Wirkungsweise von Enzymen

Enzyme sind Proteine, welche biochemische Reaktionen katalysieren. Die dabei umgesetzten Stoffe (z.B. Proteine, Fette etc.) bezeichnet man als Substrate. Die Wechselwirkung zwischen Enzym und Substrat sind in vielfacher Hinsicht hochspezifisch:

• Enzyme reagieren nur mit bestimmten Substraten oder mit sehr ähnlichen Verbindungen, das heißt Enzyme sind substratspezifisch.
• Enzyme begünstigen nur einen Reaktionsablauf beziehungsweise einen Reaktionstyp. Um ein Substrat in unterschiedliche Produkte umzusetzen wird ein oder mehrere andere Enzyme benötigt. (Wirkungsspezifität)

Die Substratspezifität von Enzymen ergibt sich aus ihrer chemischen Aufbau und der daraus resultierenden Raumstruktur. Da Enzyme der Stoffgruppe der Proteine angehören, bestehen sie aus hintereinander gereihten Aminosäuren (→ Aminosäuren und Proteine). Die räumliche Struktur der Enzyme ergibt sich aus intramolekularen Wechselwirkungen der Aminosäurekette. So bilden sich beispielsweise Wasserstoffbrückenbindungen oder Disulfidbindungen (echte Atombindungen) aus. Typische Raumstrukturen von Enzymen (Sekundärstruktur) sind die a- Helix oder die β- Faltblattstruktur.

Skizze: Struktur von Wirkungsweise von Enzymen (alpha Helix, beta Faltblatt)

Charakteristisch für die Struktur von Enzymen ist eine strukturierte Einbuchtung im gefalteten Proteinmolekül, das sogenannte aktive Zentrum. Diese taschenförmige Aussparung ist nur für spezifische Substrate „zugänglich“ beziehungsweise eine bestimmte Teilstruktur des Substrates. Dieses Prinzip wird als Schlüssel- Schloss- Mechanismus bezeichnet.

Skizze: Schlüssel- Schloss- Prinzip

³Animation: Schlüssel-Schloss-Prinzip

Substrat und Enzym bilden im aktiven Zentrum einen Enzym- Substrat- Komplex. Dabei bewirkt das aktive Zentrum durch Wechselwirkungen mit dem Substrat eine Ladungsverschiebung im Substratmolekül, dadurch entsteht ein aktivierter Übergangszustand, in dem das Substrat auf spezifische Weise „reaktionsbereiter wird“ gegenüber der Umgebung wird.

Chemisch formuliert heißt das, dass die Aktivierungsenergie- Schwelle, welche die Reaktion behindern würde, so weit abgesenkt wird, dass sie bei der im Organismus vorliegenden Temperatur sehr schnell überwunden wird.

Jede Substratreaktion braucht einen anderen aktivierten Übergangszustand, um ablaufen zu können. Das Enzym hingegen kann nur einen spezifischen Übergangszustand erzeugen, damit lässt sich auch die Wirkungsspezifität von Enzymen erklären. Das bedeutet das für jede Substratreaktion ein bestimmtes Enzym benötigt wird. Somit benötigt man für komplexe biochemische Prozesse eine Reihe von Enzymen, um die einzelnen Reaktionsschritten zu katalysieren.

Bei einer Substratreaktion wird die räumliche beziehungsweise molekulare Struktur und ihre Wechselwirkung mit der Umgebung verändert. Das Enzym verändert sich jedoch in Aufbau und Struktur nicht.

Skizze: Phasen einer enzymatisch katalysierten Reaktion

Weitere Inhalte die folgen:

Benennung von Enzymen und Enzymklassen (Klassifizierung von Enzymen)

Enzymempfindlichkeit (gegen Säuren, Basen, Schwermetall- Kationen, Temperatur, etc.)