Enzymkomplexes

Enzymkomplexe sind Gruppen von Enzymen, die räumlich eng zusammenliegen und koordiniert arbeiten, um Stoffwechselreaktionen effizienter abzuwickeln. Sie entstehen durch nicht-kovalente Assoziationen oder Gerüstproteine, die die Enzyme zusammenhalten. In Zellen befinden sie sich oft in bestimmten Kompartimenten oder an Membranen. Durch Substratkanalisierung, das direkte Weiterreichen von Zwischenprodukten zwischen benachbarten aktiven Zentren, sinkt der Diffusionsverlust und die Reaktionsgeschwindigkeit wird erhöht.

Aufbau und Regulierung: Enzymkomplexe bestehen aus mehreren Enzymen, die als funktionelle Einheit arbeiten. Die räumliche Organisation erfolgt oft via Scaffolding-Proteine oder Membranverankerungen. Die Aktivität der Bestandteile wird durch allosterische Signale, posttranslationale Modifikationen oder den metabolischen Kontext gesteuert. Manche Komplexe bleiben dauerhaft zusammen, andere wechseln zwischen assoziierter und freier Form.

Beispiele: Der Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex in der Mitochondrienmatrix wandelt Pyruvat zu Acetyl-CoA um und erzeugt NADH; er besteht aus E1, E2 und E3. Die Fettsäuresynthase ist ein multifunktionaler Enzymkomplex, der mehrere katalytische Aktivitäten in einem Proteinverband vereint und Palmitinsäure aus Acetyl-CoA und Malonyl-CoA synthetisiert. In der Atmungskette bilden sich zudem Superkomplexe aus Elektronentransport-Enzymen, die die Energiegewinnung effizienter gestalten.

Bedeutung: Enzymkomplexe erhöhen Geschwindigkeit, Koordination und Regulation ganzer Stoffwechselwege. Störungen in Bildung oder Funktion solcher Komplexe können zu Stoffwechselkrankheiten führen, etwa Pyruvat-Dehydrogenase-Mangel mit Laktatazidose. In der Biotechnologie werden Enzymkomplexe genutzt, um Stoffwechselwege zu optimieren; synthetische Scaffold-Systeme verbessern Flux und Ausbeute in industriellen Prozessen.