Enzyme: Aufbau, Funktion und Wirkung

Welche Funktionen haben Enzyme?

Enzyme regeln eine Vielzahl von Körperfunktionen. Mediziner schätzen, dass im menschlichen Körper zwischen 15.000 und 30.000 Enzyme aktiv sind, die alle lebensnotwendigen Vorgänge in den etwa 100.000 Milliarden Körperzellen steuern.

Die Biokatalysatoren regeln Neuentstehung, Wachstum, Veränderung und Tod in den Zellen und viele von ihnen werden sogar selbst von den Körperzellen produziert. Dabei übernehmen sie unterschiedliche Funktionen und üben unterschiedliche Wirkung aus. Sie bewirken entscheidende Vorgänge im Körper, darunter bei der Verdauung, im Stoffwechsel, der Muskelkontraktion oder bei der Ausscheidung von Abfallstoffen.

Enzymaktivitäten können vorübergehend oder dauerhaft gehemmt werden. Bei einer Hemmung wird die Anlagerung eines Substrats verhindert – auch eine Verlangsamung oder Beschleunigung ist dadurch möglich. Durch solche Einflüsse lässt sich das biologische System kontrollieren.

Wesentliche Funktionen der Enzyme im menschlichen Körper

Enzyme sind verantwortlich für die Herstellung von Botenstoffen und Hormonen. Zudem reparieren Enzyme geschädigte Abschnitte der Erbinformation (DNA) in den Genen.

Sie übernehmen außerdem die Spaltung von Kohlenhydraten, Fetten und Eiweißen, damit diese für den Körper verwertbar werden. Solche Aufgaben übernehmen zum Beispiel die Enzyme Amylase im Speichel, Lipase und Pepsin im Magensaft und viele weitere, die sich im Sekret der Bauchspeicheldrüse und dem Dünndarm befinden.

In Verbindung mit Cofaktoren wie zum Beispiel den Mineralstoffen Mangan, Zink und Selen, bilden Enzyme körpereigene Schutzsysteme gegen freie Radikale.

Enzyme sind darüber hinaus an der Funktion des Immunsystems beteiligt.

Sie steuern außerdem den Aufbau aller Eiweißmoleküle, die für die Körperzellen und Zellfunktionen notwendig sind. Enzyme liefern auch die Proteine, die für den Aufbau und die Erneuerung aller Zellen verantwortlich sind.

Ebenfalls die Struktureiweiße werden aus ihnen hergestellt. Struktureiweiße bilden die nicht nur die Herzmuskelzellen, Hautzellen, und Leberzellen. Auch  Schleimhautzellen, Knorpelzellen, Bindegewebe sowie Muskelzellen und andere Körperzellen bestehen aus den Struktureiweißen, die die Enzyme herstellen.

Antioxidative Enzyme

Bei der Abwehr der zellschädigenden freien Radikale entfalten verschiedene antioxidative Systeme ihre Wirkung.

Das antioxidative Enzymsystem bilden Substanzen wie Glutathion und das  Coenzym Q10.  Dabei ist das Enzym Glutathionperoxidase seinerseits vom Mineralstoff Selen abhängig. Aber auch das eisenabhängige Enzym Katalase sowie die Superoxiddismutase zählen zu dem schützenden Komplex, sie selbst sind dabei auf die Spurenelemente Zink, Mangan und Kupfer angewiesen.

Aus der Gruppe der Vitamine wirken neben Vitamin A, auch Vitamin C und Vitamin E sowie die Vitamin-A-Vorstufe Beta-Carotin, die zu den sekundären Pflanzenstoffen zählt, antioxidativ.

Neben dem Pflanzenfarbstoff Beta-Carotin, dass sich zu einem hohem Anteil in Karotten befindet, entfalten weitere sekundäre Pflanzenstoffe wie etwa das in Tomaten vorkommende Lycopin oder das in grünem Gemüse und Mais vorkommende Lutein antioxidative Aktivität.

Wichtige Aufgaben bei der Abwehr der zellschädigenden freien Radikale übernimmt außerdem die Aminosäure Cystein. Das spezielle System ist auf verschiedene Spurenelemente angewiesen ist und besteht aus insgesamt 3 Enzymen.

Wann entfalten Enzyme ihre Wirkung?

Damit Enzyme ihre optimale Wirkung erzielen können, sind zwei Voraussetzungen notwendig. Die erste Voraussetzung, die ein Enzym zur Wirkung braucht, ist eine Betriebstemperatur zwischen plus 37 ° C und minus 37 ° C. Nur in diesem Temperaturbereich kann der hitzeempfindliche Biokatalysator seine Aufgabe beim Aufbau und Abbau optimal erfüllen.

Wenn es zu einer Infektion oder Erkrankung kommt, sind es die Enzyme, die die Körpertemperatur ansteigen lassen. Mit steigender Aktivität der Enzyme, steigt gleichzeitig auch der Nährstoffverbrauch und der Energieverbrauch stark. Die Enzyme fahren die Körperaktivitäten hoch und schalten in einen Reinigungsmodus um. Wenn der Körper Temperaturen zwischen 41 ° C und 42 ° C erreicht, kann die Aktivität der hitzeempfindlichen Enzyme allerdings zum Erliegen kommen, wodurch im Organismus große Schäden, sogar mit tödlichen Folgen, entstehen können. Bei diesen Temperaturen gerinnen nämlich die Eiweiße, so dass die Enzyme zerstört werden und ihre Wirkung nicht mehr aufrechterhalten können.

Die zweite Voraussetzung, die Enzyme für eine optimale Wirkung benötigen, ist ein Säure-Basen-Haushalt, der sich im Gleichgewicht befindet. Je nach Wirkungsbereich gibt es verschiedene Enzyme, es kann sich dementsprechend um ein alkalisches oder saures Enzym handeln.

Was sind Coenzyme und Cofaktoren?

Bei Coenzymen handelt es sich um komplexe organische Hilfsmoleküle, die viele Funktionen haben können und spezielle Enzyme oder Reaktionen unterstützen. Ohne eine ausreichende Zahl Coenzyme und Cofaktoren gibt es kein funktionierendes Enzymsystem. Coenzyme können eine feste, lockere oder auch nur vorübergehende Bindung eingehen. Auch Coenzyme spielen eine große Rolle im Stoffwechsel, denn viele der Enzyme sind nur aktiv, wenn Coenzyme und Cofaktoren anwesend sind. Ein wichtiges Coenzym ist beispielweise das Coenzym Q10, das ein lebenswichtiger Bestandteil der Energieproduktion in allen Körperzellen ist.

Eine mehrfache Funktion übt beispielsweise die Alpha-Liponsäure aus. Sie kann bei der Fettsäureherstellung teilweise das Coenzym A ersetzen, aber auch als Cofaktor für die Enzyme Alpha-Ketoglutaratdehydrogenase und Pyruvat-Dehydrogenase dienen.

Cofaktoren können außerdem bestimmte Vitamine, Mineralstoffe oder Spurenelemente sein. Zudem sind Cofaktoren in ausreichender Menge notwendig, denn ohne diese Mikronährstoffe funktioniert das Enzymsystem nicht reibungslos. Zu den wichtigen Cofaktoren zählen unter anderem auch Mangan, Selen und Zink.

Lebensmittel mit den meisten Enzymen

Natürliche Enzyme kommen in zahlreichen Lebensmitteln vor, sie werden aber auch ganz gezielt einigen Lebensmitteln zugesetzt, um deren Eigenschaften zu verbessern.

Die meisten natürlichen Enzyme finden sich in Lebensmitteln, die einen Gärprozess durchlaufen haben. Dazu zählen unter anderem Sauerkraut, Joghurt, Bier oder Essig und andere sogenannte fermentierte Lebensmittel. Doch auch in einigen Früchten, Sprossen und Wurzeln kommen sie vor. Besonders hoch sind die Enzymgehalte dabei in Ananas, Papaya, Bananen, Kiwis, Melonen, Mangos oder Weintrauben. Ebenso in Sojasprossen, Avocados und Ingwer sind sie natürlich enthalten.

Ananas verfügt über hohe Gehalte des eiweißspaltenden Enzyms Bromelain. Bromealin zeigt sich nicht nur wirksam gegen Darmparasiten wie Würmer, sondern kann außerdem die harten Eiweißpanzer von schädlichen Darmbakterien knacken. Das Enzym gelangt auch über die Haut in den Körper. Auf der Haut zeigte sich Ananassaft wirksam gegen Altersflecken. Betupft man Altersflecken mit einem in Ananassaft getränkten Wattepad, können sie sich aufhellen und im besten Fall sogar auflösen.

Beim Erhitzen von enzymhaltigen Lebensmitteln über 42 °C denaturieren die wertvollen Eiweiße und haben keine Funktion mehr. Deshalb wird beim Kochen ein Großteil der wirksamen Enzyme zerstört.

Zugesetzte Enzyme in der Lebensmittelproduktion

In der Lebensmittelproduktion nutzt man Enzyme aus technologischen Gründen, denn ihre Eigenschaften nehmen nicht nur günstigen Einfluss auf die Herstellung und Verarbeitung von Produktion, sie beeinflussen auch die Zubereitung und Behandlung. Nur wenn sie im Herstellungsprozess nicht inaktiviert oder entfernt wurden und im Endprodukt eine technologische Funktion haben, müssen solche Enzyme wie Invertase oder Lysozym, auf der Zutatenliste mit Namen und Funktion ausgewiesen werden.

Beispielsweise setzen Großbäckereien Lebensmittelenzyme gezielt ein, um gleichbleibende Teiglinge zu erhalten, die nicht verkleben, weil sonst die Backstraße zum Stillstand käme. Auch bei der Fruchtsaftherstellung nutzt man sie zum Abbau von Obst, um die Saftausbeute zu erhöhen. Bei der Alkoholherstellung wandeln Enzyme Stärke in Zucker um. Aber auch bei der Herstellung und von Süßwaren, Käse, Milchprodukten, Dressings, bei Fleisch- und Wurstwaren und bei einzelnen Lebensmittelzutaten kommen sie zum Einsatz.

Lebensmittelenzyme werden aus unterschiedlichen Quellen gewonnen

Enzyme, die man in der Lebensmittelproduktion zusetzt, können aus drei natürlichen Quellen stammen. Sie werden entweder aus Pflanzen oder Tieren extrahiert oder sie werden in einem Gärungsverfahren mit Mikroorganismen gewonnen. Solche Mikroorganismen können Pilze, Hefen oder Bakterien sein.

Trotzdem man gewonnene Lebensmittelenzyme üblicherweise reinigt, ist es möglich, dass sie Rückstände aus der Herkunftsquelle enthalten.

Zwar betrachten Experten Lebensmittelenzyme als ungiftig und sicher für Verbraucher, dennoch bewertet die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) seit 2009 alle eingesetzten Lebensmittelenzyme auf ihre Sicherheit hin. Die Verarbeitung von Enzymen, die durch gentechnisch veränderte Mikroorganismen gewonnen sind, müssen Lebensmittelhersteller auf ihren Produkten aber nicht kennzeichnen.

Zum Einsatz kommen in Europa nur Lebensmittelenzyme, die auf Antrag in die europäische Gemeinschaftsliste aufgenommen worden sind. Häufig zum Einsatz kommen unter anderen die Enzyme Amylase, Protease, Pektinase, Lipase, Hemicellulase, Transglutaminase, Katalase, Glukoseoxidase, Lactase, Chymosin, Lysozym, Lipase Aminopeptidase oder auch Invertase oder Xylanase.

Enzyme finden außerdem in der Industrie Verwendung, zum Beispiel in Waschmitteln oder Fleckenentfernen.

Im Alter kann der Körper weniger Enzyme produzieren

Enzyme nehmen Einfluss auf die Lebensqualität und das Lebensalter. Altersbedingte Abbauerscheinungen beginnen bei Europäern etwa ab dem 40. Lebensjahr. Wenn der Stoffwechsel sich verlangsamt und der Körper mit zunehmendem Alter weniger Enzyme produzieren kann, fehlen wichtige Biokatalysatoren, die einen reibungslosen Stoffwechsel ermöglichen. Der Körper wird schlechter mit Umweltbelastungen, Infektionen und auch mutierenden Zellen wie etwa Krebszellen fertig. Auch alle Selbstheilungsprozesse werden durch Enzyme in entscheidendem Maß gesteuert. Fehlen diese Enzyme, so steigt das Risiko für ein schlechtere Regeneration bei Verletzungen und Erkrankungen.

Verschiedene Experten bringen die ausreichende Versorgung mit Enzymen mit einem längeren Leben in Verbindung. Wenn sich das Immunsystem durch Enzyme nachhaltig stärken lässt, könnte sich das nach Expertenmeinung nicht nur positiv auf die Lebensqualität, sondern auch positiv auf die Höhe der Lebenserwartung auswirken. Nicht zuletzt deshalb gelten Enzyme unter Fachleuten auch als Anti-Aging-Mittel. Eine weitere große Rolle spielt außerdem eine gesunde Lebensweise mit ausgewogener Ernährung, wenig Stress sowie ausreichend gesunder Bewegung.

Altersbedingte Abbauerscheinungen

Zu den typischen Anzeichen körperlicher Abbauerscheinungen zählen zum Beispiel ein erhöhter Blutzuckerspiegel und erhöhter Blutdruck. Aber auch Gelenkverschleiß, ein Nachlassen der Gedächtnisleistung sowie eine verminderte Reaktionsgeschwindigkeit und ein eingeschränktes Immunsystem zählen zu den typischen Abbauerscheinungen im Körper.  Hinzu kommen kann auch eine erhöhte Neigung für chronische Erkrankungen.

Aber auch Enzyme des Verdauungstrakts wie Trypsin, Chymotrypsin oder Pankreas Pulver kommen als Verdauungshilfe zum Einsatz.

Daneben gibt es Enzympräparate mit Pilzenzymen und Enzymextrakten (Aspergillus oryzae), die bei Verdauungsstörungen verwendet werden. Bei krankhaften Veränderungen der Verdauungsorgane ist es möglich, dass Patienten dauerhaft Enzympräparate mit Enzymen wie Pepsin, Pankreatin, Amylase, beziehungsweise Lipase einnehmen müssen.

Enzympräparate mit Kollagenasen

Außerdem kommen Enzym-Präparate mit Kollagenasen zur Anwendung. Solch ein Enzymkomplex von mindestens 13 Enzymen wird in hochgereinigter Form bei Wirbelsäulenleiden gegen Rückenschmerzen eingesetzt. Er wird unter Röntgenkontrolle in die Zwischenwirbelscheibe gespritzt. Dermatologen setzen Kollagenasen in Verbindung mit anderen Enzymen ein, um Wunden zu reinigen, Narbenbildungen zu beseitigen oder auch, um abgestorbenes Gewebe zu verdauen.

Ein weiteres Enzym namens Streptodornase kann Eiteransammlungen beseitigen und wird äußerlich zur Wundreinigung eingesetzt. Die aus dem Bakterium Streptococcus haemolyticus gewonnene Streptodornase wird innerlich angewendet bei Blutergüssen, offenen Beinen und postoperativen Ödemen.

Präparate mit dem Enzym Bromelain, das aus der Ananas gewonnen wird, wirken abschwellend auf entzündetes Gewebe und werden in der Apotheke neben Enzymen wie zum Beispiel Lysozym oder Papain besonders bei Halsschmerzen empfohlen, wenn Symptome wie Schluckbeschwerden, Räusperzwang, Halskratzen, Entzündungen der Mundschleimhaut oder geschwollene Mandeln auftreten.

Volksmedizinische Anwendung von Enzymen

Einige Völker nutzen Enzyme traditionell. Dabei gibt es nur wenige pflanzliche Lebensmittel, die Enzyme für den therapeutischen Einsatz enthalten. Es handelt sich dabei um die Hauptenzyme Bromelain und Papain in den tropischen Früchte Ananas und Papaya.

In der Feige findet sich ein weiteres therapeutisch genutztes Enzym namens Ficin, das die Wundheilung fördert.

Ananasenzym Bromelain

Das eiweißspaltende Enzym Bromelain aus der Ananas unterstützt die Gesundheit, indem es im Darm harte Bakterienpanzer zerstört und Würmer bekämpft. Außerdem spaltet es im Verdauungstrakt Nahrungsproteine in Aminosäuren auf, die über den Darm in den Blutkreislauf gelangen und auf dem Weg zu ihren Wirkorten viele wichtige Spurenelemente an sich binden. Das Enzym Bromelain wird auch über die Haut aufgenommen. Der bromelainhaltige Ananassaft ist außerdem fähig Altersflecken aufzuhellen oder zu stark zu vermindern, wenn die Hautstellen regelmäßig mit einem getränkten Wattebausch betupft werden.

Papayaenzym Papain

Viele Volksstämme nutzen die Papaya sowie einige ihrer Pflanzenteile traditionell in der Volksmedizin als Stärkungsmittel und auch bei verschiedenen Krankheiten und Beschwerden. Diese Tradition ist heute immer noch in Gebieten wie Mittelamerika, Südamerika, Afrika sowie in Australien lebendig.

Auch im indischen Ayurveda und in China spielt die Papaya traditionell eine Rolle, überliefert ist die Verwendung bei Verdauungsstörungen und Darmparasiten. Besonders die Kerne und der Milchsaft der grünen unreifen Schale enthalten große Mengen des eiweißspaltenden Enzyms Papain.

Hauptsächlich eingesetzt werden die reife und unreife Frucht und ihre Bestandteile bei Beschwerden und Erkrankungen des Verdauungstrakts und Darmparasiten, aber auch bei Entzündungen, Hauterkrankungen und Fettsucht. Sogar bei Gelbfieber und Malaria wird in der Literatur ein Einsatz beschrieben.