Was sind die zwei Möglichkeiten, die Enzymaktivität zu hemmen?

Enzyme sind Proteine, die ihre Funktion nur erfüllen, wenn ihre dreidimensionalen Formen intakt sind. Daher wird das Verständnis der Struktur von Enzymen dazu beitragen, die Möglichkeiten zu klären, wie die Enzymaktivität gehemmt werden kann. Drastische Temperaturänderungen wie Schmelzen oder Gefrieren können die Form und Aktivität von Enzymen verändern. Änderungen des pH-Werts oder des Säuregehalts der Umgebung des Enzyms können ebenfalls die Enzymaktivität verändern.

Enzyme sind Proteine, dh sie haben eine spezifische dreidimensionale Struktur, die ihre katalytische Aktivität definiert. Die Primärstruktur eines Proteins ist seine Aminosäuresequenz. Die Sekundärstruktur von Proteinen ist die Wasserstoffbrückenbindung, die entlang des Rückgrats der Aminosäuresequenz auftritt. Die Tertiärstruktur eines Proteins, von der die Aktivität eines Enzyms ausgeht, wird durch die intramolekularen (innerhalb eines Moleküls) Wechselwirkungen der Aminosäureseitenketten an Ort und Stelle gehalten. Die Wechselwirkungen, die die Tertiärstruktur eines Enzyms aufrechterhalten, werden durch Temperatur und pH-Wert beeinflusst.

Enzyme bestehen aus Aminosäureketten, die aus Atomen bestehen. Atome und Moleküle schwingen von Natur aus, aber zu viel Schwingung führt dazu, dass sich Enzyme entfalten. Eine Art von Temperaturänderung, die die Enzymaktivität hemmt, ist das Erhitzen. Durch die Temperaturerhöhung schwingen die Moleküle schneller. Wenn die Temperatur jedoch zu stark ansteigt, entfaltet sich das Enzym. Durch diese Entfaltung, Denaturierung genannt, verliert das Enzym seine dreidimensionale Form und damit seine Aktivität. Die meisten tierischen Enzyme sind über 40 Grad Celsius nicht funktionsfähig.

Die zweite Art von Temperaturänderung, die die Enzymaktivität beeinflusst, ist das Kühlen oder Einfrieren. So wie eine Erhöhung der Temperatur Moleküle schneller schwingen lässt, verlangsamt eine Senkung der Temperatur die Schwingungen. Wenn die Atome in den Enzymen zu stark verlangsamen oder einfrieren, kann das Enzym seine Funktion nicht erfüllen. Enzyme sind keine starren Maschinen, obwohl sie eine physikalische Struktur haben. Die Atome in Enzymen schwingen normalerweise wie andere Proteine. Sie brauchen diese Flexibilität, um ihre Funktion zu erfüllen, und das Einfrieren hindert sie daran, sich überhaupt zu bewegen.

Abgesehen von Temperaturänderungen hemmt eine Änderung des Säuregehalts oder des pH-Werts der Umgebung des Enzyms die Enzymaktivität. Eine der Arten von Wechselwirkungen, die die Tertiärstruktur eines Enzyms zusammenhalten, sind ionische Wechselwirkungen zwischen Aminosäureseitenketten. Eine positiv geladene Amingruppe wird neutralisiert, wenn sie mit einer negativ geladenen Säuregruppe wechselwirkt. Eine pH-Änderung, also eine Änderung der Protonenmenge, kann die Ladungen dieser beiden Gruppen ändern, sodass sie sich nicht mehr anziehen. Es sollte beachtet werden, dass jedes Enzym innerhalb eines bestimmten pH-Bereichs funktioniert, einige mögen sehr saure Umgebungen, andere sehr alkalische oder basische Umgebungen.