Enzym

Skematisk fremstilling af et enzyms rumlige opbygning

Et enzym er i den klassiske terminologi et protein (J. B. Sumner 1926), som accelererer (katalyserer) en bestemt kemisk proces. Navnet enzym betyder egentlig "i gær", men anvendes nu om biologiske katalysatorer uanset herkomst. Enzymer fremskynder reaktionen mellem reaktanter (substrater) og produkter, men opbruges ikke som følge af den kemiske reaktion, de katalyserer. Som alle proteiner består enzymer af lange kæder af aminosyrer, op til 1000 forskellige i ét enzym.

Man har i de senere år opdaget at også RNA-molekyler kan virke som biologiske katalysatorer, og de klassificeres som en speciel type enzymer kaldet ribozymer.

Enzymer findes overalt i naturen og i menneskekroppen og er en betingelse for liv.

Virkemåde

Effektiviteten af en katalysator angives som mol substrat omdannet pr mol katalysator pr tidsenhed. Effektiviteten af enzymer er ekstremt høj, rene enzymer kan omdanne 10.000 til 1.000.000 mol substrat pr. minut pr. mol enzym.

Det er karakteristisk for enzymerne, at der er et temperatur-interval, hvor de fungerer bedst. I reglen ligger det mellem 5° og 42° C. Ved lavere temperaturer er enzymerne inaktive, og ved højere ødelægges deres form, de denaturerer og bliver ubrugelige, fordi det aktive sted på enzymet er misdannet. Dette gælder både dyrs, planters og mikroorganismers enzymer. Temperaturen, der får enzymer til at denaturere, varierer tilsyneladende, idet det afgørende er, hvor meget et givet enzym tilføres af energi - altså cal/mol - dette kan variere fra 40.000 til 100.000 cal/mol eller højere. I organismer, der er tilpasset til at leve ved høje temperaturer er enzymerne typisk tilpasset, så der kræves mere for at denaturere dem; dette anvendes f.eks. i vaskeenzymer, der kan bruges ved kogevask, og til PCR. Denaturering er en kompleks proces.

Dette har mange praktiske konsekvenser:

• Blanchering - denaturerer enzymer, der ellers ville ødelægge madvarer
• Feber - en temperaturhævning, der har den funktion at hæmme bakteriers og virus stofskifte
• Kompostering - går i stå ved temperaturer under 5° C.
• Køleskab - holder netop den temperatur, der sætter mikroorganismernes enzymer ud af kraft (når man fraregner gråskimmel!)
• Skoldning - vævsødelæggelse indtræder allerede ved de 42° C, fordi enzymerne er hej

denatureret. For eksempel hjælper enzymer i vaskepulveret med at opløse snavset. Andre eksempler på enzymer er trypsin, som nedbryder proteiner i tarmen som en del af fordøjelsen, og thrombin som findes i blodet og medvirker til at få blod til at størkne (koagulation).

Ribozymer

Indtil 1980erne mentes alle biologiske katalysatorer at være proteiner, men Tom Cech og Sidney Altman opdagede at visse RNA-molekyler kan være effektive katalysatorer, og de kaldes nu ribozymer. Opdagelsen af ribozymer har givet ophav til teorien om en 'RNA verden' i starten af livets udvikling, før proteiner blev de dominerende katalysatorer i levende organismer.

Klassificering af enzymer

Enzymer navngives almindeligvis ud fra de reaktioner de katalyserer. En almindelig praksis er at tilføje endelsen '-ase' til navnet på substratet. Eksempler er urea - urease, arginin - arginase, tyrosin - tyrosinase. Desuden findes en gammel form for navngivning, hvor man finder navnene pepsin, trysin og renin etc.

Enzymer kan også klassificeres udfra grupper, der katalyserer ensartede kemiske reaktioner som for eksempel proteinaser, lipaser, oxidaser etc.

• Hydrolytiske enzymer
  • Esteraser
    • Lipaser
  • Karbohydraser
  • Proteaser
    • Peptidaser
    • Proteinaser
      • Pepsin
      • Trypsin
      • Kymotrypsin
• Fosforylaser
• Oxidation-reduktions enzymer
  • Dehydrogenaser
  • Oxidaser
• Transferaser
• Dekarboxylaser
• Hydraser
• Isomeraser

Brug af enzymer

Enzymer har været anvendt af mennesket siden oldtiden til for eksempel fremstilling af vin, brød og eddike. Enzymerne blev udvundet fra naturen, fra for eksempel planter eller kalvemaver (som indeholder enzymet rennin, der bruges til produktion af ost). Ved garvning af dyrehuder blev der fra oldtiden og indtil starten af 1900-tallet anvendt dyreafføring, som blev påsmurt huderne på grund af afføringens indhold af protein-nedbrydende enzymer (protease).

I dag kan en stort antal enzymer fremstilles industrielt, og dermed billigere og med et bedre og renere resultat end ved at finde enzymer i naturen. På grund af denne udvikling er brugen af enzymer blevet økonomisk konkurrencedygtig i forhold til kemiske processer i industrien. For eksempel kan enzymer erstatte mange af de krasse kemikalier, der bruges i garve-industrien til at rense og blødgøre dyrehuderne, blandt andet de proteaser, som man i gammel tid hentede fra dyreafføring. Ved at erstatte kemikalierne med enzymer bliver garve-processen langt mere miljøvenlig.

Industriel fremstilling af enzymer foregår ved hjælp af mikroorganismer (bakterier eller svampe), som dyrkes og gæres i store tanke. Undervejs udskiller mikroorganismerne enzymer, der bagefter kan sies fra det samlede 'bryg'. Til sidst omdannes enzymerne normalt til pulverform, da det er nemmere at håndtere.

Ofte anvendes genmodificerede mikroorganismer til at producere enzymer. Det gør det muligt at få mikroorganismen til at udskille langt mere af det ønskede enzym og hindre udskilning af uønskede enzymer. Selve enzymet, der produceres ved hjælp af genmodificerede mikroorganismer (GMM) er nøjagtigt det samme som et fremstillet uden brug af genteknologi. Det er blot væsentligt billigere.

Verdens førende producent af enzymer, Novozymes, er dansk og har over 40 procent af verdensmarkedet. Da Danisco købte amerikanske Genencor, der er Novozymes' nærmeste konkurrent, kom omkring 70 procent af verdens samlede enzymproduktion på danske hænder.

Se også

• Katalysator
• Proteinkemi