Eenenzym (Oudgrieks: ἐνen in, ζύμηzúme gist) is eenmacromoleculairekatalysator die een specifiekechemische reactie in eenlevend wezen kan laten verlopen. Het enzym maakt de reactie mogelijk of versnelt de reactie, zonder daarbij zelf te worden verbruikt of van samenstelling te veranderen. De stof waar het enzym op inwerkt en die nodig is voor destofwisseling heet hetsubstraat. Tijdens de reactie gaat het enzym kortstondig een binding aan met het substraat. Dit gebeurt voor elk enzym op een eigen manier, doordat elk enzym specifiek is.
Enzymen zijneiwitten en worden aangemaakt in alle organismen: vanbacteriën totschimmels,planten endieren. Voor de opbouw ervan zijn in een aantal gevallenvitaminen nodig. Enzymen bevinden zich ook in voedsel, voor zover dat niet (langdurig) verhit is geweest. Omdat enzymen een bepalende rol spelen in het geheel van reacties binnen de cel, kunnen cellen hun chemie nauwkeurig afstellen door de aanmaak van enzymen te reguleren.
Na de reactie keert het enzym weer terug naar de oorspronkelijke toestand en kan het direct weer een reactie versnellen. Een enzym “wacht” totdat demoleculen, waarmee het enzym “aan de slag kan”, bereikbaar zijn. Het enzym klemt zich dan op een plaats aan het substraat, veelal moleculen vanvoedingsmiddelen die ontbonden worden, waar dat past en waartoe het dus geschikt is. Dat deel dat omklemd is, wordt losgemaakt van het grotere geheel, waarna ook het enzym weer vrij is en verder kan met het volgende molecuul(deel). De plaats waar substraat en enzym aan elkaar hechten heten desleutel voor het substraat en hetslot ofactieve centrum voor het enzym. Wanneer het enzym zich aan het substraat hecht, is er sprake van eeninduced fit: het enzym vervormt zich waardoor het substraat volledig wordt omsloten. Ketens van moleculen van diverse aard, kunnen zo in andere enkelvoudige moleculen worden omgezet.
Enzymen zijn vaak specifiek voor hun substraat, meestal bindt een enzym maar aan één substraat. Er zijn echter ook enzymen die een heleboel verschillende substraten kunnen omzetten. Hiervan komen er een paar voor in delever, bijvoorbeeld CYP2D6, een enzym uit hetcytochroom P450-enzymsysteem.Veel enzymen zijn sneller en efficiënter dan tot nu toe door de mens ontworpen katalysatoren. Enzymen worden mede daarom ook ingezet inchemische processen, bijvoorbeeld in de voedselbereiding. Zonderenzymatische katalyse zouden stofwisselingsprocessen niet mogelijk zijn zodat gesteld kan worden dat enzymen het leven op gang houden.
Het allereerste enzym werd ontdekt in 1833 door Anselme Payen. Hij vond in gerst een groep enzymen diezetmeel afbreken in verteerbare suikers. Hij noemde deze enzymen "diastase", naar διάστασιςdiastasis het griekse woord voor "scheiden". Diastase staat sindsdien voor de groep enzymen die zetmeel inmaltose omzet.
In de19e eeuw kwamen enzymen steeds meer in de wetenschappelijke belangstelling te staan.
De moderne enzymtechnologie begon in 1874, toen de Deense chemicus Christian Hansen het eerstestremsel uit kalvermagen produceerde. Dit was het eerste relatief zuivere enzympreparaat dat commercieel werd vermarkt.
Enzymen kunnen ook bestaan uit meer delen, bijvoorbeeld verschillende eiwitten. Daarnaast hebben ze vaak nog een component zonder welke het enzym zijnfunctie niet kan vervullen. Dit kan zijn eenco-enzym of een co-factor.
Een co-enzym isorganische verbinding, een relatief klein molecuul, dat in de cel fungeert als een soort aan/uitschakelaar voor een bepaalde reactie. Voorbeelden zijn de vitamines B (thiamine B1,riboflavine B2 ennicotinamide B3) en vitamine C (ascorbinezuur). Veelvitaminen zijn eenprecursor van een co-enzym. Co-enzymen zijncovalent gebonden aan het eiwitdeel van het enzym. Deze binding kan sterk of juist heel zwak zijn. Bij een zwakke binding is het co-enzym slechts tijdelijk gebonden aan het enzym wanneer dit zijnkatalytische functie uitoefent.
Enzymen worden benoemd naar het proces dat zij katalyseren, gevolgd door de uitgang -ase.
Oxidoreductasen zijn enzymen die oxidatie- en reductiereacties katalyseren. Hieronder vallen de enzymendesaturasen, hydrogenasen,oxidasen, reductasen, transhydrogenasen en hydroxylasen. Veel voorkomende co-enzymen in deze groep zijn NAD+ en FAD.
Transferasen zijn enzymen die groepsoverdrachtsreacties zoals methyl-, carboxyl-, acyl-, glycosyl-, amino- of fosfaatgroepoverdracht katalyseren. Hiertoe behoren onder andere transfosfatasen ofkinasen en de transaminasen. Bij de laatstgenoemde komt het co-enzym pyridoxaalfosfaat veel voor.
Lyasen zijn enzymen die splitsing van C-C, C-O en C-N bindingen door middel van eliminatiereacties katalyseren. Enzymen uit deze groep zijndecarboxylasen en dehydratasen. Gebruikte co-enzymen zijn co-enzym A en thiaminepyrofosfaat.
Ligasen zijn enzymen die de koppeling van twee substraten katalyseren waarbij een binding van een koolstofatoom met een ander atoom gevormd wordt, meestal met zuurstof, stikstof of zwavel. De benodigde energie wordt vaak geleverd door hydrolyse vanATP. Tot deze groep behoren onder andereelongasen, synthetasen en carboxylasen. Belangrijke co-enzymen zijn acetyl co-enzym A enbiotine.
Translocasen katalyseren het transport van ionen of moleculen, typisch door membranen heen.
Enzymen worden ook geclassificeerd met een nummer: hetEnzymeCommission number. DitEC-nummer moet niet verward worden met hetEG-nummer, waarmee een chemische stof wordt aangeduid. Het EC-nummer is gebaseerd op de chemische reacties die het enzym katalyseert. Zo kan het voorkomen dat niet aan elkaar verwante enzymen, maar die wel dezelfde reactie katalyseren, hetzelfde nummer krijgen. Het EC-nummer bestaat uit 4 cijfers en begint met een cijfer dat een van de zes bovenstaande hoofdgroepen of klassen aanduidt. De twee hierop volgende getallen bepalen de subgroep en de sub-subgroep. Het laatste getal ten slotte bepaalt specifiek het enzym in de sub-subgroep waarover het gaat. Een voorbeeld iskatalase, aangeduid met "EC 1.11.1.6", dit wil zeggen dat het tot klasse 1 de oxidoreductasen behoort, in de subgroep 11 met een peroxide als acceptor, in de sub-subgroep 1, er is maar één subgroep in 1.11 en het gaat hier om het 6de enzym (katalase).
De snelheid van een enzymatische reactie, ofenzymkinetiek, is afhankelijk van detemperatuur, dezuurgraad en de concentratie van enzym en substraat. Concentraties van eventueleco-enzymen of vreemde agonisten enantagonisten kunnen ook invloed op de reactiesnelheid hebben. De enzymwerking kan door verschillende factoren worden beïnvloed :
De ruimtelijke structuur van eiwitten verandert met de temperatuur. Zo zijn de meeste enzymen inactief bij lage temperaturen. Boven 50 °C wordt de werking van het eiwit ook geblokkeerd doordenaturatie. Ieder enzym heeft bij een bepaalde temperatuur, de zogenoemde optimale temperatuur, de maximale activiteit. De activiteit van enzymen wordt veelal uitgedrukt in de hoeveelheid substraat die in een bepaalde periode kan worden omgezet. Aangezien enzymen vaak de katalysator zijn voor een specifieke omzetting, zijn er dus zeer veel soorten substraat, dus ook zeer veel eenheden.
De activiteit van een enzym wordt ook beïnvloed door de zuurgraad. Bepaalde enzymen, zoalspeptase in demaag, werken goed tot zeer goed in eenzuur milieu, met een pH < 7. De optimale pH-waarde ligt doorgaans tussen pH 5 en pH 8. Andere enzymen, zoalstrypsine in dedarmen, werken alleen in eenbasisch milieu, met pH>7.
Ook de enzymconcentratie heeft een grote invloed op de enzymwerking. Wanneer een enzym met een afnemendeconcentratie inwerkt op een substraat, is de werking het grootst bij de hoogste concentratie. Dat wil niet zeggen dat enzymen bij lage concentratie niet actief zijn, integendeel. Dit wijst ook op het herbruikbaar zijn van een enzym na een chemische reactie.
Wil het enzym zijn effect kunnen uitoefenen, dan moet tussen enzym en substraat een kort en hecht contact zijn. Wanneer het substraat, waar het enzym zich aan bindt, concurrentie krijgt van een molecuul, dat heet "competitieve inhibitie", waarvan de structuur erg lijkt op die van het substraat, kan het de werking remmen. Het competitieve molecuul bindt het enzym aan zich en zorgt ervoor dat het enzym zich niet aan het normale substraat kan binden, waardoor de reactie wordt verhinderd. Deze stoffen kunnen processen in de cel remmen of stoppen. Voorbeelden van enzymremmers zijn sommigechemisch bestrijdingsmiddelen, zoalsDDT, die de werking van belangrijke enzymen in het zenuwstelsel tegengaan. Veel antibiotica remmen specifieke enzymen in bacteriën. Zo blokkeertpenicilline het actieve deel van een enzym dat veel bacteriën gebruiken om hun celwanden op te bouwen.
Andere gifstoffen remmen de enzymwerking doordat ze zich op een andere plaats van het enzym hechten, dat heet "noncompetitive inhibitie", waardoor de vorm verandert en de werkzaamheid van het enzym wordt verhinderd. Het substraat kan zich niet meer aan het enzym binden, omdat deze een verandering heeft ondergaan. Er kan geen "induced fit" meer plaatsvinden tussen substraat en enzym.
Veel enzymen bevatten behalve het actieve centrum ook een specifieke receptorplaats, die allosterische zijde wordt genoemd. Moleculen kunnen zich binden aan deze plaats door middel van een zwakke binding, een nietcovalente binding, en zodoende een conformatieverandering teweegbrengen aan het enzym. De moleculen die zich binden aan de allosterische zijde kunnen zowel inhibitie als excitatie, dat is stimulatie, bewerkstelligen van de enzymactiviteit.
De meeste allosterische regulatie-enzymen bestaan uit twee of meerpolypeptideketens, oftewel subunits. Elke subunit heeft zijn eigen actief centrum en de allosterische zijde bevindt zich meestal tussen deze afzonderlijke subunits. Het binden van een activatormolecule aan de allosterische zijde stabiliseert de conformatie van het actieve centrum. Alle subunits kunnen zich conformeren als er één activatormolecule reageert met de allosterische zijde. De conformatieverandering van één subunit heeft direct gevolg voor dezelfde conformatieverandering bij de overige subunits: een soort kettingreactie.
Soms zijn een activatormolecule en een inhibitormolecule hetzelfde qua vorm om te concurreren voor dezelfde allosterische zijde van een enzym. Sommige enzymen inkatabolische paden hebben een allosterische zijde voor zoweladenosinetrifosfaat (ATP) alsadenosinemonofosfaat (AMP). Deze enzymen worden geïnhibeerd door ATP en geactiveerd door AMP. Dit is logisch, want een heel belangrijke functie van de cel is om ATP te regenereren. Als de ATP-productie achter komt te liggen, wordt AMP geaccumuleerd en activeert het enzym om het ATP weer sneller te katabolyseren. Als de voorraad ATP de vraag overschrijdt, dan gaat het katabolyseren minder snel, doordat het ATP zich accumuleert.
