Enzyme als Biokatalysatoren
Enzyme spielen eine entscheidende Rolle als Biokatalysatoren in biochemischen Reaktionen. Sie beschleunigen Reaktionen, indem sie die Aktivierungsenergie herabsetzen, ohne dabei selbst verbraucht zu werden.
Der Reaktionsverlauf einer enzymatisch katalysierten Reaktion unterscheidet sich deutlich von einer unkatalysierten Reaktion. Enzyme binden spezifisch an ihre Substrate und bilden einen Enzym-Substrat-Komplex, der die Reaktion erleichtert.
Definition: Enzyme sind Proteine, die als biologische Katalysatoren fungieren und die Geschwindigkeit biochemischer Reaktionen erhöhen, ohne dabei selbst verändert zu werden.
Die Enzymaktivität und Enzymstabilität werden stark von der Temperatur beeinflusst. Mit steigender Temperatur nimmt zunächst die Enzymaktivität zu, da die Teilchenbewegung und damit die Wahrscheinlichkeit des Zusammentreffens von Enzym und Substrat erhöht wird.
Highlight: Die Enzymaktivität Temperatur diagramm zeigt typischerweise einen glockenförmigen Verlauf mit einem deutlichen Temperaturoptimum.
Bei zu hohen Temperaturen kommt es jedoch zur Denaturierung des Enzyms, was zu einem rapiden Abfall der Aktivität führt. Dieses Phänomen wird als Temperaturoptimum Enzyme bezeichnet.
Example: Die RGT-Regel besagt, dass sich die Reaktionsgeschwindigkeit bei einer Temperaturerhöhung um 10°C oft verdoppelt bis verdreifacht.
Neben Enzymen spielen auch Coenzyme eine wichtige Rolle in enzymatischen Reaktionen. Sie übertragen Protonen, Elektronen oder Atomgruppen und werden in anderen Reaktionen regeneriert.
Vocabulary:
- Cofaktor: Anorganische Substanz (z.B. Zn²⁺, Ni²⁺), die kovalent an das Enzym gebunden ist.
- Cosubstrat: Organische Substanz (z.B. NAD⁺), die sich temporär im aktiven Zentrum des Enzyms befindet.
- Prosthetische Gruppe: Organische Substanz (z.B. Häm, Retinal), die kovalent an das Enzym gebunden ist.
Die allosterische Regulation ist ein wichtiger Mechanismus zur Kontrolle der Enzymaktivität. Dabei binden Effektormoleküle an eine Stelle außerhalb des aktiven Zentrums und beeinflussen so die Enzymaktivität.
Example: Bei der allosterischen Aktivierung stabilisiert ein Aktivator die aktive Konformation des Enzyms, wodurch das Substrat leichter binden kann.
Verschiedene Hemmungsmechanismen können die Enzymaktivität beeinflussen:
- Kompetitive Hemmung: Der Hemmstoff konkurriert mit dem Substrat um das aktive Zentrum.
- Nicht-kompetitive Hemmung: Der Hemmstoff bindet außerhalb des aktiven Zentrums und verändert die Enzymstruktur.
Highlight: Bei der kompetitiven Hemmung Enzyme kann eine hohe Substratkonzentration die Hemmung überwinden, während dies bei der nicht-kompetitiven Hemmung nicht möglich ist.
Diese Regulationsmechanismen ermöglichen eine präzise Steuerung enzymatischer Reaktionen in lebenden Organismen.
