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1.3 |
Steuerung des Stoffwechsels durch Enzyme |
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1.3.1 |
Einführung Wirkungsweise
von Biokatalysatoren, Klassifizierung |
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1.3.5 |
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1.3.1 Einführung
Nun wollen wir uns eine der wichtigsten Proteingruppen genauer anschauen, die Enzyme. Sie können sich noch an unserer Vergleich zu Beginn erinnern:
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Die Zelle ist eine Fabrik, die Zellorganellen sind die Maschinen und die Enzyme sind die Arbeiter. |
Jede ausgewachsene Zelle kann als eine Art Spezialfabrik angesehen werden, die spezielle Produkte herstellt. Die werden in den verschiedenen Abteilungen an speziellen Maschinen (Zellorganellen) hergestellt. Zwar hat jede Zelle eine gewisse Menge gleicher Stoffwechselprodukte, jedoch unterscheidet sich z. B. eine Leberzelle mit ihrem Stoffwechsel von einer Gehirnzelle aufgrund ihrer unterschiedlichen Funktion. Deshalb findet man auch in den Zellen teilweise gleiche Enzyme, teilweise sehr spezifische.
Bisher haben wir meist nur über Stukturen gesprochen: wie sieht dies aus, wie ist das aufgebaut. Nun wollen wir auch über Vorgänge sprechen, nämlich wie werden durch die Enzyme Stoffwechselvorgänge ermöglicht?
Machen wir ein paar kleine Versuche, um der Wirkungsweise von Enzymen auf die Spur zu kommen.
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H2O2 zerfällt leicht und wirkt als kräftiges Oxidationsmittel. Wegen seines leichten Zerfalls wird es in schwarzen Kunststoffbehältern aufbewahrt, da durch Licht der Zerfall beschleunigt wird. Es zerfällt exotherm
Der Zerfall würde an Sonnenlicht je nach Menge Tage bis Wochen gehen. Man könnte natürlich mit Erhitzen die Reaktionsgeschwindigkeit erhöhen. 1. Gibt man nun in ein Reagenzglas zu ein wenig H2O2 eine geringe Menge MnO2 (Mangan (IV)oxid = Braunstein), kann man eine heftige Reaktion beobachten, bei der ein Gas freigesetzt wird. Die Spanprobe beweist, daß es Sauerstoff ist. Durch Verdampfen läßt sich das verwendete Braunstein wieder zurückgewinnen. Folgerung:
2. Gibt
man nun auf eine Kartoffelscheibe oder ein Stück Leber ebenfalls
etwas H2O2, stellt man sofort Schaumbildung
fest. Der Verdacht liegt nahe, daß auch hier H2O2
in O2 und H2O zersetzt wird, nur wer beschleunigt
den Vorgang in Pflanzen- oder Tierzellen.? 3. Kocht man die Kartoffel und gibt dann nochmals H2O2 auf ein gekochte Kartoffelscheibe erfolgt keine Reaktion. Folgerung:
Mit dem Enzym Urease (oder Amylase) kann ebenfalls gut experimentiert werden. Experiment durchführen? |
Wir kennen Stoffe, die durch Hitzeeinwirkung zerstört werden: Proteine!
Und Proteine, die katalytisch wirken nennt man Enzyme. Den Stoff, den Enzyme umsetzen nennt man Substrat.
In Zellen befinden sich also Proteine, die Reaktionen katalysieren können. Reaktionen in Zellen sind biochemische Reaktionen und deshalb bezeichnet man Enzyme als Biokatalysatoren.
Die biochemischen Reaktionen finden bei ca. 37°C in einer wässrigen Lösung (z. B. Cytoplasma ) statt, ganz im Gegensatz zu Reaktionen in der organischen Chemie. Um zum Beispiel Fette in Seifen umzuwandlen, muß man sie mit konzentrierter Natronlauge stundenlang kochen. Enzyme namens Lipasen machen das gleiche bei Körpertemperatur.
Ohne Enzyme würde unsere zelluläre Biochemie nicht ablaufen, d.h. Leben gäbe es nicht!
Das Enzym das z. B. in Leber und Kartoffel die Zersetzung von H2O2 beschleunigt heißt Katalase. Die Katalase ist in Zellen in den Peroxysomen enthalten, hat als Substrat H2O2 und besitzt folgende räumliche Struktur:
Katalase besteht aus einer Polypeptidkette und besitzt Häm (siehe unten) (Fe-haltiger roter Farbstoff) als prosthetische Gruppe, ist also ein Proteid.
Solche organischen Kofaktoren nennt man Koenzyme. Dies ist typisch für die meisten Enzyme.
Im Übrigen gibt es eine Erbkrankheit, Katalase betreffend: das Zellweger Syndrom, bei dem durch Fehlen der Peroxisomen die Katalase im Cytoplasma auftritt. Die Krankheit führt wenige Wochen nach der Geburt wegen schwerster Defekte an verschiedenen Organen zum Tod.
Stellt sich natürlich die Frage, wie die Enzyme eine Reaktion beschleunigen können, ohne an ihr als Produkt oder Edukt teilzuhaben? Diese Frage wollen wir im nächsten Kapitel angehen.
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 Zugabe von H2O2 zu einer Bakterienkultur zeigt das Vorhandensein von Katalase |
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Zur Reaktion wird noch ein organischer Kofaktor ( = Hilfsstoff) benötigt: NADPH, ein Stoff der e- übertragen kann. |
