Ein Enzym ist ein hochkomplexes Protein, das als Katalysator für Reaktionen fungiert. Ein Katalysator ist eine Substanz, die die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion erhöht, ohne von der Reaktion selbst verbraucht zu werden. Enzyme sind lebenswichtig und in der Natur allgegenwärtig. Da Enzyme eine sehr spezifische dreidimensionale Struktur haben, können Änderungen der Bedingungen wie Temperatur und pH-Wert ihre Wirksamkeit beeinträchtigen.
Denaturierung
Die dreidimensionale Struktur eines Enzyms bildet das aktive Zentrum oder das Geschäftsende des Enzyms, an dem die Reaktionskatalyse stattfindet. Veränderungen dieses aktiven Zentrums können durch Faktoren wie pH oder Temperatur beeinflusst werden und die Wirksamkeit des Enzyms wird daher reduziert, wenn keine optimalen Bedingungen vorliegen. Wenn das Enzym seine Form verliert, spricht man von Denaturierung.
Aminosäureseitenketten
Die Aminosäuren, aus denen Proteine und damit Enzyme bestehen, bestehen aus einem zentralen Kohlenstoffatom, einem Wasserstoffatom, einer Aminogruppe, einer Carbonsäuregruppe und einer "R"-Gruppe. Die R-Gruppe wird auch als Seitenkette bezeichnet. Die Seitenkette oder R-Gruppe ist eine spezifische Anordnung von Atomen, die diese Aminosäure einzigartig macht, und kann sich in Lösung als schwache Säure oder Base verhalten und einen spezifischen Ionisierungszustand aufweisen. Dieser Ionisationszustand beeinflusst die Struktur des Enzyms.
Wirkung von pH
Alle Enzyme haben einen optimalen pH-Wert, bei dem sie am besten funktionieren. Der pH-Wert ermöglicht es dem Enzym, eine bestimmte Konformation anzunehmen, die sich für die Form des aktiven Zentrums des Enzyms eignet. Wenn das aktive Zentrum die richtige Form hat, kann es effektiv an ein Substrat oder Ausgangsmaterial der Reaktion binden und die Reaktion katalysieren. Das aktive Zentrum ist das Ergebnis einer spezifischen Konformation der Aminosäureseitenketten des Enzyms, die schwache Assoziationen aufgrund ihres Ionisationszustandes und bilden die resultierende spezifische dreidimensionale Struktur von das Enzym. Ohne den richtigen pH-Wert wird sich diese dreidimensionale Struktur nicht richtig bilden. Biochemische Puffer in lebenden Systemen sind in der Lage, das Enzym in seinem optimalen pH-Bereich zu halten.
Einfluss der Temperatur
Auch die Temperatur beeinflusst die dreidimensionale Struktur von Enzymen. Jedes Enzym hat einen optimalen Temperaturbereich, innerhalb dessen es am besten funktioniert. Eine zu hohe Temperatur denaturiert die Struktur des Enzyms und verändert die Form seines aktiven Zentrums, so dass es eine Reaktion nicht effektiv katalysieren kann. Eine zu niedrige Temperatur liefert dem System nicht genug Energie, damit die Reaktion mit ihrer maximalen Geschwindigkeit fortschreitet.