enzymen en optima  (theorie - theorie) |

enzymen

In cellen vinden talrijke stofwisselingsreacties plaats. Deze reacties verlopen uit zichzelf doorgaans traag of helemaal niet. Dit komt door de omstandigheden in de cel. Het celmilieu kan een beperkende of vertragende factor zijn op de reacties die zich in de cel voltrekken. Enzymen katalyseren reacties. Dit wil zeggen dat enzymen reacties versnellen. De katalysator (het enzym) wordt bij deze reacties zelf niet verbruikt. Enzymen zijn eiwitten en worden in lichaamscellen gesynthetiseerd.

substraat, enzymcomplex en product en evenwichtsreacties

evenwichtsreactie

Als met behulp van enzymen stof A omgezet wordt in stof B, wordt stof A het substraat en stof B het product genoemd. Enzymreacties zijn echter vaak evenwichtsreacties. Dit wil zeggen dat wanneer er meer stof B is dan stof A dat de reactie de andere kant op verloopt. In dat geval is stof B het substraat en stof A het product.

omzetting van maltose in glucose onder invloed van maltase


In de bovenstaande animatie is de omzetting van maltose in glucose in het darmkanaal schematisch weergegeven. Onder invloed van maltase (enzym) wordt maltose omgezet in glucose. Enzymen danken hun naam doorgaans aan de uitgang van het substraat. Aangezien in dit geval maltose het substraat is, wordt het enzym maltase genoemd. Hoewel enzymreacties doorgaans evenwichtsreacties zijn loopt de reactie in de bovenstaande animatie slechts in één richting: de omzetting van maltose in glucose. Dit komt omdat het product glucose meteen wordt opgenomen door de cellen in het darmepitheel (darmdekweefsel). Omdat het product glucose als het ware verdwijnt blijft de evenwichtsreactie in de richting van omzetting naar glucose verlopen en niet omgekeerd.

activeringsenergie

Om een reactie plaats te laten vinden is activeringsenergie nodig. Pas wanneer door een vonk of lucifer energie aan een brandstof wordt toegevoegd zal deze ontbranden. Om een brandstof te laten ontbranden moet een energiedrempel worden overschreden. Substraten bij een stofwisselingsreactie hebben meestal een hoge energiedrempel. De temperatuur in lichaamscellen is te laag om de reactie spontaan te kunnen laten plaatsvinden. Door de inwerking van enzymen op het substraat wordt de energiedrempel aanzienlijk verlaagd. Door de verlaging van de energiedrempel is minder activeringsenergie nodig om de reactie te laten plaatsvinden.

activeringsenergie bij een reactie met en bij een reactie zonder enzymen

reactiespecifiek

Enzymen zijn reactiespecifiek. Dit wil zeggen dat een enzym slechts een type reactie katalyseert. Dit komt omdat een substraat als een sleutel past in het actieve centrum van een enzym. Omdat enzymen niet verbruikt worden bij reacties, komen in ons lichaam slechts kleine hoeveelheden enzymen voor. Bij kamertemperatuur zet het enzym urease circa 10.000 moleculen per seconde om.

actief centrum

temperatuur en enzymactiviteit

Onder normale omstandigheden geldt: hoe hoger de temperatuur des te sneller verloopt een reactie. Als bij enzymreacties de temperatuur te hoog wordt, kunnen enzymen chemisch van vorm veranderen. De enzymen zijn dan niet meer werkzaam omdat de actieve centra dan geen substraatmoleculen meer kunnen binden. Als de maximumtemperatuur van enzymen wordt overschreden veranderen enzymen definitief van vorm. Deze verandering is onomkeerbaar (irreversibel), omdat enzymmoleculen na afkoeling hun oorspronkelijk vorm niet meer kunnen aannemen. De enzymen zijn dan gedenatureerd (gestold).

verband tussen enzymactiviteit en temperatuur


In de bovenstaande animatie is het verband tussen de temperatuur en de enzymactiviteit uitgezet in een grafiek. Bij een hogere temperatuur zijn enzymen actiever en wordt meer substraat omgezet in product [3]. Bij hoge temperatuur worden echter steeds meer enzymmoleculen inactief omdat ze chemisch van vorm veranderen [1]. Het nettoresultaat van grafiek [3] en grafiek [1] is weergegeven in grafiek [2]. In grafiek [2] is duidelijk een optimum te zien. Bij deze temperatuur wordt het meeste substraat omgezet in product. In het menselijk lichaam is voor veel enzymen de optimum temperatuur 37°C. Bij een lichaamstemperatuur van 42°C denatureren een aantal enzymen. Daarom is 42°C een kritieke temperatuur voor mensen.

pH en enzymactiviteit

Zuiver water (H2O) heeft een pH van 7. Zuiver water wordt neutraal genoemd. Als zich H+-ionen in een oplossing bevinden is deze oplossing in meer of mindere mate zuur. Als zich OH- -ionen in een oplossing bevinden is een oplossing in meer of mindere mate basisch. H2O kan zich splitsen in H+-ionen en OH- -ionen.
H2O → H+ + OH-
De maat voor de zuurgraad is pH. Hoe zuurder een oplossing hoe lager de pH. De pH is exponentieel. Dit wil in dit geval zeggen dat een oplossing met pH 5 10x zoveel H+ -ionen bevat als een oplossing van pH 6. Of anders gezegd: een oplossing van pH 4 moet 10x verdund worden om een oplossing van pH 5 te krijgen. Logischerwijs kan van een oplossing van pH 6 (zwak zuur) geen oplossing van pH 8 (zwak basisch) verkregen worden door verdunning. Bij een pH van 8 worden de OH- -ionen als maat voor de zuurgraad (basisch) gebruikt en bij een pH van 6 worden H+ -ionen als maat voor de zuurgraad genomen.

zuurgraad van enkele stoffen

Verschillende enzymen zijn gevoelig voor verschillende zuurgraden. Pepsine in de maag (denatureert en splitst eiwitmoleculen) werkt het best bij een pH van 2.5, maltase in de 12-vingerige en dunne darm (zet maltose om in glucose) werkt het best bij een pH van 6.6 en lipase (splitst vetten in glycerol, vetzuren en monoglyceriden) werkt het best bij een pH van 8. De optima van de verschillende spijsverteringsenzymen wordt bepaald door het instant blijven van het actieve centrum van de enzymen bij verschillende zuurgraden. Als het actieve centrum van de enzymen vervormd raakt, worden geen enzymsubstraatcomplexen meer gevormd, waardoor het enzym zijn werking verliest.

optimumkromme voor het enzym sacharase (omzetting van sacharose in glucose en fructose)

persoonlijke score

history

advertentie

advertentie

© 2019 Leon Dahmen biodoen Den Haag