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Lexikon der Ernährung: Enzym-Substrat-Komplex

Enzym-Substrat-Komplex, E enzyme-substrate complex, ein zentraler Begriff der Enzymkinetik. Der E. bildet sich im ersten Schritt einer enzymatischen Reaktion durch die Bindung des umzusetzenden Substrats an die Substratbindungsstelle bzw. das aktive Zentrum des Enzyms. Substrate werden bei der Enzymkatalyse sehr spezifisch von Enzymen gebunden und umgesetzt. Die Bildung von E. wird charakteristischerweise durch Wasserstoffbrückenbindungen sowie hydrophobe, ionische und van-der-Waals-Wechselwirkungen vermittelt, selten durch kovalente Bindung. Das Substrat wird im aktiven Zentrum des Enzyms in der für die Reaktion optimalen räumlichen Anordnung fixiert. Die katalytische Wirkung des Enzyms wird von funktionellen Gruppen im aktiven Zentrum, wie bestimmten Seitenketten von Aminosäuren der Polypeptidkette, reaktiven Gruppen von Coenzymen und auch Metallionen, vermittelt. Sie wirken z. B. als Protonendonatoren und überführen die Substratmoleküle in den reaktionsfähigen Zustand. Die Interaktionen des Substrates mit den funktionellen Gruppen erniedrigen die Aktivierungsenergie, indem sie einen energetisch günstigen Reaktionsweg ermöglichen. Im E. sind die zu spaltenden Bindungen so gelockert, dass sie mit stark vermindertem Energieaufwand zerlegt bzw. neu geknüpft werden können. Im Laufe der Enzymkatalyse lagert sich der E. zum Enzym-Produkt-Komplex um und zerfällt dann rasch in das Enzym und freies Produkt.
Die Bindung von Enzym und Substrat im E. zeigt Parallelen (Spezifität, Sättigungskinetik, Einfluss von Substratanaloga) zum trägervermittelten Transport, bei dem sich ein Komplex aus Trägermolekül (Carrier) und dem transportierten Molekül (Substrat) ausbildet.

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