Enzym

Enzyme (altgriechisches Kunstwort ἔνζυμον, énzymon) sind Proteine, die eine chemische Reaktion katalysieren können. Enzyme spielen eine wichtige Rolle im Stoffwechsel aller lebenden Organismen, der überwiegende Teil biochemischer Reaktionen, von der Verdauung (Beispiel: Pepsin, Saccharase) bis hin zum Kopieren der Erbinformation (DNA-Polymerase, Ligasen), wird von Enzymen katalysiert und gesteuert.

Wirkungsweise von Enzymen und Verlauf enzymatischer Reaktionen

Datei:Energiediagramm Enzymreaktion.png

Energiediagramm einer enzymatischen Reaktion: Die Aktivierungsenergie wird im Vergleich zur unkatalysierten Reaktion gesenkt.

Die Enzyme bewirken, dass die notwendige Aktivierungsenergie einer chemischen Reaktion herabgesetzt wird und so die Reaktiongeschwindigkeit erhöht wird, im Vergleich zu einer nicht katalysierten Reaktion. Dafür müssen ein freies Enzym und das entsprechende spezifische Substrat (Substratspezifität) eine Bindung, nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip, im aktiven Zentrum des Enzyms eingehen. Dabei verändert das aktive Zentrum seine Form und schmiegt sich an das Substrat. Es entsteht ein sogenannter Enzym-Substrat-Komplex. Anschließend läuft die enzymatische Reaktion ab und das bzw. die Reaktionsprodukt/e wird/werden freigesetzt. Jedes Enzym katalysiert nur ein ganz spezifisches Substrat (Substratspezifität) in einer ganz bestimmten Weise (Wirkungsspezifität).

Enzymaktivität

Die Enzymaktivität lässt sich durch zahlreiche Faktoren wie Temperatur, PH-Wert und der (Substrat-) Konzentration beeinflussen.

Einfluss der Temperatur auf die Enzymaktivität

Entsprechend der RGT-Regel steigt die Enzymaktivität mit der Temperatur, da sich Substrat und Enzyme schneller bewegen und so schneller aufeinander treffen. Allerdings lässt sich die Enzymaktivität nicht unbegrenzt steigern, da bei den meisten Enzymen bei ca. 42 °C die Denaturierung einsetzt. Daraus folgt, dass jedes Enzym ein Temperaturoptimum besitzt.

Einfluss des pH-Wertes auf die Enzymaktivität

Jedes Enzym besitzt neben einem Temperaturoptimum auch ein pH-Wert-Optimum, bei dem es seine höchste Reaktionsgeschwindigkeit erreicht. Dieses Optimum liegt bei den meisten Enzymen im neutralen Bereich. Enzyme des Magens dagegen bevorzugen meist ein saures Mileu und Dünndarmenzyme ein alkalisches Mileu.

Einfluss der (Substrat-) Konzentration auf die Enzymaktivtät

Da die Enzyme eher zufällig auf ihr spezifisches Substrat stoßen, erhöht sich mit der Konzentration des Substrats auch die Enzymaktivität, da diese nun öfter auf ein passendes Substrat stoßen. Bleibt die Anzahl der Enzyme konstant, lässt sich aber auch durch eine Substratkonzentrationserhöhung die Enzymaktivität nicht beliebig steigern, da eine Sättigung erreicht wird, wenn alle Enzyme mit einem Substrat besetzt sind.

Bedeutung von Enzymen

Enzyme katalysieren zahlreiche Stoffwechselreaktionen, die auf Grund zahlreicher Faktoren ohne Enzyme nicht ablaufen könnten, da die notwendige Aktivierungsenergie im menschlichen Körper nicht erreicht werden kann. Fehlen wichtige Enzyme treten Stoffwechselerkrankungen wie zum Beispiel Milchunverträglichkeit auf. Isolierte Enzyme lassen sich als Medikamente zur Heilung von Krankheiten und zur Diagnose einsetzen.