Circe-Effekt


Circe-Effekt

Der Circe-Effekt bezeichnet jene Fähigkeit eines Enzyms (ein als Katalysator wirkendes Protein), den Ausgangsstoff der von ihm katalysierten Reaktion (das Substrat) mittels elektrostatischer Anziehungskräfte schneller zu seinem aktiven Zentrum zu dirigieren, als dies durch Diffusion alleine möglich wäre, und so die Reaktion schneller ablaufen zu lassen.

Name

Der Begriff Circe-Effekt wurde von William P. Jencks geprägt. Er ist auf den Namen der Circe zurückzuführen, einer Zauberin aus der griechischen Mythologie, die der Sage nach Odysseus’ Männer in ihr Haus lockte und dort in Schweine verwandelte.

Hintergrund

Laut der Michaelis-Menten-Theorie kann eine Reaktion nicht schneller ablaufen als die Reaktionsrate $ k_1 $, mit der Substrat [S] und Enzym [E] zum Enzym-Substrat-Komplex [ES] reagieren:

Enzymkinetik: k2 = kcat

Dies gilt für jede Enzymreaktion, da $ k_1 $ die Geschwindigkeit der Umwandlung in den ersten Zwischenzustand einer Enzymreaktion beschreibt. Ist die Fortreaktionsrate $ k_2 $ nun viel größer als die Rückreaktionsrate $ k'_1 $ und als $ k_1 $, so ist die Rate der ersten Reaktion $ k_1 $ der geschwindigkeitsbestimmende Faktor.

Theoretisch kann $ k_1 $ jedoch niemals größer sein, als es die Diffusionsgeschwindigkeit von Substrat, Enzym und Produkt zulässt, da diese die Zeit bestimmen, in der ein Reaktionszyklus (1. Substrat und Enzym diffundieren ineinander, 2. Substrat reagiert zu Produkt, 3. Produkt diffundiert aus dem Enzym) ablaufen kann.

Trotzdem existieren Enzyme wie die Acetylcholinesterase, die diese Geschwindigkeit deutlich überschreiten. Dies wird unter anderem dadurch möglich, dass bestimmte Enzyme in der Lage sind, Substrate in die richtige Position, d.h. das aktive Zentrum, zu leiten. Hierfür sind zwischenmolekulare Kräfte verantwortlich, die bisher jedoch nicht in enzymübergreifende Motive eingeteilt werden konnten. Dieser Effekt wird als Circe-Effekt bezeichnet.

Nachweis/Literatur

  • J.M. Berg, J.L. Tymoczko, L. Stryer: Biochemistry. 6th Edition, W.H. Freeman, New York 2007, ISBN 978-0-7167-8724-2, Seite 223.