kaynağı değiştir]
Enzimler hangi tepkimeyi katalizledikleri ve bu tepkimeye hangi substratın girdiğine çok büyük bir özgüllük gösterirler. 1894'te Emil Fischer bunun nedeninin, enzim ve substratının birbirine tam uyan tamamlayıcı geometrik şekilleri olmasından dolayı olduğunu öne sürmüştür.[25] Bu fikre sıkça "anahtar kilit" modeli olarak değinilir. Bu model enzim özgüllüğünü açıklasa da geçiş halinin enzim tarafından stabilizasyonunu açıklamaz. "Anahtar ve kilit" modeli artık yetersiz sayılmaktadır, "indüklenmiş uyum" (İng. induced fit) modeli hâlen en yaygın kabul gören enzim-substrat-koenzim şeklidir.
Enzimler, kataliz yapan (yani kimyasal tepkimelerin hızını artıran) biyomoleküllerdir.[1][2] Neredeyse tüm enzimler protein yapılıdır. Enzim tepkimelerinde, bu sürece giren moleküllere substrat denir ve enzim bunları farklı moleküllere, ürünlere dönüştürür. Bir canlı hücredeki tepkimelerin neredeyse tamamı yeterince hızlı olabilmek için enzimlere gerek duyar. Enzimler substratları için son derece seçici oldukları için, ve pek çok olası tepkimeden sadece birkaçını hızlandırdıklarından dolayı, bir hücredeki enzimlerin kümesi o hücrede hangi metabolik yolakların bulunduğunu belirler.
Her katalizör gibi enzimler de bir tepkimenin aktivasyon enerjisini (Ea veya ΔG‡) azaltarak çalışır ve böylece tepkime hızını çarpıcı şekilde artırır. Çoğu enzim tepkimesi, ona karşılık gelen ve katalizlenmeyen tepkimeden milyonlarca kere daha hızlıdır. Diğer katalizörler gibi enzimler de katalizledikleri tepkime sonucunda tükenmez, ve bu tepkimelerin dengesini değiştirmez. Ancak, diğer çoğu katalizörden farklı olarak enzimler çok daha özgüldür (spesifiktir). Enzimlerin 4000'den fazla biyokimyasal tepkimeyi katalizlediği bilinmektedir.[3]
Enzimlerin büyük çoğunluğu protein olmakla beraber, ribozim adlı bazı RNA molekülleri de tepkimeleri katalizler, bunun en iyi bilinen örneği ribozomu oluşturan bazı RNA'lardır.[4][5]
Enzimlerin etkinliği başka moleküller tarafından etkilenebilir. İnhibitörler enzim aktivitesini azaltan moleküllerdir, aktivatörler ise enzim aktivitesi artıran moleküllerdir. Etkinlik ayrıca sıcaklık, kimyasal ortam (örneğin pH) ve substrat konsantrasyonu tarafından etkilenir. Bazı enzimler endüstriyel amaçla kullanılırlar, örneğin antibiyotik sentezinde. Ayrıca bazı ev ürünlerinde biyokimyasal tepkimeleri hızlandırmak için enzim kullanılır (örneğin, çamaşır tozunda bulunan enzimler lekelerdeki protein ve yağları parçalar).
Enzimler, spesifik katalizörlere gerek duyulan kimya endüstrisinde ve diğer endüstriyel uygulamalarda kullanılır. Ancak, enzimler genelde katalizleyebildikleri tepkime sayısı, organik çözücü ve yüksek sıcaklıklarda stabiliteleri açısından sınırlıdırlar. Bu yüzden protein mühendisliği aktif bir araştırma sahası olmuştur, konusu yeni özelliklere sahip enzimlerin tasarımıdır. Bunun için ya rasyonel tasarım ya da laboratuvar ortamında (in vitro) evrim yöntemleri kullanılır.[71][72]
Uygulama | Kullanılan enzim | Örnekler | ||||
Ekmek endüstrisi alpha-amylase catalyzes the release of sugar monomers from starch | Fungal alfa-amilaz enzimleri normalde 50 derecede etkisizleşirler ve pişirme sırasında imha olurlar. | Undakinişastanın şekere parçalanmasını katalizler. Mayanın şeker üzerindeki etkisi ile karbon dioksit meydana gelir. Ekmek ve ekmek ürünleri yapımında kullanılır. alpha-amylase catalyzes the release of sugar monomers from starch | ||||
Proteazlar | Bisküvi imalatçıları undaki proteaz seviyesini azaltmak için kullanırlar. | |||||
Bebek gıdaları | Tripsin | Bebek gıdalarının önceden sindirimi. | ||||
Alkol endüstrisi | Bira üretiminde arpanın ezilmesi ile enzimler salınır. | Bu enzimler nişasta ve proteinleri parçalayarak basit şekerler, amino asitler ve peptitler üretir, bunlar da fermantasyonda kullanılır. | ||||
Arpa enzimlerinin endüstriyel üretimi | Biracılıkta yaygınca kullanılır, arpadaki doğal enzimler yerine kullanılırlar. | |||||
Amilaz, glukanaz, proteazlar | Malttaki polisakkarit ve proteinleri parçalarlar. | |||||
Betaglukanazlar ve arabinoksilanazlar | Arpa bulamacını (wort) ve biranın filtrelenme özelliklerini iyileştirirler. | |||||
Amiloglukozidaz ve pullulanazlar | Düşük kalorili bira yapımı ve fermantasyonun ayarlanması. | |||||
Proteazlar | Biranın saklanması sırasında oluşan bulanıklığın giderilmesi. | |||||
Asetolaktatdekarboksilaz (ALDC) | Diasetil oluşumunu engellemek | |||||
Meyve suları | Selulazlar, pektinazlar | Meyve sularının berraklaştırılması | ||||
Süt endüstrisi | Genç geviş getirici hayvanların midesinden elde edilen Rennin. | Peynir üretimi, proteinin hidrolizi için. | ||||
Mikroplar tarafından üretilmiş enzim | Süt endüstrisinde artarak kullanılmaktadır. | |||||
Lipazlar | Mavi küflü Rokfor peynirinin üretimi sırasında peynirin olgunlaşmasında kullanılır. | |||||
Laktazlar | Laktozun glukoz ve galaktoza parçalar. | |||||
Et yumuşatması | Papain | Pişirilecek etin yumuşamasını sağlar. | ||||
Nişasta endüstrisi
| Amilazlar, amiloglucosideazlar ve glukoamilazlar | Nişastayı glukoza ve çeşitli şuruplara dönüştürür. | ||||
Glukoz izomeraz | Nişastalı malzemelerden yüksek fruktozlu mısır şurubu üretiminde glukozu fruktoza dönüştürür. Bu şurupların kuvvetli tatlandırıcı özellikleri ve ayni tatlılık derecesi için sükroza kıyasla daha düşük kalori değerleri vardır. | |||||
Kağıt endüstrisi | Amilaz, Ksilanaz, Selülaz ve ligninazlar | Nişastanın daha düşük viskoziteye indirerek kağıdın şekillenmesi ve kaplanmasını kolaylaştırır. Ksilinaz, renk gidermek için kullanılan çamaşır suyu miktarını azaltır. selülaz lifleri düzgünleştirir, su çekilmesini artırır ve mürekkep giderilmesini kolaylaştırır; lipazlar kalınlığı azaltır; ligninazlar lignini sindirip kağıdı yumuşatırlar | ||||
Biyoyakıt endüstrisi Selülozun 3 boyutlu yapısı | Selülazlar | Selülozu fermante edilebilir şekerlere parçalamak için kullanılır (bkz. selülozik etanol). | ||||
Ligninazlar | Lignin atıkların kullanımı | |||||
Biyolojik çamaşır tozu | Başlıca proteazlar, bunlar bakteriler tarafından hücre dışına salgılanır | Giysilerden protein lekelerinin çıkarılması için. | ||||
Amilazlar | Bulaşık makinası deterjanlarında, dayanıklı nişasta lekelerinin çıkarılmasında. | |||||
Lipazlar | Yağ lekelerinin çıkartılmasını kolaylaştırmak için. | |||||
Selülazlar | Çamaşır yumuşatıcılarında kullanılır. | |||||
kontakt lens temizleyicileri | Proteazlar | Enfeksiyon olmaması için kontakt lenslerden proteinleri çıkarmak. | ||||
Kauçuk endüstrisi | Katalaz | Peroksittenoksijen üretilerek lateksten sünger kauçuk imal etmek için. | ||||
Fotoğraf endüstrisi | Proteaz (fisin) | Artık fotoğraf filmindeki jelatini çözerek içindeki gümüşü elde etmek için. | ||||
Moleküler biyoloji | Restriksiyon enzimleri, DNA ligaz ve polimerazlar | Gen mühendisliğinde DNA'nın manipülasyonu için, farmakoloji, tarım ve tıpta kullanılır. restriksiyon sindirimi ve polimeraz zincir reaksiyonu için esastırlar. Moleküler biyolojinin ayrıca adli tıpta de önemli bir yeri vardır. |