Enzymer får livets tandhjul til at køre rundt
Enzymer er uundværlige byggesten i alle levende væsener, og uden de mikroskopiske proteiner ville der ikke være noget liv. Nu vil forskere bruge naturens egen motorkraft til at sætte fart under den grønne omstilling.
Hvad er enzymer?
Enzymer er proteiner, der findes i alt fra encellede bakterier til planter, dyr og mennesker.
Som mikroskopiske tandhjul i en motor, driver enzymer et utal af processer i naturen, og uden enzymer ville der ikke være noget liv på Jorden.
Ligesom andre proteiner er enzymer opbygget af lange kæder af aminosyrer, der består af grundstofferne carbon, oxygen og nitrogen.
Aminosyrekæderne folder sig sammen i tredimensionelle strukturer, der varierer meget i både størrelse og form.
Den unikke form bestemmer, hvilken specifik funktion enzymerne har i levende organismer.
Alfa-amylase er et blandt flere enzymer, der nedbryder stivelse til glucose. Glucose er en af de vigtigste energikilder for de fleste levende organismer. Amylase-enzymer anvendes også i stor stil i produktionen af alkohol, øl, eddike og andre fermenteringsprodukter.
Vi kender i dag til tusindvis af forskellige enzymer. Enzymerne kan inddeles i seks hovedgrupper alt efter, hvordan de virker i kroppen.
Enzymernes hovedgrupper er:
- oxidoreduktaser
- transferaser
- hydrolaser
- lyaser
- isomeraser
- ligaser
Hvordan virker enzymer?
Enzymer fungerer som såkaldte biologiske katalysatorer.
Katalysatorer er stoffer, der får en kemisk proces – for eksempel fordøjelsen af mad i kroppen – til at ske op til flere millioner gange hurtigere uden selv at blive opbrugt undervejs.
Farten af disse kemiske processer øger enzymerne ved at sænke den såkaldte aktiveringsenergi.
Aktiveringsenergien er som navnet antyder den energi, der skal til for at aktivere en kemisk reaktion.
Jo højere aktiveringsenergi en given kemisk reaktion kræver, jo langsommere forløber reaktionen også.
Forestil dig den kemiske reaktion som en cykel, der skal trille ned af en stejl bakke.
For at cyklen kan køre ned ad bakken, skal den først op af en kløft, der ligger mellem den selv og bakketoppen. Kløften er aktiveringsenergien, og jo mere aktiveringsenergi, der skal til for at starte en kemisk reaktion, jo dybere er kløften.
Enzymerne giver populært sagt cyklen et "skub" ud af kløften mod bakketoppen, og øger dermed hastigheden for den kemiske reaktion gevaldigt.
Dette “skub” – altså katalysen af den kemiske reaktion – sker ved, at enzymet binder sig til bestemte molekyler, substrater, som passer til enzymets såkaldte aktive sæde.
Enzymets aktive sæde er typisk formet som et hul på enzymets overflade. For at katalysen kan foregå, skal substratet passe præcist ind i hullet – som en nøgle i en lås:
For eksempel kan substratet laktose kun bindes til enzymet laktase, fordi laktose passer ind i enzymet laktases aktive sæde (nøglehullet).
Andre substrater passer ikke ind i enzymets nøglehul og kan derfor ikke aktivere den katalyse, der speeder den kemiske proces op.
Hvilke enzymer findes i kroppen?
Det anslås, at der findes omkring 75.000 forskellige enzymer i menneskekroppen. I hver enkelt celle eksisterer der over 1300 enzymer.
Enzymerne hjælper konstant med at opbygge og nedbryde kroppens celler og næringsstoffer.
Nogle enzymer nedbryder for eksempel næringsstoffet kulhydrat i maden, mens andre enzymer sørger for at lave nyt DNA i cellerne.
En af enzymernes væsentligste funktioner er at behandle den føde, vi indtager. Uden enzymer ville det tage et voksent menneske omkring 50 år at fordøje en middag.
Det første enzym, vi behandler føden med, findes i spyttet. Det hedder ptyalin og spalter stivelse til mindre molekyler – kaldet maltose – der består af to molekyler glukose.
Det er faktisk muligt at smage sig til enzymets virkning i spyttet.
Hvis du tygger på et stykke rugbrød i lang tid og ælter det godt igennem med spyt, bliver brødet sødere og sødere. Det skyldes, at stivelsen bliver omdannet til maltsukker via enzymet.
Føden finder dernæst vej ned i maven, hvor enzymet pepsin i mavesaften tager over og spalter proteinstofferne til mindre molekyler.
Når føden har forladt mavesækken overtager bugspytkirtlens enzymer arbejdet med fordøjelsen.
Bugspytkirtlen producerer og udskiller enzymerne proteaser, amylaser og lipaser, der alle er nødvendige for kroppens fordøjelsesproces.
Bugspyttet kan spalte både proteiner, fedt og kulhudrater.
Det proteinspaltende enzym trypsin spalter en del af proteinet fra føden ned til aminosyrer, som passerer over i blodet.
De fedtspaltende enzymer i bugspyttet spalter de fleste fedtstoffer til glycerin og fede syrer, som bringes i opløsning og passerer tarmvæggen.
Kulhydraterne omdannes til maltose, og de resterende protein-, fedt-, og kulhydratstoffer, som enzymerne endnu ikke har omdannet, tager tarmsaften sig af.
Tarmsaften dannes i tarmvæggen og kan omdanne reststofferne til blandt andet druesukker og frugtsukker, der kan passere over i blodet.
Mangler kroppen enzymer resulterer det ofte i dårlig fordøjelse og/eller meget luft i maven. Rå frugt og grønt indeholder masser af fordøjelsesfremmende enzymer, men det er vigtigt, at de indtages rå. Varmes grøntsagerne op over 42 grader, ødelægges enzymerne nemlig.
Enzymer står bag adskillige videnskabelige gennembrud
Enzymer spiller også en stor rolle uden for menneskets kødelige hylster.
Hver gang du drikker en øl, vasker dit tøj, spiser en ostemad eller lindrer din hoste med halstabletter er særlige enzymer involveret.
Enzymer er uundværlige i ølbrygning, og uden enzymet i væsken osteløbe (chymosin) vil det være umuligt at få en ost til at modnes og få smag.
Enzymer bruges også i vaskepulver, da de effektivt fjerner fedtpletter på tøjet. Typisk indeholder vaskemidler fire enzymer, der fjerner pletter som: græs og blod, fedtstoffer, ketchup og sukker samt støv og mudder.
Biotex var et af de første vaskemidler, der indeholdt enzymer. I Danmark fik vi enzymer i vaskemidlerne i 1965, og i USA kom det på markedet et par år efter. I dag er der enzymer i praktisk talt alle vaskemidler, da de effektivt hjælper med at fjerne fedtpletter af forskellig art.
Enzymer bruges også i medicinalindustrien - blandt andet i halstabletter mod hoste.
Enzymer har også potentialet til spille en stor rolle i udviklingen af et mere bæredygtigt samfund.
I 1993 skabte den amerikanske kemiker Frances H. Arnold nye og mere effektive enzymer i laboratoriet ved at ændre i den genetiske kode.
I dag bruges hendes enzymer blandt andet til mere miljørigtig produktion af kemiske stoffer samt produktion af bæredygtige brændstoffer til transportsektoren.
I 2018 modtog den amerikanske kemiker Frances H. Arnold nobelprisen i kemi for sit arbejde med at udvikle enzymer, som effektiviserer udviklingen af miljøvenlige kemikalier og bæredygtige brændstoffer.
Kunstigt fremstillede enzymer har også potentiale til at effektivisere processen med at nedbryde plastikaffald.
I 2022 lykkedes det nemlig et hold af forskere og ingeniører fra University of Texas i USA at finde et enzym til at hjælpe med at nedbryde plastiktypen Polyetylentereftalat – eller PET – der årligt produceres 70 millioner tons af til produktion af blandt andet plastikflasker, emballage og tekstiler.
Efter en række eksperimenter fandt forskerne et mutant-enzym i gruppen, som var i stand til at nedbryde PET 10.000 gange mere effektivt end almindelig LLC.
Læs mere om de banebrydende forskning her.