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2Enzym) und durch reversible kovalente Modifikation (z.B. Phosphorylierung vonSeringruppen) in ihrer Aktivität gesteuert werden können.Bei enzymatischen Reaktionen spricht man bei der Reaktionsgeschwindigkeit vonEnzymaktivität. Dies ist eine extensive Größe, da eine größere Enzymmenge auch eine höhereReaktionsgeschwindigkeit bedeutet. Die häufigste Einheit der Enzymaktivität ist dieinternationale Einheit U (international unit). Das ist die Enzymmenge, mit der bei 25 o C unteroptimalen Bedingungen 1,0 mol des Substrats pro Minute umgesetzt wird. Manunterscheidet Aktivität (U), Volumenaktivität (U/ml), molare Aktivität (U/mol) undspezifische Aktivität (U/mg). Die spezifische Aktivität, bei der sich die Aktivität auf dieMenge Enzym bezieht, gibt die Reinheit des Enzyms an. Die neuere internationale Einheit istdas Katal (kat). Es ist die Aktivität, die bei optimalen Bedingungen ein Mol des Substrats proSekunde umsetzt. Damit gilt 1 U = 16,67 nkat oder 1 kat = 60 U.Im folgenden soll die Kinetik enzymatischer Reaktionen näher behandelt werden. DasMichaelis-Menten-Modell beschreibt die kinetischen Eigenschaften von Enzymen ameinfachsten. Voraussetzung ist, daß das Enzym mit dem Substrat einen Enzym-Substrat-Komplex bildet, der dann in das Produkt und das Enzym abreagiert. Dabei dissoziert dasProdukt sofort ab. Dieser Zerfallsschritt ist geschwindigkeitsbestimmend. Eine Rückreaktiondes Enzyms mit dem Substrat ist nicht möglich. Das gilt dann, wenn die Reaktion irreversibelist oder am Beginn einer Reaktion, wenn noch kein oder sehr wenig Produkt vorliegt.Die Reaktionsgleichung hierfür lautet:E + Sk 1ESk 2E + Pk -1Es kommt zur Ausbildung eines stationären Zustandes, in welchem nach einerAnlaufphase die Konzentration an Enzym-Substrat-Komplex konstant bleibt(Fließgleichgewicht, steady state). Für die Reaktion läßt sich das Geschwindigkeitsgesetz wiefolgt aufstellen:d[ES]dt= k 1 ([ E] [ ES])[ ] ( ES) [ ES]0− S −k−1−k 2,wobei [ E] = [ E] −[ ES]0die Konzentration an freiem Enzym ist.Durch Umformen erhält man die Michaelis-Menten-Beziehung:( )[ S] ⋅ [ E] −[ ES][ ES]0 st −1 2st=k+ kk1=K .MK M ist die Michaelis-Menten-Konstante. Führt man in diese Beziehung noch dasGeschwindigkeitsgesetz der Produktbildung eindP [ ]v = = k ⋅[ ES]dt2 stso erhält man einen Zusammenhang zwischen der Reaktionsgeschwindigkeit v und derSubstratkonzentration [S]:
3Es lassen sich zwei Grenzfälle betrachten:(1) [S] > K M : Bei sehr großen Substratkonzentrationen kann K M gegenüber [S] vernachlässigtwerden (Sättigung, alle aktiven Zentren besetzt). Das Geschwindigkeitsgesetzgeht über inv= v max = k 2 [E] 0 (Reaktion nullter Ordnung) (x.6)Im zweiten Grenzfall ist die Geschwindigkeit nur noch von derAusgangskonzentration des Enzyms und der Geschwindigkeitskonstante der Dissoziationabhängig.Die Beziehung (x.6) kann in die Gleichung (x.5) eingebracht werden:[ S]v = vmax⋅[ S]+ KM(x.7)Hierbei ist v die aktuelle Reaktionsgeschwindigkeit der enzymatischen Reaktion, v max diemaximale Reaktionsgeschwindigkeit und [S] die Substratkonzentration. Entspricht dieaktuelle Substratkonzentration der Michaelis-Menten-Konstante K M , läuft die enzymatischeReaktion mit halber maximaler Reaktionsgeschwindigkeit ab. Die maximaleReaktionsgeschwindigkeit v max wird erreicht, wenn alle aktiven Zentren ständig mit Substratabgesättigt sind. Da der Zerfall des Enzym-Substrat-Komplexes geschwindigkeitsbestimmendist, wird dann die maximal mögliche Geschwindigkeit erreicht, wenn die maximaleKonzentration dieses Komplexes erreicht ist.Die kinetischen Daten v max und K M sind für jeden enzymatischen Prozeß typischeReaktionsgrößen und damit für die reaktionstechnische Beschreibung der Reaktionen wichtig.Um sie für eine Reaktion zu erhalten, mißt man den Umsatz bei konstanter Enzymmenge inAbhängigkeit der Substratkonzentration. Dabei werden meist die Anfangsgeschwindigkeitenbestimmt, um Produktinhibierungen zu vermeiden. Aus diesen Daten erhält man eineMichaelis-Menten- Auftragung aus der man prinzipiell v max und K M ableiten kann. DieBestimmungdes
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Seite 12 und 13: 12Technische AnwendungenStärkeverz

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