Vüut ve Zaman - 2 : Enzimler ve Zaman

Yusuf Alan

Canlıların çeşitli uyaranlara tepki süresi tam ihtiyaç duyacakları seviyededir. Bir sinek 65 milisaniyede tepki göstererek sizin elinizden kurtulabilir, fakat kendisinden beş milisaniye daha hızlı düşmanı olan bir böcekten kaçamaz.

Enzimler de tam olması gereken tepkide bulunabilecek bir mahiyette yaratılmıştır. Biyokimyacıların tespitlerine göre, katalizör vazifesi yapan bu moleküller daha yavaş tepki gösterecek olsalardı, sebepler açısından hayat olmayacaktı.

Bir hücrede yaklaşık 3.000 farklı enzim bulunur.

Bu enzimler hemen hemen bütün kimyevî reaksiyonları kontrol ederler, hücre faaliyetlerinin bütün vechelerine tesirde bulunurlar, yâni hücre zarının inşasından gıda moleküllerinde enerjinin depolanmasına kadar her türlü işte vazife alırlar. 1876'da Wilhelm Kuhne adındaki bir Alman fizyolog, keşfettiği bu biyolojik katalizöre, Yunanca "mayanın içinde" mânâsına gelen "enzyme" ismini verdi.

ENZİMLER NASİL FAALİYET GÖSTERİR?

Enzimler o şekilde yaratılmışlardır ki, girdikleri reaksiyonu hemen hızlandırırlar. Meselâ şeker moleküllerinin CO2 ve H2O moleküllerine kadar parçalanması için gereken süreyi yüzlerce, hattâ binlerce kat kısaltırlar. Yoksa aylarca, belki de yıllarca beklemek gerekecekti. Bu hayâtî vazifeyi yaparlarken bir şey kaybetmezler. Bu yüzden üst üste kullanılabilirler. Herbir enzim sadece bir tür reaksiyonu kataliz edecek şekilde yaratılmıştır. Bu husûsiyet de onların kontrolünü oldukça kolaylaştırır.

Meselâ "karbonik anhidraz", karbonik asitin, karbondioksit ve sudan teşekkül etmesini hızlandıran bir enzimdir. Karbonik asit CO₂ ve H₂O moleküllerinden meydana gelmesi için çok uzun bir süre gereklidir ki, bu da hücre için hiç de kullanışlı ve verimli bir metot değildir. Bu yüzden hücre, reaksiyonu hızlandırmak için bahsettiğimiz enzimi kullanır ve neticede saniyenin ufak bir bölümünde reaksiyon gerçekleşir.

Biyokimyacıların enzim reaksiyonlarının hızını ölçmekte kullandıkları en yaygın tekniklerden biri, bir enzim molekülünün bir saniyede ne kadar "substrat" a reaksiyon gösterdiğini hesaplamaktır. (Substrat, enzimin tesir ettiği moleküllerdir. Mesela, yukarıda bahsedilen karbonik asit ürününün çıkması için enzimin tesirde bulunduğu CO₂ ve H₂O birer substrat'tır). Devir sayısı denilen bu tesir etme miktarı enzimden enzime değişir. Çoğu enzim için devir sayısı, onlarla veya yüzlerle ifade edilirken, çok hızlı birkaç tanesi için bu sayı binleri bulur. Meselâ herbir karbonik anhidraz molekülü, bir saniye içinde 600.000 su molekülünü ve bir o kadar da karbondioksit molekülünü birleştirir. Bu enzime ait katalizin herbir devresi yaklaşık 2 mikrosaniyedir. Peki, mikrosaniye nedir?

Bin eşil parçaya bölünen bir saniyenin herbir parçası 1 milisaniyedir. Bu minicik parçadan bir tanesi alınıp yine bine bölünürse o zaman ortaya mikrosaniye çıkar, yâni saniyenin milyonda biri. Bu süre içinde ışık bile bir futbol sahasının etrafını ancak üç defa dolaşabilir.

Bütün enzimler bu kadar hızlı olmak zorunda değildir. Meselâ incebağırsakta vazife gören "kimotripsin" enzimi, gıda maddelerindeki ufak proteinleri katalize eder. Katalizin her bir devresi 10 milisaniye sürer. Fakat sindirimin çok hızlı olması gerekmediği için burada da mükemmel bir yaratılış söz konusudur. Zira daha fazla olsaydı sindirim sistemini çevreleyen yerlerdeki hücrelerde bulunan kimotripsin enzimi, bağırsağın içinden gıda moleküllerini çekip alabilir, bu da sindirim işini bozabilirdi.

DNA ENZİMİ

DNA polimeraz enziminin vazifesi, DNA'nın helezon şeklindeki yapısında ortaya çıkan halaları düzeltmektir.

Bilindiği gibi DNA molekülünün içinde yer alan kimyevî olarak kodlanmış bilgi, canlıların bir çeşit fihristesi veya haritasıdır. Buradaki bilgiler, adenin (A), sitosin (C), guanin (G) ve timin (T) adında dört harfli bir alfabe gibi vazife yapan dört kimyevî madde vasıtasıyla kodlanırlar. Bu maddelerin milyarlarca farklı şekilde çiftler oluşturarak teşekkül ettikleri genetik kod, dünyadaki herbir organizma için ayrı bir husûsiyet arzeder.

Genetik kodda fıtraten hata olmaz fakat, sonradan kazanılmış faktörler neticesinde bazen, DNA'nın çift sarmalının bir dizisinde yer alan bir molekül (meselâ sitosin) zarar gördüğünde hatalara rastlanabilir. Zarar gören yapı karşısındaki spiralde ortağıyla irtibat kuramaz. Bu hata sonucu birbirinden kopuk kalan çift, DNA polimerazının farkedebileceği bir ikaz bayrağı gibi dışarı çıkmış gözükür. Enzim hemen harekete geçerek bu yanlışlığı, hasar görmüş moleküle ulaşıp buraya "doğru molekülü" ekleyerek düzeltir. Bunu da karşı sarmaldaki yapılan bir kalıp gibi kullanarak gerçekleştirir. Çok dikkatli bir şekilde adım adım âdetâ molekülleri okur ve bağların doğru olup olmadığını kontrol eder. Doğru değilse bu molekül çıkarılarak yerine gerekli olan molekülü yerleştirir. Bu işlemler bittikten sonra yapıların hepsini bir defa daha kontrol eder. Bu ikinci kontrolü yapmadan kesinlikle vazifesini terketmez.

Her saniye, yaklaşık 10 yapıyı kontrol eden bu enzim diğerlerine göre oldukça yavaştır. Zira yaptığı iş, kılı kırk yararcasına dikkat gerektirmektedir. Bir hata, mühim bir kimlik krizine yol açar. Biyokimyacılann tespitlerine göre polimeraz enzimi 10 milyar yapının inşasında ancak bir defa hata yapar.

Bu da hemen imdadına yetiştirilen başka bir polimeraz enzimi tarafından telafi edilir. Peki bütün bu işlerin kendi kendine olduğu söylenebilir mi acaba?

SİNİR ENZİMLERİ

Kolinesteraz adındaki enzim, sinir hücrelerinin temas noktaları olan sinapslarda bulunur. Fakat her sinapsta bu enzim mevcut değildir. Kalbin, ter bezlerinin ve ince bağırsağın faaliyetlerini kontrol eden sinir hücrelerinin bulunduğu beynin belirli kesimleri gibi husûsî bölgelerde mevcut olan bu enzimin başka bir özelliği de sinirlerle iskelete bağlı kasların arasındaki bağlantı yerlerinde depolanmış olmasıdır.

Bir sinir hücresi komşusu ile elektrik sinyalleri vasıtasıyla haberleşir. Bu sinyalin iki hücre arasında intikal etmesi için sinapsın ucundaki küçük bir boşluğu geçmesi lâzımdır. Sinyalinin bu boşluğu geçerek diğer hücreye ulaşması için hücre, kimyevî bir madde salgılamak zorundadır. Bu maddeye "asetilkolin" denir.

Sinir hücresinin sinyali sinapsa ulaştığında asetilkolin moleküllerinden teşekkül etmiş bir ordu, oradaki boşluğu kaplar ve bu sayede karşı taraftaki alıcılarla irtibat kurulmuş olur. Diğer hücre, sinyali alır ve bu süreç kasların kasılarak, uzuvların hareket etmesine kadar devam eder.

Herbir sinyal, kendi asetilkolininin salınımını tetikler. Bu yüzden herbir sinyalden önce sinapslar arasındaki boşluğun temizlenmesi gerekir. Yoksa mesajlar birbirine girer. Saniyede 500 çeşit sinyal ileten hücrelerin mevcut olduğu düşünülürse, saniyenin milyonda biri bir süre içinde boşluğun temizlenmesi gerektiği anlaşılır.

İşte kolinesteraz enzimleri tam bu vazifeyi yapacak şekilde yaratılmıştır. Aradaki bu sinaps boşluğu bu enzimlerle kaplanmıştır. Yumurtadan yeni çıkan kaplumbağalara saldıran martılar gibi bu enzimler de sahilde ne var ne yok silip süpürürler. Biyokimyacılara göre bu enzimler saniyede 25.000 molekülü tesirsiz hale getirirler. Başka bir ifadeyle, açlıktan ölmüş gibi saldıran herbir kolinesteraz, yaklaşık 40 mikrosaniyede bir asetilkolin molekülü parçalar. Çok gariptir ki, kolinesteraz enzimi de etkisiz hale gelebilir. Physostigma adındaki bir tür tropik Afrika sarmaşığının Calabur fasulyesi isminde bir meyvesi vardır. Bu meyve "fizostigmin" adında kimyevî bir madde ihtivâ eder. Bu madde enzimi tesirsiz hale getirir ve âni solunum felcine sebep olur.

Kolinesterazı inhibe eden (tesirsiz hale getiren) tek enzim fizostigmin değildir. DIPF gibi bazı organik florofosfatlar da bu konuda tesirlidir. Bu tür enzimlerden bir kısmı böcek ilaçlan ve sinir gazlarının yapımında kullanılmaktadır.

MÜKEMMEL KATALİZÖRLER

Biyokimyacılar arasında kolinesteraz "mükemmel" bir enzim olarak bilinir. Bir enzimin bu sıfatı hak etmesinin bir tek kıstası vardır: Enzim, kurbanlarının başını kesmede o kadar hızlı davranmalıdır ki, gecikme, ancak diğer moleküle saldırma anında geçen süre kadar (!) olmalıdır. Yâni başka bir sebep yüzünden kesinlikle vakit kaybetmemelidir. Bu enzimler o kadar tesirlidir ki insan, ister istemez, onların daha hızlı olamayacağını düşünür.

Vücutta tek tek çalışan enzimlerin yanı sıra, bir grup hâlinde çalışan enzim kompleksleri de vardır. Bu komplekslerdeki faaliyet, daha hızlı ve daha verimli olur. Tıpkı elden ele su kovalarını geçirerek bir yangını söndüren insanlar gibi, bu enzimler de reaksiyona girecek molekülleri alıp arkadaşlarına iletirler. Ard arda yapılan bu intikaller neticesinde hiç vakit israf edilmeden istenilen ürün elde edilmiş olur. Reaksiyona giren moleküller ve buradan çıkan ürünler, enzim kompleksinin sınırlan içinde kaldığı için zaman zayi olmaz.

Bu tür enzim komplekslerinden birisi "piruvat dehidrojenaz"dır (PDH). Bu kompleks, üç farklı türde enzimden teşekkül eder ve her hücrenin mitokondrilerinde bulunur. Mitokondriler minik güç santralleri olup hücrenin ihtiyaç duyduğu enerjinin büyük bir kısmını üretirler. PDH, mitokondriler için çok hayâtî bir enzim kümesidir. Gıda moleküllerinin bu yapıların sınırları dâhilinde tutularak yakılmasına yardımcı olurlar.

Vücuttaki hücrelerin kullandığı en önemli yakıtlardan biri glikoz'dur. Glikoz, enzimatik işlemlerle son ürün olan piruvat moleküllerine kadar adım adım parçalanır. "Glikoliz" denilen bu süreç oldukça yavaştır ve pek verimli değildir. Zira sadece glikolizi kullanan hücreler, sanki üzerine bal sürülmüş bir sandviçin yalnızca balını yiyip gerisini bırakmaktadırlar. İşte tam bu sırada mitokondriler imdada yetişir. Bunlar, piruvattan arta kalan enerjiyi son damlasına kadar alabilecek şekilde dizayn edilmiştir. Mitokondri, arta kalan bu molekülü karbondioksit ve su çıkacak şekilde ''yakarak" hücrenin kullanması için büyük miktarda enerji üretir.

Fakat bu işlemin gerçekleşmesi için önce piruvatın mitokondri tarafından yakalanması gerekir ki, bu işi de PDH yapar. Piruvatı asetil coenzim A'ya çevirerek mitokondrinin kullanabileceği hale getirir.

Bu süreç oldukça komplekstir. PDH'ın piruvat molekülünü yakalaması, bundan bir atom alıp bu atomu, CO2 yapmak için oksijene eklemesi ve bütün bunları yaparken de bir coenzim A molekülü yakalayıp buna, değiştirdiği piruvatı yapıştırması, daha sonra da ortaya çıkan asetil molekülünden son ürün olan asetil coenzim A'yı imal etmesi gerekmektedir. Bu üç farklı işlem, mitokondri içinde dolaşan üç ayrı enzim tarafından yapılmış olsaydı, süre de uzayacaktı. Fakat enzimlerin, bir dayanışma ve işbirliği örneği göstererek biraraya gelip teşkil ettikleri kompleksle bu işlemler çok daha kolay ve çabuk gerçekleşmektedir.

PDH'in düzgün bir şekilde çalışması için tiamin vitaminine ihtiyacı vardır. Yoksa hızı yavaşlar, hattâ hiç çalışmaz hale gelir. Tiamin almayan insanlar beri beri hastalığına yakalanır. Beri beri Java dilinde "koyun" demektir. Oradaki insanlar, bu hastalığa yakalananların dizleri kalkık ve bacakları titrek yürüdüklerini görünce bu ismi yakıştırmış olmalılar.

Beri beri bir tür felç veya daha doğru bir ifadeyle tremordur. Hastaların el ve ayaklarına ait hisleri dumura uğrar. Zira gerekli vitamini alamadıkları için kalpleri gittikçe zayıflar ve sinirleri de yavaş yavaş tahrip olur.

Ya, enzimlerin bu baş döndürücü faaliyeti olmasaydı? Bir de bu faaliyetin bir salisesinde bir hata meydana gelseydi?