Enzyme

Definition

Enzyme sind chemische Stoffe, die im ganzen Körper zu finden sind. Sie setzen chemische Reaktionen im Körper in Gang.


Historie

Das Wort  Enzym wurde von Wilhelm Friedrich Kühne 1878 eingeführt und leitet sich aus dem griechischen Kunstwort enzymon ab, welches Hefe oder Sauerteig bedeutet. Dieser hielt dann Einzug in die  internationale Wissenschaft. Die international union of pure applied chemistry (IUPAC) und die international union of biochemstry (IUBMB) erarbeiteten zusammen eine Nomenklatur der Enzyme, die die Vertreter dieser großen Gruppe der Stoffe als eine gemeinsame Gruppe definiert.  Wichtig für die Bestimmung der Aufgaben der einzelnen Enzyme ist die Namensgebung, die die Enzyme nach ihren Aufgaben klassifiziert.

Namensgebung

Die Namensgebung der Enzyme ist auf drei Grundprinzipien basierdend. Enzymnamen die auf –ase enden beschreiben mehrere Enzyme in einem System. Der Enzymname an sich beschreibt die Reaktion, die das Enzym in Gang setzt(katalysiertert). Der Enzymname ist gleichzeitig eine Klassifikation des Enzyms. Außerdem wurde ein Codesystem, das EC-Nummern-System, entwickelt, in dem die Enzyme unter einem Zahlencode aus vier Zahlen zu finden sind. Die erste Zahl bezeichnet die Enzymklasse. Listen aller erfassten Enzyme gewährleisten ein schnelleres Auffinden des angegebenen Enzymcodes. Zwar orientieren sich die Codes an Eigenschaften der Reaktion, die das Enzym katalysiert, in der Praxis erweisen sich Zahlencodes jedoch als unhandlich. Häufiger gebraucht werden systematische, nach den oben genannten Regeln konzipierte Namen. Probleme der Nomenklatur ergeben sich etwa bei Enzymen, die mehrere Reaktionen katalysieren. Für sie existieren deshalb manchmal mehrere Namen. Einige Enzyme tragen Trivialnamen, die nicht erkennen lassen, dass es sich bei der genannten Substanz um Enzyme handelt. Da die Namen traditionell eine breite Verwendung fanden, wurden sie teilweise beibehalten.

Einteilung

Enzyme werden nach IUPAC und IUBMB entsprechend der von ihnen in Gang gesetzten Reaktion in sechs Enzymklassen eingeteilt. Zum einen gibt es die Oxidoreduktasen, die Redoxreaktionen in Gang setzen. Bei dieser chemischen Reaktion gehen Elektronen von einem Reaktionspartner auf den anderen über. Es erfolgt eine Elektronenabgabe (Oxidation) des einen Stoffes und eine Elektronenaufnahme (Reduktion) durch einen anderen Stoff. So übertragen Oxygenasen ein oder mehrere Sauerstoffatome auf ihr Substrat. Die Formel für die katalysierte Reaktion lautet Aˉˉ+B→A+Bˉ. Deswegen heißt die Redoxreaktion auch Reduktions-Oxidations-Reaktion. Viele Stoffwechselreaktionen sind Redoxreaktionen. 
Die zweite Enzymklasse sind die Transferasen, die die funktionelle Gruppe von einem Substrat auf ein anderes übertragen. Als funktionelle Gruppe werden Atomgruppen in organischen Verbindungen bezeichnet, die die Stoffeigenschaften und das Reaktionsverhalten maßgelblich bestimmen. Chemische Verbindungen, die die gleichen funktionellen Gruppen tragen werden aufgrund von ähnlichen Eigenschaften zu Stoffklassen zusammengefasst. Funktionelle Gruppen werden anhand der beteiligten Atome in funktionelle Gruppen mit Heteroatomen und solche ohne Heteroatome  eingeteilt. Heteroatome sind solche Atome innerhalb organischer Verbindungen, die keine Kohlenstoff oder Wasserstoff sind.
 Die dritte Enzymklasse sind die Hydrolasen, die Bindungen,bzw. Ester, Esther, Peptide, Glykoside, Säureanhydride oder C-C-Bindungen in reversiblen Reaktionen unter Einsatz von Wasser spalten. Die Gleichgewichtsreaktion lautet: A-B+H2O↔ A-H+B-OH.
 Die vierte Enzymgruppe sind die Lyasen, die auch Synthasen genannt werden. Sie katalysieren die Spaltung komplexer Produkte aus einfachen Substraten, ohne ATP abzuspalten. Das Reaktionsschema lautet A-B→A+B. ATP ist Adenosintriphosphat und ein Nukleotid, bestehend aus dem Triphosphat des Nucleosids Adenosin (und als solches ein energiereicher Baustein der Nukleinsäure RNA). ATP ist jedoch hauptsächlich die universelle Form unmittelbar verfügbarer Energie in jeder Zelle und gleichzeitig ein wichtiger Regulator energieliefernder Prozesse. ATP wird bei Bedarf aus anderen Energiespeichern (Kreatinphosphat, Glykogen, Fettsäuren) resynthetisiert. Das ATP-Molekül besteht aus einem Adeninrest, dem Zucker Ribose und drei Phosphaten (α bis γ) in Ester- (α) bzw. Anhydridbindung (β und γ).
Die fünfte Gruppe ist die Gruppe der Isomerasen, die die chemische Umwandlung von Isomeren beschleunigen. Isomerie ist das Auftreten von zwei oder mehreren chemischen Verbindungen mit gleicher Summenformel und Molekülmasse, die sich jedoch in der Verknüpfung oder der räumlichen Anordnung der Atome unterscheiden. Die entsprechenden Verbindungen werden Isomere genannt.

Isomerie

Sie unterscheiden sich in ihren chemischen oder/und physikalischen, und oft auch in ihren biochemischen Eigenschaften. Isomerie tritt vor allem bei organischen Verbindungen, aber auch bei (anorganischen) Koordinationsverbindungen auf. Die Isomerie wird in verschiedene Bereiche unterteilt. Die sechste und letzte Enzymgruppe sind die Ligasen, die die Bildung von Substanzen katalysieren, die chemisch komplexer sind als die benutzten Substrate, allerdings im Unterschied zu den Lyasen nur unter ATP-Spaltung enzymatisch wirksam sind. Manche Enzyme sind in der Lage, mehrere, zum Teil sehr unterschiedliche Reaktionen zu katalysieren. Ist dies der Fall, werden sie mehreren Enzymklassen zugerechnet.

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Autor: Dr. Nicolas Gumpert      |     Letzte Änderung: 06.05.2012