Cellen – enzymen

Enzymen

• het zijn eiwitten.
Enzymen zijn eiwitmoleculen. Eiwitten zijn in de basis lange ketens van aan elkaar gekoppelde aminozuren. Deze aminozuren vormen de bouwstenen voor een eiwit. Er kunnen ongeveer 20 verschillende aminozuren in een eiwit worden onderscheiden. Een aminozuur is een organische verbinding met stikstof, dat de bouwsteen is van eiwitmoleculen. De volgorde van de verschillende aminozuren in een eiwitmolecuul bepalen de eigenschappen, samenstelling en de ruimtelijke bouw van een eiwit.
• ze werken specifiek als enzym-substraat complex.
Een enzym kan een molecuul omzetten in een ander molecuul. De ruimtelijke bouw van een enzym bepaalt wat het enzym kan. Het enzym heeft als katalysator een pasvorm, waar maar één soort sleutel (molecuul van het substraat) in past, zoals in een deurslot ook maar één sleutel past. Katalysatoren (enzymen) zijn stoffen die stofwisselingsprocessen versnellen. Katalysator (enzym) en reactie-deeltje (substraat) passen dus bij elkaar.
Om een chemische reactie tot stand te brengen, is er een botsing nodig van een bewegend enzym tegen een eveneens bewegend reactie-deeltje, dat bij het enzym past. Elk enzym kan door de ruimtelijke structuur met maar één molecuul (substraat) reageren. Een enzym en substraat vormen samen een enzym-substraat complex. Een bepaald enzym zal maar één chemische reactie katalyseren en bij koppeling met het substraat ontstaat de chemische reactie. Bijvoorbeeld het enzym lactase, dat het substraat lactose kan splitsen, is zo gebouwd dat het substraat lactose er goed in past. Het enzym kan het substraat laten veranderen in een andere stof (product). Hierna komt het enzym weer vrij. Een enzym eindigt altijd op -ase en het substraat eindigt altijd op -ose, bijvoorbeeld maltase – maltose en amylase – amylose (zetmeel).

• ze hebben een vaste samenstelling.
Het enzym zelf wordt tijdens de chemische reactie niet verbruikt of verandert niet van samenstelling. Het enzym bindt zich tijdens de chemische reactie aan een bepaalde vorm van een substraat. Het substraat ondergaat de chemische reactie. Het enzym komt na de reactie weer vrij en kan meteen opnieuw gebruikt worden voor een nieuwe chemische reactie.
• ze kunnen stoffen opbouwen en afbreken.
Enzymen zijn de werkmannen in de cel en hebben allemaal één eigen taak. Ze zijn steeds met hun gereedschap bezig of aan het opruimen. De enzymen knippen stukjes van de voedingsstoffen af en plakken er weer andere stukjes aan, zodat voedingsstoffen veranderen in stofjes, die de cel kan gebruiken. Ze maken bijvoorbeeld energie, dat je nodig hebt om te kunnen lopen of om je lichaam warm te houden. De enzymen ruimen de afvalstoffen op en verwijderen ze uit de cel.
• ze worden zelf niet verbruikt bij het versnellen van de reactie.
Een enzym (eiwit) katalyseert een chemische reactie in en buiten de cel en zorgt ervoor dat die reactie sneller verloopt zonder zelf verbruikt te worden. Hierdoor kan een enzym opnieuw ingezet worden en kunnen stofwisselingsprocessen in en buiten de cel doorlopend blijven draaien. Enzymen in een cel bepalen welke stofwisselingsprocessen er in die specifieke cel plaatsvinden.
• ze werken het beste bij een optimumtemperatuur en optimum pH-waarde.
Zonder enzymen zouden stofwisselingsprocessen zeer langzaam verlopen of niet mogelijk zijn bij een lichaamstemperatuur van 36-37 °C. Enzymen doen hun werk het beste als de leefomgeving goed is: dus de lichaamstemperatuur en de pH-waarde zijn erg belangrijk. De optimumtemperatuur is de lichaamstemperatuur, waarbij een enzym optimaal, dus het beste, werkt. De optimum pH-waarde is de zuurgraad, waarbij een enzym optimaal, dus het beste, werkt. De enzymactiviteit is van verschillende factoren afhankelijk. Elk enzym heeft een eigen enzym-specifieke optimumtemperatuur en optimum pH-waarde (optimumzuurgraad) met een minimale waarde en een maximale waarde.
– Onder de minimale waarde en boven de maximale waarde van de optimumtemperatuur werken de enzymen niet. Dat komt omdat eiwitten (enzymen) denatureren (vervormen). Bij té hoge temperaturen en door de vervorming is de reactiesnelheid niet erg hoog en vindt er geen binding plaats tussen het substraat en het enzym. Bij té lage temperaturen komen het enzym en de substraat niet bij elkaar, omdat de moleculen langzamer bewegen (langzame reactiesnelheid) en daardoor minder vaak op elkaar botsen en contact maken. Alleen bij de optimumtemperatuur is de enzym reactiesnelheid hoog en is er de beste binding tussen het substraat en het enzym.
– Ook bij een té hoge of té lage pH-waarde kunnen de enzymen vervormen, waardoor het enzym en het substraat niet meer op elkaar passen en niet meer reageren. De enzymen werken het beste bij een optimum pH-waarde.

Taken enzymen 
De enzymen, de werkmannen in de cel, zetten alle eiwitten, vetten en suikers uit je eten om in stofjes. Deze stofjes heb je nodig als energiebron om te functioneren. Je stofwisseling (metabolisme) bestaat uit assimilatie (opbouwen) en dissimilatie (afbreken). Bij assimilatie worden van kleinere moleculen grotere stoffen (moleculen) gemaakt, zoals zetmeel en eiwitten. Bij dissimilatie worden moleculen afgebroken en komt energie vrij in de vorm van de brandstof ATP. Als de enzymen niet goed werken door een fout in de samenstelling van het enzym, dan heb je een stofwisselingsziekte.
De functie van de stofwisseling in ons lichaam is:
• de omzetting van voedingsstoffen in bouwstoffen (assimilatie):
– Eiwitten in voedingsstoffen zijn zeer specifiek en kunnen niet zo maar door het lichaam worden gebruikt. Daarom worden ze eerst afgebroken tot aminozuren, die vervolgens gebruikt worden om lichaamseigen eiwitten op te bouwen.
– Suikers worden in stukjes gehakt tot glucose. Glucose is een klein molecuul, dat zich eenvoudig van cel naar cel kan verplaatsen. Deze beweeglijkheid maakt het opslaan van glucose moeilijk. Daarom wordt glucose omgezet in de stof glycogeen. Glycogeen is een soort container met daarin een groot aantal glucosemoleculen en dit is wel goed op te slaan in de cellen in lever en spieren.
– Vetten worden omgezet in vetzuren, die bijna alle cellen in je lichaam kunnen opslaan.
• de omzetting van voedingsstoffen in energie (dissimilatie).
Omgezette en opgeslagen voedingsstoffen zijn beschikbaar voor verbranding in de stofwisseling.
• het gebruik van energie als bron voor alle biologische processen.
Lichaamscellen krijgen energie door grote moleculen af te breken. De belangrijkste energieleverancier is glucose (suiker), maar ook vetten en eiwitten kunnen afgebroken worden om energie te leveren. De verbranding van glucose is een ingewikkeld proces, waarvoor vele tientallen enzymen nodig zijn. Lichaamscellen halen hun energie vooral uit de verbranding van glucose in de mitochondriën. Mitochondriën zijn celorganellen, die de energieproductie van de cel verzorgen. Om de energie uit de verbranding van glucose tijdelijk op te kunnen slaan en te vervoeren, wordt de energie in de brandstof ATP gestopt. De ATP met de daarin opgeslagen energie is overal in de cel aanwezig. Als ATP verbrandt, ontstaat ADP. Aan ADP wordt een extra fosfaat geplakt met de energie in de energierijke binding. Zodra er ergens energie nodig is, wordt de fosfaatgroep ADP opgenomen in mitochondriën en kan weer omgezet worden in ATP.
• het verwerken van afvalstoffen.
• de aanmaak en het gebruik van reserves.