Jede der Billionen von Zellen Ihres Körpers hängt von Tausenden von chemischen Reaktionen ab. Die chemischen Reaktionen, die in Ihrem Körper ablaufen, könnten in einem Reagenzglas ablaufen, aber sie würden viel langsamer ablaufen – zu langsam, um die Aktivitäten eines lebenden Organismus zu unterstützen.
Enzyme sind Proteine in lebenden Organismen, die chemische Reaktionen unterstützen. Ihre Funktionsfähigkeit und Arbeitsgeschwindigkeit wird von mehreren Faktoren beeinflusst. Einige dieser Faktoren sind andere Chemikalien.
Wie Enzyme funktionieren
Chemische Reaktionen beinhalten das Aufbrechen und die Bildung von Bindungen zwischen Atomen. Das Aufbrechen der Bindungen der Ausgangschemikalien – der Reaktanten – kostet Energie. Das nennt man Aktivierungsenergie. Enzyme sind Proteine, die an den Reaktionspartnern greifen und diese so ausrichten, dass die Aktivierungsenergie geringer ist. Die Reaktanten werden auch als bezeichnet Substrate.
Ein Enzym bindet Substrate an bestimmten Stellen, die als aktive Zentren bezeichnet werden. Aktive Zentren sind so geformt, dass sie sich an bestimmte Substrate anlagern können. Der gebundene Enzym-Substrat-Komplex erleichtert den Reaktionspartnern, ihre Bindungen aufzubrechen und im Produkt neue zu bilden.
Dann wird das Produkt aus dem Enzym freigesetzt.
Chemikalien, die chemische Reaktionen unterstützen: Cofaktoren
Die Form des aktiven Zentrums ermöglicht die Arbeit der Enzyme. Wenn das aktive Zentrum verzerrt ist, bindet das Substrat nicht und die Reaktion wird nicht unterstützt. Einige Enzyme benötigen Chemikalien, die als Cofaktoren bezeichnet werden, um die richtige Form anzunehmen.
Cofaktoren können in Form von anorganischen Atomen oder organischen Molekülen vorliegen. Beispiele für Cofaktoren sind ein ionisiertes Zinkatom – eines, das ein paar Elektronen verloren hat – das in dem Enzym Alkoholdehydrogenase benötigt wird, das zum Abbau von Alkohol verwendet wird.
Das Molekül Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid ist ein häufiger organischer molekularer Cofaktor und wird auch als a. bezeichnet Coenzym. Es nimmt oft an Reaktionen teil, die die Übertragung von Wasserstoffatomen oder -ionen erfordern. Coenzyme und anorganische Cofaktoren können notwendig sein, damit ein Enzym funktioniert, und wenn nicht genug davon vorhanden sind, wird die Gesamtreaktionsgeschwindigkeit langsam sein.
Chemikalien, die chemische Reaktionen unterstützen: Substrate
Jedes Enzym hat eine spezifische Funktion. Ein Enzym, das ein Fructosemolekül in zwei Teile spaltet, kann nicht verwendet werden, um Sauerstoff aus rote Blutkörperchen. Damit eine Reaktion stattfinden kann, müssen sowohl das Enzym als auch das Substrat vorhanden sein. Die Reaktionsgeschwindigkeit kann durch einen Mangel an Enzym oder Substrat begrenzt werden.
Anders ausgedrückt: Wenn eine Zelle viel Substrat und nicht viel Enzym enthält, erhöht die Zugabe von mehr Enzym die Reaktionsgeschwindigkeit. Umgekehrt erhöht die Zugabe von Substrat die Reaktionsgeschwindigkeit, wenn viel Enzym und nicht viel Substrat vorhanden sind. Die Zugabe von mehr Substrat, wenn viel Substrat und wenig Enzym vorhanden ist (oder die Zugabe von mehr Enzym in der umgekehrten Situation), wird die Reaktionsgeschwindigkeit jedoch nicht erhöhen.
Schnellere Reaktionsraten
Die tatsächliche Geschwindigkeit einer enzymkatalysierten Reaktion ändert sich nicht. Das heißt, die Zeit von der Bindung des Substrats bis zur Freisetzung des Produkts ist für jeden speziellen Enzymtyp gleich. Wenn man davon spricht, die Wirkung eines Enzyms zu beschleunigen, meint man, die Zahl der Enzyme zu erhöhen, die aktiv an chemischen Reaktionen teilnehmen, so dass die Gesamtzahl der Reaktionen steigt.
Zum Beispiel, wenn es nicht genug ist Zink um mit einem bestimmten Typ von DNA-verarbeitenden Enzymen in einer Zelle zusammenzupassen, erhöht die Zugabe von mehr Zink die Reaktionsgeschwindigkeit, indem mehr Enzyme aktiv werden.
Das gleiche gilt für die Zugabe von mehr Substrat oder mehr Enzym: Die Wirkung wird dadurch beschleunigt, dass mehr Enzyme chemische Reaktionen katalysieren können, nicht durch die Beschleunigung eines bestimmten Enzyms.
