Unterschiede zwischen Substraten und Coenzymen
Biochemische Substrate sind Stoffe, welche durch Reaktionen umgesetzt werden, die von Enzymen gesteuert werden. Dabei verändert das Enzym das Substrat in seiner Struktur – wodurch sich dessen physikalischen, chemischen und biologischen Stoffeigenschaften ändern. Coenzyme bzw. Kofaktoren sind Moleküle, welche nicht aus Aminosäuren aufgebaut sind und somit kein Protein bereitstellen. Durch Enzymaktivitäten verändern sich die Kofaktoren und entfalten dann in der chemischen Reaktion ihre Wirkung.
Inhalt
Zusammenhang zwischen Substrat, Enzym und Coenzym
Ein Substrat ist ein Stoff, der von Enzymen umgesetzt, also chemisch verändert wird. Es gibt viele verschiedene Arten von Substratmolekülen. Sie sind unterschiedlich groß, unterschiedlich geformt mit unterschiedlicher Ladungsverteilung.
Enzyme können nur ein bestimmtes Substrat umsetzen. Das Enzym Lactase kann beispielsweise nur den Zucker Lactose spalten.
Eine bestimmte Struktur des Substrats passt perfekt zu einem bestimmten Zentrum des Enzyms, dem aktiven Zentrum. Diese perfekte Passform von Enzym und Substrat heißt Schlüssel-Schloss-Prinzip.
Coenzyme sind komplexe organische Moleküle, die Enzymen helfen, das Substrat umzusetzen. Coenzyme lagern sich zusammen mit dem Substrat an das Enzym und werden deshalb auch Cosubstrate genannt. Coenzyme verhalten sich ähnlich wie Substrate. Während einer Reaktion verändern sie sich chemisch und trennen sich nach der Reaktion wieder vom Enzym.
Anschließend nimmt das Coenzym an anderen Reaktionen teil, in denen es regeneriert wird.
Substratspezifität ist ein Merkmal der Enzym-Substrat-Reaktion
Substratspezifität ist ein Kennzeichen einiger Enzyme, welcher nur ein spezifisches Substrat aufnehmen können. Diese Einzigartigkeit der Reaktion ist eines der entscheidenden Merkmale der Reaktion eines Enzyms mit seinem Substrat.
Das Enzym Laktase arbeitet beispielsweise nur mit dem Zucker Laktose zusammen. Andere Zucker wie Glucose oder Maltose können von dem Enzym Lactase nicht verarbeitet werden.
Enzyme binden das Substrat über eine spezifische Stelle, das aktive Zentrum. Das aktive Zentrum des Enzyms ist das Schloss, das Substrat der passende Schlüssel. Man spricht von dem Schlüssel-Schloss-Prinzip.
Wirkungsspezifität zwischen Substrat und Enzym
Enzyme sind nicht nur substratspezifisch, sondern auch wirkungsspezifisch. Ein Enzym hat immer nur eine bestimmte Wirkung auf sein Substrat. Substrate werden durch Enzyme in Teile gespalten und /oder zu einem neuen Stoff zusammenfügt. Ein Enzym katalysiert immer nur eine Reaktion. Laktase spaltet immer Laktose in Glucose und Galactose.
Die Verbindung von Substrat und Enzym nennt man den Enzym-Substrat-Komplex. Aus diesem Komplex gehen nach erfolgreicher Reaktion das veränderte Substrat und das unveränderte Enzym hervor. Enzyme lassen sich immer wieder verwenden, deshalb braucht man relativ wenige Enzyme, um viel Substrat umzusetzen.
Cofaktoren und Coenzyme
Coenzyme bewegen sich von Enzym zu Enzym und verändern das Substrat gemeinsam mit dem Enzym. Dazu lagern sie chemische Gruppen an das Substrat oder entfernen sie. Sehr wichtige Coenzyme sind z.B. ATP (Adenosintriphosphat) oder ADP (Adenosindiphosphat).
Cofaktoren sind an bestimmte Enzyme gebunden und notwendig für deren einwandfreie Funktion. Cofaktoren sind keine komplexen Verbindungen, wie die Coenzyme. Es sind anorganische Metallionen wie Eisen, Kupfer oder Zink.
Unterschiede zwischen Substrat und Coenzyme
Ein Substrat kann sich – Schlüssel-Schloss-Prinzip – nur an das aktive Zentrum eines einzigen Enzyms anlagern und von diesem verarbeitet werden. Ein Coenzym, wie ATP kann hingegen mit vielen Enzymen zusammenarbeiten, es ist nicht nur für ein Enzym geeignet.
Das Coenzym ATP wird bei den meisten enzymatischen Reaktionen zu ADP gespalten und – anschließend an die enzymatische Reaktion – wieder zu ATP aufgebaut. Das Substrat hingegen wird nach der enzymatischen Reaktion normalerweise abtransportiert, weiterverarbeitet und verbraucht.
Die Reaktion des Coenzyms – wie ATP – ist immer gleich. ATP überträgt Energie in Form von Phosphatgruppen an Substrate und wird so zu ADP. Die Wirkungsweise des Enzyms auf sein jeweiliges Substrat kann hingegen unterschiedlich sein. Manche Enzyme spalten ihr Substrat, manche bauen neue Substanzen zusammen, entfernen Gruppen oder fügen neue hinzu.
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