Kimyasal reaksiyonlar, enerji bakımından incelendiğinde endotermik (ortamdan enerji alan) ve ekzotermik (ortama enerji veren) olmak üzere iki gruba ayrılır. Ancak her iki reaksiyon tipinin de başlayabilmesi için sisteme mutlaka dışarıdan belli miktarda enerji verilmesi gerekir.
Kimyasal reaksiyonların başlayabilmesi için dışarıdan alınması gereken minimum (en düşük seviyedeki) enerji miktarına aktivasyon enerjisi denir.
Kimyasal reaksiyonlarla ilgili diğer önemli konu da katalizör kavramıdır. Katalizör, kimyasal reaksiyonların hızını artıran ancak reaksiyon sonunda kimyasal olarak değişime uğramayan maddelere verilen isimdir. Canlı hücrelerde ise biyokimyasal reaksiyonların gerçekleşmesinde görev alan biyolojik katalizörlere enzim adı verilir.
Canlı vücudu dışındaki ortamda bir molekül üre, yaklaşık yüz yılda parçalanırken hücre içinde üreaz enziminin yardımıyla 1 saniyede yaklaşık 3 000 molekül üre parçalanabilir. Benzer şekilde 300 aminoasitten oluşan bir protein molekülü, enzimin bulunmadığı bir ortamda 7 yılda hidroliz edilirken karboksipeptidaz enzimi varlığında yaklaşık 300 saniyede hidroliz edilir. Ayrıca enzimler herhangi bir biyokimyasal reaksiyonun aktivasyon enerjisini de düşürme özelliğine sahiptir. Böylece canlı hücreler daha az enerji harcayarak bu reaksiyonu gerçekleştirebilir.
Enzimlerin aktivasyon enerjisini düşürmesi, vücuttaki biyokimyasal reaksiyonların hücrelere zarar vermeyen daha düşük sıcaklık derecesinde meydana gelmesini sağlar.
Örneğin 1 molekül glikozu, canlı vücudu dışında yakarak karbondioksit ve suya dönüştürmek için gereken sıcaklık yaklaşık 160 °C’dir. Ancak bu reaksiyon canlı hücrelerde enzimler sayesinde 36,5-37 °C arasında gerçekleşir. Ayrıca enzimler, girdikleri reaksiyondan nitel (yapısal) ve nicel (miktarsal) olarak hiçbir değişime uğramadan çıkarak aynı reaksiyonu defalarca katalizleme özelliğine sahiptir.
Canlılarda protein sentezi, kas kasılması, sinirsel iletim, oksijenli solunum, üreme, büyüme, hücrelerin yenilenmesi gibi birçok metabolik reaksiyon gerçekleşir. Bu gibi metabolik reaksiyonların her birinde farklı bir enzim görev alır.
Enzimler yapılarına göre basit enzim ve bileşik enzim olmak üzere ikiye ayrılır:
Basit Enzim: Sadece protein kısımdan meydana gelen enzimlerdir. Pepsin, üreaz, nükleaz gibi enzimler örnek olarak verilebilir.
Bileşik Enzim: Protein yapılı kısımlarla birlikte yapısında protein olmayan kısımları da barındıran enzimlerdir. Bileşik enzimlerin protein kısmına apoenzim, protein olmayan yardımcı kısmına kofaktör denir. Yardımcı kısım organik ya da inorganik yapıda olabilir. Eğer bir enzimin yardımcı kısmı organik bir bileşik ise buna özel olarak koenzim denir. Apoenzim ve kofaktör birlikte holoenzimi oluşturur (Şekil 1.15). Örneğin alyuvarlarda karbondioksitin bikarbonat iyonlarına (HCO3 −) dönüşümünü sağlayan reaksiyonu katalizleyen karbonik anhidraz enzimi, yardımcı kısım olarak çinko elementine ihtiyaç duyar. Pirüvat dekarboksilaz enzimi ise koenzim olarak organik bir bileşik olan B7 vitaminine (biyotin) ihtiyaç duyar.
Apoenzimler, enzimlerin protein yapısına sahip olan kısımlar olduğu için canlılar kendilerine özgü apoenzim üretir. Enzimin hangi maddeye etki edeceğini apoenzim kısmı belirler. Apoenzimlerin aktifleşebilmesi için kofaktör gereklidir. Her apoenzim kendine özgü bir kofaktör ile çalışır. Ancak bir kofaktör birden çok apoenzim çeşidiyle çalışabilir.
Enzimin etkilediği maddeye substrat denir ve enzimler substratlarına özgüdür. Enzim ile substrat arasında anahtar-kilit uyumu vardır. Enzim aktif bölgesinden substrata bağlanır ve enzim-substrat bileşiği oluşur. Subsrat ürüne dönüşür ve enzim reaksiyondan değişmeden çıkar. Enzimler reaksiyondan değişmeden çıktığı için aynı tip reaksiyonlar için tekrar tekrar kullanılır. Bir süre sonra yapısı bozulan enzimler parçalanır ve yeniden üretilir.
Enzimlerin Canlılar İçin Önemi
Canlılar, biyokimyasal reaksiyonlarını enzim olmadan gerçekleştiremez ve yaşamsal faaliyetlerine devam edemez. Enzimlerin eksikliğinde doğuştan veya sonradan görülen hastalıklar ortaya çıkabilir. Örneğin karaciğerde glukuronil transferaz enzimi eksikliği sonucu kanda bilirubin miktarının artmasına bağlı olarak sarılık hastalığı görülür.
Enzimler, canlı hücrelerde üretildiği gibi biyoteknolojinin gelişmesiyle cansız ortamlarda da yapay olarak üretilmektedir.
Sindirim sisteminde etkili olan ilaçlarda, meyve sularında, süt endüstrisi alanında, bebek gıdalarında, kâğıt endüstrisi alanında, fotoğrafçılıkta, deri sektöründe, kozmetik ürünlerde, deterjan sanayisinde yapay enzimler kullanılır. Örneğin deri sektöründe katalaz enzimi, kâğıt endüstrisinde amilaz ve selülaz enzimi gibi yapay enzimler kullanılır.
