Enzyme Grundlagen

Ohne Enzyme wären die vielfach verknüpften Stoffwechselvorgänge, wie sie in Zellen ablaufen, nicht möglich.

Was sind Enzyme und welche Aufgaben erfüllen sie, damit ein geregelter Stoffwechsel ablaufen kann?

• In Bezug auf ihren Aufbau unterscheidet man in einfache Enzyme und Coenzyme (Cosubstrat).
  • Einfache Enzyme sind Proteine.
  • Coenzyme sind organische oder anorganische Verbindungen, die mit einem Protein zusammenarbeiten.
• Enzyme...
  • sind Biokatalysatoren. Sie senken die Aktivierungsenergie und können somit Stoffwechselreaktionen um das Millionenfache und mehr beschleunigen.
  • sind grundsätzlich (Vgl. Coenzyme) substrat- und wirkungsspezifisch (Einteilung in Enzymklassen).
• Die Enzymreaktion kann durch verschiedene Einflüsse (Temperatur, pH-Wert, Hemmung durch Substratüberschuß, Kompetitive Hemmung, Nichtkompetitive Hemmung, allosterische Hemmung) beeinflußt werden, was u.a. eine Regulation der Stoffwechselprozesse ermöglicht.

Die Aktivierungsenergie

Kerzen fangen nur in Gruselfilmen von selbst an zu brennen. Im realen Leben muss man schon eine Streichholz nehmen, um den Docht so lange zu erhitzen, bis das Kerzenwachs von selbst mit dem Luftsauerstoff reagiert.
Auch Zucker, Fette und Kohlenhydrate sind energiereiche Verbindungen, die nicht selbständig bei Zimmertemperatur anfangen zu brennen. Niemand würde mehr eine Küche betreten. Das wäre lebensgefährlich.

Wie ist es aber nun möglich, dass beispielsweise Zucker im Körper bei Temperaturen um die 37°C verbrennt?

Der Graph zeigt die freie Enthalpie eines energiereichen Moleküls (grüner Doppelpfleil bis zur gelben Linie). Der Anstieg des Graphen ab der gelben Linie entspricht dem Energiebetrag, der notwendig ist, damit die Reaktion selbständig ablaufen kann. Diesen Energiebetrag bezeichnet man als Aktivierungsenergie.

Viele energiereiche Verbindungen sind eben bei Zimmertemperatur verhältnismäßig reaktionsträge.

Um eine Reaktion in Gang zu setzen, muss ein gewisser Schwellenwert überwunden werden. Es muss eine Aktivierungsnergie aufgebracht werden. Ist sie zu niedrig, passiert gar nichts.

Ist die Aktivierungsenergie ausreichend, läuft die Reaktion selbständig ab.

Enzyme verringern den Schwellenwert, sie senken die Aktivierungsenergie.

Die Reaktion kann bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen ablaufen.

Die in der Verbindung gespeicherte Energie (freie Enthalpie) wird freigesetzt.

Die chemische Reaktion wird beschleunigt.