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Lexikon der Ernährung: Metall-Enzym-Komplexe

Metall-Enzym-Komplexe, E metal-enzyme complexes, werden von Enzymen gebildet, die als Cofaktoren bei Enzymreaktionen Metallionen benötigen. Die im M. bei Metalloenzymen, z. B. Alkohol-Dehydrogenase, Cytochrom-Oxidase, Carboanhydrase, in stöchiometrischem Verhältnis enthaltenen Metallionen sind fest an das Enzymprotein, häufig im aktiven Zentrum, gebunden. Das metallfreie Enzym ist inaktiv. Bei den Metalloenzymen handelt es sich häufig um Eisen-, Kupfer-, Zink- oder Mangan-haltige Enzyme.
Metallionen-aktivierte Enzyme binden hingegen das Metall nur locker an das Protein. Das metallfreie Enzym behält eine Restaktivität. Für eine optimale katalytische Fähigkeit ist die Anwesenheit von Metallionen notwendig. Bei den Metallionen-aktivierten Enzymen sind in der Regel Alkali- bzw. Erdalkalimetalle wie Natrium, Kalium, Magnesium oder Calcium beteiligt. Es können sich auch chemisch nahe verwandte Ionen gegenseitig vertreten oder inhibieren.
Metallionen können verschiedenartig auf den Katalyseprozess einwirken. Ein Kation kann sich unter Bildung eines Metall-Substrat-Komplexes an ein negativ geladenes Substratmolekül oder an ein Substrat mit einem freien Elektronenpaar binden, um es in die entsprechende Konformation zu bringen. Weiterhin können Metallionen durch reversible Änderung ihres Oxidationszustandes Redoxreaktionen ermöglichen sowie durch Stabilisierung der Ladungsverteilung die Reaktionsfähigkeit bestimmter Atome durch Polarisierung steigern. Die Konzentration von Metallionen in den Zellkompartimenten ist ein wichtiger Faktor der Regulation von Stoffwechselwegen. Dies gilt insbesondere für die Calciumkonzentration in den Kompartimenten.

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