Struktur und Funktion eines Enzyms

Ein Enzym ist ein Protein, das einen zellulären Stoffwechselprozess erleichtert, indem es die Aktivierungsenergie (Ea) senkt, um die chemischen Reaktionen zwischen Biomolekülen zu katalysieren. Einige Enzyme reduzieren die Aktivierungsenergie auf so niedrige Werte, dass sie tatsächlich Zellreaktionen umkehren. In allen Fällen erleichtern Enzyme Reaktionen, ohne sich zu verändern, wie die Art und Weise, wie Kraftstoff bei seiner Verwendung verbrennt.

Damit chemische Reaktionen stattfinden können, müssen Moleküle unter geeigneten Bedingungen kollidieren, die durch Enzyme erzeugt werden können. Beispielsweise bleiben ohne die Anwesenheit eines geeigneten Enzyms die Glucosemoleküle und Phosphatmoleküle in Glucose-6-phosphat gebunden. Aber wenn Sie das vorstellen Hydrolaseenzymtrennen sich die Glucose- und Phosphatmoleküle.

Das typische Molekulargewicht eines Enzyms (das Gesamtatomgewicht der Atome eines Moleküls) liegt zwischen etwa 10.000 und mehr als 1 Million. Eine kleine Anzahl von Enzymen ist eigentlich kein Protein, sondern besteht aus kleinen katalytischen RNA-Molekülen. Andere Enzyme sind Multiproteinkomplexe, die mehrere einzelne Proteinuntereinheiten umfassen.

Während viele Enzyme katalysieren Reaktionen Einige erfordern für sich genommen zusätzliche Nichtproteinkomponenten, die als "Cofaktoren" bezeichnet werden und anorganische Ionen wie Fe sein können²⁺Mg²⁺Mn²⁺oder Zn²⁺oder sie können aus organischen oder metallorganischen Molekülen bestehen, die als "Coenzyme" bekannt sind.

Die meisten Enzyme werden basierend auf den von ihnen katalysierten Reaktionen in die folgenden drei Hauptkategorien eingeteilt:

• Oxidoreduktasen Oxidationsreaktionen katalysieren, bei denen Elektronen von einem Molekül zum anderen wandern. Ein Beispiel: Alkoholdehydrogenase, die Alkohole in Aldehyde oder Ketone umwandelt. Dieses Enzym macht Alkohol weniger giftig, da es abgebaut wird, und es spielt auch eine Schlüsselrolle im Fermentationsprozess.
• Transferasen katalysieren den Transport einer funktionellen Gruppe von einem Molekül zum anderen. Paradebeispiele sind Aminotransferasen, die den Aminosäureabbau durch Entfernen von Aminogruppen katalysieren.
• Hydrolase Enzyme katalysieren die Hydrolyse, bei der Einfachbindungen bei Einwirkung von Wasser abgebaut werden. Beispielsweise ist Glucose-6-Phosphatase eine Hydrolase, die die Phosphatgruppe aus Glucose-6-Phosphat entfernt, wobei Glucose und H3PO4 (Phosphorsäure) zurückbleiben.

Drei weniger verbreitete Enzyme sind wie folgt:

• Lyasen katalysieren den Abbau verschiedener chemischer Bindungen durch andere Mittel als Hydrolyse und Oxidation und bilden häufig neue Doppelbindungen oder Ringstrukturen. Pyruvat-Decarboxylase ist ein Beispiel für eine Lyase, die CO2 (Kohlendioxid) aus Pyruvat entfernt.
• Isomerasen katalysieren strukturelle Verschiebungen in Molekülen und verursachen Formänderungen. Ein Beispiel: Ribulosephosphat-Epimerase, die die Umwandlung von Ribulose-5-phosphat und Xylulose-5-phosphat katalysiert.
• Ligasen Ligation katalysieren - die Kombination von Substratpaaren. Beispielsweise ist Hexokinasen eine Ligase, die die Umwandlung von Glucose und ATP mit Glucose-6-phosphat und ADP katalysiert.

Enzyme beeinflussen den Alltag. Zum Beispiel helfen Enzyme, die in Waschmitteln enthalten sind, fleckenverursachende Proteine ​​abzubauen, während Lipasen helfen, Fettflecken aufzulösen. Thermotolerante und kryotolerante Enzyme wirken bei extremen Temperaturen und sind daher für die Industrie nützlich Prozesse, bei denen hohe Temperaturen erforderlich sind oder für die Bioremediation, die unter rauen Bedingungen auftreten, wie z die Arktis.

In der Lebensmittelindustrie wandeln Enzyme Stärke in Zucker um, um Süßstoffe aus anderen Quellen als Zuckerrohr herzustellen. In der Bekleidungsindustrie reduzieren Enzyme Verunreinigungen in Baumwolle und verringern den Bedarf an potenziell schädlichen Chemikalien, die beim Gerben von Leder verwendet werden.

Schließlich sucht die Kunststoffindustrie ständig nach Möglichkeiten, mithilfe von Enzymen biologisch abbaubare Produkte zu entwickeln.