Enzymes, how the fuck do they work?

    • dvrvm
      dvrvm
      Bronze
      Dabei seit: 31.01.2007 Beiträge: 3.956
      Mal sehen, ob das hier klappt:

      Ich habe am Montag eine Prüfung über Enzymologie und keinen Bock mehr zu lernen. Darum: Stellt mir irgendwelche random Fragen über Enzyme, und ich versuche sie zu beantworten.

      Edit: Schreibt am besten noch dazu, ob ihr eine allgemeinverständliche oder eine detaillierte Anwort wollt :D
  • 19 Antworten
    • KittenKaboodle
      KittenKaboodle
      Bronze
      Dabei seit: 29.01.2006 Beiträge: 3.527
      1) Was ist ein Enzym?
      2) Was für Fähigkeiten haben Enzyme?
      3) Kann man die Menge der Enzyme sinnvoll klassifizieren?
      4) Seit wann gibt es Enzyme?

      Willste noch mehr Fragen?
    • FRFR
      FRFR
      Bronze
      Dabei seit: 14.10.2005 Beiträge: 2.627
      Wie ist der chemische Aufbau eines Enzyms bzw wie unterscheidet sich Enzym A von Enzym B?

      Wie ist der Wirkmechanismus chemisch und durch welche Magie steuert Enzym A meine Verdauung und Enzym B kopiert meine DNA? (Ja ich war auf Wikipedia :) )

      Und wtf sind Isomerasen und how do they work?
    • dvrvm
      dvrvm
      Bronze
      Dabei seit: 31.01.2007 Beiträge: 3.956
      Original von KittenKaboodle
      1) Was ist ein Enzym?
      2) Was für Fähigkeiten haben Enzyme?
      3) Kann man die Menge der Enzyme sinnvoll klassifizieren?
      4) Seit wann gibt es Enzyme?

      Willste noch mehr Fragen?
      1) Ein Enzym ist ein Protein, welches eine chemische Reaktion katalysiert. Lebewesen verwenden Enzyme für ihre Biochemie, da diese Reaktionen mit Enzymen um bis zu milliardenfach schneller ablaufen. Enzyme werden (wie alle Proteine) durch Gene kodiert.
      2) Einerseits machen sie wie gesagt die Reaktionen schneller (bzw. überhaupt erst möglich), andererseits sind sie auch regulierbar, z.B. können sie durch Bindung mit anderen Molekülen oder durch kleine Modifikationen aktiviert oder deaktiviert werden. So kann z.B. unser Körper steuern, was gerade für Reaktionen durchgeführt werden sollen und welche nicht.
      3) Ja, auf verschiedene Arten. Einerseits kann man sie nach der biologischen Funktion ordnen (z.B. dieses Enzym spielt im Zuckerabbau eine Rolle, dieses in der DNA-Synthese etc.), andererseits kann man sie nach der chemischen Funktion ordnen (z.B. nach der Reaktion, dem verwendeten Kofaktor etc., die gängige Klassifikation ist dabei die EC-Klassifikation.)
      4) Seit es Leben gibt, also seit 3-4 Milliarden Jahren. Man streitet sich allerdings darüber, ob "lebensartige Formen" schon ohne Proteine mit Ribozymen existierten, und wie genau die Proteine ursprünglich entstanden. Ist halt lange her :D
    • Rastalexx
      Rastalexx
      Bronze
      Dabei seit: 19.01.2010 Beiträge: 1
      können enzyme das reaktionsgleichgewicht beeinflussen?
    • dvrvm
      dvrvm
      Bronze
      Dabei seit: 31.01.2007 Beiträge: 3.956
      Original von FRFR
      Wie ist der chemische Aufbau eines Enzyms bzw wie unterscheidet sich Enzym A von Enzym B?

      Wie ist der Wirkmechanismus chemisch und durch welche Magie steuert Enzym A meine Verdauung und Enzym B kopiert meine DNA? (Ja ich war auf Wikipedia :) )

      Und wtf sind Isomerasen und how do they work?
      Enzyme sind Polypeptidketten. Das heisst, sie sind lange Ketten aus Aminosäuren. Es gibt 20 Aminosäuren, die in Proteinen vorkommen, und die Reihenfolge wird durch unsere Gene bestimmt. Ein 0815-Protein hat um die 100-300 Aminosäuren.
      Das ganze ist dann erst mal eine lange Kette, die sich aber zu einem eher kugelhaften Ding zusammenfaltet. Durch die Anordnung der Aminosäuren wird auch die schlussendliche 3D-Struktur bestimmt. Die 3D-Struktur ist dann schlussendlich das, was als Enzym funktioniert.

      Enzym A unterscheidet sich also von Enzym B, indem die Aminosäurereihenfolge anders ist und darum sich die Kette anders faltet.

      Die 3D-Struktur und die chemische "Oberfläche" an dieser Struktur (positive oder negative Ladung, polar oder apolar) bestimmt dann, welche Moleküle an ein Enzym binden können, das ganze funktioniert nach einem sogenannten "Schlüssel-Schloss-Prinzip", indem im Enzym ein passendes Loch für ein jeweiliges Molekül eingebaut ist.

      Das stimmt eigentlich nicht zu 100%, und das hat mit dem Wirkmechanismus zu tun :D

      Physikalisch-chemisch hat der Wirkmechanismus folgende Ursache: Eine chemische Reaktion, z.B. die Umwandlung von Stoff X zu Stoff Y (beide stabil), geht durch einen angespannten Übergangszustand. Wenn du z.B. von Deutschland nach Italien willst, ist zwar Italien tiefer gelegen (du wirst also insgesamt abwärts fahren, und könntest einfach nur runterrollen), aber du musst dazwischen über einen Berg, das kostet Energie. Ein Enzym funktioniert so, dass es den Berg tiefer macht und es darum weniger "Anlauf" braucht, um über den Berg zu kommen. Das funktioniert, indem gerade dieser angespannte Übergangszustand zwischen X und Y stabiler gemacht wird. Das muss dann aber zwingend heissen, dass das Loch im Enzym ideal ist, um den Übergangszustand optimal zu binden, nicht X oder Y selbst. (Ebenfalls spielt natürlich eine Rolle, dass Enzyme die Reaktionspartner durch Bindung räumlich zusammenbringen.

      Organisch-chemisch ist die Katalyse vor allem nukleophile Katalyse, Säure-Basen-Katalyse und elektrostatische Wechselwirkungen, sowie die Verwendung von Kofaktoren.

      Isomerasen sind Enzyme, die ein Molekül in ein Isomer davon umwandeln (oder wieder zurück). Ich muss jetzt gerade weg, darum erst später zu how do they work :D
    • testgfd
      testgfd
      Bronze
      Dabei seit: 23.06.2008 Beiträge: 2.023
      Michaelis-Menten-Konstante ?
      Enzym-Hemmung ? reversibel, irreversibel ? kompetetive, nicht kompetetive, unkompetetive ?
      Wirkungsspezifitäten ?
      Nen paar Fachbegriffe in deinen Auführungen wären auch nich schlecht :)
      Aktives Zentrum, Primär-, Sekundär-, Tertiär-, Quartär-Struktur...
    • FRFR
      FRFR
      Bronze
      Dabei seit: 14.10.2005 Beiträge: 2.627
      Ohne Ahnung davon zu haben gibts dafür von mir ein fettes :f_thumbsup:
    • xeNN
      xeNN
      Bronze
      Dabei seit: 31.10.2007 Beiträge: 1.456
      Kleiner Hinweis: Fachbegriffe, wie Primär-, Sekundär und Tertiärstruktur machen sich sicherlich noch gut.
    • evilfish666
      evilfish666
      Bronze
      Dabei seit: 14.02.2010 Beiträge: 524
      Bei welchen Körper-Temperaturen arbeiten Enzyme korrekt? Wann ist das nicht mehr der Fall und wieso ?
    • dvrvm
      dvrvm
      Bronze
      Dabei seit: 31.01.2007 Beiträge: 3.956
      @Fachbegriffe: Die kenne ich schon, aber ich versuche hier etwas allgemeinverständlicher zu schreiben :D

      Aber zu Evilfish666 gebe ich mal die komplizierte Antwort:
      Die Polypeptidketten müssen sich in die Tertiärstruktur (3D-Struktur) falten, um aktiv zu sein. Bei sehr hohen Temperaturen (genaue Temperatur hängt vom Enzym ab, für normale menschliche Enzyme wohl um die 50°C)
      Der Faltungsprozess bedeutet, dass die Entropie stark abnimmt, was durch eine enthalpische Komponente kompensiert werden muss. Das Faltungsgleichgewicht ist durch
      deltaG(T) = deltaH - T deltaS gegeben
      (negatives deltaG -> Gleichgewicht ist auf Faltungsseite)
      deltaH ist die enthalpische Komponente, die negativ sein wird (stabilisierende Wechselwirkungen bei Faltung, v.a. durch hydrophobe Wechselwirkungen -> die hydrophoben Seitenketten werden im Wesentlichen im Kern untergebracht, damit sie unter sich Kontakt haben und nicht mehr dem Wasser ausgesetzt sind.)
      deltaS ist die entropische Komponente, die ebenfalls negativ sein wird (Kettenentropie geht verloren, da sich die Kette nicht mehr wie ein Seil bewegen kann d.h. mehr oder weniger alle Konformationen frei begehen kann, sondern in mehr oder weniger einer einzigen Konformation festsitzt.)
      Je höher T, desto stärker fällt die entropische Komponente ins Gewicht (da bei hoher T mehr thermische Energie etc etc.) und T deltaS wird grösser als deltaH, womit die Faltung energetisch ungünstig wird.
      Interessant ist, dass das deltaG üblicherweise eine kleine Differenz von grossen Werten ist (deltaH ist z.B. um die -500kJ/mol und deltaG um die -50kJ/mol, d.h. die Faltungsenergie gleicht die verlorene Entropie jeweils nur knapp aus.

      (Das ist auch gut so und evolutionär bedingt, da es nicht die erste Aufgabe eines Enzyms ist, möglichst stabil zu sein, bis auf Ausnahmefälle wie die Enzyme der Thermophilen. Ein Enzym soll eigentlich nur stabil genug sein, um schön gefaltet zu bleiben und ein paar Wärmeunterschiede zu absorbieren, aber in erster Linie sollte es katalytisch effizient sein.)

      Das ist aber erst die halbe Wahrheit, da deltaH und deltaS auch noch temperaturabhängig sind:
      deltaH(T) = deltaH0 + deltacP (T- T0) und
      deltaS(T) = deltaS0 +deltacP ln( T / T0 )
      wobei cP die spezifische Wärmekapazität des Proteins ist, bzw. deltacP der Unterschied in der Wärmekapazität zwischen der ungefalteten und gefalteten Form.
      Hier spielt vor allem der entropische Term eine Rolle, weil bei tiefen Temperaturen T/T0 < 1 und der ln davon darum negativ wird. Dies führt zur Existenz eines Kältedenaturierungspunkts, unter welchem die Faltung auch wieder ungünstig wird. Üblicherweise ist er genug weit unter Null, damit er physiologisch uninteressant ist. Er führt aber dazu, dass es für Enzyme eine Idealtemperatur gibt, die von deltacP abhängt.

      Wenn man dann von der schöngeistigen physikalisch-chemischen Beschreibung weggeht, kommt noch hinzu, dass bei hohen Temperaturen,wenn die Enzyme entfaltet sind, sie aggregieren (verklumpen), weil die hydrophoben Regionen, statt einen schönen Kern zu bilden, einfach mit hydrophoben Regionen von anderen Proteinen wechselwirken. Das ist darum auch nicht einfach rückgängig zu machen, indem man wieder abkühlt.

      tl;dr: Enzyme sind bei hohen Temperaturen und bei sehr tiefen Temperaturen entfaltet.
    • dvrvm
      dvrvm
      Bronze
      Dabei seit: 31.01.2007 Beiträge: 3.956
      Original von Rastalexx
      können enzyme das reaktionsgleichgewicht beeinflussen?
      Nein. Das Gleichgewicht ist durch die Energie der Substrate und Produkte gegeben, ganz egal auf welche Art man von A nach B kommt. Enzyme reduzieren lediglich die Aktivierungsenergie für die Reaktion.

      (Sie können allerdings das Reaktionsgleichgewicht von vorgelagerten Reaktionen "beeinflussen", indem sie dafür sorgen, dass deren Produkt aus dem Gleichgewicht abgezogen wird. Die Gleichgewichtskonstante selber ändert sich natürlich immer noch nicht.)
    • BubbleNedRum
      BubbleNedRum
      Gold
      Dabei seit: 13.02.2011 Beiträge: 3.751
      wtf is michaelis-menden-konstante?

      sorry, wenn schon gefragt
    • testgfd
      testgfd
      Bronze
      Dabei seit: 23.06.2008 Beiträge: 2.023
      Original von BubbleNedRum
      wtf is michaelis-menten-konstante?

      sorry, wenn schon gefragt
      fyp :)
    • EriscHgcrFU
      EriscHgcrFU
      Global
      Dabei seit: 23.01.2009 Beiträge: 10.321
      Woher haben Enzyme ihren Namen und wie wurden sie entdeckt?
    • dvrvm
      dvrvm
      Bronze
      Dabei seit: 31.01.2007 Beiträge: 3.956
      Der Name kommt von "in der Hefe" und sie wurden von einem Typ namens Buchner entdeckt...

      Da die Prüfung durch ist, werde ich hier die Michaelis-Menten-Sache nur herleiten, wenn es jemanden wirklich interessiert :D Aber danke vielmals für eure Unterstützung. Ist halbwegs passabel gut gegangen...
    • Brazz
      Brazz
      Bronze
      Dabei seit: 16.07.2006 Beiträge: 637
      nach welchen kriterien lassen sich enzyme charakterisieren + beispiele :)

      einheiten der enzymaktivität + möglichkeiten aktivitätstests durchzuführen

      beispiele für prominente enzyme die für technische, pharmazeutische, analytisch zwecke genutzt werden

      welche parameter beeinflussen die biologische aktivität von enzymen

      mehr?
    • Chilla47
      Chilla47
      Bronze
      Dabei seit: 19.06.2010 Beiträge: 351
      ...
    • Brazz
      Brazz
      Bronze
      Dabei seit: 16.07.2006 Beiträge: 637
      Original von Brazz
      nach welchen kriterien lassen sich enzyme charakterisieren + beispiele :)

      einheiten der enzymaktivität + möglichkeiten aktivitätstests durchzuführen

      beispiele für prominente enzyme die für technische, pharmazeutische, analytisch zwecke genutzt werden

      welche parameter beeinflussen die biologische aktivität von enzymen

      mehr?
      edith: oops, schon um :) @OP - wie ist es denn gelaufen?
    • dvrvm
      dvrvm
      Bronze
      Dabei seit: 31.01.2007 Beiträge: 3.956
      Den Thread gibts noch :D Ging ganz OK, hätte zwar gerne die Bestnote gehabt, aber da es die letzte Prüfung meiner Studentenkarriere war, kann ich mit dem Ergebnis durchaus leben :D