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Tutorial MenueGrundlagen der BiokatalyseLerneinheit 3 von 4

Enzyme

Der Enzym-Substrat-Komplex

Der erste Schritt bei der enzymatischen Katalyse ist die Bildung eines Enzym-Substrat-Komplexes. Im aktiven Zentrum des Enzyms findet eine enge räumliche Zusammenlagerung der reaktiven Gruppen des Enzyms und des Substrats statt. Wasserstoff-Brückenbindungen, Van-der-Waals-Kräfte oder kovalente Bindungen tragen zur vorübergehenden stabilen Bindung des Substrats an das Enzyms bei; es bildet sich ein Übergangszustand. Dadurch wird die katalytische Reaktion ermöglicht. Prinzipiell gibt es zwei Möglichkeiten der Interaktion von Enzym und Substrat: das klassische Schlüssel-Schloss-Prinzip und das neuere Modell des induced fit. Das Schlüssel-Schloss-Prinzip veranschaulicht lediglich die Spezifität eines Enzyms. Technische Untersuchungen der Molekülstruktur von Enzym und Substraten haben dagegen ergeben, dass die dynamischen Vorgänge bei der Bindung von Enzym und Substrat eher dem Modell des induced fit entsprechen.

Das Schlüssel-Schloss-Prinzip

Enzyme sind hochspezifisch,was die katalysierte Reaktion und die Auswahl der Reaktionsteilnehmer, der Substrate, betrifft. Normalerweise katalysiert ein Enzym nur eine einzige oder eine Serie eng verknüpfter chemischer Reaktionen. Nebenreaktionen, in denen unnütze Nebenprodukte gebildet werden könnten, laufen nicht ab. Die Spezifität eines Enzyms für ein Substrat ist sehr hoch und in vielen Fällen absolut; das Substrat passt also in das Enzymmolekül wie ein Schlüssel in sein Schloss.

Abb.1
Schlüssel-Schloss-Prinzip

Der Induced-fit-Mechanismus

Durch Bindung des Substrats an das Enzym bildet sich der Enzym-Substrat-Komplex, der erste Schritt bei der enzymatischen Katalyse. Das Substrat bindet dabei an das aktive Zentrum des Enzymmoleküls. Die katalytische Aktivität der Enzyme und deren Regulation hängt in erster Linie von der Spezifität der Bindung des Substrates an das aktive Zentrum ab.

Das aktive Zentrum ist die Region, in der alle chemischen Gruppen, die an der zu katalysierenden Reaktion beteiligt sind, in räumlichen Kontakt gebracht werden. In einigen Enzymen nimmt das aktive Zentrum erst nach Bindung des Substrates die dazu komplementäre Form ein. Diesen Prozess der dynamischen Erkennung nennt man induced fit.

Abb.2
Induced-fit-Prinzip
Beispiel

Ein Beispiel für den Induced-fit-Mechansimus ist das Enzym Hexokinase.

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