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Enzyme

Enzyme
Früher wurden Enzyme als Ferment, abgeleitet vom lateinischen "fermentum", bezeichnet. Sie sind sogenannte Biokatalysatoren. Diese Stoffe im menschlichen Körper katalysieren eine oder mehrere biochemische Reaktionen. Sie beschleunigen verschiedenste, lebenswichtige Körperreaktionen und sorgen somit für deren reibungslosen Ablauf.

Dies geschieht durch die Herabsetzung der Aktivierungsenergie, die für die eigentliche Reaktion benötigt wird. So steuern Enzyme die unterschiedlichsten Reaktionen, angefangen von der Verdauung über die Atmung bis hin zum Wachstum und weitere Prozesse. Die Enzyme werden in den Zellen gebildet und entstehen dort mit Hilfe der Proteinbiosynthese. Im Körper befinden sich schätzungsweise bis zu 30.000 verschiedene Enzyme.

Der Aufbau von Enzymen

Fast alle Enzyme bestehen aus Proteinen. Proteine sind Eiweiße, Makromoleküle, die aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel bestehen. Sie sind aus einzelnen Aminosäuren aufgebaut. Enzyme bestehen somit aus Eiweißketten. Sie können aus einer oder mehreren, zusammengesetzten Eiweißketten konstruiert sein.

Die chemische Struktur von Enzymen ist in zwei Klassen eingeteilt:

1. reine Proteine: Sie bestehen aus Aminosäuren. Zu diesen gehört beispielsweise das Verdauungsenzym Chymotrypsin.
2. Holoenzyme: Dies sind kombinierte Proteine. Sie bestehen aus einem Apoenzym (Proteinanteil) und einem Cofaktor (Nicht-Eiweiß-Anteil)

Enzyme sind in der Lage, alleine oder in einem Enzymkomplex zu wirken. In einem Komplex schließen sich mehrere Fermente zusammen. Innerhalb dieses Komplexes bestehen zwischen den einzelnen Enzymen Wechselwirkungen. Sie regulieren sich dadurch selbst.

Die sechs Großfamilien der Enzyme

Unter dem Namen der Enzyme gibt es sechs große Gruppen. Diese sind für den reibungslosen Ablauf der Reaktionen im Körper von großer Bedeutung. Sie sind eingeteilt in:

1. Oxydoreduktasen (katalysieren Redoxreaktionen)
2. Transferasen (übertragen die funktionellen Gruppen von einem Substrat auf das Nächste)
3. Hydrolasen (spalten Bindungen unter Benutzung von Wasser auf)
4. Lyasen (verbrauchen bei ihrer Spaltung kein ATP)
5. Isomerasen (beschleunigen die Umwandlung von chemischen Isomeren)
6. Ligasen (katalysieren die Additionsreaktion mit Hilfe von ATP ohne Umkehrreaktion)

Manche Enzyme dieser Großfamilien sind in der Lage, mehrfache, sehr unterschiedliche Reaktionen zu katalysieren. Sie können als multifunktionale Enzyme mehreren Großfamilien zugeordnet werden.

Die Funktion von Enzymen

Die im Körper befindlichen Enzyme sind wichtig für die menschliche Gesundheit. Durch ihre Fähigkeit, die Aktivierungsenergie verschiedenster Reaktionen herabzusetzen und diese somit zu beschleunigen, macht sie zu einem bedeutenden Teil des menschlichen Systems. Es kommt zu einer Stoffumsetzung unter geringerer Temperatur.
Die enzymatische Umsetzung ist reversibel. Dies bedeutet, dass die Produkte nach der eigentlichen Reaktion in ihre Ursprungsprodukte verwandelt werden können. Die Ausgangsstoffe einer Reaktion werden als Substrate bezeichnet. Diese Stoffe werden im aktiven Zentrum des Enzyms gebunden. Als aktives Zentrum wird der Ort des Ferments bezeichnet, an dem die katalysierten Reaktionen stattfinden. Dies entspricht einem "Schlüssel-Schloss-Prinzip". Aufgrund dieser Tatsache bildet das aktive Zentrum aus der Vielzahl der in den Zellen vorkommenden Substrate lediglich ein spezifisches Substrat aus. Während dieser Reaktion bildet sich ein Enzym-Substrat-Komplex. Das eingebundene Enzym ermöglicht anschließend eine Umwandlung der Substrate in Reaktionsprodukte. Diese werden anschließend aus dem vorher gebildeten Komplex freigesetzt. Das Enzym liegt am Ende der Reaktion in der Ausgangsform vor.

Die Beeinflussung der Enzymwirkung

Die Aktivität der Enzyme im Körper können durch drei Faktoren beeinflusst werden:
1. Temperatur
2. pH-Wert
3. chemische Substanzen

Jedes einzelne Enzym hat ein bestimmtes Temperaturoptimum, bei dem seine spezifische Umsetzungsrate maximal ist. Hierbei gilt die RGT-Regel (Reaktions-Geschwindigkeits-Temperatur-Regel). Diese besagt, dass wenn die Temperatur um 10°C erhöht wird, sich die Reaktionsgeschwindigkeit verdoppelt. Erhöht sich die Temperatur zu stark, werden die Enzyme denaturiert. Sie werden endgültig zerstört.
Der pH-Wert ist ebenfalls entscheidend für die Aktivität der Enzyme. Grund hierfür ist die Abhängigkeit der Enzymkatalyse vom Zustand der dissozialen Gruppen an den Fermenten oder Substraten. Das pH-Optimum liegt zwischen 6 und 8.
Chemische Substanzen, bestimmte Moleküle, können eine Hinderung der Enzymaktivität hervorrufen. Aufgrund der Veränderung durch die Substanzen ist das Ferment nicht mehr funktionsfähig.

Die Enzymhemmung

Durch chemische Stoffe, die eine hemmende Wirkung haben, kann es zu einer sogenannten Enzymhemmung kommen. Unterteilt wird grob in reversible und irreversible Hemmungen. Detaillierter wird in folgende vier Formen der Enzymhemmung unterschieden:
1. Kompetitive Hemmung
2. Nichtkompetitive Hemmung
3. Allosterische Hemmung
4. Feedback Hemmung

Bei der kompetitiven Hemmung konkurriert ein Hemmstoff, auch als Inhibitor bezeichnet, mit dem Substrat um das aktive Zentrum des Ferments. Auslöser für diese Konkurrenz im Schlüssel-Schloss-Prinzip ist die Ähnlichkeit der chemischen Struktur des Hemmstoffes und des Substrats. Im Gegensatz zum Enzym stoppt der Inhibitor die Enzymarbeit, da er nicht umgesetzt werden kann. Das Ferment bleibt allerdings nur bei ausreichend hohem Hemmstoffvorkommen blockiert. Sobald die Menge abnimmt, kann das Substrat erneut umgesetzt werden.
Im Gegensatz dazu bildet der Inhibitor bei der nichtkompetitiven Hemmung keine Bindung mit dem aktiven Zentrum. Er bindet sich an eine andere Stelle am Enzym an. Aus diesem Anschluss resultiert eine Konformationsänderung, die zu einer vollständigen Inaktivität des Enzyms führt. Häufig sind diese Veränderungen irreversibel, beispielsweise bei Anbindungen durch Schwermetalle.
Eine allosterische Hemmung wird durch die Bindung eines Inhibitors an ein anderes Zentrum des Enzyms vollzogen - das allosterische Zentrum. Dort bildet der Hemmstoff eine reversible Verbindung und verändert die Form des aktiven Zentrums. Es wird das "Schloss" des Enzyms gewandelt, sodass der "Schlüssel", das Substrat, nicht mehr passt. Durch eine Substratkonzentrationserhöhung kann der Hemmstoff vertrieben werden und die Reaktion kann wieder ablaufen.
Die Feedback Hemmung ist eine Variante der allosterischen Hemmung. Im Unterschied zu dieser bildet allerdings das Endprodukt den Hemmstoff, wodurch automatisch ein Regelkreis entsteht.

Die wichtigsten Enzyme im menschlichen Körper

Neben der Einteilung in verschiedene Großfamilien der Fermente kann in die für den Erhalt des Körpers wichtigsten Enzyme unterschieden werden. Hierbei gelten die Verdauungsenzyme als die Wichtigsten. Sie sind dafür zuständig, dass die zugeführte Nahrung in ihre Grundbausteine zerlegt wird. Dazu zählen Aminosäuren, Fettsäuren und Zuckermoleküle. Die aufgespaltenen Moleküle werden über die Schleimhäute ins Blut aufgenommen und mit Hilfe des Stoffwechsels verwendet oder gespeichert. Es gibt fünf große Gruppen der Verdauungsenzyme:
1. Peptidasen (spalten Proteine oder Peptide zu Aminosäuren auf)
2. Glykosidasen (zerlegen lange Zuckerketten wie Stärke zu einfachen Zuckermolekülen)
3. Lipasen (separieren in der Bauchspeicheldrüse Fette)
4. Nukleasen (zerteilen Nukleinsäuren)
5. Laktase (spaltet Milchzucker)

Voraussetzungen für die Enzymwirkung - Gesunde Ernährung

Enzyme sind die "Zündkerzen" unseres Stoffwechsels. Ohne sie kann es keinen Stoffwechsel geben, da keine Vitamine und Mineralstoffe verwertet werden. Der Körper besitzt unzählige verschiedene Enzyme, jedoch nicht alle, die er für einen gesunden und unproblematischen Stoffwechsel benötigt. Diese fehlenden Fermente können nur über gesunde, ausgewogene Ernährung zugeführt werden. Frisches, am besten rohes Obst und Gemüse sind geeignete Enzymquellen. Zu den enzymreichsten Früchten gehören, neben vielen weiteren, Ananas, Papaya, Bananen, Feigen und Kiwi. Zu den fermentreichen Gemüsesorten zählen Tomaten, Gurken, Zucchini und Brokkoli. Durch zu starkes Erhitzen oder Einfrieren nimm die Enzymaktivität in den Lebensmitteln stetig ab. Auch durch chemische Stoffe wie Konservierungsmittel wird die Aktivität der Enzyme gemindert. Aus diesen Gründen ist Rohkost eine exzellente Fermentquelle und gehört unbedingt zur gesunden Ernährung dazu.

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