Was ist ein Enzym?
Proteine
Fast alle Enzyme sind Proteine und ihre Struktur, sowie dadurch auch Funktion, hängen von mehreren Faktoren ab. Proteine sind Makromoleküle und werden aus den gleichen 20 Aminosäuren zusammengesetzt, diese sind die Grundbausteine. Sie werden aus langen Ketten von meist über 100 aber bis zu mehr als 1000 einzelnen Aminösäuren geformt. Wenn ein Protein weniger als 100 hat, wird es Peptid genannt. Jede Aminosäure besteht aus zwei Funktionellen Gruppen, der Aminogruppe und der Carboxygruppe.
Primärstruktur
Die Reihenfolge der Aminosäuren wird als Primärstruktur bezeichnet. Die weiteren Strukturen (Sekundär-, Tertiär-, Quartärstruktur) hängen von der Primärstruktur ab. Die Aminosäureketten bestehen jeweils aus einem Anfang, die eine freie Aminogruppe bildet und einem Ende, das aus einer Carboxygruppe besteht.
Sekundärstruktur
Die Petitbindungen sind häufig durch Wasserstoffbrücken verbunden, so dass eine räumliche Form entsteht. Die maximale Anzahl an Wasserstoffbrücken in der selben Peptidkette liegen in der α-Helix und der β-Faltblattstruktur vor, die Sekundärstruktur.
Bei der α-Helix ragen die Aminosäurereste nach außen, so dass es zu keiner Destabilisierung durch möglichen Platzmangel oder eventueller Abstoßung durch gleicher Ladung kommen kann.
Bei der β-Faltblattstruktur ragen die Aminosäurereste Abwechselnd zu einer und zur anderen Seite des Faltblattes. Die β-Faltblattstruktur besteht aus mindestens zwei Strängen der selben Peptidkette, die dicht bei einander liegen.
Tertiärstruktur
Durch verschiedene Wechselwirkungen (Wasserstoffbrückenbindungen, Ionenbindungen, Van-der-Waals-Kräfte) und Disulfidbrücken, verknäuelt sich das Protein, die sogenannte Tertiärstruktur.
Wie funktioniert ein Enzym?
Enzyme sind Biokatalysatoren, was bedeutet sie werden in der Reaktion nicht verbraucht sondern sind nur Teil davon und beschleunigen ihr Ablaufen. Welche Aufgabe ein Enzym in einer Reaktion hat ist genauso unterschiedlich wie die Urspünge der Enzyme.
Aktives Zentrum
Das Aktive Zentrum bei einem Enzym ist der Ort, wo die Katalysierte Reaktion stattfindet. Das Substrat bindet bei einer Enzymreaktion an das Aktive Zentrum von dem Enzym. Dadurch kann das Enzym das Substrat in ein oder mehrere Produkte umsetzten. Wenn das Substrat an das Enzym bindet, entsteht ein Enzym-Substrat-Komplex.
Aktivierungsenergie
Jede Reaktion besitzt eine Aktivierungsenergie, die überwunden werden muss, damit die Reaktion ablaufen kann. Dafür gibt es Katalysatoren, die setzten die Aktivierungsenergie herab, so dass die Hürde nicht so hoch ist. Enzyme beschleunigen das Ablaufen einer Reaktion indem sie die Aktivierungsenergie zum Formen eines neuen Moleküls herabsetzen. Für jede Reaktion wird Energie benötigt (endotherm) oder es wird Energie frei (exotherm). Diese Energie kann zum Beispiel durch die Temperatur des Reaktionsmediums bereitgestellt werden. Das herabsetzen der Aktivierungsenergie führt dazu das die Reaktion durch weniger zugeführte Enerie ablaufen kann und dadurch beschleunigt wird. Bei den meisten Reaktionen in Zellen, ist die Aktivierungsenergie zu hoch, so dass ohne Katalysator, in dem Fall Enzyme, die Reaktion nicht stattfinden könnte.
Enzym-Substrat Komplex
Für die Umsetzung des Substrats zu Produkt bindet zuerst das Substrat an das Enzym und bildet dadurch den Enzym-Substrat Komplex. Nach der Umwandlung des Substrats lösen sich Enzym und Produkt voneinander.
Wo werden Enzyme eingesetzt ?
Viele Produkte unseres alltäglichen Lebens werden in biotechnologischen Prozessen hergestellt und sind notwendig für die Versorgung der Weltbevölkerung. Ob es nun Lebensmittel oder Medikamente sind, vieles davon wird in komplexen biotechnologischen Verfahren hergestellt. Der Bedarf für die Entwicklung und den Betrieb von solchen biotechnologischen Prozessen steigt und ist notwendig um eine nachhaltige Produktion in der Zukunft zu realisieren.
