Enzyme: Funktion, Definition und Beispiele

Enzyme helfen, chemische Reaktionen im menschlichen Körper zu beschleunigen. Sie binden an Moleküle und verändern sie auf spezifische Weise. Sie sind essentiell für die Atmung, die Verdauung der Nahrung, die Muskel- und Nervenfunktion, neben tausenden anderen Aufgaben.

In diesem Artikel erklären wir, was ein Enzym ist, wie es funktioniert und geben einige gängige Beispiele für Enzyme im menschlichen Körper.

Die Grundlagen

Enzyme bestehen aus Proteinen, die zu komplizierten Formen gefaltet sind; sie sind überall im Körper vorhanden.

Die chemischen Reaktionen, die uns am Leben erhalten – unser Stoffwechsel – hängen von der Arbeit ab, die Enzyme verrichten.

Enzyme beschleunigen (katalysieren) chemische Reaktionen; in manchen Fällen können Enzyme eine chemische Reaktion millionenfach schneller machen, als sie es ohne sie gewesen wäre.

A Substrat bindet an den aktive Stelle eines Enzyms und wird in Produkte umgewandelt. Sobald die Produkte das aktive Zentrum verlassen haben, ist das Enzym bereit, sich an ein neues Substrat zu binden und den Prozess zu wiederholen.

Was tun Enzyme?

Das Verdauungssystem – Enzyme helfen dem Körper, größere komplexe Moleküle in kleinere Moleküle, wie z. B. Glukose, aufzuspalten, damit der Körper sie als Brennstoff verwenden kann.

DNA-Replikation – jede Zelle in Ihrem Körper enthält DNA. Jedes Mal, wenn sich eine Zelle teilt, muss diese DNA kopiert werden. Enzyme helfen bei diesem Prozess, indem sie die DNA-Spulen abwickeln und die Informationen kopieren.

Leberenzyme – die Leber baut Giftstoffe im Körper ab. Hierfür verwendet sie eine Reihe von Enzymen.

Wie Enzyme funktionieren

Das „Schloss und Schlüssel“-Modell wurde erstmals 1894 vorgeschlagen. In diesem Modell hat das aktive Zentrum eines Enzyms eine bestimmte Form, in die nur das Substrat passt, wie bei einem Schloss und Schlüssel.

Dieses Modell wurde nun aktualisiert und wird als “ Induced-fit“-Modell bezeichnet.

In diesem Modell ändert die aktive Stelle ihre Form, wenn sie mit dem Substrat interagiert. Sobald das Substrat vollständig eingerastet ist und sich an der exakten Position befindet, kann die Katalyse beginnen.

Die perfekten Bedingungen

Enzyme können nur unter bestimmten Bedingungen arbeiten. Die meisten Enzyme im menschlichen Körper arbeiten am besten bei etwa 37°C – Körpertemperatur. Bei niedrigeren Temperaturen arbeiten sie zwar noch, aber viel langsamer.

Ähnlich können Enzyme nur in einem bestimmten pH-Bereich (sauer/alkalisch) arbeiten. Ihre Vorliebe hängt davon ab, wo sie sich im Körper befinden. Zum Beispiel arbeiten Enzyme im Darm am besten bei einem pH-Wert von 7,5, während Enzyme im Magen am besten bei einem pH-Wert von 2 arbeiten, da der Magen viel saurer ist.

Wenn die Temperatur zu hoch oder die Umgebung zu sauer oder alkalisch ist, verändert das Enzym seine Form; dadurch verändert sich die Form der aktiven Stelle, so dass Substrate nicht mehr daran binden können – das Enzym ist denaturiert worden.

Kofaktoren

Einige Enzyme können nur funktionieren, wenn ein bestimmtes Nicht-Protein-Molekül an sie gebunden ist. Diese werden Cofaktoren genannt. So kann z. B. die Kohlensäureanhydrase, ein Enzym, das zur Aufrechterhaltung des pH-Werts im Körper beiträgt, nur funktionieren, wenn es an ein Zinkion gebunden ist.

Hemmung

Um sicherzustellen, dass die Systeme des Körpers richtig funktionieren, müssen manchmal Enzyme gebremst werden. Wenn zum Beispiel ein Enzym zu viel von einem Produkt herstellt, muss es eine Möglichkeit geben, die Produktion zu reduzieren oder zu stoppen.

Die Aktivität von Enzymen kann auf verschiedene Weise gehemmt werden:

Kompetitive Inhibitoren – ein Molekül blockiert das aktive Zentrum, so dass das Substrat mit dem Inhibitor konkurrieren muss, um an das Enzym zu gelangen.

Nicht-kompetitive Inhibitoren – ein Molekül bindet an ein Enzym an einer anderen Stelle als dem aktiven Zentrum und reduziert die Effektivität seiner Arbeit.

Nicht-kompetitive Inhibitoren – der Inhibitor bindet an das Enzym und das Substrat, nachdem sie sich aneinander gebunden haben. Die Produkte verlassen das aktive Zentrum weniger leicht, und die Reaktion wird verlangsamt.

Irreversible Inhibitoren – ein irreversibler Inhibitor bindet an ein Enzym und inaktiviert es dauerhaft.

Beispiele für spezifische Enzyme

Es gibt Tausende von Enzymen im menschlichen Körper, hier sind nur einige Beispiele:

• Lipasen – eine Gruppe von Enzymen, die bei der Verdauung von Fetten im Darm helfen.
• Amylase – hilft bei der Umwandlung von Stärke in Zucker. Amylase ist im Speichel enthalten.
• Maltase – kommt ebenfalls im Speichel vor; spaltet den Zucker Maltose in Glukose. Maltose ist in Lebensmitteln wie Kartoffeln, Nudeln und Bier enthalten.
• Trypsin – kommt im Dünndarm vor, spaltet Proteine in Aminosäuren auf.
• Laktase – kommt ebenfalls im Dünndarm vor, spaltet Laktose, den Zucker in der Milch, in Glukose und Galaktose.
• Acetylcholinesterase – baut den Neurotransmitter Acetylcholin in Nerven und Muskeln ab.
• Helicase – entwirrt die DNA.
• DNA-Polymerase – synthetisiert DNA aus Desoxyribonukleotiden.

Kurz und bündig

Enzyme spielen eine große Rolle im täglichen Ablauf des menschlichen Körpers. Indem sie sich an Verbindungen binden und diese verändern, sind sie für das ordnungsgemäße Funktionieren des Verdauungssystems, des Nervensystems, der Muskeln und vieles, vieles mehr unerlässlich.