06-25-2008, 11:50 PM
ENZİMLER
Tüm yaşayan hücrelerde yer alan ve fakat iz miktarda bulunmalarına karşın çok önemli fonksiyonları olan unsurlardan birisi enzimlerdir. Enzimlerin çoğu hücrede serbest halde, fakat çoğu hücre içi elamanlarının mebranlarına veya hücre duvarlarına zayıf iyonik veya güçlü kovelent bağlarla bağlı olarak bulunmaktadırlar. Canlı bir hücrenin tüm fonksiyonları enzimlerle sağlandığından yaşam çoğu zaman: “ birbirini izleyen enzimatik tepkimeler zinciridir “ şeklinde tanımlanmaktadır.
Enzimlere çeşitli açılardan bakılarak farklı tanımlar getirilebilir. Örneğin “ enzimler, biyokimyasal olayları başlatan veya bu olayları hızlandıran fakat söz konusu reaksiyonlarda kendisi harcanmayan biyokatalizatörler” olarak tanımlanabilirler.
Enzim + Substrat Enzim –substrat kompleksi Enzim + Ürün
Enzimler yüksek moleküllü bileşikler olup, bir çok bağ ve intereksiyonlarla bir arada tutulan amino asit zinciri veya zincirlerinden oluşmaktadır. Dolaysıyla protein yapısındaki bileşiklerdir. Bitkisel dokularda aynı aktiviteyi gösteren ancak molekül yapısı ve karakteristik özellikleri birbirinden farklı enzimler bulunabilmekte ve bunlar “ izoenzim “ adını almaktadırlar. Hemen her zaman bir materyalde bu izo enzimlerden bir veya ikisi diğerine oranla daha baskın olarak bulunmakta ve o üründeki söz konusu enzim aktivitesinin genel nitelikleri bu ana izoenzimce belirlenmektedir.
Enzimler yüzlerce amino asit içerebildikleri halde, aktivitelerini özel bir bölgede yoğunlaşmış bulunan en çok 10-12 amino asidin oluşturduğu “aktif bölgelerine” borçludurlar. Enzimin büyük bir bölümünü oluşturan aktif bölge dışındaki kısmın kendine has eğilip bükülmeler ve katlanmalar göstererek özel bir konformasyon almasıyla oluşmaktadır. Her enzim normal koşullarda (sıcaklık ve pH) sahip olduğu orijinal konformasyona, “doğal form” denmektedir. Enzimler tek bir polipeptit zincir ve bir tane aktif bölgeye sahip monemerler halinde bulunabildikleri gibi, birden çok monomerin özel bağlantılarla bir araya gelmesiyle oluşan ve birçok aktif bölgeye sahip oligomerler halinde de bulunurlar. Bu oligomerler benzer yapıdaki monomerlerce oluşturulabildiği gibi, farklı yapıdaki monomerlerin bir araya gelmesiyle de oluşabilmektedirler.
Bazı enzimlerin kimyasal reaksiyonları katalize edebilmeleri için yalnızca aktif bölgeleri yeterliyken, birçok enzim”kofaktör” olarak adlandırılan; koenzim, prostatik gurup veya inorganik iyonlara ihtiyaç duymaktadırlar. Ko faktörlerden, koenzim ve prostatik gurupların kimyasal yapıları büyük bir benzerlik göstermekte ve genellikle vitamin türevlerinden oluşmaktadırlar. Bunlardan koenzimler, enzime gevşek, buna karşın prostatik guruplar oldukça güçlü olan kovalent bağlarla bağlıdırlar. Bir diğer kofaktör gurubu inorganik iyonlardır. Katyonlardan Ca++,Mg++, Zn++, Fe++, Cu++, Ni++, Na+ K+ ve anyonlardan CI-, Br-, F- ve I- enzim aktivitesi açısından önemli işlevlere sahiptirler. Bu iyonlar, enzimlerin yapısına bağlı olarak bulundukları gibi, ortamda serbest olarak da bulunup işlevini yerine getirirler. İyonların bazıları enzimlerin yapısındaki amino asit yan zincirine doğrudan kovelent, bazılarıda prostatik guruba bağlanarak enzim yapısına dahil olmaktadır. Metal içeren enzimlere “metelloenzimler” adı verilmektedir. Bunlardan Cu++ içeren polifenol oksidaz ve askorbik asit oksidaz enzimleriyle, Fe++ içeren peroksidazlar bitkisel kökenli gıdalar açısından en önemli metalloenzimlerdir.
Enzimler, ağırlıklı olarak proteinlerden oluşan ancak, belirli oranda karbonhidrat, vitamin, lipid ve inorganik iyonları bünyesinde barındıran kompleks yapıdaki bileşiklerdir.
Enzimler gerek biyokatalizör ve gerekse sadece özel bir reaksiyonu katalize etmesi yani ”reaksiyona spesifik “ olması, enzimi oluşturan proteinlerdeki amino asitlerin polipeptit zincirlerinde belli bir düzen içerisinde yer alması ve enzimin kendine has konformasyonu sayesinde bu amino asitlerin uygun bir şekilde oriyente olmasından kaynaklanmaktadır. Enzimlerin spesifikliği farklılıklar göstermektedir. Örneğin bazı enzimler herhangi bir bileşikte yalnızca belli bir bağa etki ederken, diğer bazı enzimler ise bir bileşiğin yalnızca spesifik bir gurubuna komşu olan bağa etki etmektedir. Aynı şekilde birtakım enzimler substratlarını kimyasal yapılarındaki optik geometriye göre bir ayrıma tabi tutmaktadırlar. Ancak enzimlerin büyük bir çoğunluğu “ mutlak spesifiktir” tek bir reaksiyonu katalize etme özelliğine sahiptir.
ENZİMLERİN BAŞLICA NİTELİKLERİ
Enzimlerin en önemli özelliği spesifik bir reaksiyona sahip olmalarıdır. Enzimlerin katalitik etkisi, öncelikle ortamın pH ve sıcaklığına bağlıdır. Her enzim kendine özgü bir pH ve sıcaklıkta optimum aktivite göstermektedir. Buna o enzimin optimum pH ve optimum sıcaklığı denir.
Bazı enzimlerde birden fazla optimum pH derecesi söz konusudur. Ancak genel olarak enzimlerin çoğu hafif asit bölgede en yüksek aktiviteyi gösterirler. Bazı enzimler ise nötr nokta civarında optimum aktiviteye sahiptirler. Genel olarak enzimlerin optimum pH derecesi 4.5-8.0 arasında bulunmaktadır.
Sıcaklık yükseldikçe enzimlerin aktiviteleride artar ve belli bir derecede en yüksek aktiviteye ulaşır. Bu derece o enzimin optimum sıcaklığıdır. Ancak sıcaklık belli bir dereceye ulaştıktan sonra enzim, aktivitesini yitirmeye başlar. Bunun nedeni enzimlerin protein yapısında bulunması ve belli sıcaklıklarda proteinlerin denatüre olmasıdır. Yüksek sıcaklıklarda enzimlerin aktivitelerini kaybetmelerine, enzimlerin ısıl yolla inaktivasyonu denir.
Belli bileşikler enzimleri dönüşsüz (irreversible) olarak bloke ederler ve böylece enzimden beklenen etki sona erer. Bazı bileşikler ise, enzimleri sadece dönüşlü (reversible) olarak engellerler. Dönüşlü engelleme, “kompetitif” veya “kompetitif olmayan” nitelikte olabilir.
Bazı inorganik iyonlar (klorürler) bazı enzimleri aktive etmektedir. Buna karşın başta ağır metal iyonları olmak üzere proteinleri çökelten maddeler, enzimleri kimyasal yolla inaktivite etmektedirler.
Bir enzimin katalize ettiği bir reaksiyon, herhangi bir gıdada kalite açısından olumlu bulunurken, başka bir gıdada olumsuz olarak kabul edilebilir ve bu nedenle istenmeyebilir.
ENZİMLERİN SINIFLANDIRILMASI
Doğada: bitkilerde, hayvanlarda ve mikroorganizmalarda adeta sayısız enzim bulunmaktadır. Bitkisel dokulardaki metabolik olaylarda, yapıları ve fonksiyonları farklı yaklaşık 200 enzimin rol aldığı ileri sürülmektedir.
Uluslararası Biyokimya Birliği Enzim komisyonunca yapılmış olan uluslararası sınıflandırmaya göre enzimler; 1.oksidoredüktazlar, 2. transferazlar, 3. hidrolazlar, 4. Liyazlar, 5.izomerazlar, 6.ligazlar olmak üzere 6 guruba ayrılmıştır. Enzimlerin isimlendirilip sınıflandırılması belli bir sistem içerisinde yapılmaktadır. Buna göre, her enzime dört gurup rakamla gösterilen bir kod numarası verilmiştir. Bu numaraların başında”enzim kodu” ifadesinin kısaltılmış şekli olan”EC” harfleri yer alır. Bunu izleyen her rakam bir nokta ile ayrılmaktadır. İlk rakam enzimlerin yukarıda verilen guruplardan hangisine ait olduğunu, ikinci rakam enzimin etki ettiği donor substratı, üçüncü rakam enzimin kullandığı akseptrör molekülü ve dördüncü rakam ise enzimin sıra numarasını gösterir. Enzimlerin bu şekilde bir kod numarası ile gösterilmeleri yanında, her enzimin sistematik bir ismi de vardır. Örneğin 3.2.1.15 numaralı enzimin sistematik ismi; “poly-(1-4) α–D-galactosiduronate: glycanohydrolese” dır. Bu enzimin pratik ismi endopoligalakturonaz’dır.
Sistematik adlandırma şu şekilde yapılır: Buna göre öncelikle enzimin kullandığı substratlar birbirinden ” : ”işareti kullanılarak ayrılmak suretiyle yazılır. Daha sonra enzimin 6 alt guruptan hangisine ait olduğu bu ifadenin sonuna “-ase” eki getirmek suretiyle belirtilir. Eğer enzimin katalize ettiği özel bir reaksiyon varsa bu parantez içerisinde ayrıca belirtilir. Örneğin; “sacrosine:oxygen oxidoreductase (demethylating)” gibi.
Şunu ayrıca vurgulamak gerekir ki, enzimlerin uluslar arası isimlendirilip-numaralandırma sistematiği zaman içinde değişmekte ve yenilenmektedir. Örneğin 1989 ‘da yapılan değişikle polifenol oksidazlardan “monofenol:monooksigenaz (tyrosinaz)” 1.14.18.1, “difenol oksidaz (kateşol oksidaz, difenol oksijen oksidoredüktaz)” 1.10.3.2, “ laktaz ise 1.10.3.1 kodu ile anılmaya başlanmıştır. Bunlar eski kod numaralarından farklıdır. Bu nedenle çeşitli kaynaklarda bazen aynı enzim farklı kod numaralarıyla gösterilmektedir.
1. Oksidoredüktazlar : Oksidasyon-redüksiyon tepkimelerini sağlayan enzimlerdir. Bunlardan “dehidrazlar” hidrojen transferiyle substratın dehidrogenasyonunu sağlar. Diğer alt gurup “oksidazlar” ise, serbest oksijen yardımıyla substratın oksidasyonunu sağlar. Gıdalarda peroksidaz, katalaz, lipoksigenaz ve polifenol oksidaz önemli oksidoredüktaz gurubu enzimleridir.
Polifen oloksidazlar; polifen oloksidazlar(PPO) bakır içeren oksidoredüktazlardır. Substratları fenolik bileşiklerdir. Substratlarını oksijen eşliğinde esmer renkli bileşiklere oksitlemektedirler. Bu olaya “enzimatik esmerleşme” denilmektedir. Bitkiler aleminde yaygın olarak bulunan Polifenol oksidazlar hayvansal doku ve küf mantarlarında da bulunurlar.
Polifenol oksidaz enzimleri bitkisel dokularda öncelikle inaktif formda sentezlenmekte ve zamanla çeşitli etkenlerle, örneğin dokuda doğal olarak bulunan proteazlar veya etilen gibi birtakım solunum merabolitlerince aktif hale getirilmektedirler. İşte bu nedenle bitkisel dokularda çoğu zaman bu enzimin bir kısmı inaktif formda, birkısmıda inaktif formda bulunmaktadır.
Halen kateşol oksidaz, lakkaz floroglisinol oksidaz olmak üzere üç farklı polifenol oksidaz enzimi tanımlanmıştır. Bu enzimlerin her biri fenolik bileşiklere farklı şekilde etki etmektedirler.
Katoşol oksidaz; Kateşol oksidaz enzimi bitkiler aleminde en yaygın olarak bulunan polifenol oksidaz enzimi olupküf mantarları ve ayrıca hayvansal dokulardada bulunan bir enzimdir. Bu enzim, kateşolaz ve krezolaz olmak üzere başlıca iki aktiviteye sahiptir. Bunlardan kateşolaz aktivitesi o-difenolik bileşiklerin o-kinonlara oksidasyonunu katalize eden ve esmer renkli bileşiklerin oluşumunu başlatan aktivitedir. Nitekim oksidasyon sonucu oluşan o-kinonlar oldukça aktif bileşikler olup, spontan olarak hidroksilasyona uğrayarak trihidroksibenzenleri(THB) oluşturmaktadırlar. Trihidroksibenzenleri’ler ise, yeniden o-kinonlarla etkileşime girerek hidrokinonları oluşturmakta ve bu bileşikler önce kırmızı-kahverengi polimerlere, daha sonrada esmer renkli melaninlere dönüşmektedirler.
Kateşol oksidaz enziminin diğer bir aktiviteside krezolaz aktivitesi olup bu aktivite monofenolik bileşikleri o-difenollere dönüştüren ve adeta kateşolaz aktivitesini besleyen bir hidroksilasyon mekanizmasıdır.
Lakkaz; polifenol oksidaz enzimlerinden lakkaz, bitkiler aleminde kateşol oksidazlar kadar yaygın değildir. Lakkazın asıl kaynağı küf mantarlarıdır. Basidiomyocete üyesi olan her üyenin lakkaz aktivitesi içerdiği bildirilmektedir. Bazı küflerle infekte olmuş meyvelerde lakkaz aktivitesinin artışı bu nedenledir. Özellikle Botriytis cinerea ile enfekte olmuş üzümlerden elde edilmiş üzüm sularında yoğun bir esmerleşme görülmesinin nedeninin, üzümlerde bulunan kateşol oksidaz tarafından okside edilemeyen”2-S-gulutathionilkafterik asit”in belirtilen enfeksiyon sonucu küflerce salgılanan lakkaz tarafından okside edilmesinden kaynaklandığı belirtilmektedir.
Lakkaz enzimini oksidasyon yeteneğinin kateşol oksidazdan daha yüksek olması, onun o-difenolik bileşikler yanında p-difenolleride okside edebilmesinden kaynaklanmaktadır. Ancak lakkaz enziminin krezolaz aktivitesi yoktur.
Diğer taraftan fenolik bileşikleri okside etmesi yanında lakkaz enziminin bazı yan aktiviteleri de mevcuttur. Nitekim bu enzimin, lignini demetilize etme yeteneğinde olduğu ve böylece lignin degragasyonunda rol oynadığı bilinmektedir.
Floroglusinol oksidaz; floroglusinol oksidaz enzimi, o-difenolleri okside etme yeteneği olmayan, fakat sadece floroglusinol ve floroglusinolkarboksilaz asit gibi 1,3,5-trhihidroksibenzen yapısındaki fenolik bileşiklerin oksidasyonunu katalize edebilen bir enzimdir. Ancak bu enzim polifenol oksidaz aktivitesi yanında peroksidaz aktiviteside içermekte ve aynen bir peroksidaz gibide davranabilmektedir.
Polifenol oksidaz enzimleri, substratları olan fenolik bileşiklere karşı seçici davranan bileşiklerdir. Öyleki her polifenol oksidaz enzimi, bir üründe yüzlerce fenol bileşikten ve bunların türevlerinden yalnızca belirli bir guruba karşı diğerlerine göre daha büyük bir reaktivite göstermektedirler. İşte bu davranış, o enzimin “substrat spesifikliği” olarak anılmaktadır. Çeşitli ürünlerde bulunan polifenol oksidaz enzimlerin substrat spesifikliği önemli bir farklılık gösterirken, aynı ürünün farklı çeşitlerinde substrat sipesifikliği büyük bir değişim göstermeyebilir. Buna göre fenol bileşiklerin daha az bulunması durumunda, işlem açısından tercih edilen bir durumdur. Örneğin elmalarda önemli olarak kabul edilen substratlardan klorojenik asit ve kateşinlerin miktarı, bir çeşidin esmerleşmeye duyarlı olup olmadığını belirlemede önemli bir kriter olarak kabul edilmektedir. Ancak esmerleşmenin şiddeti, yalnızca o ürünün fenol bileşik dağılımına bağlı değildir. Özelikle üründeki polifenol oksidaz enziminin aktivite düzeyi ve fenol bileşiklerin toplamı da esmerleşmenin hızı üzerine etkili bulunmaktadır.
Meyvelerin olgunlaşmasına paralel olarak, gerek polifenol oksidaz enzim aktivitesinde, gerekse bunların substratlarının konsantrasyonunda önemli değişimler görülmektedir. Örneğin elmalarda substrat niteliğindeki o-difenol ve kateşol oksidaz aktivitesi düşerken; zeytinlerde o-difenollerin konsantrasyonunda sürekli artış görülmektedir. Zeytinlerin esmerleşme eğilimleri bu nedenledir. Meyvelerde enzimlerle substratların teması yok denecek kadar azdır. Bunun nedeni; enzim ve substratların bitkisel hücrenin farklı kısımlarında bulunmalarındandır. Nitekim polifenol oksidaz enzimlerinin bir kısmı sitoplazmada serbest halde bulunurken, büyük bir kısmı hücrenin kloroplast gibi unsurlarda, membrana bağlı olarak bulunmaktadır. Buna karşılık fenol bileşikleri vakuollerde yoğunlaşmış halde bulunmaktadır. Ancak doku olgunlaşmasının ileri aşamasında hücredeki pektinazların faaliyeti sonucu, doku kontrollü ve sınırlı bir şekilde doğal olarak değişikliğe uğramaktadırlar. Ayrıca hasat ve çeşitli işlemler sonucunda doku bütünlüğü bozulmaktadır. Böylece polifenol oksidaz enzimleri ve kendi substratları olan fenolik bileşiklerle ve hava oksijeniyle bir araya gelmektedirler. Bu nedenle önlemler alınmazsa ürün esmerleşir ve istenilen özelliği bozulur. Bu amaçla en sık vurulan yöntemler ısı uygulaması ve esmerleşmeyi önleyen kimyasalların kullanılmasıdır.
Enzimatik esmerleşmeyi önleyici olarak en etkili kimyasal SO2’dir. Ancak özellikle son yıllarda bu kimyasalın astımatik reaksiyonlara neden olduğunun belirlenmesi üzerine alternatif kimyasalların araştırılması yapılmaktadır.
Peroksidazlar; peroksidazlar polifenol okidaz enzimlerinin dahil olduğu, büyük bir enzim sınıfı olan oksidoredüktazlar gurubundan bir enzim topluluğudur. Yüksek bitkiler, hayvanlar ve mikroorganizmalarda bulunmaktadır. Özellikle bitkiler aleminde çok yaygındır ve gelişmelerinde önemli rollere sahiptir. Bitkisel dokularda kısmen sitoplazmada çözünmüş formda, kısmen de hücre duvarına bağlı olarak çözünmez formda bulunmaktadır.
Peroksidazlar kendi içinde; “Demir içeren peroksidazlar” ve “Flavoprotein perokidazlar” olmak üzere ikiye ayrılmaktadırlar. Meyvelerde söz konusu olan peroksidazlar; “Demir içeren peroksidazlar”dır. Bunlarda; “Ferriprotoporfirin peroksidazlar” ve “Verdoperoksidazlar” olarak iki alt guruba ayrılırlar. Ferriprotoporfirin peroksidazlar, bitkilerde, hayvansal dokularda ve mikroorganizmalarda da bulunur. Bunların prostatik gurubu ferriprotoporfirin lll; yani hematindir. Verdoperoksidazların prostatik gurubu, hematin değil, daha farklı bir demirporfirindir. Verdoperoksidazlar, gıdalarda önemli rolleri bulunan peroksidazlardan birisidir.
Peroksidazlar aşağıda verilen tipteki reaksiyonları katalize ederler:
ROOH + AH2 + ROH + A Bu peroksidatik reaksiyonda;
R : H+,CH3 veya C2H5 olabilir,
AH2: İndirgenmiş formda hidrojen donürü,
A: Oksitlenmiş formda hidrojen donörü,
Bu açıklamaya göre; peroksidaz enzimleri bir hidrojen eşliğinde, peroksitleri parçalayan reaksiyonu katalize ederler. Şu halde temel substrat peroksitlerdir ve başta hidrojen peroksit gelir. Metil veya etil hidrojen peroksitlerde substrat olarak kullanılmaktadır. Diğer taraftan çok sayıda çeşitli bileşikler hidrojen donörü olarak görev alabilmektedir. Bunlar arasında askorbat, fenoller, aminler veya benzer organik bileşikler sayılabilir.
Perosidatif enzimi, bir takım yan aktivitelere sahiptir. Bunlardan en önemlisi H2O2 olmadan da yürütülebilen “oksidatif etki”dir. Ancak bu defa da O2 ve ayrıca Mn++ veya fenol gibi birtakım kofaktörlere ihtiyaç vardır. Perosidatif enzimi, H donörü bulunmayan ortamlarda adeta katalaz enzimi gibi davranarak hidrojen peroksitin su ve oksijene parçalanması reaksiyonunu da katalize edebilmektedir. Bu etki “katalitik etki” olarak adlandırılmaktadır. Bu enzimin bir diğer aktivitesi ise”hidroksilatif etki” şeklidir. Bu etki yoluyla; O2 veya monofenolik bileşiklerden aynen polifenol oksidaz enzimlerinin yaptığı gibi difenolik bileşikler oluşturulmaktadır. Ancak farklı olarak peroksidaz enzimi hidroksilasyon yeteneğini gösterebilmek için bir hidrojen donörüne ihtiyaç duymaktadırlar.
Bu açıklamalara göre peroksidatif enzimler, çok sayıda bileşiği substrat olarak kullanmakta ve bu nedenle de sayısız yan ürün oluşturmaktadırlar. Bu ürünler, meyve ve sebzelerde rengin bozulması, lezzetin değişmesi, besin değeri azalması gibi olumsuzluklara neden olmaktadır. Gerçekten peroksidazların askorbik asidin oksidatif olarak parçalanmasına, karatenoidlerin ve betaninin ağarmasına, antosiyaninlerin ve klorifilin parçalanmasına neden olduğu saptanmıştır.
Katalaz enzimi; katalaz enzimi, peroksidaz enzimi gibi hidrojen peroksidaz enzimi kullanan bir enzimdir. Katalaz, hidrojen peroksidin, su ve moleküler oksijene parçalanmasını katalize eden enzimdir. 2H2O2 Katalaz 2H2O + O2
Bitkiler, hayvanlar ve mikroorganizmalarda yaygın olarak bulunan katalaz, ısıya peoksidazdan daha az dirençlidir. Katalazın bitkilerdeki başlıca fonksiyonu; oksidadif metabolizma reaksiyonlarında oluşan H2O2’in fazlasını parçalamaktır.
Lipoksigenazlar; lipoksigenaz enzimi, pektinaz, proteaz ve lipaz gibi enzimlere göre öncelikle sebzelerde ve meyvelerde çok önemli olan bir enzimdir. Bu enzim, daha önce baklagillerde olduğu sanılırken, artık bitkiler ve hayvanlar aleminde de oldukça yaygın olduğu saptanmıştır. Ancak birçok meyve ve sebzede bulunup bulunmadığı ve ne gibi olumsuzluklara neden olduğu henüz anlaşılmamıştır.
Lipoksigenez enziminin substratları, özellikle linoleik, linolenik ve araşidonik yağ asitleri gibi çoğu doymamış yağ asitleridir. Ayrıca doymamış yağ asitlerinin yağ sitleri ile bazı trigliseritleri de substrat olarak kullanmaktadır.
2. Transferazlar: Radikallerin veya foksiyonel gurupların transfer tepkimelerini sağlayan enzimlerdir. Trasferazların alt gurubunda monokarbonlu gurupların transferini sağlayanlara örnek formiltrasferaz, metiltrasferaz’dır. Diğer transferaz alt guruplarından; “transamilazlar” amin gurubunun(-NH2), “transamidazlar”amid gurubunun(NH=CH-NH2), “transfosforilazlar” fosforil gurubunun transferini sağlarken, “transasilazlar” asilasyon tepkimelerinde rol oynamaktadırlar.
Transfosforilazlar; tansfosforilazlar enzimlerin önemli bir gurubunu oluştururlar, fosfat ve pirofosfat kökünün bir molekülünden başka bir moleküle aktarılmasını katalizlerler. Fosfat grubu genellikle adenozin trifosfat’tan aktarılır. Bu madde organlarda serbest halde bulunduğu gibi bazı enzimlerin koenzimlerinde de bulunur. Bunu taşıyan enzimlere kinazlar denir ve etil alkol fermantasyonunda önem taşımaktadırlar.
Transamilazlar; Başlıca privuvik asit olmak üzere keto asitlerle glutamik asit arasında, amonyağı serbest kılmaksızın, aminsizleşme ve amileşmeyi sağlarlar. Bu şekilde amino asitlerden keto asit, keto asitten amino asit meydana gelir. Trasaminazların koenzimleri piridoksal fosfattır.
Transasilazlar; transasilazlar bir verici molekülden bir alıcı moleküle bir açil gurubu aktarırlar. Örneğin, koenzim A( KoA-SH olarak kısaltılır) asetil grubunun aktarılmasını katalizler:
Asetil-X + KoA-SH Asetil-S-KoA + XH
Asetil-S + KOA-YH Asetil-Y-KoA + SH
Trasmetilazlar; metil gurubu aktarırlar.
3. Hidrolazlar: Substratın yapısına göre; ester, eter, peptid vd. bağlarda hidrolitik parçalanmayı katalize ederler. Bu gurupta karbonhidrazlar, esterazlar, protidazlar ve amidazlar olmak üzere değişik alt guruba ayrılmaktadırlar. Örneğin pektinazlardan poligalakturonaz bu guruplarda yer almaktadır.
Peptidazlar; bu enzimler proteinlerin proteinazlara bölünme ürünleri olan polipeptitlerin, serbest amino veya karboksil guruplarına bitişik peptit bağlarına etki ederler, serbest amino asitlere ayırırlar.
Karbonhidrazlar; bu enzimler basit glikozitlerin, oligosakkaritlerin ve polisakkaritlerin glikozid bağlarını etkiler. Glikozidaz ve poliaz veya polsakkaridaz olarak ayrılırlar. Birinci gurupta glikozidaz ve invertaz, ikinci gurupta amilazlar bulunur.
Esterazlar; Bu enzimler doğal enzimler üzerine etki ederler. Esterazlardan lipaz’lar yağların gliserin ve yağ asitlerine bölünmesini, fosfotaz’lar fosforik asit esterlerinin ve sülfataz’lar sülfürik asit esterlerinin bölünmesini katalizlerler.
Amidazlar; Bu enzimler peptidbağlarından başka C/N bağlarını ayıran üreaz ve arginaz gibi enzimlerdir. Üreaz üreyi karbondioksit ve amonyağa hidrolizler.
4. Liyazlar: Substrattan bazı gurupları hidrolitik olmayan mekanizmalarla ayıran enzimlerdir. Örnegin dekarboksilazlar(CO2’in ayrılması), dehidrazlar(H2O’nun ayrılması) gibi enzimler, bu guruba dahildirler. Pektatliyaz veya pektinliyaz gibi bazı pektinazlar bu guruba giren diğer önemli enzimlerdir.
Pektinazlar; pektik bileşikleri parçalayan enzimlerin tümüne pektinazlar denir. Birbirinden çok farklı nitelikte pektik bileşikleri olduğu gibi, bunları substrat olarak kullanan çok değişik nitelikte enzimlerde vardır. Bu nedenle bazı terminolojik karışıklıklar ortaya çıkmaktadır. Ancak pektolitik enzimler, pektik bileşikleri zincirinde, hücum ettiği yerin farkı bakımından önce iki ana guruba ayrılılar. Bunlardan birisi, pektik madde zincirindeki ester guruplarını zincirden ayıran enzimlerdir. Bunlara pektinesterazlar veya pektinmetilesteraz denir.
Pektik maddelere etki eden ikinci gurup enzimler, zinciri değişik yerlerinden kırarak onları küçültürler. Bunlara depolimerazlar denir. Pektikdepolimerazlar, pektin zincirinde etki ettiği noktalara, etki mekanizmasına ve öncelikle etki ettiği pektik bileşik tipine göre, çeşitli isimlerle anılmaktadırlar. Buna göre işleme teknoloji açısından bazı önemli pektik bileşikler; pektinesterazlar, pektin liyazlar, pektat liyazlar ve poligalakturonazlar’dır.
Pektinesterazlar; pektinesterazlar(PE veya PME) pektin zincirindeki esterleşmiş karboksil guruplarındaki metoksil guruplarını ayırarak, pektinin esterleşme derecesini düşürür. Yani; “yüksek metoksil pektini” “düşük metoksil pektine” dönüştürürler. Reaksiyon daha ileri dereceye ulaşınca, zincirdeki metoksil gurupları adeta temizlenerek pektin, poligalkturonik aside dönüşür. Böylece karboksil gurupları ortaya çıkarken metoksil guruplarından metil alkol meydana gelir.
Pektin liyazlar; Bu enzimler(PL veya PTE) yüksek düzeyde esterleşmiş pektin zincirindeki α-1,4 bağlarını hidrolitik olmayan biçimde ve zincirin gelişigüzel yerlerinden parçalayarak, küçük kısımlara ayırırlar. Bu parçalanma sırasında her parçalanan glikozidik bağ için bir çift bağ oluşur. Bu enzimler daha çok küf mantarları tarafından salgılanır.
Pektat liyazlar; pektat liyazlar(PAL) aynen pektin liyazlar gibi depolimerizasyon yapan enzimlerdir. Ancak bunlar pektin liyazların aksine, metoksil gurupları ileri düzeyde hidrolize olmuş pektini veya metoksil gurupları tamamen hidrolize olmuş pektini parçalarlar. Parçalanma yine hidrolitik değildir ve gelişigüzel noktalarda gerçekleşir. Parçalanma yine hidrolitik değildir ve gelişi güzel noktalarda gerçekleşir. Parçalanma sonunda yine çift bağ oluşur.
Poligalakturonazlar; poligalakturonazların(PG) substratları, pektik asit yani; hiç metoksil gurubu içermeyen pektik zincirler(poligalakturonik asit) veya çok düşük düzeyde esterleşmiş pektik zincirler(pektinik asit)’dir. Poligalakturonazların, “ endo-PG ve ekso-PG” olmak üzere iki tipi vardır. Endo tipleri zincirin içindeki glikozidik bağları, ekzo tipleri ise zicir ucundan başlayarak glikozidik bağları tek tek ve içeri doğru hidrolitik olarak parçalarlar ve bu nedenle her ikisinde de çift bağ oluşmaz.
Bilindiği gibi bitkisel hücrelerde pektin sentezlendikten sonra, protopektin denen bir forma dönüşür. Protopektin, hücreleri bir arada tutan bağ maddesi görevini yüklenir ve dokuya sertlik verir. Aslında bir pektin maddesi olan protopektin molekülleri, ana ve yan valenslerle ve ayrıca mekanik olarak dokuya öğle bağlıdır ki, su ile ekstrede edilemezler. Ancak dokudaki doğal pektinazlarla “çözünmüş pektin ve hemiselülüza” parçalanırlar. Parçalanma yine doğal pektinazlarla devam edip daha ileri düzeye ulaşır ve pektin zinciri küçük zincirlere bölünür. Bunun sonucu doku gevşer; meyveler yumuşar ve olgunlaşır. Daha ileri düzeyde ise iyice yumuşayıp meyveler dağılır.
Meyvelerde ve bunlardan elde edilen ürünlerin pektik bileşikleri üzerine sadece kendi doğal enzimleri etki etmemektedir. Bu ürünlerin özellikle küfler tarafından enfeksiyonu sonucu nasıl yumuşayıp dağıldığı bilinmektedir. Bu duruma öncelikle Mucoraceous küf mantarlarının ve özellikle Rhizopus türlerinin rol oynadığı belirtilmektedir.
5.İzomerazlar: Bu enzimler substratların izomerizasyonunu katalize eden enzimlerdir. İzomerazlar etki ettikleri substratlara göre farklı isimler almaktadırlar. Örneğin, aldoz-ketoz dönüşümünü katelize edenler; “ketol-izomerazlar” adını alırken, bir gurubun diğerine dönüşümünü katalize edenler “ mutaz” adını almaktadırlar. Aynı şekilde asimetrik gurupların dönüşümünü katlize edenlere; “rasemelazlar” veya “epimerazlar” adı verilmektedir.
İzomerazlar, molekül içi değişimleri katalizlerler. Örneğin, heksozfosfat izomeraz, alkollü mayalanma ve karbonhidrat metabolizmasında görüleceği gibi şu iç dönüşmeyi katelizler:
Glikoz–6 fosfat Früktoz–6 fosfat
6.Ligazlar: Daha büyük bir molekülün oluşması için, metabolitin bağlanmasını katalize eden enzimlerdir.
Şarap Teknolojisinde Önemli Enzimler
Üzümlerin doğal enzimleri, bunların gelişmesini ve şarap üretimi her aşamasında rol oynamaktadırlar. Örneğin doğal pektinaz enzimleri, hücre duvarlarında bulunan suda çözünmeyen pektini, çözünebilir pektine parçalayarak onların olgunlaşma aşamasında yumuşamalarını sağlamaktadırlar. Doğal enzimler, üretim aşamasında görevine devam ederek bazen istenen, bazen de istenmeyen değişikliklere neden olurlar. Örneğin şarap üretiminde mayşenin 2-3 saat kendi halinde bırakılmasının daha sonra şarapta beğenilen bir buke oluşmasına neden olduğu, uzun süre bırakılınca aromanın kötüleştiği belirlenmiştir. Bu hususta doğal oksidasyon enzimlerinin rol oynadığı, bu enzimlerin sadece fenolik maddelere değil, uçucu bileşiklere de etki ettiği ileri sürülmektedir. Bu arada aldehit miktarının artığı, buna karşın yüksek yağ asitleri etil ester miktarı ile yüksek alkollerin asetik asit esterlerinin miktarının düştüğü saptanmıştır. Bu reaksiyonlarının spesifik olmayan esterazlar tarafından katelize edildiği ileri sürülmektedir.
Doğal enzimlerden şarap teknolojisinde en önemli enzimlerden bir tanesi de polifenol oksidaz enzimleridir. Parçalama ve ezme gibi işlemler veya başka bir etki sonucu mayşe ve şırada rengin hızla esmerleşip kararması bu enzimlerin istenmeyen etkilerinin sonucudur. Şarap üretiminde sadece doğal enzimler rol oynamamaktadır. Üretim aşamalarına göre bazı ticari enzimlerde kullanılmaktadır. Aşağıda şarap üretiminde önemli olan bazı enzimlere değinilmiştir.
Tüm yaşayan hücrelerde yer alan ve fakat iz miktarda bulunmalarına karşın çok önemli fonksiyonları olan unsurlardan birisi enzimlerdir. Enzimlerin çoğu hücrede serbest halde, fakat çoğu hücre içi elamanlarının mebranlarına veya hücre duvarlarına zayıf iyonik veya güçlü kovelent bağlarla bağlı olarak bulunmaktadırlar. Canlı bir hücrenin tüm fonksiyonları enzimlerle sağlandığından yaşam çoğu zaman: “ birbirini izleyen enzimatik tepkimeler zinciridir “ şeklinde tanımlanmaktadır.
Enzimlere çeşitli açılardan bakılarak farklı tanımlar getirilebilir. Örneğin “ enzimler, biyokimyasal olayları başlatan veya bu olayları hızlandıran fakat söz konusu reaksiyonlarda kendisi harcanmayan biyokatalizatörler” olarak tanımlanabilirler.
Enzim + Substrat Enzim –substrat kompleksi Enzim + Ürün
Enzimler yüksek moleküllü bileşikler olup, bir çok bağ ve intereksiyonlarla bir arada tutulan amino asit zinciri veya zincirlerinden oluşmaktadır. Dolaysıyla protein yapısındaki bileşiklerdir. Bitkisel dokularda aynı aktiviteyi gösteren ancak molekül yapısı ve karakteristik özellikleri birbirinden farklı enzimler bulunabilmekte ve bunlar “ izoenzim “ adını almaktadırlar. Hemen her zaman bir materyalde bu izo enzimlerden bir veya ikisi diğerine oranla daha baskın olarak bulunmakta ve o üründeki söz konusu enzim aktivitesinin genel nitelikleri bu ana izoenzimce belirlenmektedir.
Enzimler yüzlerce amino asit içerebildikleri halde, aktivitelerini özel bir bölgede yoğunlaşmış bulunan en çok 10-12 amino asidin oluşturduğu “aktif bölgelerine” borçludurlar. Enzimin büyük bir bölümünü oluşturan aktif bölge dışındaki kısmın kendine has eğilip bükülmeler ve katlanmalar göstererek özel bir konformasyon almasıyla oluşmaktadır. Her enzim normal koşullarda (sıcaklık ve pH) sahip olduğu orijinal konformasyona, “doğal form” denmektedir. Enzimler tek bir polipeptit zincir ve bir tane aktif bölgeye sahip monemerler halinde bulunabildikleri gibi, birden çok monomerin özel bağlantılarla bir araya gelmesiyle oluşan ve birçok aktif bölgeye sahip oligomerler halinde de bulunurlar. Bu oligomerler benzer yapıdaki monomerlerce oluşturulabildiği gibi, farklı yapıdaki monomerlerin bir araya gelmesiyle de oluşabilmektedirler.
Bazı enzimlerin kimyasal reaksiyonları katalize edebilmeleri için yalnızca aktif bölgeleri yeterliyken, birçok enzim”kofaktör” olarak adlandırılan; koenzim, prostatik gurup veya inorganik iyonlara ihtiyaç duymaktadırlar. Ko faktörlerden, koenzim ve prostatik gurupların kimyasal yapıları büyük bir benzerlik göstermekte ve genellikle vitamin türevlerinden oluşmaktadırlar. Bunlardan koenzimler, enzime gevşek, buna karşın prostatik guruplar oldukça güçlü olan kovalent bağlarla bağlıdırlar. Bir diğer kofaktör gurubu inorganik iyonlardır. Katyonlardan Ca++,Mg++, Zn++, Fe++, Cu++, Ni++, Na+ K+ ve anyonlardan CI-, Br-, F- ve I- enzim aktivitesi açısından önemli işlevlere sahiptirler. Bu iyonlar, enzimlerin yapısına bağlı olarak bulundukları gibi, ortamda serbest olarak da bulunup işlevini yerine getirirler. İyonların bazıları enzimlerin yapısındaki amino asit yan zincirine doğrudan kovelent, bazılarıda prostatik guruba bağlanarak enzim yapısına dahil olmaktadır. Metal içeren enzimlere “metelloenzimler” adı verilmektedir. Bunlardan Cu++ içeren polifenol oksidaz ve askorbik asit oksidaz enzimleriyle, Fe++ içeren peroksidazlar bitkisel kökenli gıdalar açısından en önemli metalloenzimlerdir.
Enzimler, ağırlıklı olarak proteinlerden oluşan ancak, belirli oranda karbonhidrat, vitamin, lipid ve inorganik iyonları bünyesinde barındıran kompleks yapıdaki bileşiklerdir.
Enzimler gerek biyokatalizör ve gerekse sadece özel bir reaksiyonu katalize etmesi yani ”reaksiyona spesifik “ olması, enzimi oluşturan proteinlerdeki amino asitlerin polipeptit zincirlerinde belli bir düzen içerisinde yer alması ve enzimin kendine has konformasyonu sayesinde bu amino asitlerin uygun bir şekilde oriyente olmasından kaynaklanmaktadır. Enzimlerin spesifikliği farklılıklar göstermektedir. Örneğin bazı enzimler herhangi bir bileşikte yalnızca belli bir bağa etki ederken, diğer bazı enzimler ise bir bileşiğin yalnızca spesifik bir gurubuna komşu olan bağa etki etmektedir. Aynı şekilde birtakım enzimler substratlarını kimyasal yapılarındaki optik geometriye göre bir ayrıma tabi tutmaktadırlar. Ancak enzimlerin büyük bir çoğunluğu “ mutlak spesifiktir” tek bir reaksiyonu katalize etme özelliğine sahiptir.
ENZİMLERİN BAŞLICA NİTELİKLERİ
Enzimlerin en önemli özelliği spesifik bir reaksiyona sahip olmalarıdır. Enzimlerin katalitik etkisi, öncelikle ortamın pH ve sıcaklığına bağlıdır. Her enzim kendine özgü bir pH ve sıcaklıkta optimum aktivite göstermektedir. Buna o enzimin optimum pH ve optimum sıcaklığı denir.
Bazı enzimlerde birden fazla optimum pH derecesi söz konusudur. Ancak genel olarak enzimlerin çoğu hafif asit bölgede en yüksek aktiviteyi gösterirler. Bazı enzimler ise nötr nokta civarında optimum aktiviteye sahiptirler. Genel olarak enzimlerin optimum pH derecesi 4.5-8.0 arasında bulunmaktadır.
Sıcaklık yükseldikçe enzimlerin aktiviteleride artar ve belli bir derecede en yüksek aktiviteye ulaşır. Bu derece o enzimin optimum sıcaklığıdır. Ancak sıcaklık belli bir dereceye ulaştıktan sonra enzim, aktivitesini yitirmeye başlar. Bunun nedeni enzimlerin protein yapısında bulunması ve belli sıcaklıklarda proteinlerin denatüre olmasıdır. Yüksek sıcaklıklarda enzimlerin aktivitelerini kaybetmelerine, enzimlerin ısıl yolla inaktivasyonu denir.
Belli bileşikler enzimleri dönüşsüz (irreversible) olarak bloke ederler ve böylece enzimden beklenen etki sona erer. Bazı bileşikler ise, enzimleri sadece dönüşlü (reversible) olarak engellerler. Dönüşlü engelleme, “kompetitif” veya “kompetitif olmayan” nitelikte olabilir.
Bazı inorganik iyonlar (klorürler) bazı enzimleri aktive etmektedir. Buna karşın başta ağır metal iyonları olmak üzere proteinleri çökelten maddeler, enzimleri kimyasal yolla inaktivite etmektedirler.
Bir enzimin katalize ettiği bir reaksiyon, herhangi bir gıdada kalite açısından olumlu bulunurken, başka bir gıdada olumsuz olarak kabul edilebilir ve bu nedenle istenmeyebilir.
ENZİMLERİN SINIFLANDIRILMASI
Doğada: bitkilerde, hayvanlarda ve mikroorganizmalarda adeta sayısız enzim bulunmaktadır. Bitkisel dokulardaki metabolik olaylarda, yapıları ve fonksiyonları farklı yaklaşık 200 enzimin rol aldığı ileri sürülmektedir.
Uluslararası Biyokimya Birliği Enzim komisyonunca yapılmış olan uluslararası sınıflandırmaya göre enzimler; 1.oksidoredüktazlar, 2. transferazlar, 3. hidrolazlar, 4. Liyazlar, 5.izomerazlar, 6.ligazlar olmak üzere 6 guruba ayrılmıştır. Enzimlerin isimlendirilip sınıflandırılması belli bir sistem içerisinde yapılmaktadır. Buna göre, her enzime dört gurup rakamla gösterilen bir kod numarası verilmiştir. Bu numaraların başında”enzim kodu” ifadesinin kısaltılmış şekli olan”EC” harfleri yer alır. Bunu izleyen her rakam bir nokta ile ayrılmaktadır. İlk rakam enzimlerin yukarıda verilen guruplardan hangisine ait olduğunu, ikinci rakam enzimin etki ettiği donor substratı, üçüncü rakam enzimin kullandığı akseptrör molekülü ve dördüncü rakam ise enzimin sıra numarasını gösterir. Enzimlerin bu şekilde bir kod numarası ile gösterilmeleri yanında, her enzimin sistematik bir ismi de vardır. Örneğin 3.2.1.15 numaralı enzimin sistematik ismi; “poly-(1-4) α–D-galactosiduronate: glycanohydrolese” dır. Bu enzimin pratik ismi endopoligalakturonaz’dır.
Sistematik adlandırma şu şekilde yapılır: Buna göre öncelikle enzimin kullandığı substratlar birbirinden ” : ”işareti kullanılarak ayrılmak suretiyle yazılır. Daha sonra enzimin 6 alt guruptan hangisine ait olduğu bu ifadenin sonuna “-ase” eki getirmek suretiyle belirtilir. Eğer enzimin katalize ettiği özel bir reaksiyon varsa bu parantez içerisinde ayrıca belirtilir. Örneğin; “sacrosine:oxygen oxidoreductase (demethylating)” gibi.
Şunu ayrıca vurgulamak gerekir ki, enzimlerin uluslar arası isimlendirilip-numaralandırma sistematiği zaman içinde değişmekte ve yenilenmektedir. Örneğin 1989 ‘da yapılan değişikle polifenol oksidazlardan “monofenol:monooksigenaz (tyrosinaz)” 1.14.18.1, “difenol oksidaz (kateşol oksidaz, difenol oksijen oksidoredüktaz)” 1.10.3.2, “ laktaz ise 1.10.3.1 kodu ile anılmaya başlanmıştır. Bunlar eski kod numaralarından farklıdır. Bu nedenle çeşitli kaynaklarda bazen aynı enzim farklı kod numaralarıyla gösterilmektedir.
1. Oksidoredüktazlar : Oksidasyon-redüksiyon tepkimelerini sağlayan enzimlerdir. Bunlardan “dehidrazlar” hidrojen transferiyle substratın dehidrogenasyonunu sağlar. Diğer alt gurup “oksidazlar” ise, serbest oksijen yardımıyla substratın oksidasyonunu sağlar. Gıdalarda peroksidaz, katalaz, lipoksigenaz ve polifenol oksidaz önemli oksidoredüktaz gurubu enzimleridir.
Polifen oloksidazlar; polifen oloksidazlar(PPO) bakır içeren oksidoredüktazlardır. Substratları fenolik bileşiklerdir. Substratlarını oksijen eşliğinde esmer renkli bileşiklere oksitlemektedirler. Bu olaya “enzimatik esmerleşme” denilmektedir. Bitkiler aleminde yaygın olarak bulunan Polifenol oksidazlar hayvansal doku ve küf mantarlarında da bulunurlar.
Polifenol oksidaz enzimleri bitkisel dokularda öncelikle inaktif formda sentezlenmekte ve zamanla çeşitli etkenlerle, örneğin dokuda doğal olarak bulunan proteazlar veya etilen gibi birtakım solunum merabolitlerince aktif hale getirilmektedirler. İşte bu nedenle bitkisel dokularda çoğu zaman bu enzimin bir kısmı inaktif formda, birkısmıda inaktif formda bulunmaktadır.
Halen kateşol oksidaz, lakkaz floroglisinol oksidaz olmak üzere üç farklı polifenol oksidaz enzimi tanımlanmıştır. Bu enzimlerin her biri fenolik bileşiklere farklı şekilde etki etmektedirler.
Katoşol oksidaz; Kateşol oksidaz enzimi bitkiler aleminde en yaygın olarak bulunan polifenol oksidaz enzimi olupküf mantarları ve ayrıca hayvansal dokulardada bulunan bir enzimdir. Bu enzim, kateşolaz ve krezolaz olmak üzere başlıca iki aktiviteye sahiptir. Bunlardan kateşolaz aktivitesi o-difenolik bileşiklerin o-kinonlara oksidasyonunu katalize eden ve esmer renkli bileşiklerin oluşumunu başlatan aktivitedir. Nitekim oksidasyon sonucu oluşan o-kinonlar oldukça aktif bileşikler olup, spontan olarak hidroksilasyona uğrayarak trihidroksibenzenleri(THB) oluşturmaktadırlar. Trihidroksibenzenleri’ler ise, yeniden o-kinonlarla etkileşime girerek hidrokinonları oluşturmakta ve bu bileşikler önce kırmızı-kahverengi polimerlere, daha sonrada esmer renkli melaninlere dönüşmektedirler.
Kateşol oksidaz enziminin diğer bir aktiviteside krezolaz aktivitesi olup bu aktivite monofenolik bileşikleri o-difenollere dönüştüren ve adeta kateşolaz aktivitesini besleyen bir hidroksilasyon mekanizmasıdır.
Lakkaz; polifenol oksidaz enzimlerinden lakkaz, bitkiler aleminde kateşol oksidazlar kadar yaygın değildir. Lakkazın asıl kaynağı küf mantarlarıdır. Basidiomyocete üyesi olan her üyenin lakkaz aktivitesi içerdiği bildirilmektedir. Bazı küflerle infekte olmuş meyvelerde lakkaz aktivitesinin artışı bu nedenledir. Özellikle Botriytis cinerea ile enfekte olmuş üzümlerden elde edilmiş üzüm sularında yoğun bir esmerleşme görülmesinin nedeninin, üzümlerde bulunan kateşol oksidaz tarafından okside edilemeyen”2-S-gulutathionilkafterik asit”in belirtilen enfeksiyon sonucu küflerce salgılanan lakkaz tarafından okside edilmesinden kaynaklandığı belirtilmektedir.
Lakkaz enzimini oksidasyon yeteneğinin kateşol oksidazdan daha yüksek olması, onun o-difenolik bileşikler yanında p-difenolleride okside edebilmesinden kaynaklanmaktadır. Ancak lakkaz enziminin krezolaz aktivitesi yoktur.
Diğer taraftan fenolik bileşikleri okside etmesi yanında lakkaz enziminin bazı yan aktiviteleri de mevcuttur. Nitekim bu enzimin, lignini demetilize etme yeteneğinde olduğu ve böylece lignin degragasyonunda rol oynadığı bilinmektedir.
Floroglusinol oksidaz; floroglusinol oksidaz enzimi, o-difenolleri okside etme yeteneği olmayan, fakat sadece floroglusinol ve floroglusinolkarboksilaz asit gibi 1,3,5-trhihidroksibenzen yapısındaki fenolik bileşiklerin oksidasyonunu katalize edebilen bir enzimdir. Ancak bu enzim polifenol oksidaz aktivitesi yanında peroksidaz aktiviteside içermekte ve aynen bir peroksidaz gibide davranabilmektedir.
Polifenol oksidaz enzimleri, substratları olan fenolik bileşiklere karşı seçici davranan bileşiklerdir. Öyleki her polifenol oksidaz enzimi, bir üründe yüzlerce fenol bileşikten ve bunların türevlerinden yalnızca belirli bir guruba karşı diğerlerine göre daha büyük bir reaktivite göstermektedirler. İşte bu davranış, o enzimin “substrat spesifikliği” olarak anılmaktadır. Çeşitli ürünlerde bulunan polifenol oksidaz enzimlerin substrat spesifikliği önemli bir farklılık gösterirken, aynı ürünün farklı çeşitlerinde substrat sipesifikliği büyük bir değişim göstermeyebilir. Buna göre fenol bileşiklerin daha az bulunması durumunda, işlem açısından tercih edilen bir durumdur. Örneğin elmalarda önemli olarak kabul edilen substratlardan klorojenik asit ve kateşinlerin miktarı, bir çeşidin esmerleşmeye duyarlı olup olmadığını belirlemede önemli bir kriter olarak kabul edilmektedir. Ancak esmerleşmenin şiddeti, yalnızca o ürünün fenol bileşik dağılımına bağlı değildir. Özelikle üründeki polifenol oksidaz enziminin aktivite düzeyi ve fenol bileşiklerin toplamı da esmerleşmenin hızı üzerine etkili bulunmaktadır.
Meyvelerin olgunlaşmasına paralel olarak, gerek polifenol oksidaz enzim aktivitesinde, gerekse bunların substratlarının konsantrasyonunda önemli değişimler görülmektedir. Örneğin elmalarda substrat niteliğindeki o-difenol ve kateşol oksidaz aktivitesi düşerken; zeytinlerde o-difenollerin konsantrasyonunda sürekli artış görülmektedir. Zeytinlerin esmerleşme eğilimleri bu nedenledir. Meyvelerde enzimlerle substratların teması yok denecek kadar azdır. Bunun nedeni; enzim ve substratların bitkisel hücrenin farklı kısımlarında bulunmalarındandır. Nitekim polifenol oksidaz enzimlerinin bir kısmı sitoplazmada serbest halde bulunurken, büyük bir kısmı hücrenin kloroplast gibi unsurlarda, membrana bağlı olarak bulunmaktadır. Buna karşılık fenol bileşikleri vakuollerde yoğunlaşmış halde bulunmaktadır. Ancak doku olgunlaşmasının ileri aşamasında hücredeki pektinazların faaliyeti sonucu, doku kontrollü ve sınırlı bir şekilde doğal olarak değişikliğe uğramaktadırlar. Ayrıca hasat ve çeşitli işlemler sonucunda doku bütünlüğü bozulmaktadır. Böylece polifenol oksidaz enzimleri ve kendi substratları olan fenolik bileşiklerle ve hava oksijeniyle bir araya gelmektedirler. Bu nedenle önlemler alınmazsa ürün esmerleşir ve istenilen özelliği bozulur. Bu amaçla en sık vurulan yöntemler ısı uygulaması ve esmerleşmeyi önleyen kimyasalların kullanılmasıdır.
Enzimatik esmerleşmeyi önleyici olarak en etkili kimyasal SO2’dir. Ancak özellikle son yıllarda bu kimyasalın astımatik reaksiyonlara neden olduğunun belirlenmesi üzerine alternatif kimyasalların araştırılması yapılmaktadır.
Peroksidazlar; peroksidazlar polifenol okidaz enzimlerinin dahil olduğu, büyük bir enzim sınıfı olan oksidoredüktazlar gurubundan bir enzim topluluğudur. Yüksek bitkiler, hayvanlar ve mikroorganizmalarda bulunmaktadır. Özellikle bitkiler aleminde çok yaygındır ve gelişmelerinde önemli rollere sahiptir. Bitkisel dokularda kısmen sitoplazmada çözünmüş formda, kısmen de hücre duvarına bağlı olarak çözünmez formda bulunmaktadır.
Peroksidazlar kendi içinde; “Demir içeren peroksidazlar” ve “Flavoprotein perokidazlar” olmak üzere ikiye ayrılmaktadırlar. Meyvelerde söz konusu olan peroksidazlar; “Demir içeren peroksidazlar”dır. Bunlarda; “Ferriprotoporfirin peroksidazlar” ve “Verdoperoksidazlar” olarak iki alt guruba ayrılırlar. Ferriprotoporfirin peroksidazlar, bitkilerde, hayvansal dokularda ve mikroorganizmalarda da bulunur. Bunların prostatik gurubu ferriprotoporfirin lll; yani hematindir. Verdoperoksidazların prostatik gurubu, hematin değil, daha farklı bir demirporfirindir. Verdoperoksidazlar, gıdalarda önemli rolleri bulunan peroksidazlardan birisidir.
Peroksidazlar aşağıda verilen tipteki reaksiyonları katalize ederler:
ROOH + AH2 + ROH + A Bu peroksidatik reaksiyonda;
R : H+,CH3 veya C2H5 olabilir,
AH2: İndirgenmiş formda hidrojen donürü,
A: Oksitlenmiş formda hidrojen donörü,
Bu açıklamaya göre; peroksidaz enzimleri bir hidrojen eşliğinde, peroksitleri parçalayan reaksiyonu katalize ederler. Şu halde temel substrat peroksitlerdir ve başta hidrojen peroksit gelir. Metil veya etil hidrojen peroksitlerde substrat olarak kullanılmaktadır. Diğer taraftan çok sayıda çeşitli bileşikler hidrojen donörü olarak görev alabilmektedir. Bunlar arasında askorbat, fenoller, aminler veya benzer organik bileşikler sayılabilir.
Perosidatif enzimi, bir takım yan aktivitelere sahiptir. Bunlardan en önemlisi H2O2 olmadan da yürütülebilen “oksidatif etki”dir. Ancak bu defa da O2 ve ayrıca Mn++ veya fenol gibi birtakım kofaktörlere ihtiyaç vardır. Perosidatif enzimi, H donörü bulunmayan ortamlarda adeta katalaz enzimi gibi davranarak hidrojen peroksitin su ve oksijene parçalanması reaksiyonunu da katalize edebilmektedir. Bu etki “katalitik etki” olarak adlandırılmaktadır. Bu enzimin bir diğer aktivitesi ise”hidroksilatif etki” şeklidir. Bu etki yoluyla; O2 veya monofenolik bileşiklerden aynen polifenol oksidaz enzimlerinin yaptığı gibi difenolik bileşikler oluşturulmaktadır. Ancak farklı olarak peroksidaz enzimi hidroksilasyon yeteneğini gösterebilmek için bir hidrojen donörüne ihtiyaç duymaktadırlar.
Bu açıklamalara göre peroksidatif enzimler, çok sayıda bileşiği substrat olarak kullanmakta ve bu nedenle de sayısız yan ürün oluşturmaktadırlar. Bu ürünler, meyve ve sebzelerde rengin bozulması, lezzetin değişmesi, besin değeri azalması gibi olumsuzluklara neden olmaktadır. Gerçekten peroksidazların askorbik asidin oksidatif olarak parçalanmasına, karatenoidlerin ve betaninin ağarmasına, antosiyaninlerin ve klorifilin parçalanmasına neden olduğu saptanmıştır.
Katalaz enzimi; katalaz enzimi, peroksidaz enzimi gibi hidrojen peroksidaz enzimi kullanan bir enzimdir. Katalaz, hidrojen peroksidin, su ve moleküler oksijene parçalanmasını katalize eden enzimdir. 2H2O2 Katalaz 2H2O + O2
Bitkiler, hayvanlar ve mikroorganizmalarda yaygın olarak bulunan katalaz, ısıya peoksidazdan daha az dirençlidir. Katalazın bitkilerdeki başlıca fonksiyonu; oksidadif metabolizma reaksiyonlarında oluşan H2O2’in fazlasını parçalamaktır.
Lipoksigenazlar; lipoksigenaz enzimi, pektinaz, proteaz ve lipaz gibi enzimlere göre öncelikle sebzelerde ve meyvelerde çok önemli olan bir enzimdir. Bu enzim, daha önce baklagillerde olduğu sanılırken, artık bitkiler ve hayvanlar aleminde de oldukça yaygın olduğu saptanmıştır. Ancak birçok meyve ve sebzede bulunup bulunmadığı ve ne gibi olumsuzluklara neden olduğu henüz anlaşılmamıştır.
Lipoksigenez enziminin substratları, özellikle linoleik, linolenik ve araşidonik yağ asitleri gibi çoğu doymamış yağ asitleridir. Ayrıca doymamış yağ asitlerinin yağ sitleri ile bazı trigliseritleri de substrat olarak kullanmaktadır.
2. Transferazlar: Radikallerin veya foksiyonel gurupların transfer tepkimelerini sağlayan enzimlerdir. Trasferazların alt gurubunda monokarbonlu gurupların transferini sağlayanlara örnek formiltrasferaz, metiltrasferaz’dır. Diğer transferaz alt guruplarından; “transamilazlar” amin gurubunun(-NH2), “transamidazlar”amid gurubunun(NH=CH-NH2), “transfosforilazlar” fosforil gurubunun transferini sağlarken, “transasilazlar” asilasyon tepkimelerinde rol oynamaktadırlar.
Transfosforilazlar; tansfosforilazlar enzimlerin önemli bir gurubunu oluştururlar, fosfat ve pirofosfat kökünün bir molekülünden başka bir moleküle aktarılmasını katalizlerler. Fosfat grubu genellikle adenozin trifosfat’tan aktarılır. Bu madde organlarda serbest halde bulunduğu gibi bazı enzimlerin koenzimlerinde de bulunur. Bunu taşıyan enzimlere kinazlar denir ve etil alkol fermantasyonunda önem taşımaktadırlar.
Transamilazlar; Başlıca privuvik asit olmak üzere keto asitlerle glutamik asit arasında, amonyağı serbest kılmaksızın, aminsizleşme ve amileşmeyi sağlarlar. Bu şekilde amino asitlerden keto asit, keto asitten amino asit meydana gelir. Trasaminazların koenzimleri piridoksal fosfattır.
Transasilazlar; transasilazlar bir verici molekülden bir alıcı moleküle bir açil gurubu aktarırlar. Örneğin, koenzim A( KoA-SH olarak kısaltılır) asetil grubunun aktarılmasını katalizler:
Asetil-X + KoA-SH Asetil-S-KoA + XH
Asetil-S + KOA-YH Asetil-Y-KoA + SH
Trasmetilazlar; metil gurubu aktarırlar.
3. Hidrolazlar: Substratın yapısına göre; ester, eter, peptid vd. bağlarda hidrolitik parçalanmayı katalize ederler. Bu gurupta karbonhidrazlar, esterazlar, protidazlar ve amidazlar olmak üzere değişik alt guruba ayrılmaktadırlar. Örneğin pektinazlardan poligalakturonaz bu guruplarda yer almaktadır.
Peptidazlar; bu enzimler proteinlerin proteinazlara bölünme ürünleri olan polipeptitlerin, serbest amino veya karboksil guruplarına bitişik peptit bağlarına etki ederler, serbest amino asitlere ayırırlar.
Karbonhidrazlar; bu enzimler basit glikozitlerin, oligosakkaritlerin ve polisakkaritlerin glikozid bağlarını etkiler. Glikozidaz ve poliaz veya polsakkaridaz olarak ayrılırlar. Birinci gurupta glikozidaz ve invertaz, ikinci gurupta amilazlar bulunur.
Esterazlar; Bu enzimler doğal enzimler üzerine etki ederler. Esterazlardan lipaz’lar yağların gliserin ve yağ asitlerine bölünmesini, fosfotaz’lar fosforik asit esterlerinin ve sülfataz’lar sülfürik asit esterlerinin bölünmesini katalizlerler.
Amidazlar; Bu enzimler peptidbağlarından başka C/N bağlarını ayıran üreaz ve arginaz gibi enzimlerdir. Üreaz üreyi karbondioksit ve amonyağa hidrolizler.
4. Liyazlar: Substrattan bazı gurupları hidrolitik olmayan mekanizmalarla ayıran enzimlerdir. Örnegin dekarboksilazlar(CO2’in ayrılması), dehidrazlar(H2O’nun ayrılması) gibi enzimler, bu guruba dahildirler. Pektatliyaz veya pektinliyaz gibi bazı pektinazlar bu guruba giren diğer önemli enzimlerdir.
Pektinazlar; pektik bileşikleri parçalayan enzimlerin tümüne pektinazlar denir. Birbirinden çok farklı nitelikte pektik bileşikleri olduğu gibi, bunları substrat olarak kullanan çok değişik nitelikte enzimlerde vardır. Bu nedenle bazı terminolojik karışıklıklar ortaya çıkmaktadır. Ancak pektolitik enzimler, pektik bileşikleri zincirinde, hücum ettiği yerin farkı bakımından önce iki ana guruba ayrılılar. Bunlardan birisi, pektik madde zincirindeki ester guruplarını zincirden ayıran enzimlerdir. Bunlara pektinesterazlar veya pektinmetilesteraz denir.
Pektik maddelere etki eden ikinci gurup enzimler, zinciri değişik yerlerinden kırarak onları küçültürler. Bunlara depolimerazlar denir. Pektikdepolimerazlar, pektin zincirinde etki ettiği noktalara, etki mekanizmasına ve öncelikle etki ettiği pektik bileşik tipine göre, çeşitli isimlerle anılmaktadırlar. Buna göre işleme teknoloji açısından bazı önemli pektik bileşikler; pektinesterazlar, pektin liyazlar, pektat liyazlar ve poligalakturonazlar’dır.
Pektinesterazlar; pektinesterazlar(PE veya PME) pektin zincirindeki esterleşmiş karboksil guruplarındaki metoksil guruplarını ayırarak, pektinin esterleşme derecesini düşürür. Yani; “yüksek metoksil pektini” “düşük metoksil pektine” dönüştürürler. Reaksiyon daha ileri dereceye ulaşınca, zincirdeki metoksil gurupları adeta temizlenerek pektin, poligalkturonik aside dönüşür. Böylece karboksil gurupları ortaya çıkarken metoksil guruplarından metil alkol meydana gelir.
Pektin liyazlar; Bu enzimler(PL veya PTE) yüksek düzeyde esterleşmiş pektin zincirindeki α-1,4 bağlarını hidrolitik olmayan biçimde ve zincirin gelişigüzel yerlerinden parçalayarak, küçük kısımlara ayırırlar. Bu parçalanma sırasında her parçalanan glikozidik bağ için bir çift bağ oluşur. Bu enzimler daha çok küf mantarları tarafından salgılanır.
Pektat liyazlar; pektat liyazlar(PAL) aynen pektin liyazlar gibi depolimerizasyon yapan enzimlerdir. Ancak bunlar pektin liyazların aksine, metoksil gurupları ileri düzeyde hidrolize olmuş pektini veya metoksil gurupları tamamen hidrolize olmuş pektini parçalarlar. Parçalanma yine hidrolitik değildir ve gelişigüzel noktalarda gerçekleşir. Parçalanma yine hidrolitik değildir ve gelişi güzel noktalarda gerçekleşir. Parçalanma sonunda yine çift bağ oluşur.
Poligalakturonazlar; poligalakturonazların(PG) substratları, pektik asit yani; hiç metoksil gurubu içermeyen pektik zincirler(poligalakturonik asit) veya çok düşük düzeyde esterleşmiş pektik zincirler(pektinik asit)’dir. Poligalakturonazların, “ endo-PG ve ekso-PG” olmak üzere iki tipi vardır. Endo tipleri zincirin içindeki glikozidik bağları, ekzo tipleri ise zicir ucundan başlayarak glikozidik bağları tek tek ve içeri doğru hidrolitik olarak parçalarlar ve bu nedenle her ikisinde de çift bağ oluşmaz.
Bilindiği gibi bitkisel hücrelerde pektin sentezlendikten sonra, protopektin denen bir forma dönüşür. Protopektin, hücreleri bir arada tutan bağ maddesi görevini yüklenir ve dokuya sertlik verir. Aslında bir pektin maddesi olan protopektin molekülleri, ana ve yan valenslerle ve ayrıca mekanik olarak dokuya öğle bağlıdır ki, su ile ekstrede edilemezler. Ancak dokudaki doğal pektinazlarla “çözünmüş pektin ve hemiselülüza” parçalanırlar. Parçalanma yine doğal pektinazlarla devam edip daha ileri düzeye ulaşır ve pektin zinciri küçük zincirlere bölünür. Bunun sonucu doku gevşer; meyveler yumuşar ve olgunlaşır. Daha ileri düzeyde ise iyice yumuşayıp meyveler dağılır.
Meyvelerde ve bunlardan elde edilen ürünlerin pektik bileşikleri üzerine sadece kendi doğal enzimleri etki etmemektedir. Bu ürünlerin özellikle küfler tarafından enfeksiyonu sonucu nasıl yumuşayıp dağıldığı bilinmektedir. Bu duruma öncelikle Mucoraceous küf mantarlarının ve özellikle Rhizopus türlerinin rol oynadığı belirtilmektedir.
5.İzomerazlar: Bu enzimler substratların izomerizasyonunu katalize eden enzimlerdir. İzomerazlar etki ettikleri substratlara göre farklı isimler almaktadırlar. Örneğin, aldoz-ketoz dönüşümünü katelize edenler; “ketol-izomerazlar” adını alırken, bir gurubun diğerine dönüşümünü katalize edenler “ mutaz” adını almaktadırlar. Aynı şekilde asimetrik gurupların dönüşümünü katlize edenlere; “rasemelazlar” veya “epimerazlar” adı verilmektedir.
İzomerazlar, molekül içi değişimleri katalizlerler. Örneğin, heksozfosfat izomeraz, alkollü mayalanma ve karbonhidrat metabolizmasında görüleceği gibi şu iç dönüşmeyi katelizler:
Glikoz–6 fosfat Früktoz–6 fosfat
6.Ligazlar: Daha büyük bir molekülün oluşması için, metabolitin bağlanmasını katalize eden enzimlerdir.
Şarap Teknolojisinde Önemli Enzimler
Üzümlerin doğal enzimleri, bunların gelişmesini ve şarap üretimi her aşamasında rol oynamaktadırlar. Örneğin doğal pektinaz enzimleri, hücre duvarlarında bulunan suda çözünmeyen pektini, çözünebilir pektine parçalayarak onların olgunlaşma aşamasında yumuşamalarını sağlamaktadırlar. Doğal enzimler, üretim aşamasında görevine devam ederek bazen istenen, bazen de istenmeyen değişikliklere neden olurlar. Örneğin şarap üretiminde mayşenin 2-3 saat kendi halinde bırakılmasının daha sonra şarapta beğenilen bir buke oluşmasına neden olduğu, uzun süre bırakılınca aromanın kötüleştiği belirlenmiştir. Bu hususta doğal oksidasyon enzimlerinin rol oynadığı, bu enzimlerin sadece fenolik maddelere değil, uçucu bileşiklere de etki ettiği ileri sürülmektedir. Bu arada aldehit miktarının artığı, buna karşın yüksek yağ asitleri etil ester miktarı ile yüksek alkollerin asetik asit esterlerinin miktarının düştüğü saptanmıştır. Bu reaksiyonlarının spesifik olmayan esterazlar tarafından katelize edildiği ileri sürülmektedir.
Doğal enzimlerden şarap teknolojisinde en önemli enzimlerden bir tanesi de polifenol oksidaz enzimleridir. Parçalama ve ezme gibi işlemler veya başka bir etki sonucu mayşe ve şırada rengin hızla esmerleşip kararması bu enzimlerin istenmeyen etkilerinin sonucudur. Şarap üretiminde sadece doğal enzimler rol oynamamaktadır. Üretim aşamalarına göre bazı ticari enzimlerde kullanılmaktadır. Aşağıda şarap üretiminde önemli olan bazı enzimlere değinilmiştir.