Hvordan kan kroppen nedbryde maden hurtigt nok til, at vi kan bruge næringsstofferne? Mange af reaktionerne ville forløbe alt for langsomt uden hjælp. Den hjælp kommer fra enzymer, som gør bestemte kemiske reaktioner hurtigere.
Et enzym er en biologisk katalysator: Det øger reaktionshastigheden uden selv at blive forbrugt i den samlede reaktion. De fleste enzymer er proteiner. Lad os følge enzymet laktase, så opbygning, binding og reaktion hænger sammen.
Enzymer binder substrater i et aktivt sted
Det stof, et enzym omsætter, kaldes et substrat. Laktases substrat er laktose, altså mælkesukker. Enzymet hjælper med at spalte laktose til de to enkelte sukkerarter glukose og galaktose, som kan optages fra tyndtarmen.
Substratet binder i et bestemt område af enzymet, det aktive sted. Her er både formen og de kemiske egenskaber vigtige. Derfor virker et enzym kun på bestemte substrater eller bestemte typer reaktioner. Det kaldes specificitet.
Nøgle og lås er en nyttig sammenligning, men enzymet er ikke helt stift. Ofte ændres formen lidt ved bindingen. Det kan hjælpe med at placere substratet, så reaktionen lettere sker.
Sådan forløber en enzymreaktion
- Substratet binder til enzymets aktive sted.
- Når enzym og substrat sidder sammen, kaldes det et enzym-substrat-kompleks.
- Enzymet hjælper reaktionen, så substratet omdannes til produkt eller produkter.
- Produkterne frigives, og enzymet kan bruges igen.
I laktaseeksemplet er laktose substratet, mens glukose og galaktose er produkterne. Enzymet leverer ikke selv sukkerdelene og bliver ikke opbrugt for hvert laktosemolekyle. Det kan gennemføre mange reaktionsforløb efter hinanden.
Aktiveringsenergi: hvorfor går reaktionen hurtigere?
For at en reaktion kan ske, skal molekylerne nå en energikrævende overgangstilstand. Energibarrieren frem til denne tilstand kaldes aktiveringsenergi. Ved en given temperatur når kun en del af molekylerne over barrieren på et bestemt tidspunkt.
Enzymet giver reaktionen en vej med lavere aktiveringsenergi, blandt andet ved at stabilisere overgangstilstanden. Derfor kan flere molekyler reagere pr. tidsenhed. Det er ikke det samme som, at enzymet tilfører reaktionen energi.
Nogle reaktioner kan forløbe i begge retninger. Ved kemisk ligevægt sker de to modsatrettede reaktioner lige hurtigt. Enzymer får ligevægten til at indstille sig hurtigere, men ændrer ikke den endelige fordeling af stoffer.
Proteinets form bestemmer funktionen
Proteiner består af kæder af byggesten, som kaldes aminosyrer. Laktase virker, fordi aminosyrekæden er foldet, så det aktive sted får bestemte egenskaber. En ændret foldning kan ændre bindingen af substratet eller enzymets hjælp til reaktionen, som kaldes katalyse. Derfor hænger enzymaktivitet tæt sammen med proteiners struktur.
De fordøjelsesenzymer, vi følger her, er proteiner. Hvordan cellen danner dem, kan du se i proteinsyntesen.
Temperatur og pH påvirker enzymaktiviteten
Ved højere temperatur bevæger molekylerne sig normalt hurtigere, så enzym og substrat oftere mødes. Men bliver temperaturen for høj, kan proteinets struktur ændres så meget, at det mister sin funktion. Det kaldes denaturering.
pH er et mål for, hvor sur eller basisk en opløsning er. Ændringer i pH kan ændre de elektriske ladninger i enzymet og substratet. Det kan påvirke både binding og reaktion. Derfor har et enzym bestemte betingelser, hvor aktiviteten er høj. Enzymer fra maven og tyndtarmen arbejder eksempelvis i forskellige miljøer. Se enzymers optimum.
Hvorfor stiger hastigheden ikke uendeligt med mere substrat?
Hvis der er få substratmolekyler, kan mere substrat give flere bindinger og højere reaktionshastighed. Men ved en fast enzymmængde kan de aktive steder efterhånden være optaget næsten hele tiden. Enzymet bliver mættet, og hastigheden nærmer sig et maksimum.
Mere substrat giver da kun lille ekstra effekt. Tilfører man mere aktivt enzym, kan maksimum stige, hvis der er nok substrat og andre nødvendige betingelser er opfyldt.
Eksempler på enzymer i fordøjelsen
| Enzym | Substrat og reaktion |
|---|---|
| Amylase | Spalter bindinger i stivelse til mindre kulhydrater |
| Laktase | Spalter laktose til glukose og galaktose |
| Proteaser | Spalter bindingerne mellem aminosyrer i proteiner og mindre aminosyrekæder |
| Lipaser | Spalter fedtstoffer ved hydrolyse, hvor vand bruges til at bryde bindinger |
Enzymer kan også opbygge molekyler og har mange opgaver uden for fordøjelsen. Fælles er, at de katalyserer bestemte reaktioner. Læs videre om kulhydraters opbygning for at forstå forskellen på blandt andet laktose og stivelse.
Tegn og forklar en enzymreaktion
Tegn enzymet med et aktivt sted og substratet ved siden af. Vis binding, reaktion og frigivelse af produkter. Brug laktase som eksempel og forklar, hvorfor enzymet kan bruges igen.
- Hvad er forskellen på substrat og produkt?
- Hvordan sænker et enzym reaktionens energibarriere?
- Hvorfor påvirker form og pH enzymets funktion?
- Hvad betyder det, at et enzym er mættet?
Når du forbinder det aktive steds form med substratet og den reaktion, der sker, får du en forklaring på både enzymets specificitet og dets funktion.
