Biyokimyâsal reaksiyonları katalizleyen, protein yapısındaki katalizör maddeler. Ferment olarak da bilinirler.
Enzimler, canlı hücrelerce genlerin kontrolünde meydana getirilirler. Enzimlerin yokluğunda, birçok canlının hayatiyeti için önemli olan reaksiyonlar, bâzan hızı ölçülemeyecek kadar yavaş seyreder. Enzimlerin varlığı, reaksiyonların hızını milyarlarca kere arttırabilir. Enzimler reaksiyonların dengesini bozmaz. Sâdece hızına tesir eder. Yaşayan her canlı hücre, bağımsız olsun veya bir dokunun parçası olsun, varlığı ve üremesi için gerekli yüzlerce çeşit enzim ihtiva eder. Bâzı enzimler hücre içindeki alt yapılarda üretilip, hücre içinde vazife görürken, bâzıları da hücreden vücut sıvılarına ve boşluklarına (kan, sindirim sistemi gibi) salgılanırlar.

Her enzim çok özel kimyâsal reaksiyonları katalizlemek üzere vücuttaki hücreler tarafından yapılmaktadır. Enzimlerin hormon denilen biyokimyâsal maddelerce kontrolü ve kendilerine verilen bu çok özel görevler organizmanın işleyişinde birinci sırada önemi hâizdir.

Târihçesi: Enzimler ilk olarak 19. yüzyılın başlarında, Fransız ve Alman kimyâcılar tarafından tanımlanmıştır. Bu araştırmacılar daha çok şekerin mayalanması üzerinde çalışmışlardır. 1860’ta Pasteur mayalanmanın maya hücresi tarafından yapıldığını ileri sürdü. Enzimlerin protein tabiatında olduğu 1930’larda gösterildi. Daha sonraları çeşitli enzimler kristal şeklinde elde edilip tanımlandı. 1960’larda enzimlerin yapıları, amino asit dizileri tâyin edilmeye başlandı. Biyokimyâsal genetik alanındaki araştırmaların çoğu enzimlerin yapımı ve genetik kontrolünü incelemektedir.

Yapısı: Enzimler büyük proteinlerdir. Bu protein zincirleri çeşitli bükülme ve düğümlenmeler yaparak vazife görebilecekleri şekillere girerler. Meydana gelen üç buutlu karışık yapı, çok hassastır. Zincirin hiçbir kimyâsal bağı rastgele değildir. Bir enzimin bu özel yapısı (düğümlü ve kıvrımlı) kuvvetli asit ve alkalitlerle, sıcakla bozulabilir. 55 oC’nin üzerinde enzimler, genellikle çalışamazlar (yâni bu sıcaklıkların üzerinde pıhtılaşarak hayâtiyetlerini kaybederler). Yapının bozulması ile protein çözülür ve enzim vazife görme kâbiliyetini kaybeder.
Enzimin karmaşık yapısı üzerinde anahtar bölgeler mevcuttur. Bu bölgelere aktif vazife gören bölge denir. Enzimin reaksiyona soktuğu maddeye, “substrat” denir. Katalizin meydana gelmesi için, substratın anahtar bölgeye uyan kısmının buraya yerleşmesi gerekir. Bu yerleşme için substrat molekülü ve anahtar bölge arasında molekül seviyesinde âdeta bir kilit ve anahtar gibi uyum şarttır. Bu uyumun sağlanmasında moleküllerin elektrostatik yükleri, suda çözünebilme özellikleri önemlidir.

Enzimler tek bir protein zincirinden veya bir kaç zincirin birleşmesinden meydana gelir. Enzimler protein olmakla birlikte birçoğu protein olmayan, fakat kataliz için gerekli yapıları ihtivâ ederler. Bu durumda enzimin protein kısmına apoenzim, diğer kısmına ise koenzim denir. Koenzim; bâzan demir, bakır, mağnezyum, çinko gibi bir metal iyonu, bâzan da amino asit olmayan organik bir maddedir. Organik koenzimler olarak bilinen maddeler, yapılarında vitaminleri veya mikroorganizmalar için büyüme faktörü olan maddeleri ihtivâ ederler. NAD,FAD ve bâzı Bvitamini kompleksleri böyledir.

Enzimlerin yaptığı işin en önemli hususiyeti çok özel olmasıdır. Bunu enzim proteininin sâhib olduğu zincirin bükülme, düğümlenmelerinden meydana gelen üç buutlu yapısı sağlar. Burada özel kelimesi ile kast edilen enzimin sâdece tek bir kimyâsal reaksiyonu katalizlemek üzere yapılmış olmasıdır. Yâni her enzim türü belli bir reaksiyonu yönetir. Enzimlerin bu hallerine “spesifik özellik” denir.

Enzim ve substrat arasındaki bu hassas ilişkinin sağlanması için, enzimin substratını, benzer yapıdaki diğer maddeler arasından seçebilme kabiliyetinin olması gerekir. Yâni enzimler kendi substratlarını çok iyi tanırlar ve bu tanıma işi oldukça hassastır. Meselâ aynı özellikteki bir bağı parçalayan birden fazla enzim bağı meydana getiren amino asit moleküllerini tanıyarak vazife görürler. Yine pankreasta yapılan tripsin enzimi sadece arginin veya lizin amino asidinin yaptığı bağları yıkar. Pankreasta yapılan kimotripsin ise, tripsinin etki ettiği yere etki etmez. Fakat fenilalanin gibi suda çözünmeyen amino asit birimlerine karşı etkilidir. Demek ki vücutta her vazife için ayrı bir enzim yapan hassas bir düzen mevcuttur. Enzimler karbon atomlarının üç buutlu yerleşim şekillerini bile ayırt ederler. Bu aşırı seçicilik enzim ve substrat arasındaki çeşitli bağlar sâyesinde meydana gelir. Enzimdeki bağların meydana getirdiği karışık yapı enzime ayrı bir hassasiyet sağlar.

Enzimler genellikle üzerine etki ettiği maddenin isminin sonuna-ase (az) getirilerek adlandırılır. Meselâ; Sukroz’a etki eden enzimin adı sukrase (sukraz)’dır. Enzimler çoğunlukla renksizdir. Ama sarı, yeşil, mavi ve kırmızı olabilirler. Enzimlerin çoğu suda çözülebilir ama bazıları yağlı proteinlerle bağlı olduklarından çözünmezler. Bâzı enzimlerin katalitik kâbiliyeti çok üstündür. Meselâ sığır karaciğerinden elde edilen ve demir taşıyan bir kataloz enzimi molekülü, 5.000.000 hidrojen peroksit molekülünü 0oC’de ve bir dakikada bileşenlerine ayırır. Kataloz enzimi yan ürün olarak çıkan hidrojen peroksiti yok ederek hücreyi korur. Çoğu enzimler basit olarak hücrenin stoplazmasına dağılmışlardır. Diğer enzimler ise belli hücre yapılarına sıkıca yapışıktır, elde edilmeleri zordur.

Enzim faaliyetlerinin düzenlenmesi: Enzimlerin faâliyeti çeşitli yollardan kontrol edilir. Bâzı mekanizmalar enzim yapımını kontrol eden genler vâsıtasıyla, bâzıları da katalitik reaksiyonu etkileyerek olur.

Enzimin faaliyetindeki temel nokta, enzim ve substrat arasındaki özel bağlanmadır. Enzimin anahtar bölgesine başka maddeler de bağlanıp substratla yarışa girebilirler. Bu tip yabancı maddelerde enzimin faaliyetini sağlayan bağlar yoktur. Böylece enzimlerin faaliyetini engeller. Bu tip engellemeye “kompetitif inhibisyon” denir ve mevcut substratın miktarını arttırarak önlenebilir. Enzimin faaliyetini engelleyen diğer bâzı maddeler ise substrat miktarını arttırmak ile önlenemeyen bir engelleme yaparlar. Buna “nonkompetitif inhibisyon” denir. Aktivatör denilen bâzı kimyâsal maddeler enzimlerin faaliyetlerini arttırırlar. Bu maddeler enzim üzerindeki engelleyici bir maddenin (meselâ bakır, civa, kurşun gibi bâzı ağır metallerin)yerini değiştirerek vazife görürler.

Enzim faaliyetinin bilhassa hücre içindeki enzim sistemlerindeki kontrolünün özel bir önemi vardır. Allosterik etkileyiciler olarak bilinen bâzı maddeler birden fazla zincirden meydana gelen enzimlerin yapılarını değiştirerek etki ederler. Bunlar bâzan bir metabolik yolda subap vazifesi görerek üretilen madde miktarını kontrol ederler. Vücuttaki metabolik sistemlerde bunun çok örneği görülebilir. İzah edilecek olursa, hücre içinde belli bir maddenin yapımı için gerekli birçok olayları ihtivâ eden metabolik yollar mevcuttur. Bu yollarda çeşitli ara ürünler yapılır. Hücreler ihtiyacı olan maddeleri gerektiği kadar sentezleyen ekonomik birimler olduğu için, metabolik yollarda bu kâideye uyar. Metabolik yoldaki son ürünün miktarı ara ürünler (allosterik etkileyiciler)tarafından devamlı kontrol edilirler. Ürün yeterli ise ara ürünler enzimi engelliyerek yapımı durdururlar.

Enzimlerin faaliyetini arttırmak veya baskılamak mümkündür. Enzim kontrolündeki yollardan birisi olan bu özellik enzimlerin sâdece ihtiyaç olduğu zaman yapılmalarını mümkün kılar.
Metabolizmada enzimler: Sindirim ve besinlerin yakımı büyük ölçüde enzimler vâsıtasıyla olur. Memelilerde nişastanın yıkımı (parçalanışı) salya ve pankreastan salınan amilaz ile olur. Diyetteki yağlar pankreastaki lipaz’la yıkılır. Proteinlerin yıkımı daha karışıktır. Midede pepsinle başlar, ince barsakta tripsin ve kimotripsin ile devam eder. Barsak duvarında yapılan bâzı enzimler de proteinlerin sindiriminde rol alır. Yıkılan maddeler asetil koenzim-A denen bileşiğe çevrilir. Bu madde de hücrede su ve karbondioksite yıkılır. Yıkımda bir dizi solunum enzimleri rol alır. Diğer yandan da organizma için lüzumlu enerji maddeleri elde edilir.

Enzimler hücre için gerekli maddelerin, hormonların sentezinde de temel bir rol alırlar. Bâzı ilaçlar enzimlerin işleyişini etkilerler. Tabiî antibiyotikler ise bakterilerin büyümesi için gerekli enzimleri engelleyerek mikropları öldürürler. Böcek öldürücü olarak kullanılan çeşitli organik fosfatlar da insanda sinirlerdeki bâzı enzimleri etkileyerek felç yaparlar.
Enzimlerin eksikliği veya fazlalığı insanlarda çeşitli hastalıklara yol açar. Bunların çoğu irsi hastalıklardır, teşhisi kandaki enzim miktarları tayin edilerek yapılır. Enzimlerin tedâvide kullanımı oldukça sınırlıdır.

Enzimler etkilerine göre başlıca üç gruba ayrılırlar:
1.Hidrolazlar:Hidroliz yapan enzimlerdir. Su almak veya su vermek suretiyle muhtelif bağları parçalar veya sentez eder. (Karbonhidrozlar, esterazlar, proteazlar).
2. Dehihidrogenazlar:Bileşiklerden hidrojen ayıran enzimlerdir.
3. Desmolazlar:Bileşiklerinde iki karbon atomu arasındaki bağı parçalar.

Enzim konusundaki son gelişmeler: Bâzı araştırıcılar, enzimlerin aminoasit dizisini değiştirmeye çalışmaktadırlar. Bunların gâyesi daha etkili enzimler elde etmektir. Yapılan genetik çalışmalar yakın bir gelecekte enzim dayanıklılığının artırılmasını plânlamaktadır. Son kırk yılda bakterilerden elde edilen Penisilin miktarı bu metotlarla 10.000 kat arttırılabildi. Sonuçlar henüz açıklanmamakta, fakat şimdiye kadarki çalışmalar bir rüya gibi gelen enzimleri değiştirme fikrinin geçerli olduğunu göstermiştir.

Son yılların önemli keşiflerinden birisi de “restriksiyon enzimleri”dir. Bu enzimler gen mühendisliğinde kalıtım bilgilerini taşıyan DNAmaddesini kesmek için kullanılır. Bakteriler, virüslerin saldırılarından korunmak için bu enzimleri yapmaktadırlar. Bakteri, virüsün deoksiribonükleik asidini, (DNA’yı) bölerek virüsü nötralize eder veya sınırlar. Şimdiye kadar 350’den fazla restriksiyon enzimi bulunmuştur. Bu enzimlerin her biri belli aralıklarla dâima aynı bölgeden olmak üzere DNA’yı keserler. Moleküller biyologlar bu enzimleri kullanarak DNA’nın (genlerin) haritasını çıkarırlar. Kesilen DNA parçalarının uçları yapışkandır, başka bir DNAparçasına yapışabilir. Böylece bu çok önemli özellik sâyesinde değişik bilgiler ihtivâ eden, yeni genetik maddeler başka bakterilere aktarılabilmektedir. Değişik özellikler kazanan bu bakterilerin istenilen proteinleri yapmaları sağlanmaktadır. Bu metotla laboratuvarda elde edilemeyen çeşitli hormonlar (büyüme hormonu, insülün vs.)ucuz ve çok miktarda elde edilmiştir.