Was ist der Zusammenhang zwischen Enzymen und Substraten?

Enzyme und Substrate sind in zweierlei Hinsicht miteinander verwandt, da sie in vielen biologischen Prozessen häufig miteinander interagieren. Erstens sind Enzyme und Substrate häufig spezifisch für einander und besitzen komplementäre Formen, die es ihnen ermöglichen, sich zu binden. Zweitens können Enzyme Substrate verändern, indem sie chemische Reaktionen katalysieren oder Strukturen modifizieren. Zusammen durchlaufen sie Transformationen, einschließlich des Enzymsubstrat (ES) -Komplexes, der Zwischenzustände und der Übergangszustände.

Es wird angenommen, dass sich im menschlichen Körper etwa 75.000 Enzyme befinden, von denen viele für bestimmte Substrate spezifisch sind. Enzyme und Substrate binden durch verschiedene Wechselwirkungen, einschließlich Wasserstoffbrückenbindungen, hydrophoben Wechselwirkungen und kovalenten Bindungen, aneinander. Diese anfängliche Bindung wird eher als induziertes Anpassungsmodell als als Lock-and-Key-Modell bezeichnet, da sich jedes Molekül als Reaktion auf die Bindung mit dem anderen Molekül ändert, um eine neue dreidimensionale Form zu bilden. Das Enzym und das Substrat bilden zusammen den ES-Komplex, in dem chemische Reaktionen ablaufen können.

Während einer katalysierten Reaktion interagieren Enzyme und Substrate, um neue Produkte zu erhalten. Während das Enzym nach Beendigung der Reaktion unverändert bleibt, wird das Substrat häufig modifiziert und wandelt sich manchmal vollständig in ein neues Molekül oder neue Moleküle um. Obwohl das Enzym unverändert bleibt, spielt es eine wichtige Rolle bei den ablaufenden chemischen Reaktionen, da es die Aktivierungsenergie für den Fortgang der Reaktion senkt. Dies bedeutet, dass die in den chemischen Wechselwirkungen des Enzyms und des Substrats vorhandene Energie ausreicht, um die Energiehürde der Reaktion zu überwinden.

Während der Reaktion durchlaufen Enzyme und Substrate verschiedene Stadien. Einige dieser als Zwischenstufen oder chemische Zwischenstufen bezeichneten Verbindungen beinhalten die Bildung neuer transienter Moleküle. Das Enzym ist in der Lage, diese zu stabilisieren und weitere Reaktionen zu katalysieren, um diese Moleküle in die gewünschten Produkte umzuwandeln.

Übergangszustände sind andere Komplexe zwischen Enzymen und Substraten, die unglaublich kurzlebig und energiereich sind. Sie treten häufig zum Zeitpunkt des Bruchs der Bindung, der Reformation oder der Umlagerung in der Reaktion auf. Die Enzyme sind häufig so strukturiert, dass sie die Energie der Übergangszustände durch stabilisierende Bindungen reduzieren, und häufig ist diese Verringerung der Energie das, was die Aktivierungsenergie der Reaktion senkt.

Obwohl es viele Enzymsubstratpaare gibt, können viele Enzyme mehreren Substraten entsprechen. Tatsächlich werden viele Enzyme benötigt, um zwei Substrate zu einem einzigen Molekül zusammenzufügen oder um ein einzelnes Substrat in zwei resultierende Produktmoleküle aufzubrechen. Es gibt auch viele Enzyme, die nicht spezifisch sind, was bedeutet, dass sie abhängig von den Bedingungen in der Zelle auf mehr als ein Substrat abzielen können.