Enzyme und ihre Eigenschaften

Enzyme sind essentielle Proteine, die als Biokatalysatoren fungieren. Sie ermöglichen und beschleunigen biochemische Reaktionen, indem sie die Aktivierungsenergie herabsetzen. Dabei gehen Enzyme unverändert aus der Reaktion hervor.

Definition: Enzyme sind Proteine, die als Biokatalysatoren biochemische Reaktionen ermöglichen und beschleunigen, ohne dabei selbst verbraucht zu werden.

Die Spezifität von Enzymen basiert auf ihrem aktiven Zentrum, das eine passgenaue Bindungsstelle für Substrate bietet. Diese Substratspezifität wird durch die einzigartige Anordnung der Aminosäuren und die daraus resultierende Ladungsverteilung erreicht.

Highlight: Die Substratspezifität von Enzymen ermöglicht präzise und effiziente biochemische Reaktionen in lebenden Organismen.

Der Ablauf einer enzymatischen Reaktion umfasst mehrere Schritte:

1. Bildung des Enzym-Substrat-Komplexes
2. Destabilisierung des Substrats
3. Übergang in den Übergangszustand
4. Produktbildung und -freisetzung

Die Regulation der Enzymaktivität kann durch verschiedene Hemmungsmechanismen erfolgen:

1. Allosterische Hemmung: Ein Hemmstoff bindet an ein allosterisches Zentrum und verändert die Enzymstruktur.
2. Kompetitive Hemmung: Hemmstoff und Substrat konkurrieren um das aktive Zentrum.
3. Nicht-kompetitive Hemmung: Der Hemmstoff bindet an einer anderen Stelle als das Substrat.
4. Feedback-Hemmung: Das Endprodukt einer Reaktionskette hemmt ein früheres Enzym.

Example: Bei der allosterischen Hemmung bindet ein Hemmstoff an das allosterische Zentrum des Enzyms, was zu einer Strukturveränderung führt und die Substratbindung verhindert.

Die irreversible Hemmung durch Gifte wie Schwermetalle kann Enzyme dauerhaft inaktivieren, indem sie fest an das aktive Zentrum binden oder die Raumstruktur des Enzyms verändern.

Vocabulary: Irreversible Hemmung bezeichnet eine dauerhafte Inaktivierung von Enzymen, oft durch Gifte wie Schwermetalle.

Beeinflussung der Enzymaktivität

Die Aktivität von Enzymen wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, insbesondere durch Temperatur und pH-Wert.

Temperatureinfluss:

• Enzyme haben ein Temperaturoptimum, bei dem sie am effektivsten arbeiten.
• Die RGT-Regel besagt, dass eine Temperaturerhöhung um 10°C die Reaktionsgeschwindigkeit verdoppelt.
• Ab etwa 40°C denaturieren Enzyme, da sich die zwischenmolekularen Kräfte lösen.

Highlight: Die optimale Temperatur für Enzyme balanciert zwischen erhöhter Reaktionsgeschwindigkeit und dem Risiko der Denaturierung.

pH-Wert-Einfluss:

• Jedes Enzym hat ein pH-Optimum, oft um den neutralen Bereich (pH 7).
• Abweichungen vom optimalen pH-Wert können zu Ladungsänderungen und Denaturierung führen.

Definition: Das pH-Optimum ist der pH-Wert, bei dem ein Enzym seine maximale Aktivität entfaltet.

Substratkonzentration:

• Mit steigender Substratkonzentration erhöht sich die Wahrscheinlichkeit der Enzym-Substrat-Komplexbildung.
• Ab einer bestimmten Konzentration (Sättigungskonzentration) arbeiten alle Enzyme mit Maximalgeschwindigkeit.

Vocabulary: Die Michaelis-Menten-Kinetik beschreibt die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Substratkonzentration.

Proteinstruktur der Enzyme:

• Die Primärstruktur besteht aus der Aminosäuresequenz.
• Die Sekundärstruktur wird durch Wechselwirkungen zwischen den Aminosäuren bestimmt.

Example: Die α-Helix und das β-Faltblatt sind typische Sekundärstrukturen in Enzymen.

Diese Faktoren beeinflussen maßgeblich die Effizienz und Funktionalität von Enzymen in biologischen Systemen.