4.

Wirkung von Enzymen

Enzyme arbeiten höchst effizient. Eine winzige Enzymmenge bringt bei Körpertemperatur chemische Reaktionen zuwege, die man mit den üblichen Mitteln der Chemie nur durch Einsatz aggressiver Chemikalien und bei hohen Temperaturen in Gang setzen könnte. Etwa 30 Gramm reines, kristallines Pepsin würden beispielsweise ausreichen, um innerhalb weniger Stunden mehr als zwei Tonnen Hühnereiweiß abzubauen. Eine derartige Leistungsfähigkeit beruht auf einigen Charakteristika der Enzyme und ihrer Wirkungsweise.

Enzyme sind substratspezifisch, d. h., sie setzen nur ein bestimmtes Substrat um (oder einige sehr ähnliche Substanzen). Dies ist unumgänglich, weil in jeder Zelle gleichzeitig Hunderte verschiedener enzymatischer Reaktionen stattfinden, die räumlich nur teilweise voneinander getrennt sind. Manche Enzyme sind zu einem so genannten Multienzymkomplex vereinigt, in dem ein Enzym das Umsetzungsprodukt der angelagerten Enzyme als Substrat nutzt. Auch in Membranen liegen solche Enzyme oft dicht beieinander, z. B. die Enzyme der Atmungskette in der inneren Mitochondrienmembran, welche die Kette von Redoxreaktionen bei der Zellatmung katalysieren.

Ein besonderer Fall von Substratspezifität ist die Stereospezifität: Enzyme setzen von zwei Isomeren eines Substrats nur eines um. Spiegelbildlich isomere Moleküle (Enantiomere) kommen beispielsweise bei der Milchsäure oder fast allen Aminosäuren vor; wegen ihrer unterschiedlichen chemischen Eigenschaften ist es wichtig, dass Enzyme solche Enantiomere unterscheiden können.

Innerhalb der räumlichen Struktur des Enzymmoleküls befindet sich ein Bereich, in dem das entsprechende Substrat gebunden werden kann: das aktive Zentrum. Für die Bindung eines Substratmoleküls an das aktive Zentrum des Enzymmoleküls gibt es zwei Möglichkeiten: Bei einer Bindung nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip passt die räumliche Struktur des aktiven Zentrums genau zur räumlichen Struktur des Substratmoleküls, so dass dieses von dem Enzym gebunden und umgesetzt wird. Nach dem Induced-Fit-Modell (englisch induced fit: induzierte Passform) verformt sich das aktive Zentrum erst dann passgenau, wenn das Substrat vorliegt und gebunden werden kann.