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2.1 Enzyme als Biokatalysatoren
Biochemische Reaktionen wie z.B. die Verbrennung von Glucose laufen bei Zimmertemperatur recht langsam ab. Glucose kann z.B. tagelang an der Luft liegen, ohne daß es zu einer nennenswerten Oxidation kommt.
Zellen lebender Organismen haben nicht soviel Zeit. Sie müssen solche wichtigen Prozesse irgendwie beschleunigen.
Zunächst informieren wir uns über das Thema "Geschwindigkeit chemischer Reaktionen".
Danach haben wir eine Idee:
Entweder man erhöht die Konzentration der Ausgangsstoffe, oder die Temperatur, oder man senkt die Aktivierungsenergie der Reaktion.
Die Ausgangsstoffe einer chemischen Reaktion, die Edukte, haben eine bestimmte innere Energie, die nicht direkt gemessen werden kann.
Die Reaktionsprodukte haben ebenfalls eine gewisse innere Energie, die ebenfalls nicht gemessen werden kann.
Was man dagegen leicht messen kann, ist der Energieunterschied zwischen der Energie der Produkte und der Energie der Edukte, die sogenannte Reaktionsenergie oder besser Reaktionsenthalpie.
Die ersten beiden Varianten werden von den Zellen tatsächlich angewandt, sind jedoch stark begrenzt. So kann die Temperatur in den Zellen nicht beliebig erhöht werden, denn bei über 45°C fangen die Proteine an zu denaturieren, die Zelle stirbt.
Es bleibt also nur der andere Weg: die Aktivierungsenergie der ablaufenden Prozesse muß drastisch herabgesetzt werden. In der Technik setzen die Menschen dazu sogenannte Katalysatoren ein.
Die Katalysatoren der Natur heißen Enzyme. Enzyme sind also Bio-Katalysatoren. Ein einzelnes Enzym-Molekül kann Tausende von Reaktionsschritten katalysieren.