Wat zijn enzymen?
Enzymen zijn eiwitten die in voorkomen in allerlei wezens, van eencellige bacteriën tot planten, dieren en mensen.
Als piepkleine radertjes in een motor drijven enzymen veel processen in de natuur aan, en zonder hen zou er geen leven op aarde zijn.
Net als andere eiwitten zijn enzymen opgebouwd uit lange ketens van aminozuren die bestaan uit de elementen koolstof, zuurstof en stikstof.
De aminozuurketens vouwen zich op tot driedimensionale structuren die in grootte en vorm sterk variëren.
De unieke vorm bepaalt de functie van enzymen in levende organismen.
Alfa-amylase is een van de enzymen die zetmeel afbreken tot glucose. Glucose is een van de belangrijkste energiebronnen voor de meeste levende organismen. Amylase-enzymen worden ook veel gebruikt bij de productie van alcohol, bier, azijn en andere gistingsproducten.
Tegenwoordig kennen we duizenden enzymen. We kunnen ze verdelen in zes hoofdgroepen, al naargelang hun werking in het lichaam.
De belangrijkste groepen enzymen zijn:
- oxidoreductasen
- transferasen
- hydrolasen
- lyasen
- isomerasen
- ligasen
Hoe werken enzymen?
Enzymen fungeren als zogeheten biologische katalysatoren.
Katalysatoren zijn stoffen die een chemisch proces – zoals de spijsvertering in het lichaam – miljoenen keren sneller kunnen laten verlopen, zonder dat ze daarbij zelf worden opgebruikt.
Enzymen verhogen de snelheid van deze chemische processen door de activeringsenergie te verlagen.
Activeringsenergie is de energie die nodig is om een chemische reactie in gang te zetten.
Hoe hoger de activeringsenergie die nodig is voor een bepaalde chemische reactie, hoe langzamer die reactie zal verlopen.
Zie de chemische reactie maar als een fiets die een steile heuvel afrijdt.
Voordat de fiets heuvel af kan, moet hij eerst door een kloof omhoog. Die kloof is de activeringsenergie, en hoe meer activeringsenergie er nodig is om een chemische reactie op gang te brengen, hoe dieper de kloof.
Enzymen geven de motor zeg maar een duwtje uit de kloof naar boven, waardoor de snelheid van de chemische reactie sterk toeneemt.
Dit ‘duwtje’ – de katalyse van de chemische reactie – gebeurt doordat het enzym zich bindt aan bepaalde moleculen, substraten, die in de zogeheten actieve plaats van het enzym passen.
Die actieve plaats heeft meestal de vorm van een gat op het oppervlak van het enzym. Katalyse is pas mogelijk als het substraat precies in het gat past, zoals een sleutel in een slot:
Zo kan het substraat lactose zich alleen binden aan het enzym lactase, omdat lactose past in de actieve plaats daarvan (het sleutelgat).
Andere substraten passen niet in het sleutelgat van het enzym en kunnen daarom niet de katalyse activeren die het chemische proces versnelt.
Welke enzymen heb je in je lichaam?
Naar schatting zitten er 75.000 soorten enzymen in het menselijk lichaam. Elke cel telt er meer dan 1300.
Enzymen helpen voortdurend bij de opbouw en afbraak van de cellen en voedingsstoffen.
Sommige enzymen breken bijvoorbeeld koolhydraten in voedsel af, terwijl andere enzymen zorgen voor nieuw DNA in cellen.
Een van de belangrijkste functies van enzymen is het verwerken van het voedsel dat we eten. Zonder enzymen zou een volwassene er zo’n 50 jaar over doen om een avondmaaltijd te verteren.
Het eerste enzym dat we gebruiken voor de spijsvertering zit in speeksel. Het heet ptyaline en breekt zetmeel af in kleinere moleculen, maltose genaamd, dat bestaat uit twee moleculen glucose.
Je kunt het zelfs proeven als het enzym in je speeksel actief is.
Als je lang op een stuk bruin brood kauwt en het goed vermengt met speeksel, wordt het steeds zoeter. Dit komt doordat het zetmeel door het enzym wordt omgezet in moutsuiker.
Als je het vervolgens doorslikt, neemt het enzym pepsine in het maagsap het over. Dit breekt de eiwitten af tot kleinere moleculen.
Zodra het voedsel de maag heeft verlaten, gaan de enzymen van de alvleesklier aan de slag.
De alvleesklier produceert en proteasen, amylasen en lipasen, enzymen die nodig zijn voor de spijsvertering.
De alvleesklier kan eiwitten, vetten en koolhydraten splitsen.
Het enzym trypsine breekt een deel van het eiwit in het voedsel af tot aminozuren, die in het bloed terechtkomen.
De enzymen die vet afbreken, splitsen de meeste vetten in glycerol en vetzuren, die oplossen en door de darmwand gaan.
De koolhydraten worden omgezet in maltose, en de eiwitten, vetten en koolhydraten die nog niet zijn omgezet door de enzymen, worden verwerkt door de darmsappen.
Darmsap wordt gevormd in de darmwand en kan de resten omzetten in glucose, fructose en andere suikers, die in het bloed terecht kunnen komen.
Als het lichaam een enzymtekort heeft, leidt dat vaak tot een slechte spijsvertering en/of veel gas in de maag. Groenten en fruit bevatten veel spijsverteringsenzymen, maar die moet je dan wel rauw eten. Als je de groenten tot boven de 42 °C verhit, gaan de enzymen verloren.
Enzymen zijn overal actief
Ook buiten het vlezige omhulsel van de mens spelen enzymen een grote rol.
Telkens als je een biertje drinkt, je kleren wast, een boterham met kaas eet of je hoest verzacht met keelpastilles, ben je met enzymen aan de gang.
Enzymen zijn onmisbaar bij het brouwen van bier, en zonder het enzym in kaasstremsel (chymosine) zou je een kaas niet kunnen laten rijpen of op smaak laten komen.
Enzymen worden ook gebruikt in waspoeder, omdat ze vetvlekken uit kleren verwijderen. Wasmiddelen bevatten meestal vier enzymen die vlekken verwijderen: van gras en bloed, vetten, ketchup en suiker, en stof en modder.
Biotex was een van de eerste wasmiddelen met enzymen. Het wasmiddel kwam in de jaren 1960 in Nederland op de markt. Tegenwoordig zitten enzymen in vrijwel alle wasmiddelen, omdat ze effectief helpen vetvlekken van verschillende aard te verwijderen.
Enzymen worden ook gebruikt in de farmaceutische industrie, bijvoorbeeld in keelpastilles tegen hoesten.
Ze kunnen ook een grote rol spelen bij de ontwikkeling van een duurzamere samenleving.
In 1993 creëerde de Amerikaanse scheikundige Frances H. Arnold in het laboratorium efficiëntere enzymen door de genetische code te veranderen.
Nu worden haar enzymen gebruikt voor een milieuvriendelijkere productie van onder andere chemicaliën en duurzame brandstoffen voor de vervoerssector.
In 2018 ontving de Amerikaanse chemicus Frances H. Arnold de Nobelprijs voor Scheikunde voor haar werk aan verbeterde enzymen, dat de ontwikkeling van milieuvriendelijke chemicaliën en duurzame brandstoffen vooruit helpt.
Kunstmatig geproduceerde enzymen kunnen plastic beter afbreken.
In 2022 ontdekte een team van wetenschappers en ingenieurs van de universiteit van Texas in de VS een enzym dat polyethyleentereftalaat – of PET – helpt afbreken, een soort plastic waar jaarlijks 70 miljoen ton van wordt geproduceerd voor onder meer plastic flessen, verpakkingen en textiel.
Na een reeks experimenten vonden de onderzoekers een gemuteerd enzym in de groep, dat PET 10.000 keer zo efficiënt kon afbreken als het gewone LLC.
Lees hier meer over het baanbrekende onderzoek.