Was ist ein Enzym?
Proteine
Fast alle Enzyme sind Proteine, und ihre Struktur und damit ihre Funktion hängen von mehreren Faktoren ab. Proteine sind Makromoleküle, die aus Aminosäuren bestehen, welche durch Peptidbindungen miteinander verbunden sind. Sie werden aus langen Ketten von normalerweise über 100 bis zu mehr als 1000 einzelnen Aminosäuren gebildet. Wenn ein Protein weniger als 100 Aminosäuren enthält, wird es als Peptid bezeichnet. Jede Aminosäure hat zwei funktionelle Gruppen, die Aminogruppe und die Carboxygruppe. Die Abfolge der Aminosäuren bestimmt die dreidimensionale Struktur des Proteins, die für seine Funktion von großer Bedeutung ist. Ein Protein kann auf vier strukturellen Ebenen beschrieben werden, der Primär-, Sekundär-, Tertiär- und Quartärstruktur.
Primärstruktur
Die Reihenfolge der Aminosäuren wird als Primärstruktur bezeichnet, welche ausschlaggebend für die dreidimensionale Struktur des Proteins ist. Die Aminosäureketten bestehen jeweils aus einem Anfang, der eine freie Aminogruppe bildet, und einem Ende, das aus einer Carboxygruppe besteht.
Sekundärstruktur
Die Sekundärstruktur wird durch Wasserstoffbrücken zwischen den Carbonyl- (C=O) und Aminogruppen (N-H) einzelner Aminosäuren bestimmt. Häufig werden gängige Motive wie die α-Helix und das β-Faltblatt gebildet. Bei der α-Helix bilden die Aminosäureketten eine Spiralstruktur. Dies ist auf die Bindung von zwei Aminosäuren zurückzuführen, die vier Aminosäuren voneinander entfernt liegen. Die β-Faltblattstruktur entsteht durch die Anlagerung von mindestens zwei Aminosäuresegmenten desselben Proteins, wodurch eine leichte Faltung entsteht. Die Sequenzen können parallel (in dieselbe Richtung) oder antiparallel (in entgegengesetzte Richtungen) verlaufen.
Tertiärstruktur
Die Tertiärstruktur beschreibt die dreidimensionale Gesamtheit des Proteins. Sie entsteht durch verschiedene Wechselwirkungen (Wasserstoffbrücken, Ionenbindungen, Van-der-Waals-Kräfte) und Disulfidbrücken.
Quartärstruktur
Die Quartärstruktur beschreibt die Anordnung verschiedener Proteinuntereinheiten in einem Proteinkomplex. Dieser kann aus identischen oder unterschiedlichen Proteinen bestehen.
Wie funktioniert ein Enzym?
Enzyme sind Biokatalysatoren, d. h. sie werden bei der Reaktion nicht verbraucht, sondern sind nur ein Teil davon und beschleunigen ihren Verlauf. Die Rolle eines Enzyms in einer Reaktion ist ebenso vielfältig wie die Herkunft der Enzyme selbst.
Aktives Zentrum
Das aktive Zentrum eines Enzyms ist der Ort, an dem die katalysierte Reaktion stattfindet. Bei einer Enzymreaktion bindet das Substrat an das aktive Zentrum des Enzyms. Dadurch kann das Enzym das Substrat in ein oder mehrere Produkte umwandeln. Wenn das Substrat an das Enzym bindet, entsteht ein Enzym-Substrat-Komplex.
Aktivierungsenergie
Jede Reaktion hat eine Aktivierungsenergie, die überwunden werden muss, damit die Reaktion ablaufen kann. Zu diesem Zweck werden Katalysatoren eingesetzt, die die Aktivierungsenergie senken, sodass die Hürde nicht so hoch ist. Enzyme beschleunigen den Ablauf einer Reaktion, indem sie die Aktivierungsenergie senken, die zur Bildung eines neuen Moleküls erforderlich ist. Für jede Reaktion wird Energie benötigt (endotherm) oder Energie wird freigesetzt (exotherm). Diese Energie kann beispielsweise durch die Temperatur des Reaktionsmediums bereitgestellt werden. Eine Verringerung der Aktivierungsenergie bedeutet, dass die Reaktion mit weniger Energieeinsatz ablaufen kann und somit beschleunigt wird. Bei den meisten Reaktionen in Zellen ist die Aktivierungsenergie zu hoch, sodass die Reaktion ohne einen Katalysator, in diesem Fall Enzyme, nicht stattfinden könnte.
Enzym-Substrat Komplex
Bei der Umwandlung des Substrats in das Produkt bindet sich das Substrat zunächst an das Enzym und bildet den Enzym-Substrat-Komplex. Nach der Umwandlung des Substrats werden das Enzym und das Produkt voneinander getrennt.
Wo werden Enzyme eingesetzt?
Viele Produkte, die wir in unserem täglichen Leben verwenden, werden mithilfe biotechnologischer Verfahren hergestellt und sind für die Versorgung der Weltbevölkerung notwendig. Ob Lebensmittel oder Medikamente, vieles davon wird in komplexen biotechnologischen Verfahren hergestellt. Der Bedarf an der Entwicklung und dem Einsatz solcher biotechnologischer Verfahren steigt und ist notwendig, um in Zukunft eine nachhaltige Produktion zu realisieren.
Wo finden sich deiner Meinung nach Enzyme im Alltag?
Und wo werden Enzyme in der Lebensmittelindustrie eingesetzt?
Quelle: https://jem.at/2014/ernaehrungsmedizin/enzyme-in-der-lebensmittelverarbeitung/
Die uns vorliegenden Daten stammen aus dem Jahr 2008.
Seit 2008 hat sich in der Industrie viel getan. Chemische Prozesse müssen immer nachhaltiger und ressourcenschonender werden, daher wurden und werden weitere Anwendungen mit Enzymen entwickelt. Enzyme werden hauptsächlich in der Biotechnologie eingesetzt.