Forscher versuchen immer noch, die strukturellen und funktionellen Details von Enzymen vollständig zu verstehen, doch diese komplexen organischen Moleküle sind für die meisten biologischen Reaktionen unerlässlich. Enzyme katalysieren oder beschleunigen chemische Reaktionen. Die biologischen Prozesse, die einen Organismus am Leben erhalten, hängen von zahlreichen chemischen Reaktionen ab, und Enzyme sorgen dafür, dass diese Reaktionen schnell genug ablaufen, um Leben zu erhalten. Viele Enzyme wiederum sind abhängig von Vitamin-abgeleiteten Substanzen, den sogenannten Coenzymen.
Aktivierende Reaktionen
Um eine chemische Reaktion auszulösen, wird eine bestimmte Energiemenge, die sogenannte Aktivierungsenergie, benötigt. Der grundlegende Zweck von Enzymen besteht darin, Reaktionen zu erleichtern, indem sie diese Aktivierungsenergie senken. Enzyme erreichen dies, indem sie an Reaktantenmoleküle binden und ihnen ermöglichen, auf energieeffizientere Weise zu interagieren. Reaktantenmoleküle binden an Enzyme an einer kompliziert strukturierten Stelle, die als aktives Zentrum bekannt ist, und das an diesem Bindungsprozess beteiligte Molekül wird als Substrat bezeichnet. Coenzyme, von denen einige Vitamine sind und einige direkt aus Vitaminen synthetisiert werden, aktivieren Enzyme, indem sie dem Enzym helfen, sich an sein Substrat zu binden.
Enzymassistenten
Coenzyme aktivieren Enzyme hauptsächlich, indem sie die Übertragung spezifischer Partikel oder Verbindungen unterstützen, die an der chemischen Reaktion beteiligt sind. Einige Coenzyme erleichtern beispielsweise enzymatische Reaktionen, indem sie Elektronen und Wasserstoffionen von einem Atom zum anderen transportieren, während andere am Transport ganzer Atome oder größerer Moleküle beteiligt sind. Anders erklärt: Ein Enzym passt möglicherweise nicht perfekt zum gewünschten Substrat, es sei denn, das aktive Zentrum wird durch die Zugabe eines Coenzyms modifiziert.
Die Vitamine, die Enzyme brauchen
Der Begriff "Vitamin" bezieht sich auf 13 organische Verbindungen, die für die menschliche Gesundheit unerlässlich sind. In den meisten Fällen müssen Vitamine über die Nahrung zugeführt werden, da der Körper sie nicht selbst herstellen kann. Vitamine fallen in zwei allgemeine Kategorien: wasserlöslich und fettlöslich. Wasserlösliche Vitamine finden sich hauptsächlich in wässrigen oder stärkehaltigen Lebensmitteln wie Getreide und Gemüse, während fettlösliche Vitamine hauptsächlich in fetthaltigen Lebensmitteln wie Butter, Meeresfrüchten und Innereien enthalten sind. Als Coenzyme fungieren nur wasserlösliche Vitamine.
Coenzym-Mangel
Vitaminmangel kann zu ernsthaften Gesundheitsstörungen führen, da wichtige biologische Prozesse zusammenbrechen, wenn ein Mangel an Coenzymen Enzyme daran hindert, wesentliche chemische Reaktionen zu katalysieren. Zwei bekannte Coenzym-Vitamine sind Thiamin und Niacin. Thiaminverbindungen dienen als Coenzyme für eine Vielzahl von Reaktionen, die die zelluläre Energieproduktion, die Proteinsynthese und die Gehirnfunktion umfassen. Thiaminmangel verursacht eine als Beriberi bekannte Störung mit Symptomen wie Reizbarkeit, Schwäche und sogar Herzversagen. Niacin wird für zahlreiche Reaktionen im Zusammenhang mit der Energieproduktion und der Fettsäuresynthese benötigt. Ein Mangel verursacht Pellagra, was zu Demenz, Hautproblemen, Gewichtsverlust und schließlich zum Tod führt.