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Was ist ein Enzym? Aufbau, Funktion und Hemmung

In der Biologie und Chemie spielen Enzyme, die Aktivierungsenergie und biochemische Reaktionen eine wichtige Rolle, die den gesamten Organismus am Laufen halten. Enzyme sind dabei sogenannte Katalysatoren, die Prozesse im Körper beschleunigen. Das ist wichtig, damit Vitamine und Mineralstoffe verarbeitet oder umgewandelt werden, aber auch für andere körpereigene Funktionen. Ohne Enzyme würde der Stoffwechsel nicht funktionieren.

Was ist ein Enzym?

Enzyme sind in all deinen Körperzellen enthalten und wichtige Bausteine für die Funktionen deines Körpers. Sie steuern den Stoffwechsel und die Verdauung und tragen damit zu deiner Gesundheit bei. Enzyme kommen als Riesenmoleküle vor und halten den Organismus und das Zellwachstum am Laufen. Dabei ist ein Enzym immer ein Protein, das als Biokatalysator die biochemischen Abläufe und Reaktionen im Organismus steuert und beschleunigt. Während solcher Prozesse verändert sich das Enzym selbst nicht.

Wie steuern Enzyme die biochemische Reaktion in den Zellen?

Alle im Organismus vorhandenen Enzyme sorgen für biochemische Reaktionen mit Stoffen und Substraten, die der Körper zu sich nimmt, umwandelt oder abbaut. Dabei sorgen Enzyme auch für eine Beschleunigung des Prozesses. Eine wichtige biochemische Reaktion bilden Stoffwechselprozesse oder das Lesen oder Verdoppeln der Erbinformation. Die Enzyme verbinden sich vorübergehend mit einem Substrat, das für die Funktion in deinem Körper zerlegt oder verändert werden muss, und sorgen so für die biochemische Reaktion. Gleichzeitig ermöglichen sie, dass die Aktivierungsenergie dabei herabgesetzt wird. Während ansonsten in den Zellen die Aktivierungsenergie hoch sein muss, damit Prozesse langsam stattfinden, senkt das Enzym diese Energie, um so die biochemische Reaktion erst möglich zu machen oder stärker zu beschleunigen.

Wie wirken Enzyme als Biokatalysator?

Die biochemischen Reaktionen in den Zellen finden durch Enzyme in der Regel beschleunigt statt. So wirken sie als Biokatalysator und reagieren mit anderen Stoffen, wobei ein chemischer Prozess stattfindet. Bei einer solchen Reaktion wird ein bestimmtes Substrat abgebaut oder umgewandelt. Dabei können Enzyme auch ganz spezifisch funktionieren, bestimmte Stoffe binden oder dessen chemische Umsetzung erst ermöglichen.

Das Enzym reagiert auf das Substrat, während die Stoffe selbst an einen bestimmten Reaktionstyp gebunden sind. Sie entfalten ihre Wirkung erst, wenn einer oder mehrere Co-Faktoren aktiviert sind. Sie sind entweder fester oder vorübergehender Bestandteil deines Körpers und werden durch Enzyme im Körper in ihren Eigenschaften umgewandelt oder aktiviert. Enzyme sind als Biokatalysator dann in der Lage, den Verarbeitungsprozess zu beschleunigen. Typische Co-Faktoren für Enzyme sind beispielsweise:

  • Eisen-Ionen
  • Zink-Ionen
  • Kupfer-Ionen
  • Vitamine
  • Spurenelemente

Welche Enzyme gibt es?

Enzyme werden in mehrere Hauptgruppen unterteilt sowie in ihre Funktion und ihr Vorkommen. Abhängig ist die Hauptgruppe davon, welche Art der chemischen Reaktion katalysiert wird. Die Enzymklassen sind:

  • Tansferasen (ganze funktionelle Gruppen werden von einem Molekül auf ein anderes übertragen)
  • Oxidoreduktasen (Elektronen werden übertragen)
  • Hydrolasen (chemische Bindung unter Wasseranlagerung oder Wasserabgabe)
  • Lyasen (chemische Bindungen ohne Energieverbrauch für die Bildung und Spaltung von Substraten)
  • Isomerasen (Neuordnung von Molekülen)
  • Ligasen (katalysierte Reaktionen für die Verbindung von zwei Molekülen unter Energieverbrauch)

Enzyme kommen beispielsweise in deinem Speichel, im Magensaft, im Darmdrüsensekret und in der Herzmuskulatur vor. Ausserdem finden sie sich in Niere, Leber und Lunge, im Gehirn und in den Muskelzellen.

Was ist die Aktivierungsenergie?

Für jede biochemische Reaktion im Stoffwechselprozess ist ein spezielles Enzym vorhanden, das die Reaktion beschleunigt. Ansonsten würde der Prozess stark verlangsamt ablaufen. Als Biokatalysatoren setzen Enzyme die Aktivierungsenergie für diesen Vorgang herab. In der Chemie ist sie eine Art energetische Barriere oder der Energiebetrag, der in Form von Wärme oder chemischer Energie sehr langsam ablaufende Reaktionen in Gang bringt. Je niedriger sie ist, desto schneller verläuft die Reaktion.

Was bewirkt eine Hemmung der Enzyme im Organismus?

Enzyme können in Organismen entweder in ihrer Aktivität erhöht oder gehemmt werden. Eine höhere Aktivität bewirken sogenannte Aktivatoren. Sie fördern die durch das Enzym katalysierte Reaktion. Eine Hemmung bewirken Inhibitoren. Sie senken die Aktivität.

Eine Hemmung tritt auch dann auf, wenn ausser dem eigentlichen Substrat andere Stoffe an das Enzym binden. Beide Vorgänge sind wichtig für den Organismus. Auch die Hemmung spielt eine Rolle bei der Regulation des Stoffwechsels. Bei einer Hemmung findet eine Interaktion mit der Aminosäurestruktur des Enzyms und dem Inhibitor statt. Dabei gibt es verschiedene Formen der Hemmung. Die meisten sind umkehrbar. Oft konkurrieren Substrat und Inhibitor um die Bindung, wobei nur eines von beiden gewinnen kann. Dadurch wird der Prozess der Enzyme gehemmt.

Welche Probleme und Beschwerden verursachen Enzyme?

Kommt es zu Defekten, die durch Enzyme verursacht werden, kann das schwerwiegende Folgen für deine Gesundheit haben. Auch auf den Aufbau eines Thrombozyts haben Enzyme Auswirkungen. In den meisten Fällen entstehen bei Enzymdefekten Stoffwechselerkrankungen. Die Ursache bilden genetisch bedingte Funktionsstörungen der beteiligten Enzyme, beispielsweise bei der Bildung der roten Blutkörperchen. Die Krankheitsgruppe wird Porphyrie genannt und verursacht Verstopfung, Erbrechen, Fieber, Bauchschmerzen, Stimmungsschwankungen, Herz-Kreislauf-Probleme oder Lähmungserscheinungen.

Bekannter ist die Laktoseintoleranz, die mit einem Medikament behandelt werden kann. Dein Körper produziert keine ausreichenden Mengen des Enzyms Laktase mehr. Die Laktose oder der Milchzucker wird dann im Dünndarm nicht mehr zerlegt und vom Blut aufgenommen. Sie gelangt in den Dickdarm und wird durch Bakterien zersetzt. Die Folge sind Symptome wie Blähungen, Bauchschmerzen und Durchfall.

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