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Lexikon der Ernährung: Enzymkinetik

Enzymkinetik, E enzyme kinetics, mathematische Behandlung enzymkatalysierter Reaktionen; hierfür wird unter kontrollierten Bedingungen für Temperatur, pH-Wert, Substrat- und Enzymkonzentration, Pufferzusammensetzung, usw. die Geschwindigkeit gemessen, mit der das Substrat verschwindet oder das Produkt erscheint. Die einfachste grafische Darstellung der Daten ist eine Zeit-Umsatz-Kurve, ein Diagramm, in dem d[S] gegen die Zeit aufgetragen wird (wobei [S] die Konzentration des Substrats ist). Das allgemeine Interesse gilt der Momentgeschwindigkeit v = d[S] / dt (Geschwindigkeitsgesetz), deren Bestimmung aus der Zeit-Umsatz-Kurve schwierig sein kann. Für diesen Fall kann ein integriertes Geschwindigkeitsgesetz oder der zeitliche Verlauf der Produktbildung nützlich sein.
Die Enzymaktivität entspricht der Substrat- bzw. Produktmenge, die in einer gegebenen Zeit verbraucht bzw. gebildet wird. Das Nomenklatur-Kommitee der International Union of Biochemistry empfahl 1961 als Bezugsgröße die Verwendung der Enzymeinheit (U, Unit). 1 U ist die Menge eines Enzyms, die benötigt wird, um 1 Mikromol eines Substrats in einer Minute unter Standardbedingungen umzusetzen.
Die Michaelis-Menten-Behandlung der E. geht davon aus, dass sich das Substrat und das Enzym vorübergehend zu einem Enzym-Substrat-Komplex verbinden, der entweder in das Substrat oder das Produkt zerfallen kann: E + S ⇌ ES ⇌ E + P.
Für einen kurzen Zeitraum kann angenommen werden, dass die Geschwindigkeit, mit der sich [ES] ändert, klein ist verglichen mit der Änderung von [S], da die Geschwindigkeit der Bildung und des Zerfalls des ES-Komplexes gleich groß sind. Daraus ergibt sich die in Abb. 1 gezeigte Herleitung.
Die Größen Km und Vmax (Abb. 2) charakterisieren als kinetische Parameter ein Enzym neben weiteren (z. B. für Konstanten für Inhibitoren, pH- und Temperatur-Optima) und anderen, für Proteine gültigen Eigenschaften (Isoelektrischer Punkt, Molekulargewicht etc).
Bei den bisherigen Betrachtungen wurde vorausgesetzt, dass die Rückreaktion vernachlässigt werden kann. Die Reaktionen, die von vielen Enzymen katalysiert werden, sind im Wesentlichen irreversibel oder die Produkte sind sofort Gegenstand weiterer Reaktionen, so dass die Annahme der Irreversibilität Gültigkeit hat. Wenn die Reaktion jedoch reversibel ist, muss die Michaelis-Gleichung modifiziert werden (Lehrbücher der Biochemie).


Enzymkinetik: Abb. 1. Michaelis-Menten-Beziehung der Bildung des Enzym-Substrat-Komplexes [ES] als geschwindigkeitsbestimmender Schritt der Enzymreaktion. k1, k2= Geschwindigkeitskonstanten der Hin- und der Rückreaktion, in eckigen Klammern die Konzentrationen des Enzyms [E] und des Substrats [S]. Km ist die Michaelis-Konstante.

  Enzymkinetik: Abb. 2. Die Michaelis-Menten-Gleichung für die Anfangsreaktionsgeschwindigkeit v, (Konzentration des Produktes [P]=0). Vmax= maximale Reaktionsgeschwindigkeit, Km= Michaelis-Konstante, [S]= Substratkonzentration.

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