Biochemie

In jeder Sekunde laufen in unserem Körper unzählige biochemische Reaktionen gleichzeitig ab, um den Stoffwechsel zu sichern und damit Lebensprozesse zu ermöglichen. Trotzdem entsteht in den Körperzellen kein Chaos. Denn jede Reaktion wird durch komplexe organische Verbindungen gesteuert, die als Enzyme bezeichnet werden. Enzyme kommen in unterschiedlichen Konzentrationen in allen Körperzellen vor. Viele von ihnen sind spezifisch für ein Organsystem: so zum Beispiel für die Bauchspeicheldrüse oder die Leber. Man schätzt, dass eine Leberzelle circa 50 Millionen Enzymmoleküle enthält.

Bei Enzymen handelt es sich zumeist um Proteine. Proteine machen mehr als 50 Prozent des Trockengewichts der meisten Zellen aus. Man unterscheidet zwei Gruppen von Proteinen: Faserproteine haben mit ihrer lang gestreckten Struktur eine eher stützende Funktion. Sie treten z.B. in Haaren, Muskeln und in Spinnfäden auf. Globuläre Eiweiße sind hingegen eher kugelförmig. Sie sorgen für den Ablauf biochemischer Funktionen. Ein Beispiel dafür ist das Hämoglobin, das für den Sauerstofftransport im Blut verantwortlich ist.

Enzyme gehören zur Gruppe der globulären Proteine. Als Katalysatoren beschleunigen sie chemische Reaktionen, d. h.: Ohne dass sie selbst dabei verbraucht oder chemisch verändert würden, senken Enzyme die Aktivierungsenergie einer chemischen Reaktion, sodass diese schon bei geringeren Temperaturen einsetzt und schneller ablaufen kann. Dies ist für lebende Organismen besonders wichtig, da ihre Zellen ja temperaturempfindlich sind und eine bestimmte Maximaltemperatur nicht überleben können.

Für die Wirkungsweise eines Enzyms ist seine spezifische dreidimensionale Struktur von Bedeutung: Jedes Enzymmolekül verfügt über ein aktives katalytisches Zentrum. Wie ein Schlüssel nur in das dazugehörige Schloss passt, so passt auch nur ein bestimmtes Molekül in das aktive Zentrum. Die Stoffe oder chemischen Verbindungen, die über das aktive Zentrum von Enzymen erkannt und umgesetzt werden, nennt man Substrate. Man spricht daher von der Substratspezifität des Enzyms. Davon zu unterscheiden ist die Wirkungsspezifität: Sie besagt, dass Enzyme meist auch nur eine bestimmte chemische Reaktion an diesen Substraten beschleunigen können.

Wenn ein Substratmolekül an ein freies aktives Zentrum eines Enzym-Moleküls andockt, gehen beide, Substrat und Enzym eine relativ lockere Bindung miteinander ein. Erst danach findet der eigentliche Reaktionsschritt statt: Das Enzym verändert seine Gestalt oder räumliche Struktur, so dass es zur chemischen Reaktion kommt. Aus den Substrat- oder Ausgangsmolekülen entstehen dadurch Produktmoleküle. Nach der Reaktion werden die Produktmoleküle freigesetzt, so dass das Enzym den Vorgang an weiteren Substratmolekülen beliebig oft wiederholen kann.

Die Enzymnamen werden zumeist gebildet, indem die Endsilbe des Substrats durch die Endsilbe "ase" ersetzt wird. So ist es beispielsweise die Aufgabe der Lipase, Fette oder Lipidmoleküle zu spalten. Entsprechend sind die Maltase und die Sacharase für die Spaltung der Zuckermoleküle Maltose bzw. Sacharose zuständig. In bestimmten Fällen tritt auch die Bezeichnung für die Wirkungsweise hinzu. Auf diese Weise wurde aus dem Namen des Substrats "Glucose" in Kombination mit der Wirkung des Enzyms (oxidieren) der Name "Glucoseoxidase" gebildet.