Enzyme im Test
Enzyme sind Proteine, die spezifische chemische Reaktionen katalysieren. Ein spezialisierter Teil ihrer dreidimensionalen Struktur - das aktive Zentrum – interagiert dabei mit einem spezifischen Substrat und wandelt es in ein Reaktionsprodukt um. Um Zusammenhänge zwischen enzymatischer Struktur und Funktion zu klären, müssen Analysen auf Einzelmolekülebene erfolgen, für die das EU-finanzierte Projekt SMS ENZYME optische Verfahren und Kraftspektroskopie einsetzte. Hierzu wurde das betreffende Enzym farblich markiert, um es zu lokalisieren, das enzymatische Reaktionsprodukt mittels Fluoreszenz sichtbar zu machen und die Verteilung der enzymatisch aktiven Zustände zu untersuchen. Offenbar ist nicht mehr von einer festgelegten enzymatischen Katalysegeschwindigkeit auszugehen, da die meisten Studien eine verlängerte exponentielle Funktion beobachten. Um Schwankungen bei der enzymatischen Konformationsänderung zu klären, setzte das Konsortium Fluoreszenz-Resonanzenergietransfer ein. Weiterhin wurde durch Anlegen einer mechanischen Spannung die Verteilung der aktiven Zentren der Enzyme und die enzymatische Konformation und Funktion analysiert. In der Praxis wurde dieser Ansatz bei DNA-basierten Reaktionen umgesetzt, indem DNA als Enzym fungiert. Wie zu beobachteten war, verhielt sich das DNA-Template (Vorlage) wie ein ideales Michaelis-Menten-Enzym, wenn es unstrukturiert war, andernfalls zeigte das Enzym kein exponentielles Verhalten, was näher an die tatsächliche enzymatische Reaktion herankommt. Den Ergebnissen zufolge zeigt DNA beim Wechsel zwischen verschiedenen Konformationen kein klassisches enzymatisches Verhalten. Insgesamt geben diese Studien wertvolle Einblicke in den Zusammenhang zwischen Strukturänderungen eines Enzyms und seiner katalytischen Aktivität, was nicht nur für das Verständnis biologischer Prozesse, sondern auch für die biotechnologische Nutzung von Enzymen von Bedeutung ist.
Schlüsselbegriffe
Enzyme, metabolisch, Proteinreaktion, Substrat, Spektroskopie, Konformation, DNA