Aufbau und Funktion von Enzymen?
Wie ist ein Enzym aufgebaut und welche Funktionen hat es ?
2 Antworten
Enzyme sind Biokatalysatorn, dh. sie setzen die Aktivierungsenergie herab, sodass (bio)chemische Reaktionen unter physiologischen Bedingungen ablaufen können.
Die meisten Enzyme sind Proteine bzw. haben einen Proteinanteil. Einfache Enzyme wie Hydrolasen bestehen nur aus einem Proteinteil, andere Enzyme besitzen einen Proteinteil, der allein nicht funktionsfähig ist und damit als Apoenzym bezeichnet wird, für die volle Funktion benötigen sie dann noch einen Cofaktoren. Apoenzym und Cofaktor zusammen werden dann als Holoenzym bezeichnet.
Cofaktoren sind keine Proteine, sondern organsiche Moleküle oder metall-organsiche Komplexe, sie sind entweder kovalent, also fest, an das Apoenzym gebunden und werden als prosthetische Gruppe bezeichnet oder sind nicht fest gebunden und werden bei der Reaktion "verbraucht", diese bezeichnet man als Coenzym oder Cosubstrat.
Enzyme sind Proteine, welche zunächst einmal auf drei verschiedenen strukturellen Abstraktionsebenen beschrieben werden:
1. Primärstruktur - beschreibt die lineare Abfolge der Aminosäuren (AS), welche durch Peptidbindungen miteinander verbunden sind.
2. Sekundärstruktur - beschreibt lokale Strukturelemente wie ß-Faltblätter und alpha-Helices, die dadurch entstehen, dass sich lokale Gruppen von AS aufgrund ihrer physikochemischen Eigenschaften zu komlexeren Strukturen zusammenlagern. Verschiedene AS haben dabei verschiedene Präferenzen entweder sog. Helixbildner oder sog. Faltblattbildner zu sein. AS, welche keine direkte Präferenz besitzen findet man häufig in undefinierten, sog. coil-Regionen. Nachzulesen ist das zB bei Chou-Fasman, die als erste Strukturvorhersagen für Proteine, basierend auf solchen Präferenzen machten. Heutzutage benutzt man allerdings deutlich exaktere Methoden des maschinellen Lernens wie Hidden Markov Modelle oder Neuronale Netze, aber ich schweife ab.
3. Tertiärstruktur - beschreibt die Topologie (Gesamtstruktur) des Proteins, also die Aneinanderlagerung der Sekundärstrukturelemente Helix, Faltblatt und coil. Die Tertiärstruktur klärt zB ab, ob es sich beim Protein um ein großens tonnenförmiges Protein (sog. ß-Barrel) oder andere charakteristische Topologien handelt. Diese (und auch kleinere Strukturmotive wie zB Helix-coil-Helix-Motive) können dann wiederum natürlich auch zur Strukturklassifizierung benutzt werden.
4. Quartärstruktur - fasst letztendlich Tertiärstrukturen zusammen. Proteine (Enzyme), die also aus mehreren tertiären Untereinheiten bestehen und sozusagen nach einem Lego-Baukasten-Prinzip zusammengesetzt werden.
Übrigens, die Proteinfaltung, die all diese Strukturen überhaupt erst möglich macht ist auf chemischer Ebene ein unglaublich komplexer Prozess, der in unglaublich kurzer Zeit abläuft. In der Realität beginnen sich Proteine bereits kurz nach der Translation zu falten. In der Molekularbiologie ist man seit vielen Jahrzehnten dabei diesen Prozess WIRKLICH zu verstehen.
Die Funktionen von Enzymen sind extrem vielfältig, aber grob lässt sich sagen: Sie dienen als Katalysatoren für biochemische Reaktionen, was bedeutet, dass sie die Aktivierungsenergie für diese Reaktionen deutlich herabsetzen, indem sie Substrate räumlich zusammenbringen. Manche Reaktionen laufen dadurch nicht nur sehr viel schneller ab, sondern werden dadurch überhaupt erst möglich.