Het Anabolenboek

Willem Koert
Aede de Groot

Wageningen, 7/2/2007

9. Wat zijn enzymen en hoe werken ze?

Aede de Groot, Willem Koert

Enzymen zijn betrokken bij vrijwel alle omzettingen van stoffen in de levende natuur. Zij faciliteren en controleren vrijwel alle chemische reacties van koolstof verbindingen in ons lichaam. In het volgende hoofdstuk zullen we zien hoe enzymen zijn betrokken bij omzettingen van anabole steroïden. Hoofdstuk 11 gaat over de biosynthese van de mannelijke (testosteron en dihydrotestosteron) en vrouwelijke (estron en estradiol) geslachtshormonen. In dat hoofdstuk zullen we zien hoe enzymen helpen bij de biosynthese van die stoffen.

Met de aanduiding biosynthese bedoelen we de manier waarop levende organismen in de natuur koolstofverbindingen maken. Chemici kunnen dezelfde verbindingen meestal ook gewoon in een laboratorium maken maar spreken dan van synthese, chemische synthese of organische synthese.

Biosynthese maakt deel uit van het metabolisme van koolstofverbindingen. Metabolisme is de combinatie van de opbouw van verbindingen, het anabolisme, en de afbraak van die verbindingen, het katabolisme. Biologen beschouwen de voortdurende opbouw en afbraak van koolstofverbindingen een kenmerk van leven.

Al die natuurlijke anabole en katabole reacties verlopen niet vanzelf. Ze hebben de hulp nodig van enzymen, voor een vlotte en gecontroleerde gang van zaken. Enzymen zijn eiwitten die chemische reacties katalyseren (helpen, versnellen) en controleren. Er`zijn maar enkele reacties in levende organismen die geen enzym nodig hebben en spontaan verlopen, en dat is maar goed ook. Spontaan verlopende reacties zijn in de natuur meestal ongewenst. Ze lopen gemakkelijk uit de hand, en zijn daarna soms moeilijk weer onder controle te krijgen. Neem als voorbeeld het verbranden van vet of olie. Bij hoge temperatuur verloopt deze reactie spontaan, het brandt. We kunnen het proces alleen controleren door het regelen van de toevoer van brandstof. Als dat niet mogelijk is, vliegt met een beetje pech de zaak echt in de brand en moet de brandweer uitrukken.

In het lichaam produceren wij onze energie voor het leven ook voor een deel door ”verbranden” van vet. Dit kan uiteraard niet bij hoge temperatuur plaatsvinden, want onze lichaamstemperatuur moet op ongeveer 37 graden Celsius blijven. Het is echter niet zo gemakkelijk om vet te “verbranden” bij die lage lichaamstemperatuur. Enzymen moeten dat proces een beetje helpen en controleren.

Enzymen katalyseren vrijwel alle chemische reacties van koolstofverbindingen in ons lichaam. Zij doen dit door eerst een complex te vormen met de verbinding, het substraat, dat de chemische reactie moet ondergaan. De vorming van een enzym-substraat complex is vergelijkbaar met de interactie tussen een receptor en zijn ligand, alleen het doel is anders. Het enzym moet het substraat omzetten in een andere verbinding, er moet een chemische reactie plaatsvinden. Vet moet bijvoorbeeld enzymatisch gecontroleerd en gestimuleerd reageren tot kooldioxide (CO₂), dat we uitademen en water (H₂O). De bij dit proces langzaam vrijkomende energie gebruiken we voor het verrichten van arbeid en voor het op gang houden van onze levensprocessen.

Bij de vorming van een receptor-ligand complex vindt alleen een verandering van vorm plaats van het complex als geheel, het ligand ondergaat geen verandering. De ligand verandert niet in een andere verbinding, het reageert niet. De ligand verlaat de receptor gewoon weer nadat het receptor-ligand complex zijn werk heeft gedaan.

Bij de vorming van een enzym-substraat complex en de daarop volgende reactie van het substraat tot een andere stof moet er dus wat meer gebeuren dan alleen maar complexeren en weer uitelkaar gaan. Alvorens dat laatste gebeurt, moet eerst een reactie plaatsvinden.

Daarvoor is meestal een tweede verbinding nodig, die na reactie met het substraat de nieuwe producten geeft. Deze tweede verbinding kan een eenvoudig molecuul zijn, zoals water, dat met het substraat reageert dankzij het enzym. Zo’n reactie met water noemen we een hydrolyse.

Na een hydrolyse verlaten de hydrolyseproducten het enzym. Dat is geen probleem, omdat de producten afzonderlijk minder goed binden met het enzym dan het oorspronkelijke substraat. Daarna kunnen het volgende substraatmolecuul en het volgende watermolecuul complexeren met het enzym voor de volgende hydrolysereactie.

Het enzym zelf verandert niet tijdens de reactie. Een enzym helpt alleen maar om de reagerende stoffen bijelkaar te brengen en om de reactie te doen plaatsvinden. De naam van een enzym is afgeleid van het type reactie dat het gekatalyseert, met daaraan toegevoegd de uitgang –ase. Een enzym dat een hydrolyse katalyseert is een hydrolase.

Enzymatische reacties zijn bijna altijd evenwichtsreacties, dat wil zeggen dat ze beide kanten op kunnen verlopen. In reactieschema’s geven we evenwichten aan met een dubbele pijl.

Hydrolysereacties hebben alleen water nodig als hulpstof, maar er zijn andere reacties die meer gecompliceerde hulpstoffen nodig hebben. Deze stoffen worden aangeduidt met de naam co-enzym. Ze zijn ingewikkelder van structuur dan water, maar het zijn geen eiwitten en ze zijn eenvoudiger en kleiner dan het enzym zelf. Substraat en co-enzym worden door het enzym bijelkaar gebracht, en daarna kan de reactie plaatsvinden.

Onderdelen van deze co-enzymen moeten we binnen krijgen met onze voeding. In het dagelijkse leven kennen we deze onderdelen van co-enzymen onder de naam vitamines. Het belang van deze stoffen werd al lang geleden herkend als zijnde van vitaal belang. We weten nu dat ze belangrijk zijn als hulpstoffen voor enzymen, voor het omzetten van de vele verbindingen in ons lichaam. Ze houden de voor ons belangrijke levensprocessen op gang. We zullen hier verder niet op ingaan.

We hebben hierboven speciale aandacht aan enzymen besteed omdat ze belangrijk zijn voor het lot van anabole steroiden. Het is bekend dat anabole steroiden veel enzymatische omzettingen ondergaan in het lichaam. Deze zijn meestal ongewenst, omdat ze het werkzame anabool omzetten in onwerkzame andere stoffen voordat het anabool zijn werk heeft kunnen doen.

Oxidatie en reductie zijn belangrijke metabole omzettingen voor anabole steroiden. Daarom geven we een definitie van de chemische begrippen oxidatie en reductie.

Met oxidatie bedoelen we het invoeren van zuurstof (O) in een verbinding of het onttrekken van waterstof (H) aan een verbinding. In het dagelijks leven duiden we oxidatie met zuurstof ook aan met de term verbranding.

Reductie is het omgekeerde van oxidatie, dus reductie is het invoeren van waterstof in een verbinding of het onttrekken van zuurstof aan een verbinding.