Was bewirkt, dass Enzyme chemische Reaktionen beschleunigen?

nzyme sind biologische Katalysatoren dh Moleküle die chemische Reaktionen beschleunigen können. Es handelt sich um große Verbindungen auf Proteinbasis die bei einer chemischen Reaktion an die Reaktanten binden und durch einen oder mehrere Mechanismen die Reaktion unterstützen ohne selbst verändert zu werden. Da chemische Reaktionen so unterschiedlich sind variieren auch die Mechanismen mit denen Enzyme chemische Reaktionen beschleunigen.

Stabilisierung des Übergangszustands

Bei jeder chemischen Reaktion müssen die Reaktanten eine vorübergehende und höchst instabile Konformation durchlaufen genannt der "Übergangszustand". Während der Übergangszustand technisch der Punkt in der Reaktion ist während dem Bindungen aufgebrochen werden während neue Bindungen gebildet werden ist es einfacher dies in Bezug auf eine physikalische Analogie vorzustellen. Wenn eine Person die an einem Ufer eines Flusses steht zum anderen Ufer springen möchte ist der Übergangszustand der Zeitpunkt zu dem sich die Person über dem Fluss in der Luft befindet. Wie bei dieser Analogie existieren chemische Übergangszustände für winzige Zeitabschnitte und sind sehr instabil. Enzyme können dabei helfen den Übergangszustand einer Reaktion zu stabilisieren sodass die Chemikalien diesen Zustand leichter erreichen und von dort aus weiter Produkte bilden können. Dies beschleunigt die Reaktionsgeschwindigkeit. In Bezug auf die River-Jumping-Analogie fungiert ein Enzym als Sprungbrett und erleichtert es der Person die über den Fluss springt in die Luft und von dort auf die andere Seite zu gelangen.

Säure-Base-Katalyse

Während es praktisch ist sich eine chemische Reaktion als die Kollision zweier springender Kugeln vorzustellen ist sie in Wirklichkeit komplexer. Die Reaktanten müssen nicht nur ineinander laufen sie müssen dies auch mit der richtigen Orientierung tun. Anstatt sich vorzustellen wie Kugeln kollidieren ist es etwas genauer sich Schlüssel und Schlösser vorzustellen die in einem Raum herumspringen in dem die Schlüssel ein Reaktant und die Schlösser eine Sekunde sind. Damit eine Reaktion einsetzt müssen Schlüssel und Schloss nicht nur ineinander stoßen sondern auch im Raum perfekt ausgerichtet sein sodass der Schlüssel im Schloss steckt. Die Wahrscheinlichkeit dafür ist sehr gering und dies kann chemische Reaktionen sehr langsam machen. Enzyme helfen bei der Positionierung der Reaktanten indem sie die Ausrichtung des Schlüssels und des Schlosses - die beiden Reaktanten - so anpassen dass sie wenn sie ineinander laufen die richtige Ausrichtung haben und reagieren können