Hydrolase

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 18. November 2016
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Bei Hydrolase handelt es sich um eine Gruppe von Enzymen, die Substrate hydrolytisch spaltet. Einige Hydrolasen tragen zur normalen Funktionsweise des menschlichen Körpers bei, zum Beispiel die stärkespaltende Amylase. Andere Hydrolasen sind an der Entstehung von Krankheiten beteiligt und entstehen wie Urease in Bakterien.

Inhaltsverzeichnis

Was ist die Hydrolase?

Hydrolasen sind Enzyme, die mithilfe von Wasser Substrate spalten. Das Substrat dockt an das aktive Zentrum eines Enzyms an, wo Wechselwirkungen zwischen den beiden Einheiten dafür sorgen, dass sich das Substrat in zwei Teile zerlegt. Gleichzeitig wird ein Wassermolekül (H2O) in ein einzelnes Wasserstoffatom (H) und eine OH-Gruppe geteilt. Der eine Teil des Substrats verbindet sich mit dem einzelnen Wasserstoffatom, während die OH-Gruppe sich an den anderen Teil des Substrats anhängt. Das Produkt der Hydrolasen besteht dementsprechend aus zwei neuen Verbindungen.

Hydrolasen arbeiten mit verschiedenen Substraten; dazu gehören Ester, Ether Peptide, Glycoside, Säurehydride und C-C-Bindungen. Die hydrolytische Spaltung durch Hydrolasen ist reversibel, das heißt umkehrbar. In der EC-Klassifikation stellen sie die Gruppe 3 dar, die mehrere Untergruppen umfasst. Zu den Untergruppen gehört beispielsweise die Lipase, die Fett spaltet, und die Lactase, die Milchzucker (Laktose) spaltet. Ein Mangel an Lactase führt zur Unverträglichkeit von Milchzucker, was sich bei Milchkonsum in Magen-Darm-Beschwerden widerspiegeln kann.

Funktion, Wirkung & Aufgaben

Hydrolasen sind im menschlichen Körper zahlreich vertreten. Auch die Amylase gehört zu den Hydrolasen. Amylase kommt im Speichel vor und ist für die Spaltung von Stärke und anderen Polysacchariden verantwortlich. Polysaccharide sind Mehrfachzucker, die aus Ketten von Kohlenhydraten bestehen.

Amylase spaltet diese Ketten hydrolytisch und zerlegt sie dadurch in kleinere Einheiten. Dadurch kommt der süße Geschmack zustande, den Menschen beim Kauen von Brot und anderen stärkehaltigen Lebensmitteln schmecken können. Die Verarbeitung von Polysacchariden durch Amylase stellt die erste Stufe der biochemischen Verdauung dar – nachdem die Zähne beim Kauen die Nahrung mechanisch zerkleinert haben.

Die Kynureninase kommt in allen Gewebetypen vor und spaltet Alanin. Sowohl die Synthese von Nikotinsäure als auch der Abbau von Tryptophan erfordern diesen Schritt. Tryptophan ist eine essentielle Aminosäure, die an der Synthese von Serotonin beteiligt ist. Bei Serotonin handelt es sich um einen wichtigen Neurotransmitter (Botenstoff). Der Abbau von Tryptophan ist jedoch auch ein Zwischenschritt bei der Synthese von anderen Stoffen, zum Beispiel Nikotinamidadenindinukleotid (NAD).

NAD ist ein Koenzym, das an zahlreichen biologischen Funktionen mitwirkt. Es unterstützt beispielsweise die Arbeit von Dehydrogenasen und gehört zur Atmungskette. Kynureninase trägt nicht nur zum Abbau von Tryptophan bei, sondern auch zur Synthese von Nikotinsäure. Bei Nikotinsäure oder Niacin handelt es sich um ein Vitamin, das zum B-Komplex gehört.

Bildung, Vorkommen, Eigenschaften & optimale Werte

Der menschliche Körper bildet Hydrolasen dort, wo sie zum Einsatz kommen. Die Amylase im Speichel entsteht beispielsweise in der Speicheldrüse, während die Bauchspeicheldrüse die Pankreasamylase produziert. Wie alle Enzyme können Hydrolasen nur unter bestimmten Bedingungen arbeiten. Vor allem der pH-Wert der Umgebung und die Temperatur sind für sie von großer Bedeutung.

Amylase kann beispielsweise nur bei einem pH-Wert von 3,5 bis 9 existieren. Weicht das Milieu von diesem Bereich ab, denaturiert das Enzym. Die Magensäure hat einen pH-Wert von 1–1,5 bei nüchternem Magen und ist damit zu sauer für Amylase. Die Magensäure denaturiert die Eiweißstruktur, indem sie molekulare Bindungen aufhebt. Das Enzym verliert dadurch seine Form und wird inaktiv. Deshalb muss die Bauchspeicheldrüse ebenfalls Amylase synthetisieren und sie die dem Nahrungsbrei in einer späteren Stufe der Verdauung wieder zuführen.

Das Temperaturoptimum für Amylase liegt bei 45 °C; bei dieser Temperatur arbeitet Amylase am schnellsten, das heißt sie setzt die größte Menge an Substrat um. Auch außerhalb dieses Optimums kann Amylase arbeiten – die Stoffwechselrate ist jedoch etwas geringer. Zu hohe Temperaturen denaturieren das Enzym ebenfalls und machen es entweder unbrauchbar oder zerlegen das Protein in seine einzelnen Aminosäuren.

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Krankheiten & Störungen

Einige Hydrolasen können dabei behilflich sein, Krankheiten zu diagnostizieren. Ärzte können zum Beispiel Amylase-Werte in den Eierstöcken und Lungen heranziehen, um bestimmte Formen von Krebs zu diagnostizieren. Die Amalyse-Konzentration ist bei Krebserkrankungen in diesen Organen auffällig und kann damit einen Hinweis auf das Vorliegen oder die Ausbreitung von Neubildungen geben.

Eine Mutation im KYNU-Gen führt zu einem Mangel an Kynureninase. Das Enzym ist an verschiedenen biochemischen Vorgängen beteiligt. Wenn zu wenig Kynureninase im Körper vorhanden ist, können die Zellen nicht wie gewohnt das Vitamin B3 (auch Nikotinsäure oder Niacin genannt) synthetisieren und es kommt zu einer Hypovitaminose. Anzeichen für einen Mangel an B3 sind unter anderem Dermatitis sowie Entzündungen an Mund- Magen- und Darmschleimhaut. Darüber hinaus können Durchfall, Depression, Appetitlosigkeit, Konzentrationsprobleme, Schlafstörungen und Reizbarkeit auftreten. Der Mangel kann außerdem die Krankheit Pellagra auslösen.

Nicht nur der menschliche Organismus bildet Hydrolasen. Auch Krankheitserreger wie Bakterien können Enzyme aus dieser Gruppe produzieren. Ein Enzym, das dem Menschen sogar schaden kann, heißt Urease und zerteilt Harnstoff in Ammoniak und Kohlenstoffdioxid. Das Ammoniak hilft den Bakterien, der Magensäure standzuhalten. Dadurch können sie das Verdauungssystem infizieren und eine Reihe von Beschwerden auslösen. Das Bakterium Helicobacter pylori gehört zu dieser Gruppe von Krankheitserregern. Helicobacter pylori löst unter anderen Typ-B-Gastritis aus, kann für Magen- und Zwölffingerdarmgeschwüre verantwortlich sein und bei chronischer Infektion ein Magenkarzinom verursachen.

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