Wissenschaft

Struktur und Funktion eines Enzyms

Ein Enzym ist ein Protein, das einen zellulären Stoffwechselprozess erleichtert, indem es die Aktivierungsenergie (Ea) senkt, um die chemischen Reaktionen zwischen Biomolekülen zu katalysieren. Einige Enzyme reduzieren die Aktivierungsenergie auf ein so niedriges Niveau, dass sie tatsächlich Zellreaktionen umkehren. In allen Fällen erleichtern Enzyme Reaktionen, ohne sich zu verändern, wie die Art und Weise, wie Kraftstoff bei seiner Verwendung verbrennt.

 

Wie sie arbeiten

Damit chemische Reaktionen stattfinden können, müssen Moleküle unter geeigneten Bedingungen kollidieren, die durch Enzyme erzeugt werden können. Beispielsweise bleiben ohne die Anwesenheit eines geeigneten Enzyms die Glucosemoleküle und Phosphatmoleküle in Glucose-6-phosphat gebunden. Wenn Sie jedoch das Hydrolaseenzym einführen , trennen sich die Glukose- und Phosphatmoleküle.

 

Komposition

Das typische Molekulargewicht eines Enzyms (das Gesamtatomgewicht der Atome eines Moleküls) liegt zwischen etwa 10.000 und mehr als 1 Million. Eine kleine Anzahl von Enzymen sind eigentlich keine Proteine, sondern bestehen aus kleinen katalytischen RNA-Molekülen. Andere Enzyme sind Multiproteinkomplexe, die mehrere einzelne Proteinuntereinheiten umfassen.

Während viele Enzyme Reaktionen selbst katalysieren. erfordern einige zusätzliche Nichtproteinkomponenten, die als „Cofaktoren“ bezeichnet werden. Dies können anorganische Ionen wie Fe 2+ , Mg 2+ , Mn 2+ oder Zn 2+ sein oder sie können aus organischen oder Metallo bestehen -organische Moleküle, die als „Coenzyme“ bekannt sind.

 

Einstufung

Die meisten Enzyme werden basierend auf den von ihnen katalysierten Reaktionen in die folgenden drei Hauptkategorien eingeteilt:

  • Oxidoreduktasen katalysieren Oxidationsreaktionen, bei denen Elektronen von einem Molekül zum anderen wandern. Ein Beispiel: Alkoholdehydrogenase, die Alkohole in Aldehyde oder Ketone umwandelt. Dieses Enzym macht Alkohol weniger giftig, da es abgebaut wird, und es spielt auch eine Schlüsselrolle im Fermentationsprozess.
  • Transferasen katalysieren den Transport einer funktionellen Gruppe von einem Molekül zum anderen. Paradebeispiele sind Aminotransferasen, die den Aminosäureabbau durch Entfernen von Aminogruppen katalysieren.
  • Hydrolaseenzyme katalysieren die Hydrolyse, bei der Einfachbindungen bei Einwirkung von Wasser abgebaut werden. Zum Beispiel ist Glucose-6-Phosphatase eine Hydrolase, die die Phosphatgruppe aus Glucose-6-Phosphat entfernt, wobei Glucose und H3PO4 (Phosphorsäure) zurückbleiben.

Drei weniger verbreitete Enzyme sind wie folgt:

  • Lyasen katalysieren den Abbau verschiedener chemischer Bindungen durch andere Mittel als Hydrolyse und Oxidation und bilden häufig neue Doppelbindungen oder Ringstrukturen. Pyruvat-Decarboxylase ist ein Beispiel für eine Lyase, die CO2 (Kohlendioxid) aus Pyruvat entfernt.
  • Isomerasen katalysieren strukturelle Verschiebungen in Molekülen und verursachen Formänderungen. Ein Beispiel: Ribulosephosphat-Epimerase, die die Umwandlung von Ribulose-5-phosphat und Xylulose-5-phosphat katalysiert.
  • Ligasen katalysieren die Ligation – die Kombination von Substratpaaren. Beispielsweise ist Hexokinasen eine Ligase, die die Umwandlung von Glucose und ATP mit Glucose-6-phosphat und ADP katalysiert.

 

Beispiele im Alltag

Enzyme beeinflussen den Alltag. Zum Beispiel helfen Enzyme, die in Waschmitteln enthalten sind, fleckenverursachende Proteine ​​abzubauen, während Lipasen helfen, Fettflecken aufzulösen. Thermotolerante und kryotolerante Enzyme wirken bei extremen Temperaturen und sind daher nützlich für industrielle Prozesse, bei denen hohe Temperaturen erforderlich sind, oder für die Bioremediation, die unter rauen Bedingungen wie in der Arktis stattfinden.

In der Lebensmittelindustrie wandeln Enzyme Stärke in Zucker um, um Süßstoffe aus anderen Quellen als Zuckerrohr herzustellen. In der Bekleidungsindustrie reduzieren Enzyme Verunreinigungen in Baumwolle und verringern den Bedarf an potenziell schädlichen Chemikalien, die beim Gerben von Leder verwendet werden.

Schließlich sucht die Kunststoffindustrie ständig nach Möglichkeiten, mithilfe von Enzymen biologisch abbaubare Produkte zu entwickeln.

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