Enzymgruppen - Arten von Enzymen in der Übersicht

Bei Enzymen handelt es sich um biochemische Katalysatoren. Sie spielen eine bedeutende Rolle bei zahlreichen Körperfunktionen. Man kann sie in verschiedene Enzymgruppen einteilen, so etwa in sechs Hauptklassen. Werfen Sie einen Blick auf die unterschiedlichen Gruppen und Arten von Enzymen und verschaffen Sie sich eine Übersicht über deren Wirkung.

Wissenswertes zu Enzymklassen

Einteilung von Enzymen

Durch Enzyme werden biochemische Reaktionen katalysiert. So sorgen sie dafür, dass chemische Reaktionen im Organismus beschleunigt ablaufen. Bei den meisten Enzymen handelt es sich um Eiweiße (Proteine). Zu ihren Aufgaben gehört die Steuerung von biochemischen Reaktionen wie die Verdauung oder die Transkription und Replikation von Erbinformationen.

Man unterteilt Enzyme in verschiedene Gruppen und Klassen. So wird zwischen

  • plasmazugehörigen Enzymen
  • zellenzugehörigen Enzymen und
  • exkretorischen Enzymen

unterschieden.

Plasmazugehörige Enzyme kommen im Blut vor, während dies bei zellenzugehörigen Enzymen nicht der Fall ist. Von exekretorischen Enzymen spricht man, wenn ein Enzym von einer Körperzelle ausgeschieden wird, damit es seine Wirkung entfalten kann.

Enzym-Hauptgruppen

Weiterhin erfolgt eine Unterteilung in sechs verschiedene Gruppen. Dies sind

  • Oxidoreduktasen (Gruppe I), von denen Redoxreaktionen katalysiert werden,
  • Transferasen (Gruppe II), zu deren Aufgaben die Übertragung von einem Substrat auf ein anderes gehört
  • Hydrolasen (Gruppe III), die Bindungen spalten,
  • Lyasen (Gruppe IV), die Synthesen oder Spaltungen von komplexen Produkten katalysieren,
  • Isomerasen (Gruppe V), die für eine schnellere Umwandlung von chemischen Isomeren zuständig sind, sowie
  • Ligasen (Gruppe VI), von denen Additionsreaktionen katalysiert werden.

Hydrolasen

Als Hydrolasen bezeichnet man Enzyme, die hydrolytische Spaltungen von chemischen Verbindungen reversibel katalysieren. Bei diesen Verbindungen handelt es sich vor allem um

  • Peptide
  • Glycoside
  • C-C-Bindungen
  • Ether
  • Ester und
  • Säureanhydride.

Innerhalb der EC-Klassifikation der Enzyme bilden die Hydrolasen die dritte Gruppe. Die EC-Klassifikation dient als Grundlage der Systematisierung von Enzymen.

Zur Gruppe der Hydrolasen gehören Enzyme wie

  • Esterasen
  • Phosphatasen
  • Peptidasen
  • Glycosidasen
  • Proteasen und
  • Nukleasen.

Isomerasen

Eine weitere Enzymhauptgruppe bilden die Isomerasen. Sie katalysieren die Umwandlung einer bestimmten Verbindung in eine isomere Struktur. In der EC-Klassifikation der Enzyme stellen sie die fünfte Gruppe dar.

Bei Isomerasen handelt es sich um Moleküle von gleicher Summenformel. Es gibt jedoch Unterschiede bei der Strukturformel oder der absoluten Konfiguration. Zu den bedeutendsten biochemischen Isomerisierungsreaktionen gehört die Aldose-Ketose-Umlagerung.

Vertreter der Isomerasen sind

  • Triphosphatisomerase
  • Retinalisomerase und
  • UDP-Galactose-4-Epimerase.

Ligasen

Die Bezeichnung "Ligasen" geht auf den lateinischen Begriff "ligare" zurück und bedeutet "verknüpfen", "verketten" oder "verbinden". Als Ligasen bezeichnet man Enzyme, von denen das Verknüpfen von zwei Molekülen durch eine chemische Bindung katalysiert wird.

Die dafür benötigte Energie erhalten sie durch die Spaltung von Nukleosidtriphosphaten (NTP). Bei diesem Vorgang kommt es zur Abspaltung von Phosphatresten. Aber auch andere Moleküle wie NAD+ kommen als Energielieferanten infrage.

In der EC-Klassifikation zählen die Ligasen zur Gruppe 6. Nicht selten wird auch die spezielle Untergruppe der DNA-Ligasen als Ligase bezeichnet.

Allerdings ist dies nicht ganz korrekt. So verknüpfen DNA-Ligasen zwei DNA-Stränge miteinander durch die Herstellung einer Phosphor-Diesterbindung. Daher gehören DNA-Ligasen eigentlich zur Gruppe 6,5.

Synthetasen

Ligasen bezeichnet man auch häufig als Synthetasen, was jedoch ebenfalls nicht korrekt ist, denn Synthetasen verwenden nicht allgemein Nukleosidtriphosphate. Außerdem sollte man sie nicht mit Synthasen verwechseln.

Lyasen

Unter dem Begriff "Lyasen" werden in der Biochemie sämtliche Enzyme zusammengefasst, die die Bildung oder Spaltung von chemischen Bindungen katalysieren. Sie sind bei allen Lebewesen, also auch beim Menschen, zu finden.

Lyasen gehören zur Gruppe 4 in der Enzym-EC-Klassifikation. Weitere Unterteilungen erfolgen in die Art von Bindung, die von den Lyasen gespalten wird.

Bekannte Vertreter der Lyasen sind

  • die Aldolasen
  • die Fumarasen
  • die Transketolasen
  • die Argininosuccinat-Lyasen
  • die Adenylylcyclasen und
  • die DDT-Dehydrochlorinasen.

Oxidoreduktasen

Bei Oxidoreduktasen handelt es sich um Enzyme, von denen Redoxreaktionen katalysiert werden. Man findet sie in sämtlichen Lebewesen und zahlreichen Stoffwechselwegen. In der EC-Klassifikation der Enzyme stellen sie die Gruppe 1 dar. Darüber hinaus werden die Oxidoreduktasen ihrerseits in mehrere Unterklassen eingeteilt. Dies sind:

Oxidasen

Oxidasen haben die Aufgabe, Reaktionen, bei denen es zur Übertragung von Wasserstoff auf Sauerstoff kommt, zu katalysieren. Durch diesen Vorgang bildet sich Wasserstoffperoxid. Zu den Oxidasen gehören unter anderem Laccase und Monoaminooxidase.

Oxygenasen

Oxygenasen übertragen ein Sauerstoffatom oder auch mehrere auf ihr Substrat. Dabei kommt es häufig zu Ringöffnungen am aromatischen Molekül. Zu den Oxygenasen zählen auch die Monooxygenasen und die Dioxygenasen. Monooxygenasen haben die Eigenschaft, mit molekularem Sauerstoff zu arbeiten.

Während sie ein Sauerstoffatom auf ein bestimmtes Substrat übertragen, transferieren sie ein weiteres Sauerstoffatom auf Wasserstoff, wodurch es zur Bildung von Wasser kommt.

Wichtige Monooxygenasen sind

  • Phenolase
  • Cytochrom P450 und
  • Prolinhydroxylase.

Dioxygenasen übertragen dagegen beide Atome eines Sauerstoffmoleküls auf ein bestimmtes Substrat.

Hydroperoxidasen

Zu den Hydroperoxidasen zählen Katalase und Peroxidase. Von Katalase wird Wasserstoffperoxid zu Sauerstoff und Wasser umgesetzt. So hat es Anteil am Abbau von Sauerstoffradikalen (reaktive Sauerstoffspezies). Peroxidase überträgt Wasserstoff auf Wasserstoffperoxid. Auf diese Weise entstehen zwei Moleküle Wasser. Sowohl Katalase als auch Peroxidase benötigen Hämeisen.

Dehydrogenasen

Bei Dehydrogenasen handelt es sich um Enzyme, von denen ein Substrat durch das Abspalten von Wasserstoffanionen oxidiert wird. Den abgespalteten Wasserstoff sowie Elektronen transferieren sie auf Cofaktoren wie FAD oder NAD+. Man unterscheidet zwischen anaeroben und aeroben Dehydrogenasen.

Transferasen

Transferasen bilden die zweite Gruppe der Enzymklassifikation. Ihre Aufgabe ist das Katalysieren der Übertragung einer chemischen Gruppe von einem bestimmten Molekül, das man Donator nennt, auf ein anderes Molekül, das als Akzeptor bezeichnet wird.

Bei dem Donator handelt es sich zumeist um ein Coenzym. Phosphorylasen und Hexokinasen.

Welche Enzyme gibt es? - Eine Übersicht

Zu den zahlreichen wichtigen Enzymen gehören unter anderem

  • Pankreatin
  • Katalase
  • Papain
  • Prypsin
  • Pepsin
  • Kathepsin
  • Lipase
  • Bromelain
  • Hyaluronidase
  • Diastrasen
  • Amylasen sowie
  • Chymotrypsin.

Im Folgenden stellen wir Ihnen die unterschiedlichen Enzyme im Detail vor.

Pankreatin

Als Pankreatin bezeichnet man ein Gemisch aus mehreren Enzymen oder enzymatisch aktiven Verbindungen, die tierischen Ursprungs sind. So werden die Enzyme aus der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) von Hausschweinen gewonnen. Zu diesem Zweck isoliert und extrahiert man die Enzyme aus den Pankreasdrüsen des Schweins und macht ein braunes Pulver aus ihnen.

Inhaltsstoffe und Anwendungsgebiete

Zu den Hauptinhaltsstoffen von Pankreatin gehören

  • Amylasen
  • Lipasen sowie
  • diverse Proteasen.

Zur Anwendung kommt Pankreatin, um Erkrankungen der Bauchspeicheldrüse wie

zu behandeln. Bei einer Pankreasinsuffizienz werden zu wenige Verdauungsenzyme produziert. Durch die Einnahme von Pankreatin in Form von Kapseln lässt sich dieser Mangel zum Teil wieder ausgleichen. Im Falle von Verdauungsstörungen wie Fettstuhl sorgt Pankreatin für die Zufuhr von fehlenden, fettspaltenden Enzymen.

Verwendete Präparate

Bekannte Präparate, die Pankreatin enthalten, sind zum Beispiel

  • Lipazym
  • Pankreatan
  • Cotazym
  • Kreon
  • Ozym oder
  • Pangrol.

Katalase

Bei Katalase (CAT) handelt es sich um ein Enzym, das zur Gruppe I der Enzymklassen, also zu den Oxidoreduktasen zählt. Es katalysiert die Reaktion von Wasserstoffperoxid zu Sauerstoff und Wasser.

Arten

Man unterteilt Katalasen in drei Gruppen. Dies sind

  • manganhaltige Enzyme
  • bifunktionale Häm-enthaltende Katalase-Peroxidasen sowie
  • monofunktionale Häm-enthaltende Enzyme.

Die Reaktion besteht aus zwei Schritten. Zuerst erfolgen die Reduktion von Wasserstoffperoxid und die Oxidation des Enzyms, sodass es zur Bildung von Wasser kommt. Daran schließen sich die gleichzeitige Reduktion des Wasserstoffperoxids und des Enzyms sowie die Oxidation von Sauerstoff an.

Anwendungsgebiete

Zur Anwendung kommen Katalasen in der Mikrobiologie, um Bakterien voneinander zu unterscheiden. Dazu gibt man einen Tropfen Katalase-Reagenz auf ein bestimmtes Objekt und hält etwas Bakterienmaterial hinein. Während sich eine positive Reaktion durch Blasenbildung und Sprudeln bemerkbar macht, erfolgt das Sprudeln bei einer negativen Reaktion entweder gar nicht oder nur verzögert.

Papain

Ein weiteres Enzym ist Papain. Es kommt vor allem in den Kernen und der Schale der Papaya vor und wird daraus gewonnen.

Für diese Pflanze aus der Familie der Melonenbaumgewächse ist Papain überaus wichtig. So gehört die Abwehr von Schädlingen zu den Hauptaufgaben des Enzyms. Es wird aber auch zu medizinischen Zwecken verwendet.

Anwendungsgebiete

Papain verfügt über eine eiweißspaltende Wirkung. Man rechnet es zur Gruppe der Cysteinproteasen, die wiederum zu den Hydrolasen zählen. Zur Anwendung kommt es unter anderem

Papain in der Medizin

In der Medizin setzt man Papain bei Transfusionen ein, um den Duffy-Faktor zu identifizieren. Die Alternativmedizin verwendet das Enzym zur Behandlung von so genannten "offenen Beinen" im Anfangsstadium.

Ferner schreibt man Papain auch die Fähigkeit zu, die Gefahr von Thrombosen zu reduzieren, da es Fibrin an den Innenwänden der Blutgefäße abbaut. Allerdings gibt es bislang noch keine stichhaltigen medizinischen Studien, die dies bestätigen.

Prypsin

Prypsin kommt in Südfrüchten vor und wird in der Naturheilkunde als Präparat verwendet. So fördert das Enzym die Wundheilung sowie den Eiweißstoffwechsel.

Pepsin

Bei Pepsin handelt es sich um ein Verdauungsenzym. Da es Peptine oder Proteine spalten kann, zählt es zu den Peptidasen. Das Enzym wird auch im menschlichen Körper gebildet.

Zu seinen Aufgaben gehört der Abbau von Proteinen, die mit der Nahrung aufgenommen werden. Zur Förderung der Verdauung verwendet man es außerdem in Lebensmitteln.

Pepsin bildet sich im Magen aus Pepsinogen, das die Vorstufe des Enzyms darstellt, durch Autoproteolyse. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Einwirkung von Salzsäure.

Seine proteolytische Aktivität verliert das Pepsin weitgehend bei der Passage des Chymus durch den Zwölffingerdarm. Seine Inaktivierung erfolgt durch Proteasen.

Kathepsin

Kathepsin oder Cathepsin zählt zu den Endoproteasen, die unter anderem in

  • Osteoklasten
  • Lysosomen und
  • eosinophilen Granulozyten

vorkommen.

Arten

Es gibt etwa ein Dutzend verschiedene Kathepsine wie zum Beispiel

  • Cathepsin B
  • Cathepsin H
  • Cathepsin K und
  • Cathepsin L.

Aufgaben

Aufgabe der eiweißspaltenden Enzyme ist der Abbau von Zellorganellen. Dazu gehören vor allem überalterte Mitochondrien. Ebenso wird kollagenhaltige Knochenmatrix abgebaut.

Mediziner vermuten, das Kathepsine auch einen Anteil an der Neubildung von Blutgefäßen sowie am invasiven Wachstum von Tumoren haben. So können bei bestimmten Krebserkrankungen wie zum Beispiel Bauchspeicheldrüsenkrebs Kathepsine als ungünstige Prognosemarker nachgewiesen werden.

Lipase

Lipasen haben die Eigenschaft, freie Fettsäuren von Lipiden wie Cholesterinestern oder Glyceriden abzuspalten, was man als Lipolyse bezeichnet. Daher zählt man sie zu den Hydrolasen.

Funktion

Für den Organismus sind die Lipasen überaus wichtig, da sie

  • für die Fettverdauung sorgen und
  • bewirken, dass die Fettreserven, die der Körper speichert, zur Verfügung stehen.
Lipase in der Industrie

Darüber hinaus finden die Enzyme aber auch in Industrie und Technik Verwendung. So benutzt man sie

  • in der Fettchemie zur Herstellung von Fetten mit besserer Streichqualität, Kakaobutteräquivalenten und Seifen, oder
  • in Waschmitteln, um deren Reinigungsfähigkeit zu steigern.

Formen

Es wird zwischen unterschiedlichen Formen von Lipasen unterschieden. So gibt es

  • extrazelluläre Lipasen wie Lipoproteinlipasen (LPL), die auf der extrazellulären Membranseite von Endothelzellen vorkommen, sowie
  • intrazelluläre Lipasen, die auch innerhalb der Zellen zu finden sind.

Bromelain

Als Bromelain werden zwei Enzyme, die in der Ananas-Pflanze vorkommen, bezeichnet. Sie zählen zur Familie der Cysteinproteasen. Als Gemisch kommen die Enzyme in Arzneimitteln zur Anwendung.

Eigenschaften und Anwendung

Bromelain hat die Eigenschaft, entzündungshemmend und zugleich blutgerinnungshemmend zu wirken. So baut es den im Blut enthaltenden Eiweißstoff Fibrin ab.

Zur Anwendung kommt Bromelain bei Krankheiten und Beschwerden wie

Eingenommen wird das Enzym mit Tabletten oder Dragees.

Verwendete Präparate

Zu den Bromelain-Präparaten gehören unter anderem

  • Bromelain-POS
  • Traumanase
  • Dontisanin
  • Bromelain 2400
  • Bromelain R.A.N.
  • Proteozym und
  • Wobenzym mono.

Neben den medizinischen Präparaten werden auch Nahrungsergänzungsmittel oder Diätmittel mit Bromelain angeboten.

Hyaluronidase

Bei Hyaluronidasen handelt es sich um Enzyme, von denen Hyaluronsäure gespalten wird. Je nachdem, welche Bindungen die Enzyme spalten, zählt man sie zu den Lyasen oder den Hydrolasen. Während Lyasen nur in Bakterien gebildet werden, entstehen Hydrolasen sowohl in Bakterien, als auch in Viren und Tieren.

Hyaluronidase erhöht durch Hydrolyse die Durchlässigkeit des Gewebes. Die katalysierte Reaktion ähnelt dem Verdauungsvorgang. So kommt es durch die enzymatische Wirkung zur Auflösung des Bindegewebes.

In der Medizin setzt man das Enzym zur Behandlung von Wunden ein, die sich vorzeitig verschließen. Dabei werden synthetisch hergestellte Enzympräparate in die Wunde gegeben, um das Zusammenwachsen des Bindegewebes zu verhindern. Bekanntestes Hyaluronidase-Präparat ist Hylase.

Diastasen (Amylasen)

Diastasen, besser bekannt als Amylasen, kommen in den meisten Lebewesen vor. Ihre Aufgabe ist der Abbau von Polysachariden (Mehrfachzucker). Man unterscheidet zwischen Alpha-Amylase und Beta-Amylase.

Im menschlichen Körper entstehen Amylasen in den Speichelhöhlen der Mundhöhle sowie in der Bauchspeicheldrüse. Die Amylase besitzt die Eigenschaft, Kohlenhydrate, die mit der Nahrung aufgenommen werden, in kleinere Einheiten zu zerlegen, wodurch sie der Organismus verwerten kann.

Erkrankungen mit erhöhter Amylase-Aktivität

Bei bestimmten Krankheiten kommt es zu einer erhöhten Amylase-Aktivität im Körper. Dazu gehören

Alpha-Amylasen sind auch in Filmtabletten enthalten, die zur Behandlung von leichten Halsschmerzen dienen. Darüber hinaus setzt man sie in der Lebensmittelindustrie ein, wie zum Beispiel beim Bierbrauen.

Chymotrypsin

Bei Chymotrypsin B handelt es sich um ein Verdauungsenzym, das zur Gruppe der Serinproteasen zählt und große Ähnlichkeiten zu dem Enzym Trypsin aufweist. Von Trypsin unterscheidet sich Chymotrypsin jedoch in seiner milchgerinnenden Wirkung.

Chymotrypsin B entsteht in der Bauchspeicheldrüse in Form von Chymotrypsinogen, einer inaktiven Vorstufe. Durch Trypsin kommt es im Dünndarm zur Spaltung des Chymotrypsinogens in drei Untereinheiten.

Bei deren Zusammenbau entsteht schließlich Chymotrypsin. Dieses dient im Körper speziell der Verdauung von Eiweiß.

In der Medizin wird Chymotrypsin in diversen Enzympräparaten verwendet. Diese setzt man bei Thrombophlebitis oder anderen Entzündungen ein. Durch die Bestimmung von Chymotrypsin im Kot ist es möglich, Aufschluss über bestimmte Krankheiten wie zum Beispiel die exokrine Pankreasinsuffizienz zu erhalten.

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