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Enzyme: Struktur, Kinetik und Anwendungen

Enzyme: Struktur, Kinetik und Anwendungen

Hans Bisswanger

ISBN: 978-3-527-69586-7

Jun 2015, Wiley-Blackwell

308 pages

Select type: E-Book

$34.99

Vorwort XI

Zusatzmaterial: Power-Point Animationen XIII

Abkürzungen XV

1 Einleitung 1

1.1 Historische Entwicklung und Bedeutung der Enzyme, ein Überblick 1

1.2 Wie sind Enzyme entstanden? 4

1.3 Ribozyme 5

1.4 Weiterführende Literatur über Enzyme 7

1.5 Literatur 8

2 Struktur der Enzyme 13

2.1 Primärstruktur 13

2.2 Sekundärstruktur 15

2.3 Tertiärstruktur 18

2.4 Quartärstruktur 21

2.5 Verlauf der Proteinfaltung 25

2.6 Katalytisches Zentrum und Coenzyme 27

2.6.1 Biotin 29

2.6.2 Liponsäure 30

2.6.3 Thiamindiphosphat 32

2.6.4 Coenzym A 33

2.6.5 Pyridoxalphosphat 33

2.6.6 Tetrahydrofolat 34

2.6.7 Cobalamin 35

2.6.8 Nicotinamid-Coenzyme 37

2.6.9 Flavin-Coenzyme 38

2.6.10 Coenzym Q 39

2.6.11 Porphyrin-Coenzyme 39

2.6.12 Metallionen als Cofaktoren 42

2.7 Literatur 45

3 Enzymklassen, Enzymnomenklatur 47

3.1 Klasse 1: Oxidoreduktasen 48

3.2 Klasse 2: Transferasen 55

3.3 Klasse 3: Hydrolasen 66

3.4 Klasse 4: Lyasen 72

3.5 Klasse 5: Isomerasen 75

3.6 Klasse 6: Ligasen 77

3.7 Literatur 79

4 Allgemeine Eigenschaften von Enzymen, Enzymtests 81

4.1 Woran erkennt man ein Enzym? 81

4.2 Wie werden Enzyme getestet und was ist dabei zu berücksichtigen? 81

4.3 pH-Abhängigkeit der Enzymaktivität 83

4.4 Temperaturabhängigkeit der Enzymaktivität 84

4.5 Abhängigkeit der Enzymaktivität von der Ionenstärke 88

4.6 Allgemeine Regeln für Enzymtests 89

4.7 Aufbewahrung von Enzymen 91

4.8 Sicherheitsvorkehrungen beim Arbeiten mit Enzymen 92

4.9 Vorgehensweise beim Enzymtest 92

4.10 Auswertung von Enzymtests, Enzymeinheiten 95

4.11 Wie bestimmt man die Umsatzgeschwindigkeit von Enzymen? 97

4.12 Vom Einzelnachweis zum Massentest 98

4.12.1 Aspekte für Einfach- und Mehrfachtests 98

4.12.2 Tests auf Mikrotiterplatten 99

4.12.3 Microarray-Verfahren 100

4.13 Statistische Behandlung von Daten aus Enzymuntersuchungen 101

4.14 Literatur 105

5 Methoden für Enzymuntersuchungen 107

5.1 OptischeMethoden 107

5.1.1 Absorptionsfotometrie 107

5.1.2 Fluoreszenzspektroskopie 117

5.1.3 Polarisationsspektrokopie, optische Rotationsdispersion, Circulardichroismus 123

5.2 ElektrochemischeMethoden 124

5.2.1 pH-Bestimmung, Glaselektrode 124

5.2.2 pH-Stat 126

5.3 Methoden zur Messung schneller Reaktionen 126

5.3.1 Flussmethoden 126

5.3.2 Relaxationsmethoden 129

5.4 Literatur 132

Inhaltsverzeichnis VII

6 Enzymisolierung 135

6.1 Wie gewinnt man Enzyme? 135

6.2 Wie reinigt man Enzyme? 137

6.3 Fällungsmethoden 140

6.4 Ultrafiltration und Dialyse 141

6.5 Zentrifugation 142

6.6 SäulenchromatografischeMethoden 144

6.6.1 Ionenaustauschchromatografie 145

6.6.2 Gelfiltration 147

6.6.3 Adsorptionschromatografie 148

6.6.4 Hydrophobe Chromatografie 149

6.6.5 Affinitätschromatografie 149

6.7 ElektrophoretischeMethoden 150

6.8 Literatur 152

7 Ligandenbindung 155

7.1 Wie findet das Substrat sein Enzym? 155

7.2 Worauf beruht die Stärke einer Bindung und wie kann man sie quantifizieren? 160

7.3 Formulierung der Bindungsgleichung 162

7.4 Wie misst man die Ligandenbindung? 168

7.4.1 Gleichgewichtsdialyse 168

7.4.2 Ultrafiltration und Ultrazentrifugation 170

7.4.3 Oberflächen-Plasmon-Resonanz 171

7.5 Literatur 172

8 Kinetische Behandlung von Enzymreaktionen 173

8.1 Reaktionsordnung 173

8.1.1 Reaktionen erster Ordnung 173

8.1.2 Reaktionen zweiter Ordnung 175

8.1.3 Reaktionen nullter Ordnung 176

8.2 Michaelis-Menten-Gleichung 177

8.2.1 Theorie der Michaelis-Menten-Gleichung 177

8.2.2 Anwendung der Michaelis-Menten-Gleichung 182

8.2.3 Auswertung enzymkinetischer Daten 186

8.2.4 Ein Schritt zurück – wie bestimmt man die Reaktionsgeschwindigkeit? 189

8.3 Rückreaktion 193

8.4 Literatur 196

9 Enzymhemmung 199

9.1 Kategorien der Enzymhemmung 199

9.2 Reversible Enzymhemmung 201

9.2.1 Kompetitive Hemmung 201

9.2.2 Nicht-kompetitive Hemmung 207

VIII Inhaltsverzeichnis

9.2.3 Unkompetitive Hemmung, Substrathemmung 213

9.2.4 Andere Hemmarten 218

9.3 Literatur 221

10 Mehrsubstratreaktionen 223

10.1 Darstellungsweise vonMehrsubstratreaktionen 223

10.2 Die verschiedenenMechanismen derMehrsubstratreaktionen 225

10.3 Analyse vonMehrsubstratreaktionen 227

10.4 Literatur 231

11 Allosterische Enzyme 233

11.1 Grundlagen der Kooperativität 233

11.2 Symmetrie-Modell und allgemeine Betrachtungen zu allosterischen Enzymen 235

11.3 Sequenz-Modell und negative Kooperativität 243

11.4 Kinetische Kooperativität, das Slow-Transition-Modell 246

11.5 Literatur 248

12 Passgerechte Enzyme: Immobilisierung, Enzymreaktoren und künstliche Enzyme 251

12.1 Immobilisierung von Enzymen 251

12.1.1 Allgemeine Aspekte der Immobilisierung 251

12.1.2 Nicht-kovalente Fixierung 253

12.1.3 Kovalente Fixierung 253

12.1.4 Quervernetzung 254

12.1.5 Mikroverkapselung 255

12.1.6 Entrapment 255

12.2 Enzymreaktoren 256

12.2.1 Rührkesselreaktoren 257

12.2.2 Festbettreaktoren 258

12.3 Künstliche Enzyme 258

12.3.1 Katalytische Antikörper 260

12.3.2 Synzyme 261

12.4 Literatur 262

13 Enzyme im praktischen Gebrauch 265

13.1 Enzyme in der Industrie 265

13.1.1 Allgemeine Aspekte 265

13.1.2 Proteinspaltende Enzyme 267

13.1.3 Enzyme des Kohlenhydratstoffwechsels 269

13.1.4 Oxidierende Enzyme 271

13.1.5 Lipasen 272

13.1.6 Aminosäuresynthesen 273

13.1.7 Weitere Enzyme in industrieller Anwendung 273

Inhaltsverzeichnis IX

13.2 Enzyme in Medizin und Therapie 274

13.3 Literatur 278

14 Ausblick 281

14.1 Literatur 282

Sachverzeichnis 283