Techniklexikon

enzymatische Katalyse

Biophysik, die Realisierung chemischer Umwandlungen in biologischen Systemen mit der Hilfe von Enzymen. Neben der Untersuchung der Wechselwirkung biologischer Makromoleküle mit Licht (Photobiophysik) und ionisierender Strahlung ist die Enzymkatalyse ein weiteres wichtiges Anwendungsgebiet der Quantenmechanik im Bereich der Biophysik. Die Elektronen-Konformations-Wechselwirkung ist der Schlüsselbegriff zur Erklärung der Absenkung der Aktivierungsenergie der Substrat-Produkt-Umwandlung. Die funktionellen Gruppen des Enzyms gehen mit dem Substrat spezifische Wechselwirkungen ein, welche in ihrer Stärke von der relativen räumlichen Lage (der Konformation) der Struktureinheiten des Enzyms abhängen. In diesem äusseren Feld ändert sich die Elektronenverteilung im Substrat. Dabei können sich neue chemische Bindungen bilden bzw. vorhandene chemische Bindungen auflösen. Durch die Struktur des Enzyms ist es möglich, dass angeregte Zustände (z.B. durch konjugierte Spaltung von Adenosin-5¢-Triphosphorsäure, ATP) auf andere Substratregionen übertragen (Energiemigration) bzw. Elektronen verschoben werden (Ladungstransfer). Besonders gute Bedingungen bestehen dazu bei der Wanderung angeregter Zustände (Exzitonen) in periodischen, gekoppelten Elektronensystemen durch Resonanzeffekte im Gitter wie z.B. in Sekundärstrukturen, Guanidingruppen oder gepackten aromatischen Seitenketten.