Enzyme

Enzyme sind Proteine, die als Katalysatoren für bestimmte Reaktionen dienen. Indem sie eine alternative Reaktion mit einer niedrigeren Aktivierungsenergie ermöglichen, kann die Reaktion mit einer viel höheren Geschwindigkeit ablaufen. Es ist wichtig zu wissen, dass Enzyme die Gleichgewichte einer Reaktion nicht verändern; sie können nur die Geschwindigkeit erhöhen. Ohne das Enzym würde die Reaktion also immer noch in der gleichen Richtung ablaufen, allerdings langsamer, oft sehr viel langsamer. Enzyme erhöhen die Reaktionsgeschwindigkeit normalerweise um das 10⁵- bis 10⁷-fache. Enzyme werden in unserem Körper benötigt, um bestimmte Stoffwechselreaktionen durchzuführen. Sie sind hochspezifisch für ihre Substrate, ähnlich wie ein Schlüssel spezifisch für eine bestimmte Tür ist. Die Spezifität der Enzyme für ihre Substrate veranlasste Emil Fischer 1894 dazu, die sogenannte „Schloss-Schlüssel“-Hypothese aufzustellen. Die „Schloss-Schlüssel“-Hypothese impliziert, dass Enzyme statische Moleküle sind, was sie nicht sind. Ein anderer Mechanismus, die so genannte induzierte Anpassung, ist das bevorzugte Modell; Diesem Modell zufolge unterliegt das Enzym bei der Bindung an das Substrat Konformationsänderungen, die für die Katalyse erforderlich sind [1,2].

Abbildung 1: Eine Reaktion von einem Substrat zu einem Produkt ist ein Übergang von einem Energiezustand zu einem anderen. Zwischen dem Substrat und dem Produkt gibt es einen Übergangszustand. Dieser Zustand hat ein höheres Energieniveau als sowohl das Substrat als auch das Produkt. Ein Katalysator senkt dieses Energieniveau, sodass die Übergangsenergie leichter erreicht wird, was zu einer schnelleren Reaktion führt.

Wie senkt ein Enzym die Aktivierungsenergie?

Es gibt viele verschiedene Wege, wie Enzyme die Geschwindigkeit ihrer spezifischen Reaktionen erhöhen. Wenn zwei Substrate in ein oder mehrere Produkte umgewandelt werden, bindet das Enzym beide Substrate und sorgt so dafür, dass sie sich in unmittelbarer Nähe befinden und richtig zueinander ausgerichtet sind. Wenn die Reaktion ohne das Enzym abläuft, müssen die beiden Substrate aus dem richtigen Winkel und mit genügend Energie (Geschwindigkeit) aufeinander treffen, um die viel höhere Aktivierungsenergie zu überwinden. Wenn die Substrate von einem Enzym gebunden werden, werden diese Herausforderungen durch die Struktur des Enzyms überwunden. Eine wichtige Eigenschaft von Enzymen (und Katalysatoren im Allgemeinen) ist, dass sie während der Reaktion nicht verbraucht werden. Wenn eine Reaktion durch das Enzym katalysiert wurde, ist es bereit, eine weitere Reihe von Substraten umzusetzen. [1]

Quellen

1. Lehninger, Albert L.; Nelson, David L.; Cox, Michael M. (2008). Principles of Biochemistry (5th ed.). New York, NY: W.H. Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-7108-1.

2. Atkins, Peter W.; de Paula, Julio; Friedman, Ronald (2009). Quanta, Matter, and Change: A molecular approach to physical chemistry. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-920606-3.