Was ist Enzymkatalyse?
Die Enzymkatalyse ist ein Prozess, bei dem das Enzym mit einem anderen Molekül reagiert, das als Substrat bekannt ist. Diese Katalyse chemischer Reaktionen senkt die Aktivierungsenergie (Ea), die dann den Reaktantenmolekülen genügend Energie liefert, um eine neue Substanz zu bilden. Das Enzym bindet sich an das Substrat und verwandelt das Molekül in ein neues Produkt. Im Gegensatz zum Substrat bleibt das Enzym nach dem Prozess unverändert und kann mehrere solcher Prozesse durchführen. Eine weitere Aufgabe der Enzyme besteht darin, chemische Reaktionen zu stabilisieren und als Katalysatoren zu wirken.
Ein Katalysator hat die Fähigkeit, ganz zu bleiben und gleichzeitig die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion zu erhöhen. Künstliche Katalysatoren können ähnliche chemische Reaktionen ausführen; Sie sind jedoch nicht so wirksam und können nicht mit der Beschleunigungsrate konkurrieren, die bei einer natürlichen Enzymkatalyse auftritt. Die Enzymkatalyse beim Menschen findet normalerweise bei einer Temperatur von etwa 37 Grad Celsius statt.
Die aus Aminosäureketten bestehenden Enzyme haben eine dreidimensionale Form, die sich leicht durch hohe Temperaturen und ein Ungleichgewicht des potentiellen Wasserstoffs, auch als pH-Gleichgewicht bezeichnet, ändert. Bestimmte Chemikalien, freie Radikale und Schwermetalle können auch die Form von Enzymen verändern und die Enzymkatalyse stören. Wenn das Enzym seine Form verliert, kann es die Katalyse biochemischer Reaktionen nicht mehr durchführen.
Das beliebteste Modell der Enzymkatalyse ist das induzierte Anpassungsmodell, bei dem sich das Substrat mit einem kleinen aktiven Bereich auf dem Enzym, dem so genannten aktiven Zentrum, verzahnt. Sobald die Bindung abgeschlossen ist, wird ein neues Produkt aus dem aktiven Bereich freigegeben. Während des Bindungsprozesses ändert sich die Form des Enzyms leicht, aber sobald das neue Produkt freigesetzt wird, ist das Enzym bereit für die nächste chemische Reaktion.
Differenzielle und gleichmäßige Bindung sind die primären Arten der Bindung. Differentialbindung besteht nur aus einer starken Übergangsbindung. Eine gleichmäßige Bindung umfasst andererseits sowohl eine starke Substrat- als auch eine Übergangszustandsbindung. Beide Mechanismen können stattfinden, wenn nicht gebundene Enzyme mit kleinem Substrat vorhanden sind.
Die differentielle Bindung ist jedoch wichtig, um die Ea zu senken, wenn die Enzyme gesättigt sind, dh eine hohe Affinität aufweisen. Dies ist der häufigste Mechanismus, da die meisten Enzyme auf diese Weise arbeiten. Nachdem sich die Bindung gebildet hat, wird die Energie des Übergangszustands reduziert und ein alternativer Weg für die chemische Reaktion bereitgestellt. Dadurch kann die Enzymkatalyse stabil bleiben.