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Reaktionsmechanismen in der Biokatalyse

Säure-Base-Katalyse

Bei der allgemeinen Säurekatalyse erniedrigt ein partieller Protonentransfer die Freie Enthalpie des Übergangszustandes. Auch durch die Anwesenheit einer Base kann eine Reaktion katalysiert werden, wenn sich die Reaktionsgeschwindigkeit durch Deprotonierung erhöht.

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Abb.1
Abb.2

Eine ganze Reihe biochemischer Reaktionen sind säure- und/oder basenkatalysiert. Die Seitenketten der Aminosäuren Asp, Glu, His, Cys, Tyr und Lys können sowohl als Säure-, als auch als Basenkatalysatoren fungieren. Enzyme haben oft mehrere ionisierbare Seitengruppen so um das katalytische Zentrum angeordnet, dass sie eine konzertierte Säure-Base-Katalyse durchführen können. Diese Art der Katalyse gehört zu den häufigsten Mechanismen in der Biochemie.

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Abb.3
AChE-Mechanismus

Als Beispiel für eine solche Reaktion ist hier die Spaltung des Acetylcholins durch die Acetylcholin-Esterase dargestellt. Diese Umsetzung verläuft über einen reversiblen Enzym-Substrat-Komplex unter der direkten Beteiligung der Aminosäuren Serin 200 (H-O-Ser), Histidin 440 (als Hilfsbase B:) und Glutaminsäure 327 und wird durch mehrere Protonentransferreaktionen begleitet.

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