Biyokimya Textbook

Enzimler

Giriş

Canlılığın sürdürülmesi için iki temel koşul, organizmanın kendini kopyalaması ve kimyasal reaksiyonları yüksek seçicilik / verimlilik ile biyolojik ortamda edebilmesidir. Yaşayan sistemler fonksiyonları gerçekleştirebilmek için çevrelerindeki enerjiyi kullanırlar. Örneğin birçok canlı yakıt maddesi olarak sükroz tüketir. Sükrozun oksijen varlığında CO2 ve H2O'ya parçalanması serbest enerji oluşumuyla seyreden oldukça ekzergonik bir süreç olmakla beraber, sükroz yıllarca CO2 ve H2O'ya parçalanmadan da depolanabilmektedir. Bu kimyasal süreç termodinamik olarak termodinamik olarak elverişli olduğu halde oldukça yavaş ilerler. Oysa insanın (ve diğer birçok organizmanın) sükrozu ya da diğer karbonhidratları tüketmesiyle oluşan kimyasal enerji saniyeler elde edilir. İşte bu farkı yaratan katalizörlerin varlığıdır. Katalizörlerin yokluğunda ise kimyasal reaksiyonların gerçekleşme hızları yaşamla uygunluk göstermez. Biyolojik sistemlerde yer alan katalizörler "enzim" denilen özelleşmiş polimer bileşiklerdir.

Biyolojik katalizörlerin varlığı ilk olarak 18. yüzyılın sonlarına doğru etin midede sindirilmesine yönelik çalışmalarla tanımlanmış ve 19. yüzyılda nişastanın tükürük tarafından parçalanması konusu ile devam etmiştir. Louis pasteur 1850'lerde şekerin alkole fermantasyonunun  "ferment" adını verdiği organizmaların katalizi ile gerçekleştiğini ve bunların canlı hücrelerin yapılarından ayırt edilemeyeceğini öne sürmüştür. Bu görüş 1897'de Eduard Bucher'in maya (yeast) hücre ekstresinin şekeri alkole fermente edebildiğini göstermesine kadar sürmüştür. Fermantasyon olayında rol alan moleküllerin etkinliğini kaybetmeden canlı hücreden ayrılabileceklerini gösteren bu olay biyokimya tarihinde dönüm noktası olmuştur. Daha sonra Frederick W. Kühne, bu moleküllerine in yeast anlamına gelen "enzim" adını vermiştir. 1926'da James Summer'ın üreaz enzimini saf kristal halde izole etmesiyle enzim çalışmaları hız kazanmıştır. Ancak, bu moleküllerin o zamana kadar bilinen biyomoleküllerden farklı bir yapıda olduğu düşünülmüş ve bunların yapısını aydınlatacak bilimsel çalışmaya büyük bir ödül verilmesi kararlaştırılmıştır. Üreazın Summer tarafından protein olduğunun gösterilmesi, 1930'larda J. Northop ve M. Kunitz adlı araştırmacıların pepsin, tripsin ve diğer sindirim enzimlerini katalize ederek bunların da protein olduklarını göstermesiyle enzimlerin protein bileşikleri oldukları kabul edilmiştir. Fakat bir proteinin kendi yapısındaki diğer biyomolekülü değişikliğe uğratması bilim dünyasında kolaylıkla kabul görmemiş ve bu mekanizma üzerinde çalışmalara ağırlık verilmiştir. J.B:S Haldane, enzim ve substratının zayıf bağlarla ilişkisi sonucu substratta değişiklik yaparak reaksiyonu katalizlediği görüşünü öne sürmüştür. Bu görüş, enzim katalizinin anlaşılmasında çıkış noktası olmuştur.