Enzyme
Enzyme sind eine Untergruppe der Proteine (= Eiweiße).
Als biologische Katalysatoren (d.h. als Stoffe, die eine Reaktion auslösen oder beschleunigen ohne selbst dabei verbraucht zu werden) sind sie
bei nahezu jedem Stoffwechselprozess in einer lebenden Zelle beteiligt. So sind sie zum Beispiel verantwortlich für die Replikation von DNA. In
Bakterien, Pflanzen, Tieren oder beim Menschen verdauen Enzyme beispielsweise Zucker, Fette und Eiweiße. Sie helfen uns auch dabei, Giftstoffen
und Krankheiten zu trotzen oder unsere Zellen mit Sauerstoff zu versorgen. Kurzum sind Enzyme essenzielle Bestandteile allen Lebens.
Doch auch in der Industrie finden Enzyme längst vielfältig Verwendung. Erzeugt von Bakterien spalten sie bspw. in der Bioethanolerzeugung Maisstärke zu Glukose, machen Obst für die Saftgewinnung weicher oder verringern die Temperaturentwicklung chemischer Reaktionen, wodurch unglaubliche Mengen an Energie eingespart werden können.
Doch was sind Enzyme gentechnisch betrachtet?
Ein Enzym besteht aus Aminosäuren, die in langen Ketten angeordnet sind. Es gibt 20 kanonische Aminosäuren. Die Größe von Enzymen variiert zwischen 100 und 30.000 Aminosäuren. Welche Funktion ein Enzym hat, ist von der Anordung der Aminosäuren abhängig. Diese Information über ein Eiweiß ist auf der DNA in Form eines Gens gespeichert und wird bei Bedarf auf ein mRNA-Molekül (d.i. eine transportierbare Kopie der DNA) umgeschrieben und als Matrix
für die Synthese neuer Enzyme verwendet. Diese Synthese vollzieht sich in den Ribosomen, welche als Eiweißfabriken der Zelle anzusehen sind. Durch unterschiedliche Triplets (d.s. drei aufeinander folgende Basen = Codon) auf dem mRNA-Strang 'weiß' das Ribosom, welche Aminosäuren verknüpft werden müssen. Das mRNA-Molekül wird zwischen den zwei Untereinheiten des Ribosoms eingeklemmt, ein Triplet nach dem anderen abgelesen und die Aminosäurenkette Stück für Stück verlängert, bis das Protein fertig strukturiert und gefaltet seine Aufgabe aufnehmen kann.
Ein Beispiel
Wie bereits erwähnt schützen uns Enzyme auch vor dem Einfluss von Giftstoffen. Einer dieser Giftstoffe, der eine sehr große Wirkung auf den Menschen hat und trotzdem immer wieder in den Körper gelangt ist Ethanol - besser bekannt
als Alkohol.
Ist der Alkohol ins Blut und in die Leber übergegangen, reagiert der Körper sofort mit der Produktion eines Enzyms (Alkoholdehydrogenase),
das Ethanol zu ungefährlichen Stoffen abbaut.
Der genaue Ablauf der Umwandlung des Ethanols sieht folgendermaßen aus:
Es werden zwei Wasserstoffatome vom Ethanolmolekül abgetrennt und daraus ein weit weniger toxisches Acetaldehyd hergestellt. Der Körper kann
dieses nun weiter verstoffwechseln bzw. ausscheiden. Jedes Enyzm hat dafür ein sogenanntes 'aktives Zentrum', eine kleine Einbuchtung an der
Proteinoberfläche, wo die katalytische Reaktion durch die Herabsetzung der Aktivierungsenergie abläuft.
Bild: die 20 kanonischen Aminosäuren
Tabelle: Aminosäuren mit Abkürzung und dazugehörigen Codons