Enzyme

Du fragst dich “Was sind eigentlich Enzyme?” Enzyme sind spezielle Eiweissmoleküle (Proteine), die als Biokatalysatoren biochemische Reaktionen im Körper und in allen lebenden Organismen steuern und beschleunigen, ohne dabei selbst verbraucht oder verändert zu werden. Sie ermöglichen, dass lebenswichtige chemische Prozesse bei Körpertemperatur und unter milden Bedingungen schnell und effizient ablaufen, indem sie die sogenannte Aktivierungsenergie senken, die für eine Reaktion benötigt wird.

Ohne Enzyme würden viele Stoffwechselreaktionen zu langsam oder gar nicht stattfinden, was das Leben unmöglich machen würde. Enzyme sind daher unverzichtbar für Verdauung, Energiegewinnung, Zellteilung, DNA-Reparatur, Entgiftung und zahlreiche weitere Funktionen.

Aufbau von Enzymen

Enzyme bestehen aus langen Ketten von Aminosäuren, die zu komplexen dreidimensionalen Strukturen gefaltet sind. Diese Struktur bestimmt ihre Funktion und Spezifität. Viele Enzyme benötigen zur Aktivität sogenannte Cofaktoren, das können Metallionen (z. B. Eisen, Zink) oder organische Moleküle (z. B. Vitamine) sein. Sind diese Cofaktoren fest mit dem Enzym verbunden, nennt man sie prosthetische Gruppen.

Funktionsweise von Enzymen

Enzyme binden an ein oder mehrere bestimmte Moleküle, die sogenannten Substrate, an einer speziellen Stelle, dem aktiven Zentrum. Dort wird das Substrat chemisch umgewandelt – beispielsweise gespalten, verbunden oder umgelagert – und anschliessend als Produkt freigesetzt. Das Enzym bleibt dabei unverändert und kann erneut reagieren.

Die hohe Substrat- und Wirkungsspezifität bedeutet, dass ein Enzym meist nur eine bestimmte Reaktion katalysiert und nur mit bestimmten Molekülen interagiert.

Enzymklassen

Enzyme werden nach der Art der Reaktion, die sie katalysieren, in sechs Hauptklassen eingeteilt:

1. Oxidoreduktasen: Katalysieren Redoxreaktionen, bei denen Elektronen übertragen werden (z. B. Dehydrogenasen, Katalasen).
2. Transferasen: Übertragen funktionelle Gruppen (z. B. Kinasen, Transaminasen).
3. Hydrolasen: Spalten chemische Bindungen durch Wasseranlagerung (z. B. Amylasen, Proteasen, Lipasen).
4. Lyasen: Spalten oder bilden Bindungen ohne Wasser oder Oxidation (z. B. Aldolasen).
5. Isomerasen: Verändern die Struktur von Molekülen ohne Änderung der Summenformel (z. B. Racemasen).
6. Ligasen (Synthetasen): Verbinden Moleküle unter Energieverbrauch (z. B. Carboxylasen).

Beispiele wichtiger Enzyme im Körper

• Amylase: Spaltet Stärke in Zucker, z. B. im Speichel und Bauchspeichel.
• Lipase: Baut Fette ab.
• Proteasen: Spalten Proteine in Aminosäuren.
• Laktase: Spaltet Milchzucker (Laktose).
• Lysozym: Tötet Bakterien durch Spaltung ihrer Zellwände ab.
• Creatin-Kinase: Wichtig für die Energiebereitstellung in Muskeln.
• Glutamat-oxalacetat-transaminase (GOT) und Glutamat-pyruvat-transaminase (GPT): Beteiligung am Aminosäurestoffwechsel.

Bedeutung für Gesundheit und Krankheit

Enzymstörungen können schwerwiegende Folgen haben. Angeborene Enzymdefekte führen zu Stoffwechselkrankheiten wie:

• Phenylketonurie: Fehlendes Enzym für den Abbau der Aminosäure Phenylalanin führt zu geistiger Behinderung, wenn unbehandelt.
• Galaktosämie: Enzymmangel im Zuckerstoffwechsel führt zu toxischer Ansammlung von Galaktose.
• Laktoseintoleranz: Mangel an Laktase, wodurch Milchzucker nicht verdaut wird und Verdauungsbeschwerden verursacht.
• Porphyrie: Enzymdefekte bei der Bildung des roten Blutfarbstoffs Häm mit vielfältigen Symptomen.

Auch die sogenannte Histaminintoleranz wird mit einem Enzymmangel (Diaminoxidase) in Verbindung gebracht, der den Abbau von Histamin im Körper beeinträchtigt.

Enzyme kommen jedoch nicht nur im Körper vor, sondern auch in der Nahrung. Wichtige Enzyme, die der Körper selbst nicht herstellen kann, müssen deshalb zwingend mit der Nahrung zugeführt werden. Vor allem in frischem biologisch angebautem Obst und Gemüse finden sich Enzyme, die dem Körper helfen, die Nahrung vollständig zu verdauen.

Natürliche Enzyme in Lebensmitteln:
Viele frische, rohe pflanzliche Lebensmittel enthalten von Natur aus Enzyme, die die Verdauung unterstützen können. Besonders enzymreich sind Früchte wie Ananas (enthält Bromelain), Papaya (Papain), Mango, Kiwi, Äpfel, Bananen, Weintrauben sowie Sojasprossen und Salat. Diese Enzyme helfen beispielsweise beim Abbau von Proteinen, Kohlenhydraten und Fetten und können so die Verdauung erleichtern. Allerdings sind Enzyme hitzeempfindlich und werden beim Kochen oder Backen meist zerstört, weshalb rohe oder schonend verarbeitete Lebensmittel die besten Enzymquellen sind.

Enzyme in der Lebensmittelindustrie:
Enzyme werden seit langem in der Lebensmittelherstellung eingesetzt, etwa bei der Käseherstellung (Labferment mit Chymosin), beim Bierbrauen, zur Teiglockerung in Backwaren (Amylasen, Xylanasen), bei der Stärkeverzuckerung (Umwandlung von Stärke in Zucker) und zur Verbesserung von Fruchtsäften (Pektinasen zur Farb- und Aromagewinnung). Diese Enzyme werden heute meist biotechnologisch aus Mikroorganismen gewonnen und erfüllen technologische Funktionen, um die Qualität und Haltbarkeit von Lebensmitteln zu verbessern.

Zusammenfassung

Bei Enzymen oder Coenzymen handelt es sich um Proteine, welche im Organismus als Biokatalysatoren funktionieren, sie setzen also Stoffe zu anderen Stoffen um und spalten grosse Moleküle auf. Als Biokatalysatoren steuern und beschleunigen sie biochemische Reaktionen im Körper. Bei solchen Reaktionen verbinden sich die Enzyme nur vorübergehend mit dem umzusetzenden Stoff (Substrat), damit dieser zum Beispiel zerlegt oder anderweitig verändert werden kann. Die Enzyme selbst verändern sich jedoch nicht.

Enzyme sind in jeder Körperzelle enthalten und unerlässlich für viele Funktionen und schlussendlich die Erhaltung eines gesunden Körpers. So sind sie von der Verdauung über Stoffwechselvorgänge bis hin zur Übersetzung des Erbguts in Proteine als Biokatalysatoren beteiligt. Es gibt im Körper unzählige verschiedene Enzyme. Die wohl grundlegendste Aufgabe übernehmen die Verdauungsenzyme, die dafür verantwortlich sind, dass die aufgenommene Nahrung in kleine Grundbausteine zerlegt wird, um vom Körper aufgenommen und verwertet zu werden. Enzyme bestehen aus Eiweissketten. Einfache Enzyme bestehen aus nur einer Proteinkette, andere aus mehreren zusammenhängenden Proteinketten. Enzyme arbeiten oft multifunktional und übernehmen z.T. mehrere Aufgaben im Körper. Einzelne Enzyme können sich auch zu einem Komplex zusammenschliessen. Innerhalb eines solchen Komplexes stehen die einzelnen Enzyme in Wechselwirkung und regulieren sich gegenseitig.