Inhalt
- Was ist ein Katalysator?
- Enzym: Definition und Entdeckung
- Enzym-Grundlagen
- Enzymaktivität
- Bekannte Enzyme
- Enzym-Nomenklatur
- Enzymklassen
Enzyme sind Moleküle, insbesondere Proteine, die dazu beitragen, biochemische Reaktionen zu beschleunigen, indem sie mit den Inhaltsstoffen (Reaktanten und Produkten) interagieren, ohne diese dauerhaft zu verändern. Dieser Erleichterungsprozess ist bekannt als Katalyseund dementsprechend werden Enzyme selbst als identifiziert Katalysatoren.
Enzyme können, wie viele andere Akteure in der Mikrobiologie, lange und schwerfällige Namen haben. Fast alle davon enden in "-ase". Wenn Sie jedoch mit dem formalen System vertraut sind, in dem Enzyme genannt werden, können Sie viele Geheimnisse über die Funktion eines bestimmten Enzyms aufdecken, ohne genau zu wissen, welche Reaktion dieses Enzym katalysiert.
Was ist ein Katalysator?
Umgangssprachlich ist ein Katalysator jede Entität, die den Fluss, die Effizienz oder die Wirksamkeit eines bestimmten Vorhabens verbessert. Wenn Sie ein Basketballtrainer sind und wissen, dass ein bestimmter populärer Spieler die Menge und das Team im Allgemeinen in Schwung bringt, dann setzen Sie auf die Anwesenheit eines Katalysators.
Menschliche Katalysatoren sorgen dafür, dass Dinge geschehen, und sie bewirken, dass die Menschen in ihrer Umgebung auch maximal kompetent aussehen. In gleicher Weise können biologische Katalysatoren bestimmte biochemische Prozesse fast automatisch erscheinen lassen, obwohl diese Prozesse in Abwesenheit des Enzyms zu einem nicht gesicherten Ergebnis führen würden.
Katalysatoren werden häufig nicht in die Formel für die chemische Reaktion, an der sie beteiligt sind, eingetragen, da ein Katalysator per Definition am Ende der Reaktion in seiner ursprünglichen Form unverändert bleibt.
Enzym: Definition und Entdeckung
In den späten 1870er Jahren hatte sich herausgestellt, dass etwas in Hefe Zuckerquellen schneller als spontan in alkoholische Getränke verwandeln kann, und dass dasselbe Prinzip von Fermentation auf die Alterung von Käse angewendet.
Unter den richtigen Bedingungen allein gelassen, können einige Arten von verrottenden Früchten schließlich zur Bildung von Ethylalkohol führen. Durch die Zugabe von Hefe wird jedoch nicht nur die Fermentation beschleunigt, sondern auch die Vorhersagbarkeit und ein Maß an Kontrolle für die gesamte chemische Reaktion eingeführt.
"Enzym" kommt aus dem Griechischen und bedeutet "mit Hefe". Wie heute verwendet, bezieht es sich auf biologisch Katalysatoren in Organismen oder Substanzen, die sowohl von als auch zum Nutzen eines lebenden Systems produziert werden.
Enzym-Grundlagen
Die Hauptfunktion aller Enzyme besteht darin, die Stoffwechselvorgänge in einer Zelle zu katalysieren. Eine formalere Enzymdefinition legt fest, dass ein Enzym nicht nur auf Reaktionen in einer lebenden Zelle einwirken muss, sondern auch von einem Organismus - dem gleichen oder einem anderen - erzeugt wurde.
Einzelne Enzyme können in Bezug auf ihre Eigenschaften beschrieben werden Spezifität. Dies ist ein Maß dafür, wie exklusiv die Beziehung eines Enzyms zu seiner ist Substrat oder Substrate. Substrate sind die Moleküle, an die Enzyme binden, normalerweise die Reaktanten. Wenn ein Enzym in einer Reaktion nur an ein Substrat bindet, impliziert dies absolut Spezifität. Wenn es an eine Reihe verschiedener, aber chemisch ähnlicher Substrate binden kann, hat das Enzym Gruppe Spezifität.
Enzymaktivität
Wie gut Enzyme funktionieren - das heißt, wie stark sie die Reaktionen beeinflussen können, auf die sie abzielen, im Vergleich zu neutralen Bedingungen - hängt von einer Reihe von Faktoren ab. Dazu gehören Temperatur und Säuregehalt, die die Stabilität aller Proteine und nicht nur der Enzyme beeinflussen.
Wie zu erwarten, kann die Erhöhung der Substratmenge die Reaktionsgeschwindigkeit erhöhen, solange das Enzym noch nicht "gesättigt" ist. Umgekehrt kann die Zugabe von Enzymen die Reaktion auf einem bestimmten Substratniveau beschleunigen und die Zugabe von mehr Substrat ermöglichen, ohne an eine Produktionsgrenze zu stoßen.
Die Geschwindigkeit des Verschwindens des Substrats (und des Auftretens der Reaktanten) bei Reaktionen, an denen Enzyme beteiligt sind, ist nicht linear, sondern verlangsamt sich eher, wenn sich die Reaktion dem Ende nähert. Dies wird in einem Diagramm der Konzentration über der Zeit durch eine Abwärtsneigung dargestellt, die mit der Zeit allmählicher wird.
Bekannte Enzyme
Fast jede Liste von Enzymen, die die bekanntesten und am besten untersuchten Enzyme aufweisen, weist mit ziemlicher Sicherheit Katalysatoren für die Glykolyse, den Zitronensäure- (d. H. Krebs- oder Tricarbonsäure-) Zyklus oder beide auf. Diese Prozesse, die jeweils aus mehreren Einzelreaktionen bestehen, beinhalten den Abbau von Glucose zu Pyruvat im Zellzytoplasma und die Umwandlung von Pyruvat in eine rotierende Reihe von Zwischenprodukten, die letztendlich eine aerobe Atmung ermöglichen.
Zwei am frühen Teil der Glykolyse beteiligte Enzyme sind Glucose-6-Phosphatase und Phosphofructokinase, wohingegen Citrat-Synthase ist ein wichtiger Akteur im Zitronensäurekreislauf.
Können Sie anhand ihrer Namen vorhersagen, was diese Enzyme bewirken könnten? Wenn nicht, versuchen Sie es in etwa fünf Minuten erneut.
Enzym-Nomenklatur
Der Name eines Enzyms rollt möglicherweise nicht leicht von der Zunge, aber dies sind die Kosten für das Erlernen der Chemie. Die meisten Namen bestehen aus zwei Wörtern, wobei das erste das Substrat angibt, auf das das Enzym einwirkt, und das zweite die Art der Reaktion angibt (mehr zu diesem zweiten Attribut im nächsten Abschnitt).
Obwohl eine überwältigende Anzahl von Enzymnamen mit "-ase" endet, ist dies bei einigen wichtigen und gut untersuchten nicht der Fall. Jede Liste von Enzymen, die sich auf die menschliche Verdauung beziehen, umfasst Trypsin und Pepsin. Das Enzymsuffix "-ase" an sich bedeutet jedoch nichts anderes als die Tatsache, dass das fragliche Protein tatsächlich ein Enzym ist und keine funktionellen Details anspricht.
Enzymklassen
Es gibt sechs Hauptklassen von Enzymen, die nach ihrer Funktion in Kategorien unterteilt sind. Die meisten dieser Klassen enthalten auch Unterklassen. Ihre Namen sind hilfreich, um festzustellen, was sie tun, aber nur, wenn Sie Griechisch oder Latein sprechen.