Schlüssel-Schloss-Prinzip
Enzyme sind in der Regel spezifisch für ein Substrat und eine Reaktion. Das heißt, ein Enzym katalysiert die Umsetzung eines Edukts (= Substrats) in ein Produkt nach immer dem gleichen Reaktionsmechanismus.
Reaktionsspezifität (Schlüssel-Schloss-Prinzip; induced fit)
Um die Vorgänge im aktiven Zentrum besser zu verstehen, kann zunächst das Bild eines Schlüssels im Schloss herangezogen werden. Der Schlüssel passt perfekt in das Schloss, die Drehung des Schlüssels öffnet die verschlossene Tür. Genauso wird das Substrat in das Enzym eingepasst, in die korrekte Form gebracht und verändert (z.B. in zwei Produkte gespalten).
Das Enzym ist jedoch wesentlich flexibler als ein Schlüssel im Schloss. Es passt sich aktiv an die Struktur des Substrats an, in vielen Fällen kommt es zu starken Strukturveränderungen während des Reaktionsablaufs. Daher ersetzt das flexible Modell des induced fit die starre Vorstellung des Schlüssel-Schloss-Prinzips.
Massenwirkungsgesetz – Verbindung zwischen Thermodynamik und Kinetik
Chemische Reaktionen sind prinzipiell reversibel, das heißt, sowohl die Hin- als auch die Rückreaktion können ablaufen. Die Reaktion pendelt sich in einem bestimmten Zustand ein, dem sogenannten Gleichgewichtszustand (Gleichgewichtskonstante = K).
Jede chemische Reaktion hat einen für sich spezifischen Gleichgewichtszustand. Nach einer Einstellungsphase am Anfang (es ist nur das Edukt/Substrat A oder nur das Produkt B vorhanden) pendelt sich die Reaktion ein. Von außen ist kein Substratumsatz mehr messbar.
Wird bei der Reaktion Energie frei, handelt es sich um eine
- exergone Reaktion, ∆G= < 0,
wird hingegen Energie eingesetzt, um eine
- endergone Reaktion, ∆G = > 0.
Standardenergie (freie Reaktionsenthalpie) = ∆Gº
∆Gº = R x T x lnK
Die Gleichgewichtskonstante K ergibt sich aus der Konzentration der Produkte bzw. Edukte, die im Massenwirkungsgesetz eingesetzt werden.
Edukte: A + B Produkte: C + D
Hinreaktion: A + B -> C + D
Rückreaktion: A + B
Merke
Enzyme können die Lage des chemischen Gleichgewichts nicht beeinflussen!!
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