Enzimlerin Olağanüstü Hızları

Eğer enzimler olmasaydı, tek bir kimyasal reaksiyonun gerçekleşmesine ömrünüz yetmeyebilirdi. Yıllar içinde gerçekleşebilecek olan reaksiyonlar, enzimler tarafından öylesine hızlandırılır ki, saatler veya dakikalar değil; milisaniyeler söz konusudur. Öyle ki, enzimler bir reaksiyonu 10 üzeri 14 kere hızlandırabilirler. Bu sayı, 10 sayısının yanına 14 sıfır getirildiğinde oluşan sayıdır. Böylesine bir sürat olmasaydı 5 saniyelik bir süreç, örneğin bir cümlenin okunması, ancak 1500 yıl sürerdi.

 

Eğer enzimler olmasaydı, hücrenin saniyeler içinde yaptığı işler binlerce yıldan fazla sürecek, daha açık bir deyişle yaşam mümkün olmayacaktı. Onlar, bir canlı bedeninin hayatta kalabilmesi için gerçekleşmesi gereken sayısız reaksiyonu olağanüstü şekilde hızlandırmakla görevlendirilmişlerdir. 

Böyle bir hızı elde edebilmek için enzim ne yapar? Daha önce belirttiğimiz gibi enzimler, reaksiyonun gerçekleşmesi için gereken aktivasyon enerjisini azaltırlar. Peki bu aktivasyon enerjisi tam olarak nedir? Bunu şu şekilde açıklayabiliriz: Karbonun enerji bakımından etkileşeceği en uygun molekül normal şartlarda karbon dioksittir. Bunlar aynı ortamda bulunduklarında birbirlerini etkileyerek tutuşturup yakacak bir etkiye sahiptir. Ancak bir canlı bedeni tüm bunlara sahip olmasına rağmen hiçbir zaman bir anda tutuşup bir kül yığını haline gelmez. Elinizde tuttuğunuz kitap da karbondan oluşmasına ve karbon dioksitle sürekli muhatap olmasına rağmen hiçbir zaman aniden alevler içinde kalmaz. Bunun nedeni canlı organizmalardaki ve kitaptaki moleküllerin kararlı yapıda olmaları ve dışarıdan yeni bir enerji girişi olmadan söz konusu kararlı yapılarını bozmamaları, yani aniden tutuşup alev almamalarıdır. Dışarıdan gelecek olan yeni enerji, söz konusu kararlı yapıyı bozacak bir "aktivasyon enerjisidir". Burada söz konusu kararlı yapının bozulması yani "kitabın yanması" için gereken aktivasyon enerjisi bir kibrittir. Hücrenin içindeki sulu solüsyon içindeki moleküller için ise bu enerji, etraftaki moleküllerle rastgele çarpışmaları sonucunda açığa çıkan enerjidir. Enzimler, söz konusu çarpışma sırasında ortaya çıkan bu büyük enerjiyi azaltmakla görevlidirler. 

 

Biyokimyacıların enzimlerin hızlarını ölçmek için kullandıkları en önemli teknik, bir enzimin bir saniye içinde reaksiyona soktuğu substratların sayısını hesaplamaktır. Buna enzimin devir sayısı denir. Bu sayı her enzim için değişim gösterir. Pek çok enzimin devir sayısı, onlar ya da yüzlerle ifade edilir. Ancak bazı enzimlerin devir sayıları binlerle ifade edilmektedir. Buna verilebilecek örnek karbonik anhidrazdır. Dokular tarafından üretilen karbon dioksitin neredeyse yarısı, akciğerlere erimiş halde kan dolaşımı ile taşınır. Sıvı ortamdaki karbon dioksit solüsyon oranı, bu işlem için oldukça ağırdır ve bu nedenle karbonik anhidraz bu işlemi katalize ederek 10 milyon kere hızlandırır. Bir saniye içinde 600.000 su molekülünü ve aynı sayıdaki karbon dioksit molekülünü reaksiyona sokar. Yani enzimin her bir reaksiyona girdiği süre 2 mikrosaniyedir. Bu gerçekten de hayret verici bir süredir. Bunu şu şekilde de açıklayabiliriz. Eğer bir saniyeyi bütün bir seneye yayacak olursanız, bir mikrosaniye ancak bir içecek reklamı kadar olacaktır.

 

Bir molekülün parçalanması, bir atığın yok edilmesi veya bir besinin ayrıştırılması, Allah'ın dilemesiyle saniyeler içinde hiç durmadan hareket eden enzimlerin başarısıdır. İlerleyen satırlarda göreceğimiz gibi, sindirim sistemindeki yiyeceklerin sindirilmesi de, özel sindirim enzimlerinin çalışmaları ile mümkün olabilmektedir. Sindirim işlemi besinin tipine göre insan bedeninde yaklaşık olarak 3 ila 6 saat sürmektedir. Ancak eğer enzimler olmasaydı, yediğimiz tek bir öğünün sindirilmesi 30 yıldan fazla sürecekti. Bunu şu şekilde de açıklayabiliriz: Sindirimin en önemli elemanlarından pepsin enziminin sadece 30 gramı, 2 ton ağırlığındaki yumurta beyazını sindirebilmektedir.

Bu gerçekten büyük bir hızdır. Enzimler olmasa, yediğimiz tek bir yumurtanın sindirilmesi yıllar alacaktı. Yine enzimler olmasaydı, 5 saniyelik bir reaksiyonun süresi 1.585 yıla kadar uzayabilirdi. Örneğin sadece bu sayfayı okumak için 115.000 yıla ihtiyacınız olacaktı.

 

Evrimci Carl Sagan, enzimlerin bu üstün hızlandırma özellikleri ile ilgili olarak şu açıklamayı yapmıştır: 

Bir canlı hücresi, çok detaylı ve kompleks bir mimari harikasıdır. Mikroskop altında bakıldığında çılgınca bir hareketliliğin görüntüsü ile karşılaşırız. Daha derinlerde ise, moleküllerin olağanüstü hızlarda sentezlendikleri biliniyor. Neredeyse her enzim, her saniye 100'den fazla molekül sentezlemektedir. On dakika içinde bir bakteri hücresinin toplam hacminin çok büyük bir bölümü sentezlenmektedir. Basit bir hücre içindeki bilgi miktarı yaklaşık 10 üzeri 12 bit olarak tahmin edilmektedir. Bu sayı, yaklaşık yüz milyon sayfalık Britannica ansiklopedisine benzer bir büyüklüktür.

 

Buradan da anlaşılabileceği gibi, yaklaşık yüz milyon sayfalık Britannica ansiklopedisinden çok daha fazla bilgiye sahip tek bir hücre, Allah'ın izni ve denetimi ile 10 dakika içinde üretilmektedir. Burada söz konusu üretime vesile kılınanlar ise, Allah'ın kusursuz şekilde yarattığı enzimlerdir. 

Her enzimin reaksiyonları hızlandırma oranı farklıdır. Tek bir cümle ile verdiğimiz bu bilgi aslında çok büyük bir mucizedir. Vücutta bazı reaksiyonların daha hızlı gerçekleşmesi gerekir. Bazıları ise temkinlidir. Örneğin bazı reaksiyonlar, katalizörlerin yardımı ile 1 saniye kadar sürüyor olabilir. Katalizörün yani enzimlerin olmaması durumunda bu reaksiyonun gerçekleşme hızı 108 saniye olacaktır. Bu süre, yaklaşık olarak 3 yıldır. Ancak öyle reaksiyonlar vardır ki, enzim varken dengeye ulaşması 10 dakika kadar sürebilir. Bu, enzimler dünyasında oldukça ağır işleyen bir reaksiyondur ve katalizörün olmaması durumunda bu reaksiyonun dengeye ulaşabilmesi 109 dakika sürecektir. Bu sayı ise, bize 2000 seneyi verecektir.

Hızlı işlemesi gereken reaksiyonlar için gereken hız, enzim dünyasına göre ağır işlemesi gereken reaksiyonlar için büyük bir yıkım olabilir. DNA'yı kopyalayan enzimin daha hızlı hareket etmemesi gerekirken, vücuttaki zehirli maddeleri parçalayan enzimlerin de yavaşlamaması gerekmektedir. Örneğin bazı enzimler tepkimelerinde yan ürün olarak hidrojen peroksit açığa çıkarırlar ve bilindiği gibi hidrojen peroksit yakıcı bir maddedir. İnsan bedenindeki tüm organları eritip yok edebilme gücüne sahiptir. Böylesine tehlikeli bir maddenin hücrenin bir ürünü olarak ortaya çıkması hem şaşırtıcı bir durumdur, hem de oldukça tehlikelidir. Dolayısıyla vücut dokularına zarar vermeden ortadan kaldırılması gerekir. Bunun için bedenin içinde alınmış önemli bir önlem vardır. Hidrojen peroksiti üreten enzimlerin içlerinde peroksizom adı verilen özel organeller bulunmaktadır. Bu organellerin içinde büyük miktarda katalaz enzimi bulunur. Katalaz enziminin görevi ise, hidrojen peroksit vücut dokularına dağılmadan önce onu parçalamaktır.

 

 Bu enzim, bir dakikada 5.000.000 hidrojen peroksit molekülünü parçalayarak su ve oksijene dönüştürebilir. Ve bunun için gerekli olan aktivasyon enerjisi molekül başına 18.000 kaloridir. Eğer katalaz enzimi bu işi üstlenmeseydi ve demir atomunun yalnız başına bu görevi gerçekleştirmesi gerekseydi, tek bir hidrojen peroksit molekülü yaklaşık 300 yılda parçalanabilirdi.39 5 milyon hidrojen peroksit molekülünün parçalanması için ise 5.000.000 x 18.000 = 90.000.000.000 kalorilik bir aktivasyon enerjisine ihtiyaç duyulacaktı. Yeryüzündeki tüm canlıların tükettikleri besin ve ürettikleri enerji bile bu miktarı karşılamaya yetmeyecekti.

 

Duane T. Gish katalaz enziminin önemini ve tesadüfen ortaya çıkmasının imkansızlığını şu sözlerle açıklamıştır: 

Yaşamın olmadığı bir ortamda hiçbir seleksiyon olamaz. Örneğin, canlı hücreler için oldukça zehirli olan hidrojen peroksit, hücresel aktivitelerin metabolik bir ürünüdür. Bu nedenle, hidrojen peroksitin yıkımını katalize eden oldukça önemli bir enzime sahibiz. Bu enzim, yani katalaz, bir dakika içinde birkaç milyarı bulan bir devir sayısına sahiptir. Hidrojen peroksitin yüksek derecede zehir ihtiva etmesi nedeniyle, bu zehirin ayrıştırılması için hücrelerimizin oldukça etkili bir enzime ihtiyaçları vardır. Bu enzim olmadan hayatta kalabilmemiz kesinlikle mümkün değildir.

 

Enzimler, reaksiyonları çok fazla hızlandırabildikleri için bizim için önemlidirler. Peki ama ya enzimler bu derece hızlı olmasaydı ne olurdu? Olmamaları durumunda 10.000 yılda gerçekleşebilecek olan bir reaksiyonu, örneğin 100 senede gerçekleşecek hale getirselerdi, bu bizim için yeterli olur muydu? Bunu 100 değil 10 yılda gerçekleştirmiş olsalar, yine bir faydaları dokunur muydu? Yılları, ayları saatleri bir kenara bırakalım, tek bir reaksiyon sadece 10 dakika sürseydi yaşamımıza devam edebilir miydik? Değil 10 dakika, kendi kataliz sürelerinde meydana gelebilecek milisaniyelik bir aksama bile, söz konusu fonksiyonu devre dışı bırakmaya yetecektir. Örneğin katalaz enziminin DNA polimeraz enzimi hızında hareket etmesi, açığa çıkan tüm hidrojen peroksit moleküllerinin hücrelere yayılmasına ve dolayısıyla hücrelerin ölümüne sebep olacaktır. 

 

Enzimlerin olmaları ve olmamaları durumunda meydana gelen olağanüstü süre farkı, bu muhteşem proteinlerin ne kadar büyük bir iş yaptıklarını açıkça göstermektedir. Bu olayda tesadüf kavramına geçit vermeyen bir olağanüstülük vardır. Hatta böylesine kompleks bir sistemi, bilinç sahibi olarak bir insanın tasarlayıp gerçekleştirmesi dahi mümkün değildir. 

Burada düşünülmesi gereken çok önemli bir detay daha vardır: Her bir enzim, farklı hızlandırma gücüne nasıl sahip olur? Enzimler her reaksiyonun farklı hızda gerçekleşmesi gerektiğini nereden bilirler? Enzimlerin kendi kendilerine, bir reaksiyonun ne işe yaradığını bilerek onu ne kadar hızlandırmaları gerektiğini hesaplamaları, buna göre bir oran belirlemeleri ve bunu diğer enzimlere haber verebilmeleri mümkün değildir. Tüm bu özellikleri tesadüfen kazanabilmeleri de imkansızdır. Tesadüfler, bilinçsiz, rastgele etkilerle meydana gelen olaylardır ve hücre gibi kompleks bir organelin içinde tesadüfi bir etki, tüm organelin işleyişinin durmasına ve hücrenin ölümüne sebep olacaktır. Dolayısıyla, hücre içindeki sistemler, tıpkı söz konusu enzim sisteminin işleyişi gibi kontrollüdür ve bu kontrol hücreye veya onun içindeki organellere ait değildir. 

Şuursuz atomların oluşturduğu mikroskobik bir sistemde gerçekleşen şuurlu işlemlerin tek bir açıklaması vardır. Bunların tümü, eğer gerçek anlamda ne yapmaları gerektiğini biliyorlarsa, yaptıkları işlerde hiç hata yapmıyorlarsa, bu mükemmelliği nesiller boyunca her insanda sürekli olarak devam ettiriyorlarsa, bu durumda kendilerinde tecelli eden aklı ve kusursuzluğu sergiliyorlar demektir. Bu aklın ve kusursuzluğun onları yaratan Allah'a ait olduğu açıktır. Allah, enzimlerin insan bedeninde mükemmel şekilde görevlerini sürdürmelerini, her birinin farklı hızlarda çeşitli moleküllerle çalışmalarını ve bir insanı yaşatabilmek için kesintisiz hareket etmelerini dilediği için, bu moleküller şuur gerektiren işlemleri başarıyla gerçekleştirebilmektedirler. Enzimler, yeryüzündeki tüm varlıkları, insanı, onun yaşadığı evreni, kısacası var olan her şeyi tek bir emriyle yaratan Allah'ın birer nimetidirler. Allah, yaratma sanatını yeryüzündeki mükemmelliklerle ve ayetleriyle insanlara tanıtır. Rabbimiz'in ayetlerinden biri şöyledir: 


 

Allah O'dur ki, gökleri dayanak olmaksızın yükseltti; onları görmektesiniz. Sonra arşa istiva etti ve Güneş ile Ay'a boyun eğdirdi, her biri adı konulmuş bir süreye kadar akıp gitmektedirler. Her işi evirip düzenler, ayetleri birer birer açıklar. Umulur ki, Rabbinize kavuşacağınıza kesin bilgiyle inanırsınız. (Ra'd Suresi, 2)

Etiketler: