Enzyme: Wie sie biochemische Reaktionen in Lebewesen beschleunigen

Ohne Enzyme wäre Leben unmöglich. Enzyme sind Moleküle, die im Körper vorkommen und chemische Reaktionen beschleunigen. Lebewesen enthalten allerlei Chemikalien, die mit anderen Chemikalien reagieren, zerfallen und Energie freisetzen. Die meisten Lebewesen führen die meisten der für die Erfüllung verschiedener Körperfunktionen benötigten chemischen Reaktionen ohne Enzyme durch, wenn auch langsamer. Aber für einige entscheidende Stoffwechselfunktionen verlaufen die chemischen Reaktionen zu langsam, um das Leben aufrechtzuerhalten.

Enzym-Eigenschaften

Organische Enzyme sind in der Regel Proteine, die grundlegenden Bausteine des Lebens. Sie sind darauf ausgelegt, chemische Reaktionen in sehr spezifischen Arten von Chemikalien herbeizuführen. Außerdem können Organismen im Laufe der Zeit verschiedene Enzyme entwickeln und verwenden. Im Gegensatz zu Chemikalien, die sich nach einer chemischen Reaktion verändern können, bleiben Enzyme nach jeder chemischen Reaktion gleich, was ihre Nützlichkeit erheblich steigert.

Enzymproduktion

Der menschliche Körper produziert Enzyme in lebenden Zellen, die den Körper bilden. Zellen können eine enorme Vielfalt an Enzymen produzieren; bis zu 3.000. Die Zelle enthält Gene, die Anweisungen sind, die der Zelle sagen, Enzyme zu produzieren. Sogar ein fehlendes Enzym kann eine verheerende Wirkung auf die Zelle haben.

Protein und Cofaktor

In ihrer einfachsten Form bestehen Enzyme aus einer Protein-Kette und einem oder mehreren Cofaktoren. Die Cofaktoren sind nicht-proteinogene Substanzen, die meist aus Vitaminen hergestellt werden. Einige anorganische Cofaktoren stammen jedoch aus Metallionen, das sind geladene Moleküle. Der Proteinanteil wird Apoenzym genannt. Das Apoenzym hat einen inaktiven Teil, das Proenzym oder Zymogen, das mehrere zusätzliche Aminosäuren enthält. Aminosäuren sind die Bausteine von Proteinen. Manchmal sind das Protein und der Cofaktor lose miteinander verbunden und kommen nur während der chemischen Reaktion zusammen. Manchmal teilen sich der Cofaktor und das Protein ein Elektron, wodurch sie eine feste Bindung eingehen. Der Cofaktor verändert entweder die geometrische Form des Proteins oder spielt tatsächlich eine direkte Rolle bei der chemischen Reaktion.

Funktion

Enzyme bauen Moleküle ab und setzen sie auch wieder zusammen. Beim Anabolismus schaffen Enzyme neue Zellen, erhalten Körpergewebe und speichern Energie für später. Beim Katabolismus bauen Enzyme Zellen ab, um Energie freizusetzen.

Enzyme spielen auch eine wichtige Rolle im Stoffwechsel, der Summe aller Prozesse, die im Körper ablaufen, um Nahrung in Energie umzuwandeln. Das Verdauungssystem benötigt Enzyme, um Proteine in Aminosäuren zu spalten, Fette in Fettsäuren umzuwandeln und Kohlenhydrate in einfache Zucker umzuwandeln.

Klassifikation

Wenn Wissenschaftler ein Enzym benennen, nehmen sie das Molekül, auf das das Enzym wirkt, und fügen am Ende des Molekülnamens ein „-ase“ an. Zum Beispiel heißt das Enzym, das Saccharose katalysiert, Saccharase. Dies ermöglicht es Wissenschaftlern, die enorme Vielfalt an Enzymen leicht zu benennen und zu identifizieren.