Biochemie und Biotechnologie in der Schule: Hubertus ... - ChidS

4 Enzyme in der Schule
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dass Enzyme, und vor allem enzymkatalysierte Reaktionen, eng mit der
anorganischen Chemie verbunden sind.
Die Carbonanhydrase ist der Enzymklasse der Lyasen zuzuordnen. Das heißt,
dass das Enzym in der Lage ist Gruppen auf nichthydrolytische Weise
abzuspalten oder hinzuzufügen. Diese Art der Katalyse kann auf
unterschiedliche Art und Weise stattfinden. Die häufigste Art der katalysierten
Reaktion dieser Enzymklasse ist die Metallionenkatalyse. Dabei stellen die
Metallkationen im aktiven Zentrum des Enzyms fast immer eine Lewis-Säure
dar, die für die Reaktion hauptverantwortlich ist. Demzufolge ist eine derartig
katalysierte Reaktion fast ausschließlich eine Lewis-Säure-Base Reaktion.
Die Carbonanhydrase ist in höheren Organismen, die einen Blutkreislauf
besitzen, für die schnelle Kohlenstoffdioxidbeseitigung verantwortlich. Sie
kommt dort vor allem in den roten Blutkörperchen den Erythrozyten vor.
Neben Hämoglobin sind sie darin die zweithäufigste Proteinkomponente. Im
Blut übernimmt das Enzym die maßgebliche pH-Wert-Pufferung. Somit stellt
die Carbonanhyrase ein lebenswichtiges Enzym dar. Des weiteren kommt das
Enzym vor allem im Pflanzenreich vor. Hier ist die Carbonanhydrase für eine
effektive Kohlenstoffdioxidaufnahme verantwortlich. Außerdem spielt sie in
der Biomineralisierung eine Rolle. Die Carbonanhydrase katalysiert in allen
angesprochenen Fällen die gleiche Reaktion. Sie beschleunigt die Einstellung
des folgenden Reaktionsgleichgewichts.
2 H O CO HCO H O
2 2(g/aq) 3(aq) 3 (aq)
Unter nichtkatalysierten Bedingungen verläuft diese Reaktion sehr langsam;
das Gleichgewicht liegt zu 99 % auf der Eduktseite. Die Carbonanhydrase
beschleunigt die Reaktion um den Faktor 10 7 .
Die Reaktion wird im aktiven Zentrum des Enzyms durch ein Zn 2+ -Ion und
einer reaktiven Gruppe, die als Base wirkt, katalysiert und kann in vier
Einzelschritte untergliedert werden. Zuerst wirkt das Zinkion als Lewis-Säure
und komplexiert ein Wassermolekül im aktiven Zentrum des Enzyms.
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