Was sind Enzyme? Aufbau, Funktionsweise und Beispiele

Lerne, wie Enzyme chemische Reaktionen beschleunigen und sowohl im Körper als auch in der Technik wichtige Aufgaben erfüllen. Enzyme sind proteinspezifisch und bilden Enzym-Substrat-Komplexe nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip.

Inhaltsverzeichnis zum Thema Enzyme

Das Quiz zum Thema: Was sind Enzyme?

Was sind Enzyme?

Frage 1 von 5

Was ist das aktive Zentrum eines Enzyms?

Frage 2 von 5

Welche Rolle spielen Cofaktoren bei Enzymen?

Frage 3 von 5

Warum sind Enzyme substratspezifisch?

Frage 4 von 5

Wozu dienen Enzym-Substrat-Komplexe?

Frage 5 von 5

Enzyme im Überblick

  • Enzyme sind Biokatalysatoren. Durch Enzyme werden chemische Reaktionen beschleunigt.

  • Sie haben eine große Bedeutung für den Ablauf zahlreicher Stoffwechselreaktionen im Körper, werden aber auch bei technischen Prozessen im Alltag angewendet.

  • Enzyme sind wirkungs- und substratspezifisch.

  • Die meisten Enzyme bestehen aus Proteinen. Einige Enzyme besitzen zusätzliche Cofaktoren, die keine Proteine sind.

  • Enzyme gehen mit den Ausgangsstoffen der Reaktionen, die sie katalysieren, Enzym-Substrat-Komplexe ein. Die Bildung der Komplexe erfolgt nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip.

Was sind Enzyme? im Video erklärt

Quelle sofatutor.com

Enzyme – Definition

Enzyme sind komplexe Moleküle, die als Katalysatoren von Stoffwechselreaktionen fungieren. Ein Katalysator ist in der Biologie ein Stoff, der die Aktivierungsenergie von Reaktionen herabsetzt. Es wird also weniger Energie zum Starten der Reaktion benötigt. Die Enzyme ermöglichen dies, indem sie eine Zwischenverbindung mit den Reaktanten eingehen. Außerdem beschleunigen Enzyme den Ablauf der chemischen Reaktion, da sie die Reaktionsgeschwindigkeit erhöhen. Durch Enzyme können Reaktionen schneller und mit weniger Energieaufwand ablaufen. Die Enzyme selbst bleiben während der Reaktion unverändert.

Enzym-Substrat-Komplex

In Reaktionen werden Stoffe umgewandelt. Der Ausgangsstoff wird als Substrat bezeichnet und der Stoff, der nach der Reaktion entsteht, nennt sich Produkt. Wenn sich ein Enzym an ein Substrat bindet, um dessen Umwandlung zu katalysieren, entsteht ein Enzym-Substrat-Komplex. Nachdem das Substrat in das Produkt umgewandelt wurde, löst sich der Komplex auf und das Enzym kann erneut Substrate binden.

Berechnung der Reaktionsgeschwindigkeit

Die Geschwindigkeit, mit der die Reaktion abläuft, hängt von vielen Parametern ab, beispielsweise der Substratkonzentration. Die Gleichung zur Berechnung der Reaktionsgeschwindigkeit ist die sogenannte Michaelis-Menten-Gleichung.

Enzyme – Eigenschaften

Enzyme besitzen eine hohe Spezifität. Einerseits können Enzyme nur bestimmte Reaktionen katalysieren, beispielsweise eine Oxidation. Diese Eigenschaft wird als Wirkungsspezifität bezeichnet.

Andererseits kann jedes Enzym nur mit ganz bestimmten Substraten reagieren. Es kann nur die Substrate umsetzen, für die es exakt angepasst ist. Dies nennt sich Substratspezifität. 

Deshalb gibt es zahlreiche Enzyme, da es eine große Anzahl an Substraten und an möglichen Reaktionen gibt, für die jeweils spezifische Enzyme benötigt werden.

Enzyme – Aufbau

Die meisten Enzyme sind Proteine und bestehen demnach aus Aminosäuren, die miteinander verknüpft sind. Es gibt jedoch auch katalytisch aktive RNA-Moleküle, sogenannte  Ribozyme. 

Viele Enzyme bestehen nicht nur aus einem Proteinanteil (Apoenzym), sondern zusätzlich aus einem Nichtproteinanteil, einem sogenannten Cofaktor. Das kann beispielsweise ein Metallion oder ein organisches Molekül (Coenzym) sein. Ein Protein, das sowohl aus Apoenzym als auch aus einem Cofaktor besteht, wird als Holoenzym bezeichnet. 

In der Tabelle sind die verschiedenen Arten von Proteinen zusammengefasst.

Bezeichnung Aufbau
Reine-Protein-Enzyme ausschließlich aus Proteinen (ohne Cofaktoren)
Holoenzyme aus einem Proteinanteil (Apoenzym) und einem Nichtproteinanteil (Cofaktor)
Ribozyme aus RNA

Enzyme bestehen aus einem aktiven Zentrum. In diesem Zentrum wird das Substrat umgesetzt. Außerdem besitzen einige Enzyme ein regulatorisches Zentrum, in dem die Enzymaktivität reguliert werden kann. Dort können beispielsweise Stoffe andocken, die die Aktivität des Enzyms hemmen oder stoppen.

Die Struktur von Enzymen kann unterschiedlich sein. Einige bestehen nur aus einer Proteinkette, sie werden als Monomere bezeichnet. Andere, die sogenannten Oligomere, bestehen aus mehreren Proteinketten. 

Enzyme – Wirkungsweise

Um die Umwandlung eines Stoffes zu katalysieren, muss das Substrat an das Enzym gebunden werden. In der Regel dockt das Substrat an einer Vertiefung des Enzyms an, in der sich das aktive Zentrum befindet. Das aktive Zentrum hat eine bestimmte Struktur. Diese Struktur ist bei jeder Enzymart individuell, sodass nur die Substrate an das Enzym gebunden werden können, die die komplementäre molekulare Struktur zu der des aktiven Zentrums aufweisen. Das ist das sogenannte Schlüssel-Schloss-Prinzip. Nicht jeder Schlüssel passt in jedes Schloss. Dadurch entsteht eine große Substratspezifität. 

Nachdem das Substrat an das passende Enzym gebunden wurde, gehen die beiden eine energetisch günstige Zwischenverbindung ein und die spezifische Reaktion kann ablaufen. Mögliche enzymatische Reaktionen sind zum Beispiel die Spaltung des Substrats in seine Grundbausteine oder die Verknüpfung des Substrats mit anderen Substraten.

Nach dem Ablauf der Enzymreaktion trennen sich das Enzym und das entstandene Produkt und das Enzym geht wieder in seinen Ausgangszustand zurück, sodass es erneut passende Substrate binden kann. 

Die Bildung eines Enzym-Substrat-Komplexes ist in der Abbildung dargestellt.

Enzym-Substrat-Komplex: Bildung

Enzyme – Beispiele

Es gibt eine große Anzahl an Enzymen, die an den verschiedensten Reaktionen innerhalb und außerhalb des Körpers beteiligt sind und viele Aufgaben erfüllen. Einige Beispiele sind in der folgenden Tabelle aufgelistet.

Name des Enzyms Vorkommen Funktion des Enzyms
Amylase Speichel, Magensaft, Darmdrüsensekret Verdauung von Kohlenhydraten
Lactatdehydrogenase in allen Zellen Milchsäuregärung zur Energiegewinnung
Lipase Speichel, Magensaft, Darmdrüsensekret Verdauung von Fetten
Lysozym Speichel Abtötung von bakteriellen Erregern durch Zerstörung von Bakterienzellwänden
Protease Speichel, Magensaft, Darmdrüsensekret Verdauung von Eiweißen
Sorbitdehyrogenase (SDH) Leber Umwandlung von Sorbit in Fructose

Einige Enzyme, die im Körper vorkommen, werden auch in der Technik verwendet, beispielsweise Amylasen für die Stärkeverarbeitung oder in der Brauereiindustrie und Lipasen und Proteasen in Waschmitteln oder der Lederverarbeitung.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Enzyme

Enzyme sind Biokatalysatoren, die Reaktionen beschleunigen.

Enzyme bestehen aus Proteinen. Einige bestehen zusätzlich aus Cofaktoren, wie Metallionen oder organischen Verbindungen. Ein Sonderfall sind Ribozyme. Sie bestehen aus RNA.

Enzyme besitzen ein aktives Zentrum, in dem das Substrat gebunden wird. Zudem haben viele Enzyme als weiteren Bestandteil ein regulatorisches Zentrum, in dem die Enzymaktivität reguliert wird.

Enzyme katalysieren Reaktionen, indem sie die Reaktionsgeschwindigkeit erhöhen oder die Aktivierungsenergie herabsetzen.

Ein Substrat ist der Ausgangsstoff einer Reaktion. 

Enzyme wirken, indem sie eine Verbindung mit einem Substrat eingehen. Die Bindung funktioniert mithilfe des Schlüssel-Schloss-Prinzips. Während der Reaktion bleibt das Enzym unverändert.

Enzym-Substrat-Komplexe entstehen, indem das spezifische Substrat an das aktive Zentrum eines passenden Enzyms gebunden wird.

Ja, die meisten Enzyme sind Proteine. Eine Ausnahme sind Ribozyme, die aus RNA bestehen.

Enzyme können pflanzlichen, mikrobiellen oder tierischen Ursprungs sein. Heutzutage werden einige Enzyme auch künstlich hergestellt oder isoliert, um sie beispielsweise in technischen Prozessen, der Lebensmittelherstellung oder der Medizin zu verwenden.

Enzyme sind in allen lebenden Zellen enthalten.

Es gibt viele Arten von Enzymen, die an unterschiedlichen Stellen im Körper vorkommen. Eine Gruppe von Enzymen sind beispielsweise die Verdauungsenzyme Amylasen, Lipasen und Proteasen.

Die genaue Anzahl von Enzymen ist nicht bekannt. Allein im menschlichen Körper gibt es über 2 500 bekannte Enzyme.

Enzyme sind Biokatalysatoren, die bestimmte chemische Reaktionen beschleunigen können.

Zu den Enzymen gehören beispielsweise die Verdauungsenzyme. Sie werden je nach ihren Substraten als Amylasen, Lipasen oder Proteasen bezeichnet.

Enzyme setzen die Aktivierungsenergie von Reaktionen herab und erhöhen die Reaktionsgeschwindigkeit. Sie wirken, indem sie Verbindungen mit den Substraten der Reaktion eingehen. Enzymkatalysierte Reaktionen laufen demnach schneller ab.

Zahlreiche Organe können Enzyme produzieren. Einige Verdauungsenzyme werden beispielsweise in der Magenschleimhaut, der Bauchspeicheldrüse, im Dünndarm oder in den Speicheldrüsen gebildet.

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