Was sind Enzyme?

Enzyme sind makromolekulare biologische Katalysatoren

Das Wort „Enzym“ stammt aus dem Griechischen: en (in) + zyme (Ferment). Das älteste dokumentierte Beispiel für die kommerzielle Nutzung von Enzymen findet sich in einer Beschreibung der Weinherstellung im Codex Hammurabi (altes Babylon, ca. 2100 v. Chr.). Bereits in der Antike lernten Menschen, Mikroorganismen als Enzymquellen in der Fermentation zu nutzen. Diese Praxis verbreitete sich weltweit und war nicht auf das antike Babylon beschränkt, sondern ist auch aus frühen Hochkulturen in Rom, Griechenland, Ägypten, Indien und China bekannt. Eine weitere frühe Anwendung von Enzymen betraf Milchprodukte: Frische Milch wurde über einen angemessenen Zeitraum in mehreren Tiermägen gelagert, die Enzyme enthalten, die als „Lab“ bezeichnet werden und Milch zu Käse gerinnen lassen. Dies sind anschauliche Beispiele dafür, wie Enzyme als biologische Katalysatoren wirken, d. h. die Geschwindigkeit biologischer Reaktionen erhöhen.

Die Struktur von Enzymen

Enzyme sind in der Regel Proteine, die entweder allein wirken oder als Bestandteil größerer Komplexe mit anderen Enzymen. Wie alle Proteine bestehen Enzyme aus Aminosäuren, die zu einer langen Kette verknüpft sind und sich zu spezifisch geordneten dreidimensionalen Strukturen falten. Jedes Enzym besteht aus etwa hundert bis zu einer Million Aminosäuren, die wie Perlen auf einer Schnur angeordnet sind. Struktur und Funktion eines Enzyms werden durch die Reihenfolge der Aminosäuren bestimmt. Die einzigartige dreidimensionale Struktur jedes Enzyms legt dessen Funktion fest. Bereits geringfügige Änderungen in der Aminosäuresequenz können die dreidimensionale Struktur und damit die Funktion des Enzyms deutlich beeinflussen. Zu beachten ist, dass nur eine geringe Anzahl von Enzymen keine Proteine sind, sondern aus kleinen katalytisch aktiven Ribonukleotid-Molekülen besteht, konkret aus RNA.

Einige Enzyme können ihre katalytische Funktion ohne Unterstützung ausüben, während andere Enzyme eine zusätzliche nicht-proteinogene Komponente benötigen, die als Kofaktor bezeichnet wird. Kofaktoren können anorganische Ionen wie Mg²⁺ oder Zn²⁺ sein oder aus organischen bzw. metallorganischen Molekülen bestehen, die auch als Coenzyme bezeichnet werden.

Was macht Enzyme besonders?

Obwohl Enzyme große Moleküle sind, die aus Hunderten bis Millionen von Aminosäuren bestehen, ist nur ein kleiner Teil eines Enzyms tatsächlich an der Katalyse biochemischer Reaktionen beteiligt; dieser Bereich wird als „aktives Zentrum“ bezeichnet. Die dreidimensionale Struktur eines Enzyms bestimmt die Ausprägung und Eigenschaften des aktiven Zentrums. Die Form des biologischen Substrats – definiert als die durch ein Enzym umgesetzte Substanz – muss vom aktiven Zentrum präzise aufgenommen werden, bevor eine Reaktion stattfinden kann. Enzym und Substrat passen zueinander wie ein Schlüssel in ein Schloss, und nur Substrate mit der passenden Struktur werden durch das Enzym umgesetzt. Dies begründet die hohe Spezifität enzymatischer Reaktionen.

Hier helfen Ihnen Definition, Klassifizierung und Funktionen von Enzymen dabei, umfassend zu verstehen, was Enzyme sind.

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