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Enzymbiochemie – Was sie sind und wie sie funktionieren

Ein Enzym ist definiert als ein Makromolekül, das eine biochemische Reaktion katalysiert. Bei dieser Art der chemischen Reaktion werden die Ausgangsmoleküle als Substrate bezeichnet. Das Enzym interagiert mit einem Substrat und wandelt es in ein neues Produkt um. Die meisten Enzyme werden benannt, indem der Name des Substrats mit dem -ase-Suffix (z. B. Protease, Urease) kombiniert wird. Fast alle Stoffwechselreaktionen im Körper beruhen auf Enzymen, damit die Reaktionen schnell genug ablaufen, um nützlich zu sein.

Chemikalien, die als Aktivatoren bezeichnet werden, können die Enzymaktivität erhöhen, während Inhibitoren die Enzymaktivität verringern. Die Untersuchung von Enzymen wird als Enzymologie bezeichnet .

Es gibt sechs große Kategorien, die zur Klassifizierung von Enzymen verwendet werden:

  1. Oxidoreduktasen – am Elektronentransfer beteiligt
  2. Hydrolasen – spalten das Substrat durch Hydrolyse (Aufnahme eines Wassermoleküls)
  3. Isomerasen – Übertragen Sie eine Gruppe in einem Molekül, um ein Isomer zu bilden
  4. Ligasen (oder Synthetasen) – koppeln den Abbau einer Pyrophosphatbindung in einem Nukleotid mit der Bildung neuer chemischer Bindungen
  5. Oxidoreduktasen – wirken beim Elektronentransfer
  6. Transferasen – übertragen Sie eine chemische Gruppe von einem Molekül auf ein anderes

 

Wie Enzyme funktionieren

Enzyme senken die Aktivierungsenergie, die für eine chemische Reaktion erforderlich ist . Wie andere Katalysatoren verändern Enzyme das Gleichgewicht einer Reaktion, werden dabei jedoch nicht verbraucht. Während die meisten Katalysatoren auf eine Reihe verschiedener Arten von Reaktionen einwirken können, ist ein Schlüsselmerkmal eines Enzyms, dass es spezifisch ist. Mit anderen Worten, ein Enzym, das eine Reaktion katalysiert, hat keinen Einfluss auf eine andere Reaktion.

Die meisten Enzyme sind globuläre Proteine, die viel größer sind als das Substrat, mit dem sie interagieren. Ihre Größe reicht von 62 Aminosäuren bis zu mehr als 2.500 Aminosäureresten, aber nur ein Teil ihrer Struktur ist an der Katalyse beteiligt. Das Enzym hat eine sogenannte aktive Stelle , die eine oder mehrere Bindungsstellen enthält, die das Substrat in der richtigen Konfiguration ausrichten, sowie eine katalytische Stelle , die der Teil des Moleküls ist, der die Aktivierungsenergie senkt. Der Rest der Struktur eines Enzyms dient hauptsächlich dazu, das aktive Zentrum dem Substrat bestmöglich zu präsentieren. Es kann auch eine allosterische Stelle geben , an der ein Aktivator oder Inhibitor binden kann, um eine Konformationsänderung zu verursachen, die die Enzymaktivität beeinflusst.

Einige Enzyme benötigen eine zusätzliche Chemikalie, die als Cofaktor bezeichnet wird , damit die Katalyse stattfinden kann. Der Cofaktor könnte ein Metallion oder ein organisches Molekül wie ein Vitamin sein. Cofaktoren können lose oder fest an Enzyme binden. Eng gebundene Cofaktoren werden als prothetische Gruppen bezeichnet .

Zwei Erklärungen für die Wechselwirkung von Enzymen mit Substraten sind das 1894 von Emil Fischer vorgeschlagene „Lock and Key“ -Modell und das Induced Fit-Modell , eine Modifikation des 1958 von Daniel Koshland vorgeschlagenen Lock and Key-Modells Das Schloss- und Schlüsselmodell, das Enzym und das Substrat haben dreidimensionale Formen, die zueinander passen. Das induzierte Anpassungsmodell schlägt vor, dass Enzymmoleküle abhängig von der Wechselwirkung mit dem Substrat ihre Form ändern können. In diesem Modell ändern das Enzym und manchmal das Substrat ihre Form, wenn sie interagieren, bis das aktive Zentrum vollständig gebunden ist.

 

Beispiele für Enzyme

Es ist bekannt, dass über 5.000 biochemische Reaktionen durch Enzyme katalysiert werden. Die Moleküle werden auch in Industrie- und Haushaltsprodukten verwendet. Enzyme werden verwendet, um Bier zu brauen und Wein und Käse herzustellen. Enzymmängel sind mit einigen Krankheiten wie Phenylketonurie und Albinismus verbunden. Hier einige Beispiele für gängige Enzyme:

  • Amylase im Speichel katalysiert die anfängliche Verdauung von Kohlenhydraten in Lebensmitteln.
  • Papain ist ein weit verbreitetes Enzym im Fleischklopfer, bei dem es die Bindungen aufbricht, die Proteinmoleküle zusammenhalten.
  • Enzyme sind in Waschmitteln und Fleckenentfernern enthalten, um Proteinflecken aufzubrechen und Öle auf Textilien aufzulösen.
  • Die DNA-Polymerase katalysiert eine Reaktion, wenn DNA kopiert wird, und überprüft dann, ob die richtigen Basen verwendet werden.

 

Sind alle Enzyme Proteine?

Fast alle bekannten Enzyme sind Proteine. Früher glaubte man, dass alle Enzyme Proteine ​​waren, aber bestimmte Nukleinsäuren, sogenannte katalytische RNAs oder Ribozyme, wurden entdeckt, die katalytische Eigenschaften haben. Die meisten Studenten studieren Enzyme, sie studieren wirklich Enzyme auf Proteinbasis, da nur sehr wenig darüber bekannt ist, wie RNA als Katalysator wirken kann.

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