzimatik esmerleşmeyi kontrol etmek gıda endüstrisindeki en önemli sorunlardan biridir. Gıda endüstrisinde ürünün rengi tüketicinin kararını etkileyen önemli bir niteliktir ve kahverengi gıdalar özellikle meyveler bozukmuş gibi görünür.


Kaynak ve ileri okuma için;