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Die Enzyme

 

 

 

 

 

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Die lebenswichtigen Superstoffe

Proteine sind auch für die Funktion des Organismus von entscheidender Bedeutung. Schauen wir uns chemische Reaktionen im Reagenzglas an, so erkennen wir, dass diese durch Wärmezufuhr erheblich beschleunigt - und oft überhaupt erst möglich - werden. Nun ist der menschliche Organismus zur Erhaltung des Lebens ja auf schnelle und fein gesteuerte chemische Reaktionen angewiesen, ohne dass diese über die Wärmezufuhr gesteuert werden könnten - der Körper erträgt keine großen Temperaturschwankungen.

Der Stoffwechsel katalysiert deshalb seine Reaktionen, das heißt er beschleunigt bestimmte chemische Reaktionen um das Tausend- bis Hunderttausendfache durch den Einsatz von Hilfsstoffen. Diese lebenswichtigen Hilfsstoffe heißen Enzyme (Biokatalysatoren). Sie sind wesentliche Elemente der Maschinerie, die aus einfachen chemischen Verbindungen die kompliziertesten biologischen Strukturen herstellt und ihr geordnetes Funktionieren sicherstellt.

Enzyme und Coenzyme

Chemisch gesehen gehören alle bisher bekannten Enzyme zu den Proteinen. Die Stoffe, die von einem Enzym umgesetzt werden, nennt man Substrate. Im Verlauf der Enzymreaktion wir das Substrat chemisch verändert, indem entweder neue Bindungen geknüpft oder bestehende Bindungen gespalten werden. So entstehen ein bzw. mehrere Produkte.

Für die Wirksamkeit des Enzyms ist sein aktives Zentrum verantwortlich. Dieses entsteht durch eine besondere Faltung der Polypeptidkette, aus der das Enzym aufgebaut ist. Hierdurch entsteht an der Oberfläche des Enzyms eine Struktur, die genau mit dem Substrat zusammenpasst. So wie ein Schlüssel nur in ein ganz bestimmtes Schloss passt, so passt auch das Substrat nur in das entsprechende aktive Zentrum "seines" Enzyms.Schrittweise Darstellung der Vorgänge bei der enzymvermittelten Spaltung eines Substrates mit beteiligtem Coenzym

Damit Enzyme ihre Funktion ausüben können, sind die meisten von ihnen jedoch auf einen zusätzlichen "Helfer" angewiesen, den man Coenzym nennt. Dies ist deshalb erforderlich, weil das Enzym selbst an der chemischen Reaktion nicht teilnimmt, sondern nur die beteiligten Partner in geeigneter Weise zusammenbringt. So ist es nur das Coenzym, das bei der Enzymreaktion verändert wird, indem es entweder vom Substrat abgespaltene Elektronen bzw. Atome aufnimmt oder diese dem Substrat zur Verfügung stellt. 

Coenzyme sind meist sehr kompliziert aufgebaute organische Moleküle und im Gegensatz zu den Enzymen grundsätzlich keine Proteine. Coenzyme leiten sich häufig von Vitaminen ab.

Die Abbildung zeigt schematisch eine Enzymreaktion, bei der eine chemische Bindung aufgebrochen wird (katabole Reaktion) und das anfallende Spaltprodukt, das aus einzelnen Elektronen, Atomen oder Molekülgruppen bestehen kann, vom Coenzym aufgenommen wird. Die neu gebildeten Moleküle, die Reaktionsprodukte, entfernen sich dann von der Enzymoberfläche, und das unveränderte Enzym kann nun neue Substratmoleküle binden.

Die Geschwindigkeit, mit der ein einziges Enzymmolekül Substrate in Reaktionsprodukte verwandelt, ist ungeheuer groß und kann mehrere Hunderttausend Substratmoleküle pro Sekunde betragen.

Faktoren, die enzymatische Reaktionen beeinflussen

Viele Enzyme arbeiten nicht nur mit Coenzymen, sondern auch mit bestimmten Ionen wie Mg2+, Fe2+ oder Zn2+ - Magnesium, Eisen und Zink - zusammen. Fehlen die entsprechenden Ionen, so ist die Enzymfunktion gestört.

Deswegen spielt die Körpertemperatur für die Enzymfunktion eine große Rolle: Mit steigender Körpertemperatur steigt auch die Substratumsatzrate eines Enzyms steil an. Bei hohen Temperaturen, z.B. Fieber über 41 ºC, wird das Enzym jedoch geschädigt, und seine Eiweißstruktur bricht zusammen. Dann fällt die Umsatzrate fast bis auf Null ab.

Die Enzymfunktion ist ferner vom pH-Wert abhängig. Für die meisten intrazellulären Enzyme ist ein pH-Wert von 7,2 optimal.

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Stand: 19. Februar 2008
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