Enzyme

Enzyme sind biologische Katalysatoren, die die Geschwindigkeit biochemischer Reaktionen beschleunigen. Die meisten Enzyme sind Proteine, die aus Aminosäuren bestehen; während einige RNA-Moleküle sind, die als Ribozyme bekannt sind.

Enzyme wirken, indem sie die Aktivierungsenergie einer Reaktion senken und dadurch die Reaktionsgeschwindigkeit erhöhen. Sie können sowohl die Synthese als auch den Abbau chemischer Bindungen katalysieren, beeinflussen aber nicht die Richtung oder das Gleichgewicht der Reaktion.

Jedes Enzym bindet an einen bestimmten Reaktanten, das sogenannte Substrat, und katalysiert eine bestimmte Reaktion. Das Substrat bindet durch Wechselwirkungen wie intermolekulare Kräfte und transiente kovalente Bindungen an eine bestimmte katalytische Region des Enzyms, die als aktives Zentrum bezeichnet wird, was zu einem Enzym-Substrat-Komplex führt.

Diese Bindung ist aufgrund der erforderlichen Konformationskomplementarität zwischen dem Enzym und seinem Substrat hochspezifisch. Daher kann ein bestimmtes Enzym nur auf der Grundlage seiner Konformation spezifische Reaktionen katalysieren.

Eine einfache Möglichkeit, die Komplexbildung zu verstehen, ist das Schloss-und-Schlüssel-Modell, das davon ausgeht, dass das Substrat in das aktive Zentrum des Enzyms passt, analog zu einem "Schlüssel", der in sein entsprechendes "Schloss" passt.

Ein anderes Modell, das Induced-Fit-Modell, berücksichtigt jedoch die dynamische Natur des Komplexes. Dieses Modell besagt, dass ein Substrat, wenn es bindet, kleine Konformationsänderungen induziert, was zu einer engeren Passform führt, die die Reaktion begünstigt.

Die Aktivierungsenergie für eine Reaktion kann durch verschiedene Methoden gesenkt werden.

Zu den üblichen Mechanismen gehören das Induzieren von Konformationsänderungen im Substrat, die es ermöglichen, eine Bindung leichter aufzubrechen, oder das Zusammenbringen der reaktiven Gruppen zweier Substrate in eine enge Nähe, wodurch die Bindungsbildung gefördert wird. Die Enzymaktivität kann vorübergehend oder dauerhaft durch natürliche oder synthetische Moleküle, sogenannte Inhibitoren, unterdrückt werden.

Zum Beispiel konkurriert ein kompetitiver Inhibitor mit dem Substrat um die Bindung an das aktive Zentrum des Enzyms und verhindert so die Substratbindung

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Auf der anderen Seite bindet ein nicht-kompetitiver Inhibitor an eine andere Stelle des Enzyms, was zu einer Konformationsänderung am aktiven Zentrum führt und die katalytische Aktivität des Enzyms verringert.