Wirkung von Enzymen?
Enzyme sind ja Katalysatoren, die Reaktionen beschleunigen oder überhaupt erst ermöglichen.
Mich irritieren aber die Abbildungen, die es immer rund um den Enzym-Substrat-Komplex gibt. Meiner Meinung nach sieht das immer so aus, als würde das Enzym selbst etwas spalten und als seien nur Enzym und Substrat notwendig. Müsste aber nicht noch etwas dabei sein, was dann das Substrat umsetzt? Bekannt ist ja der Versuch vom brennenden Stück Zucker, bei dem Asche das Brennen des Zuckers erst ermöglicht. Ich würde jetzt sagen, dass übertragen auf die Abbildungen die Asche das Enzym ist und der Zucker das Substrat. Aber wo kommt dann das Feuer vor, das den Zucker anzündet und somit überhaupt die Reaktion auslöst?
3 Antworten
Bei deinem Beispiel reagiert der Zucker mit Luftsauerstoff zu Kohlendioxid und Wasser, das Feuer stellt nur die Energie fürs Starten bzw. die bei der Reaktion freigesetzte Energie dar. In Zellen spielt Feuer als Energiequelle keine Rolle, hier kommt die Startenergie für eine Reaktion meist aus der Umgebungswärme oder aus der Spaltung von anderen chemischen Verbindungen.
Enzyme können auf verschiedene Weisen wirken. Manche Mechanismen kann man sich rein mechanisch vorstellen, ohne dass Chemie im Spiel ist. Beispielsweise kann ein Enzym das Substrat bei der Bildung des Enzym-Substrat-Komplexes ein bisschen verbiegen, sodass eine bestimmte kovalente Bindung im Substrat leichter aufgelöst wird - oder das Enzym bindet gleichzeitig zwei Substrate und bringt sie in räumliche Nähe, sodass sie wahrscheinlicher miteinander reagieren als wenn sie beide frei herumschwirren würden.
In anderen Fällen kann das Enzym auch eine kovalente Bindung mit dem Substrat eingehen oder als Säure bzw. Base reagieren, also ein Proton an das Substrat abgeben oder aufnehmen. Solche chemischen Veränderungen am Enzym selbst werden im Verlauf der Reaktion aber wieder rückgängig gemacht, sodass es im Gegensatz zum Substrat insgesamt unverändert bleibt, wie ein Katalysator das eben sollte.
Insgesamt sollte man sich merken, dass die katalysierte Reaktion auch ohne Enzym prinzipiell möglich ist, aber eben zu langsam abläuft, um von einer Zelle genutzt zu werden. Das Enzym katalysiert und beschleunigt damit die Reaktion, ohne selbst zu reagieren und damit "verbraucht" zu werden.
Enzyme sind für ihre Arbeit oft auf Coenzyme angewiesen.
Siehe z. B. https://www3.hhu.de/biodidaktik/Hefe/allg/seiten/gaerung/coenzyme.html
Ein sehr häufig verwendetes Coenzym ist das bekannte ATP, das die erforderliche Startenergie bereitstellt. (Und seinerseits ein Katalysator ist, weil es später wieder aufgebaut wird.)
Die Abbildungen sind wirklich als reine Symbole für die Funktion der Enzyme zu verstehen. Maximale Vereinfachung. Enzyme sind Proteine im wässrigen Milieu, dadurch relativ empfindlich was so Dinge wie pH-Verschiebung und Temperaturveränderungen angeht. Die Rahmenbedingungen müssen stimmen, was aber bei symbolischen Abbildungen komplett unterschlagen wird.
Die Funktion kann z.B. so sein, dass das Enzym zwei Substrate bindet und dadurch nah genug zueinander führt, dass sie miteinander reagieren können. Und wenn der Reaktionspartner des "offiziellen" Substates nur ein Wassermolekül aus dem Umfeld ist, das mit eingebunden wird. Dann zeigt die Abbildung
Oder die Funktion ist so, dass das Substrat bei der Anbindung "aufgefaltet" wird, dass der Reaktionspartner angreifen kann.
In deinem Beispiel mit der Asche und dem Zucker hast du schon recht, dass die Asche als Katalysator wirkt. Aber "Feuer" ist kein Reaktionspartner. Feuer ist Aktivierungsenergie und Abwärme der Reaktion. Der Reaktionspartner in diesem Beispiel ist der Sauerstoff aus der Umgebungsluft. Die Asche wirkt dahingehend als Katalysator, dass sie die Aktivierungsenergie für die Verbrennung des Zuckers so weit senkt, dass die Wärme einer so kleinen Flamme ausreicht um die Reaktion in Gang zu setzen und am Laufen zu erhalten.
Feuer ist kein Stoff.
Zugegebenermaßen werden da häufig Sachen ,,unter den Teppich gekehrt". Bei Hydrolasen wird beispielsweise sicher noch das Wasser aus der umliegenden Lösung eine Rolle spielen.