Enzyme

Enzyme sind Biokatalysatoren. Das heißt, sie setzen die Aktivierungsenergie herab und beschleunigen damit den Ablauf chemischer Reaktionen.

Die meisten Enzyme sind Proteine.


Aufbau

Enzyme bestehen zum Großteil aus Proteinen (Apoenzym). Sie alle besitzen ein aktives Zentrum, in dem ein Stoff (Substrat) binden und reagieren kann.

Manche Enzyme brauchen noch Cofaktoren (Coenzyme), um zu wirken. Die nennt man Holoenzyme oder auch Allosterische Enzyme.

Der Aufbau eines Enzyms - vereinfachte Drastellung. Ein Kreis stellt das Apoenzym, den Eiweißanteil des Enzyms dar. In dem Kreis ist eine Lücke, das aktive Zentrum. In dieses aktive Zentrum passt das Substrat perfekt rein. Innerhalb des Kreises ist ein kleinerer Kreis, der mögliche Coenzyme darstellt.

Funktion und Wirkung

Enzyme sind Biokatalysatoren. Das heißt sie beschleunigen Reaktionen durch Herabsetzen der Aktivierungsenergie.

Außerdem sind sie wiederverwendbar und wirken oft nur für eine spezifische Stoffklasse (z.B. Alkohole) und eine spezifische Reaktion.

Meistens sind sie für das Knüpfen oder Spalten von Bindungen verantwortlich.

Enzyme sind substratsspezifisch und wirkungsspezifisch.

  • Substratspezifisch - nur Substanzen (Substrate), die eine bestimmte, zum Enzym passende Struktur besitzen passen

  • Wirkungsspezifisch - ein Substrat, das an ein Enzym gebunden ist, kann nur auf eine ganz bestimmte Weise umgesetzt werden

Ablauf einer Enzymreaktion

  1. Substrat bindet an Enzym ("Induced-Fit")

  2. Im entstandenen Enzym-Substrat-Komplex findet Reaktion statt

  3. Das Produkt spaltet sich ab

  4. Enzym kann erneut verwendet werden

Einflussfaktoren

RGT-Regel & Denaturierung

Reaktions-Geschwindigkeit-Temperatur-Regel:

Erhöht sich die Temperatur um 10°C, dann erhöht sich die Reaktionsgeschwindigkeit um das Zwei- bis Dreifache.

Die RGT-Regel gilt aber nur im Temperaturoptimum bis ca. 40°C, weil dann die Proteine denaturieren (ihre Struktur verlieren).

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pH-Wert

Die Aktivität von Enzymen hängt vom pH-Wert ab.

Jedes Enzym hat ein spezifisches pH-Optimum, außerhalb dessen das Enzym nicht funktioniert.

Enzym

pH-Wert

Funktion (Ort)

Amylase

neutral (pH = 7)

Stärke spalten (z.B. Mundspeichel)

Pepsin

sauer (pH = 2)

Proteine spalten (Magen)

Trypsin

basisch (pH = 9)

Proteine spalten (Darm)

Substratkonzentration

Je höher die Substratkonzentration, desto schneller ist die Reaktionsgeschwindigkeit.

Allerdings steigt die Geschwindigkeit ab einer bestimmten Substratkonzentration nicht mehr an, weil alle Enzyme ausgelastet sind.

Der Graph ist eine Sättigungskurve.

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Enzymhemmungen

Kompetitive Hemmung

Ein Inhibitor-Stoff blockiert das aktive Zentrum.

Dadurch kann das eigentliche Substrat nicht mehr gebunden werden und zum Produkt reagieren.

Steigt die Konzentration des Substrats wieder, kann der Hemmstoff durch Kampf um das aktive Zentrum verdrängt werden.

  • Hemmung ist reversibel

Nicht kompetitive Hemmung

Der Inhibitor bindet an einer anderen Stelle des Enzyms und ändert so die Konformation des aktiven Zentrums.

Das Substrat kann dort nicht mehr binden.

Endprodukthemmung

Mit der Zeit steigt die Konzentration des Produkts. Damit kein Überschuss produziert wird, hemmt das Produkt das Enzym, dass die Reaktion am Anfang katalysiert.

Enzymgifte

Schwermetalle sind Enzymgifte.

  • Z.B. Kupfer, Blei oder Quecksilber

Sie haben u.A. eine hohe Affinität zu Schwefel und zerstören so die Schwefelbrücken im Enzym.

Das Enzym verliert seine Struktur und seine Wirkung.


Anwendungen

Mittlerweile werden Enzyme in vielen verschiedenen Lebensbeereichen verwendet. Man findet sie z.B. in:

  • Medizin - z.B. für die Blutzuckermessung
  • Lebensmittelindustrie - z.B. Weichmacher von Fleisch
  • Bionik - z.B. Abperlen von Flüssigkeiten (Lotuseffekt)
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