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Einführung in die Kinetik III (Biokatalyse)

Der Ablauf einer enzymatischen Reaktion

Eine einfache unkatalysierte chemische Reaktion verläuft nach dem Schema:

S P

Eine katalysierte Reaktion verläuft hingegen gemäß folgender Gleichung:

E+ S ES P+ E

Um die Reaktion zu ermöglichen, bindet das Enzym E an die von ihm umzusetzende Ausgangssubstanz, das Substrat S: es bildet sich der Enzym-Substrat-Komplex ES. Mit Beendigung der Reaktion und Bildung des Reaktionsproduktes P löst sich der Enzym-Substrat-Komplex auf; das Enzym bleibt jedoch unverändert und kann daraufhin wieder neue Substratmoleküle umsetzen. Katalytische Gruppen im Reaktionszentrum des Enzyms sind für die Katalyse zuständig. Bei den meisten enzymatischen Reaktionen stellt die Bereitstellung oder der Entzug eines Wasserstoff-Atoms den entscheidenden Vorgang dar.

Ohne Enzym müsste sich das Produkt direkt aus dem Substrat bilden. Die Aktivierungsenergie kann dann allerdings so hoch sein, dass die Reaktion bei den im Organismus üblichen Temperaturen extrem langsam verläuft. Höhere Temperaturen würde der Organismus nicht vertragen und das Substrat möglicherweise auch nicht.

Abb.1
Energiediagramm einer unkatalysierten und einer katalysierten Reaktion

Die Eigenschaft der Enzyme, aus der Reaktion selbst unverändert hervorzugehen, ist wichtig für das Verständnis des energetischen Ablaufes einer enzymatischen Reaktion. Ein Katalysator kann demnach das Reaktionsgleichgewicht zwischen Substraten und Reaktionsprodukten nicht verändern, sondern lediglich die Reaktionsgeschwindigkeit beschleunigen (Gleichgewicht). Eine solche Beschleunigung, die den Faktor 108 bis 1010 betragen kann, geschieht durch Herabsetzung der Aktivierungsenergie. Solche energetischen Grundlagen der Biokatalyse sind in den Modellen der Enzymkinetik beschrieben.

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