Enzymbiochemie - Was sind Enzyme und wie funktionieren sie?

Ein Enzym ist als ein Makromolekül definiert, das eine biochemische Reaktion katalysiert. Bei dieser Art der chemischen Reaktion werden die Ausgangsmoleküle Substrate genannt. 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 Suffix -ase (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 genannt Aktivatoren kann die Enzymaktivität steigern, während Inhibitoren Enzymaktivität verringern. Die Untersuchung von Enzymen wird bezeichnet Enzymologie.

Es gibt sechs große Kategorien zur Klassifizierung von Enzymen:

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 an die Bildung neuer chemischer Bindungen
5. Oxidoreduktasen - wirken beim Elektronentransfer
6. Transferasen - Übertragung einer chemischen Gruppe von einem Molekül auf ein anderes

Wie Enzyme wirken

Enzyme senken die Aktivierungsenergie, die für eine chemische Reaktion erforderlich ist. Enzyme verändern wie andere Katalysatoren das Gleichgewicht einer Reaktion, werden dabei aber nicht verbraucht. Während die meisten Katalysatoren auf eine Reihe von verschiedenen 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 das, was man nennt aktive Seite, die eine oder mehrere Bindungsstellen enthält, die das Substrat in der richtigen Konfiguration ausrichten, und auch a katalytische Stelle, Dies ist der Teil des Moleküls, der die Aktivierungsenergie senkt. Der Rest der Struktur eines Enzyms dient in erster Linie dazu, das aktive Zentrum dem Substrat auf die beste Weise zu präsentieren. Möglicherweise gibt es auch allosterische Stelle, wo ein Aktivator oder Inhibitor binden kann, um eine Konformationsänderung zu verursachen, die die Enzymaktivität beeinflusst.

Einige Enzyme benötigen eine zusätzliche Chemikalie namens a Cofaktor, für die Katalyse auftreten. Der Cofaktor könnte ein Metallion oder ein organisches Molekül wie ein Vitamin sein. Cofaktoren können lose oder fest an Enzyme binden. Eng gebundene Cofaktoren heißen prothetische Gruppen.

Zwei Erklärungen, wie Enzyme mit Substraten interagieren, sind die Modell "Schloss und Schlüssel", 1894 von Emil Fischer vorgeschlagen, und die induziertes Fit-Modell, Dies ist eine Modifikation des Schloss- und Schlüsselmodells, das 1958 von Daniel Koshland vorgeschlagen wurde. Im Schloss- und Schlüsselmodell haben das Enzym und das Substrat dreidimensionale Formen, die zueinander passen. Das induzierte Anpassungsmodell schlägt vor, dass Enzymmoleküle ihre Form in Abhängigkeit von der Wechselwirkung mit dem Substrat ändern können. In diesem Modell ändern das Enzym und manchmal das Substrat ihre Form, während 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 zum Brauen von Bier und zur Herstellung von Wein und Käse verwendet. 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, das in Fleischweichmachern vorkommt und dort die Bindungen aufbricht, die die Proteinmoleküle zusammenhalten.
• In Waschmitteln und Fleckenentfernern sind Enzyme enthalten, die dazu beitragen, Proteinflecken aufzubrechen und Öle auf Stoffen aufzulösen.
• 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, doch es wurden bestimmte Nukleinsäuren, sogenannte katalytische RNAs oder Ribozyme, mit katalytischen Eigenschaften entdeckt. Meist studieren die Studenten Enzyme, sie studieren tatsächlich proteinbasierte Enzyme, da nur sehr wenig darüber bekannt ist, wie RNA als Katalysator wirken kann.