Enzyme: Eigenschaften, Wirkmechanismus & Einflussfaktoren

Enzyme: Biokatalysatoren des Lebens

Ein Enzym ist ein Biokatalysator, der biologisch im Körper synthetisiert wird und dessen chemische Zusammensetzung ganz oder teilweise aus Protein besteht. Biokatalysatoren sind Substanzen, die in chemischen Reaktionen nicht verbraucht werden. Sie senken die Aktivierungsenergie und erhöhen dadurch die Geschwindigkeit der gesamten Reaktion.

Der Wirkmechanismus von Enzymen

Der Mechanismus der Enzymwirkung erfolgt stets durch die Bindung des Substrats und die Bildung eines Enzym-Substrat-Komplexes (auch Zwischen-Enzym-Komplex genannt). Ohne diese Bindung kann die chemische Reaktion nicht stattfinden. Die enzymatische Reaktion kann wie folgt symbolisiert werden:

Das Substrat ist jede Substanz oder jedes Molekül, das als Reagenz in der enzymatischen Reaktion dient und spezifisch an das Enzym bindet. Das Produkt ist das Molekül, das als Ergebnis der durch das Enzym katalysierten Reaktion entsteht.

Spezifität und Aktives Zentrum

Der katalytische Wirkmechanismus eines Enzyms beruht auf seiner dreidimensionalen Tertiärstruktur, die das Enzym spezifisch für das Substrat macht, auf das es wirkt. Die Enzym-Substrat-Bindung erfolgt durch schwache intermolekulare Kräfte in einem speziellen Bereich des Enzyms, der als aktives Zentrum bezeichnet wird. Das aktive Zentrum des Enzyms ist direkt für die spezifische katalytische Wirkung des Enzyms verantwortlich, während der Rest des Enzymmoleküls für die Aufrechterhaltung der Gesamtstruktur ebenfalls von Bedeutung ist.

Faktoren, die die Enzymaktivität beeinflussen

Die Enzymkinetik untersucht Variationen der katalytischen Reaktion. Die Enzymaktivität hängt von einer Reihe von Faktoren ab, darunter:

• Temperatur
• pH-Wert
• Substratkonzentration
• Aktivatoren
• Inhibitoren

Einfluss des pH-Werts

Der pH-Wert ist ein Faktor, der die Aktivität von Enzymen moduliert, da diese nur innerhalb bestimmter Werte wirksam sind. Ein Überschreiten dieser optimalen pH-Werte führt zur Denaturierung des Enzyms, wodurch es seine biologische Funktion verliert.

Einfluss der Temperatur

Wird einer enzymatischen Reaktion Wärmeenergie zugeführt, wird diese von den beteiligten Molekülen aufgenommen und in kinetische Energie umgewandelt. Diese erhöhte molekulare Beweglichkeit verbessert die Anzahl der Kollisionen oder Kontakte zwischen den Molekülen, was zu einer Beschleunigung der Reaktion führt. Eine übermäßige Erhöhung der Temperatur kann jedoch aufgrund der Proteinstruktur des Enzyms zu dessen Denaturierung führen.

Enzym-Inhibitoren und Aktivatoren

Enzym-Inhibitoren verringern oder verhindern die enzymatische Reaktionsgeschwindigkeit, indem sie die Aktivität und Effizienz des Enzyms reduzieren. Die Wirkung von Aktivatoren ist das Gegenteil der Inhibitoren; sie erhöhen die Enzymaktivität.