Aşağıda bir enzim reaksiyonunun hızı üzerinde farklı faktörlerin etkilerini gösteren bir deney düzenleği verilmiştir.
Deney: $100$ mL hidrojen peroksit ($H_2O_2$) çözeltisi bulunan üç ayrı kaba;
- I. kaba $20 \ °C$ sıcaklıkta $5$ gram bütün karaciğer,
- II. kaba $20 \ °C$ sıcaklıkta $5$ gram ezilmiş karaciğer,
- III. kaba $40 \ °C$ sıcaklıkta $5$ gram ezilmiş karaciğer ekleniyor.
Bu deneyde gözlemlenen tepkime hızları arasındaki ilişkiyle ilgili aşağıdakilerden hangisi
doğrudur? (Karaciğerde bulunan katalaz enzimi $H_2O_2$'yi parçalar.)
A) I > II > III
B) II > I > III
C) III > II > I
D) II > III > I
E) I = II = III
Merhaba sevgili öğrenciler, bu soruda enzimlerin çalışma hızını etkileyen faktörleri bir deney düzeneği üzerinden inceleyeceğiz. Enzim reaksiyon hızlarını karşılaştırırken hangi faktörlerin etkili olduğunu adım adım düşünelim.
- Öncelikle, deneyde kullanılan karaciğerde bulunan katalaz enzimi, hidrojen peroksiti ($H_2O_2$) parçalayarak su ($H_2O$) ve oksijen gazı ($O_2$) oluşturur. Oluşan oksijen gazı kabarcıklar halinde gözlemlenir ve bu kabarcıkların çıkış hızı, tepkime hızını gösterir.
- Enzimlerin çalışma hızını etkileyen temel faktörler arasında sıcaklık ve substrat yüzey alanı (veya enzim-substrat temas yüzeyi) bulunur.
Şimdi her bir kabın koşullarını ve bu koşulların tepkime hızına etkisini inceleyelim:
- I. Kap:
- Sıcaklık: $20 \ °C$
- Karaciğer durumu: $5$ gram bütün
- Bu kapta karaciğer bütün olduğu için enzimlerin substrat olan $H_2O_2$ ile temas edebileceği yüzey alanı düşüktür. Bu durum, tepkime hızını sınırlayıcı bir faktördür.
- II. Kap:
- Sıcaklık: $20 \ °C$
- Karaciğer durumu: $5$ gram ezilmiş
- I. kap ile II. kabı karşılaştırdığımızda, sıcaklık ve enzim miktarı (karaciğer miktarı) aynıdır. Ancak II. kapta karaciğer ezildiği için enzimlerin $H_2O_2$ ile temas edebileceği yüzey alanı önemli ölçüde artmıştır. Yüzey alanı arttıkça enzim-substrat etkileşimi artar ve tepkime hızı yükselir. Bu nedenle, II. kaptaki tepkime hızı I. kaptakinden daha hızlıdır ($II > I$).
- III. Kap:
- Sıcaklık: $40 \ °C$
- Karaciğer durumu: $5$ gram ezilmiş
- II. kap ile III. kabı karşılaştırdığımızda, karaciğerin ezilmiş olması (yani yüzey alanı) ve enzim miktarı aynıdır. Farklı olan tek faktör sıcaklıktır. II. kap $20 \ °C$ iken, III. kap $40 \ °C$'dir. Enzimler belirli bir optimum sıcaklıkta en verimli çalışır. Genellikle $20 \ °C$'den $40 \ °C$'ye çıkarılan sıcaklık, enzim aktivitesini artırır (denatürasyon sıcaklığına ulaşılmadığı sürece). Katalaz enzimi için $40 \ °C$, $20 \ °C$'den daha uygun bir sıcaklıktır ve tepkime hızını artırır. Bu nedenle, III. kaptaki tepkime hızı II. kaptakinden daha hızlıdır ($III > II$).
Yukarıdaki karşılaştırmaları birleştirdiğimizde, tepkime hızları arasındaki ilişki şu şekilde sıralanır:
- III. kap (yüksek sıcaklık ve yüksek yüzey alanı) en hızlıdır.
- II. kap (düşük sıcaklık ama yüksek yüzey alanı) ikinci sıradadır.
- I. kap (düşük sıcaklık ve düşük yüzey alanı) en yavaştır.
Bu durumda doğru sıralama $III > II > I$ şeklindedir.
Cevap C seçeneğidir.
