am Puls Biologie 5, Schulbuch

44 Fast jede Reaktion in der Zelle wird von einem spezifischen Enzym katalysiert Der Stoffwechsel von allen Lebewesen ist ein höchst kompliziertes Zusammenspiel von unzäh- ligen chemischen Reaktionen. In allen lebenden Zellen eines Organismus laufen eine große An- zahl von Stoffwechselreaktionen gleichzeitig ab. Dass diese Reaktionen nicht im Chaos enden liegt daran, dass Enzyme sehr spezifisch sind in ihrer Funktion. Nicht jedes Enzym kann mit je- dem Substrat reagieren. Diese Substratspezifität von Enzymen beruht darauf, dass im Lauf der Evolution das aktive Zentrum 1 des Enzyms perfekt an das zu binden- de Substrat und damit an die zu katalysierende Reaktion angepasst wurde ( k Abb. 6). Durch diese meist sehr genaue Abstimmung der Enzyme auf ihre Substrate können sie die Abläu- fe der von ihnen zu katalysierenden Reaktionen stark beschleunigen. Sobald das entsprechende Substrat vom Enzym gebunden ist, läuft eine ganz bestimmte chemi- sche Reaktion ab, die ebenfalls höchst charakte- ristisch ist für ein spezifisches Enzym. Man nennt das die Wirkungsspezifität von Enzymen. Enzyme werden außerdem durch andere Mole- küle, so genannte Effektoren , reguliert. Diese be- einflussen die Reaktionsgeschwindigkeit und er- möglichen so eine Steuerung der Enzymreaktion. Unter den Effektoren unterscheidet man Aktiva- toren und Inhibitoren. Ein Aktivator 2 erhöht die Enzymaktivität, ein Inhibitor 3 hemmt sie. Das Schlangengift der Mambas enthält beispiels- weise einen natürlich vorkommenden Inhibitor, der als Nervengift wirkt. Dieser Inhibitor hemmt die Aktivität des Enzyms Cholinesterase, was zur Muskellähmung und schließlich zum Tod führen kann. Viele andere in der Natur vorkommende Gifte sind Enzyminhibitoren. Künstlich hergestell- te Inhibitoren sind oft der Ausgangspunkt für die Entwicklung von Medikamenten. Du hast bereits das energiereiche Molekül ATP kennengelernt. ATP ist ein Beispiel für ein Coenzym oder Cosubstrat . Darunter versteht man organische Hilfsmoleküle, die bei einer Enzymreaktion mitbeteiligt sind. Sie binden an das Enzym und sind für das Ablaufen der Reakti- on mitverantwortlich. Nach Ablaufen der Reakti- on wird die Bindung an das Enzym wieder auf- gelöst, und das Coenzym geht verändert aus der Reaktion hervor – im Falle von ATP als ADP und Phosphorrest. Neben ATP wirst du bei der Fotosynthese und bei der Zellatmung noch weitere wichtige Coenzyme kennenlernen, wie zB die Elektronenüberträger- moleküle FAD, NAD + und NADP + (siehe S. 55). Eine wichtige Form der Regulierung der En­ zymtätigkeit ist die negative Rückkopplung. Da- bei wird ein Enzym durch das Endprodukt der Reaktion, die es katalysiert, selbst gehemmt. Es kommt dadurch zum Stopp der enzymatischen Reaktion, sobald genug Produkt gebildet wurde. Enzyme sind substrat- und wirkungsspezifisch Struktur und Funktion Steuerung und Regelung Abb. 6: Substratspezifität. Die Struktur von Enzymen ist meist genau auf das zu bindende Substrat angepasst. aktives Zentrum Substrate Enzym Enzym Produkt Enzym-Substrat-Komplex Die Substratmoleküle passen genau ins aktive Zentrum … … aber andere Mole- küle passen nicht. Wenn der Enzym-Substrat-Komplex zerfällt, wird das Produkt freigesetzt. Das Enzym steht jetzt für die Katalyse einer weiteren Reaktion zur Verfügung. Glossar 1 aktives Zentrum : Diejenige Stelle des En­ zymmoleküls, an dem das Substrat gebunden wird. 2 Aktivator : Molekül, das eine Enzymreaktion steuert, indem es sie aktiviert 3 Inhibitor : Molekül, das eine Enzymreaktion steuert, indem es sie hemmt Basiskonzepte Steuerung und Regelung: Das Prinzip der negativen Rückkopplung ist ein wichtiger Regelmechanismus in vielen Berei- chen der Biologie. Ein Prozess wird gestoppt, sobald das Endprodukt in ausreichender Menge vorhanden ist. Struktur und Funktion: Enzyme sind Proteine mit einer eine charakteristi- schen dreidimensionalen Struktur. Diese Form, insbesondere die des so genannten ak- tiven Zentrums, ist sehr spezifisch auf das Substrat oder den Reaktionstyp abgestimmt. Die Struktur ist also mit der jeweiligen Funkti- on des Enzyms eng verknüpft. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv