Enzyme

Enzyme

Egal ob Laktase, das Ananas-Enzym Bromelain oder auch verschiedene Stoffwechsel-Enzyme – als wirksame Biokatalysatoren sind Enzyme in den letzten Jahren zunehmend in den Mittelpunkt des wissenschaftlichen Interesses gerückt. Kein Wunder, denn als „kleine Helfer“ wirken die Eiweißmoleküle an zahlreichen Prozessen im menschlichen Körper mit: Ohne Enzyme ist keine Verdauung möglich – auch Stoffwechsel, Immunsystem und viele weitere Prozesse sind auf Enzyme angewiesen.

Was sind Enzyme?

Enzyme – was ist das?

Enzyme sind Eiweißverbindungen, die biochemische Reaktionen (z. B. im menschlichen Körper) beschleunigen und unverändert aus der Reaktion hervorgehen.

Enzyme sind hochmolekulare Eiweißverbindungen, die im menschlichen, tierischen und pflanzlichen Organismus vorkommen. Die Wirkung der Enzyme gleicht einem Biokatalysator: Das heißt konkret, dass sie biochemische Reaktionen beschleunigen und dabei unverändert aus der jeweiligen Reaktion hervorgehen. Diese sogenannte Katalyse ist notwendig, weil viele Prozesse bei der normalen Körpertemperatur nur sehr langsam ablaufen würden. Enzyme gewährleisten also, dass vielfältige Reaktionen mit der erforderlichen Geschwindigkeit ablaufen – und dem Körper damit ausreichend Energie und wichtige Substanzen bereitgestellt werden.

Aufbau eines Enzyms

Enzyme sind in der Regel Proteine. Ihre kleinste „Baueinheit“ sind Aminosäuren, die sich zu langen Proteinketten zusammenlagern. Komplizierter aufgebaute Enzyme können aus mehreren solchen Ketten bestehen oder zusammen mit anderen Enzymen sogenannte Multienzymkomplexe bilden.
Enzyme &Coenzyme: Viele Enzyme benötigen ein sogenanntes „Coenzym“, um überhaupt aktiv zu werden. Coenzyme sind oftmals Vitamin-Abkömmlinge.
Die Funktion von Enzymen hängt von der Unversehrtheit dieser Protein-Strukturen ab: Hitze, Kälte, Säuren oder Laugen können die Proteinstrukturen zerstören und damit die Wirkung von Enzymen beeinträchtigen. Entscheidend für die Enzym-Aktivität sind daher die jeweils richtigen Temperatur- und pH-Werte.

Enzyme als Biokatalysatoren: Wirkungsweise der Enzyme

Enzyme: Schlüssel-Schloss-Prinzip

Enzyme und ihre Substrate lagern sich nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip zu einem Komplex zusammen, damit die Reaktion ablaufen kann. Enzyme sind substratspezifisch: In den meisten Fällen passt nur ein einziges Substrat (Schlüssel) zu einem bestimmten Enzym (Schloss).

Die Substanzen, die ein Enzym umsetzt, werden als „Substrate“ bezeichnet. Diese lagern sich nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip an das sogenannte aktive Zentrum des jeweiligen Enzyms an – es bildet sich also ein Enzym-Substrat-Komplex. Dabei wird das Substrat zu den Reaktionsprodukten umgewandelt, die sich schließlich vom Enzym ablösen und somit wieder Platz schaffen, damit sich das nächste Substratmolekül anlagern kann. Wichtig: Enzyme sind substratspezifisch – sie können also jeweils nur die Reaktion einer bestimmten Substanz beschleunigen.

Enzyme: Funktion und Aufgaben

Enzyme sind an vielfältigen Vorgängen im Körper beteiligt, hier einige Beispiele:

  • Verdauung
  • Stoffwechsel und Entgiftung
  • Neutralisierung von freien Radikalen
  • Kopieren der Erbinformation (DNA)
  • Blutgerinnung
  • Immunsystem

Die meisten Enzyme sind nach einer bestimmten Systematik benannt: Der Name eines Enzyms ergibt sich aus der Bezeichnung des jeweils umgesetzten Substrats und der Endung „-ase“. So wird z. B. das Enzym, das den Milchzucker (Laktose) im Darm in seine verdaulichen Bestandteile spaltet, Laktase genannt. Wird Laktase nur in unzureichender Menge gebildet, kann eine sogenannte Milchzuckerunverträglichkeit (Laktoseintoleranz) die Folge sein.

Enzyme, die für uns besonders wichtig sind

Wichtige Enzyme im Körper sind die Stoffwechsel-Enzyme, die sich in Körperzellen, Organen oder Körperflüssigkeiten befinden. Sie sind für den Auf- und Abbau verschiedener Substanzen im Körper verantwortlich und sorgen dafür, dass der Stoffwechsel aktiv bleibt. Außerdem sind Enzyme beispielsweise auch an wichtigen Entgiftungsreaktionen in der Leber beteiligt und können freie Radikale neutralisieren. Letztere sind aggressive Sauerstoffmoleküle, die im Stoffwechsel entstehen und auch durch äußere Einflüsse (z. B. Rauchen, Sonnenstrahlung) gebildet werden. Derartige freie Radikale scheinen die vorzeitige Hautalterung sowie die Entstehung bestimmter Krankheiten zu begünstigen.

Enzyme & Verdauung

Enzyme spielen auch bei zahlreichen Verdauungsprozessen eine zentrale Rolle: Sie sind unerlässlich für den Abbau von Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen.
Enzyme der Verdauung – Beispiele:

  • α-Amylase: spaltet Kohlenhydrate schon in der Mundhöhle
  • Lipasen: spalten Fette im Darm
  • Peptidasen: spalten Eiweiße in Magen und Darm
  • Laktase: spaltet Milchzucker (Laktose) im Darm(erfahren Sie mehr über Laktase)

Enzymmangel und seine Folgen

Wie wichtig Enzyme für die Verdauung sind, wird bei einem Enzymmangel auf unangenehme Weise deutlich: Fehlt zum Beispiel das Enzym Laktase, das normalerweise Milchzucker (Laktose) in seine verdaulichen Bestandteile spaltet, führt dies zur sogenannten Laktoseunverträglichkeit (Milchzuckerunverträglichkeit). Nach dem Verzehr von laktosehaltigen Produkten (z.B. Milch, Käse, Joghurt) kommt es dann zu charakteristischen Symptomen wie Blähungen, Durchfall oder auch Übelkeit. Bei Laktoseintoleranz kann die gezielte Zufuhr von Laktase (z.B. mittels Laktase-Tabletten) hilfreich sein, um den Genuss von Milch und Milchprodukten wieder beschwerdefrei zu ermöglichen.

Fehlt ein Stoffwechsel-Enzym kann auch das weitreichende Konsequenzen haben: So wird zum Beispiel bei der Phenylkentonurie, einer der häufigsten angeborenen Stoffwechselstörungen, ein bestimmtes Enzym nicht gebildet, das für den Abbau der Aminosäure Phenylalanin zuständig ist. Die Folge: Es kommt zu erhöhten Konzentrationen dieser Aminosäure, die bei Kindern und Heranwachsenden zu schweren Störungen der geistigen Entwicklung führen kann. Deshalb wird heutzutage bei Neugeborenen ein Screening durchgeführt, um die Erkrankung möglichst frühzeitig zu erkennen und entsprechende Therapiemaßnahmen einzuleiten.

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