Enzyme befinden sich in allen Zellen → jedes Organ besitzt ein typisches Enzymmuster (Organspezifität).

Werden Zellen eines Organs zerstört, so gelangen ihre Enzyme vermehrt (CHE: vermindert) ins Blut → durch ihre Erfassung (Art, Konzentration und Mengenverhältnis der gemessenen Enzyme) kann auf das geschädigte Organ

geschlossen werden.

Wieso Enzymbestimmungen?

Enzym (Abkürzung)Mögliche Ursache einer

Vermehrung des Enzyms im Blut

Alanin-Aminotransferase (ALT, ALAT)[früher Glutamat-Pyruvat-Transaminase (GPT)]

Schädigungen der Leber

Aspartat-Aminotransferase (AST, ASAT)[früher Glutamat-Oxalacetat-Transaminase (GOT)]

Schädigungen der Leber und des Muskels

Gamma-Glutamyl-Transferase(GGT) Krankheiten der Leber und der Gallenwege

Alkalische Phosphatase (AP, ALP) Krankheiten der Leber, der Gallenwege und des Knochens

Lipase Schädigungen der Bauchspeicheldrüse (z.B. Pankreatitis)

Kreatinphosphokinase (CK) Muskelschäden, (Herzmuskelschäden)

Kreatinphosphokinase MB-Typ(CK-MB) Herzmuskelschäden (z.B. Infarkt)

Enzyme pattern caused by acute virus hepatitis.

• Plasmaspezifische Enzyme: Sie wirken im Plasma (z.B. Cholinesterase)

• Sezernierte Enzyme: Sie werden von exokrinen Drüsen nur in geringen Mengen an das Blut abgegeben. Bei Schädigung des Herkunftsorgans gelangen sie vermehrt ins Blut (z.B. α-Amylasen, Lipase).

• Zellenzyme: Sie sind intrazellulärer Herkunft. Bei Schädigung der Zellen der Herkunftsorgane gelangen sie vermehrt ins Blut (ALAT, ASAT).

Enzym-Unterteilung:

Lokalisation der Zellenzyme:

Wirkungsweise von Enzymen:

Substrat (S) Produkt (P) Enzym (E)

Energiediagramm einer biochemischen Reaktion:

Mit Hilfe des Enzyms wird die Aktivierungsenergie herabgesetzt: Das Substrat A wird viel schneller in das Produkt B umgewandelt.

Mechanismus der Enzymkatalyse:dem Nachbarn erklären

Jedes Enzym besitzt ein aktives Zentrum. Aufgaben:

• Bindung des Substrats ans Enzym: Es macht, dass nur die „richtigen“ Substrate sich mit dem Enzym binden können.

• Wenn sich mehr als 1 Substrat mit dem Enzym binden muss, so sorgt es für die richtige räumliche Anordnung.

• Umwandlung des Substrates zum Produkt mit Herabsetzen der Aktivierungsenergie.

Das aktive Zentrum:

Nomenklatur von Enzymen (Klassifikation):

Der systematische Name eines Enzyms besteht aus:

• Name des umgesetzten Substrates

• Art der katalysierten Reaktion (den 6 Hauptklassen zu entnehmen)

Creatinkinase:

• das umgesetzte Substrat ist das Creatin

• das Produkt ist das Creatinphosphat: das Enzym überträgt das Phosphat von ATP auf das Substrat (Creatin) → dieses Vorgehen wird von den Kinasengemacht.

CreatinkinaseCreatin + ATP Creatinphosphat + ADP

Systematischer Name:

• 1. Zahl: Sie gibt eine der 6 Hauptgruppen an und bezieht sich auf die katalysierte Reaktion.

• 2. Zahl: Weitere Unterteilung der Hauptklassen in Unterklassen, je nach chem. Bindung.

• 3. Zahl: Unter-Unterklasse

• 4. Zahl: Seriennummer in der Unter-Unterklasse

Klassifizierungs-Nr./EC-Code(Enzyme-Commission-Number):

CK (Enzym)Creatin (Substrat) + ATP Creatinphosphat (Produkt) + ADP

CK hat die Systemnummer (EC): 2.7.3.2. Dies bedeutet:

1. Zahl: Hauptklasse 2 = Transferase2. Zahl: Unterklasse 7 = Phosphotransferase3. Zahl: Unter-Unterklasse 3 = H2N als Akzeptor4. Zahl: Seriennummer in der Unter-Unterklasse 2.

Messung eines Enzyms:

• Direkte Bestimmung der Enzymkonzentration

• Bestimmung der Enzymaktivität im Serum

Direkte Bestimmung der Enzymkonzentration:

Bestimmung der Enzymaktivität:

Die Enzymaktivität entspricht der Geschwindigkeit, mit der die katalysierte Reaktion abläuft.

Substrat nimmt ab

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 1 2 3 4

Zeit

Subs

trat

Produkt nimmt zu

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 1 2 3 4

Zeit

Prod

ukt

Enzymeinheit:

1 U = Enzymaktivität, die den Umsatz von 1 µmol Substrat pro Minute unter Standardbedingungen

katalysiert.

Reaktionsbedingungen für Enzymmessungen:

• Temperaturabhängigkeit

• pH-Wert

• Konzentration und Art des Substrates

• Coenzyme

• Art und Konzentration des Puffers

• Effektoren

Konzentration & Art des Substrates:

• Es wird immer in einem Substratüberschuss (Substratsättigung) gearbeitet. Denn jedes Enzymmolekül muss während der Reaktionszeit 1 Substratmolekül umsetzen.

• Bei zu hoher Substratkonzentration →Substrathemmung:

• Art des Substrates: Je besser das Substrat zum aktiven Zentrum passt, desto rascher ist die Umsetzung (je höher die Affinität, desto kleiner die Substratkonzentration).

Coenzyme:

• Coenzyme (Cosubstrate) werden oft gebraucht, um Enzyme zu aktivieren: Das Coenzym bindet sich an das Enzym, um dann aktiv zu werden.

Coenzym + Apoenzym (Enzymmolekül) = Holoenzym

• Das Coenzym geht verändert, das Apoenzym unverändert aus der Reaktion hervor.

• Coenzyme haben Vitamine als Bausteine:

Coenzyme:• NAD+ (Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid) → Vitamin B3 • NADP+ (Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat) → Vitamin B3• Pyridoxalphosphat → Vitamin B6

Optimierte Standardmethoden:

Durch genaue Festlegung der Durchführungsbedingungen bei der

Enzymaktivitätsbestimmung entstehen sog. optimierte Methoden, die von der internationalen Fachstelle für klinische Chemie (IFCC) eingeführt

wurden.

Methoden zur Messung von Enzymaktivitäten:

Enzymtests (Enzymaktivität):

• mit einem enzymatischen Farbtest• oder mit einem optisch-enzymatischen UV-Test (einfach oder gekoppelt)

Kinetische Messung!

Enzymatischer Farbtest (Enzymtest):

Der Verlauf der Zu- oder Abnahme der Farbintensität auf Zeit ist der Enzymaktivität proportional.

Glycylglycin

Produktzunahme: Farbveränderung auf Zeit wird gemessen

Einfacher optisch-enzymatischer UV-Test:

In einem bestimmten Zeitabschnitt wird die durch Bildung oder Verbrauch des Coenzyms NADH oder NADPHeintretende Extinktionsänderung der Reaktionslösung kontinuierlich oder in bestimmten Zeitabständen registriert.

NADH + H+ NAD+ (reduzierte Coenzymform von NADH)

NADPH + H+ NADP+ (reduzierte Coenzymform NADPH)

a. Messreaktion:

LDH L-Lactat + NAD+ Pyruvat + NADH + H+

Die Geschwindigkeit der Bildung von NADH ist direkt proportional zur LDH-Aktivität.

• Reaktion von NADH zu NAD+ = Extinktionsabnahme

• Reaktion von NAD+ zu NADH = Extinktionszunahme

a. Messreaktion: LDH

L-Lactat + NAD+ Pyruvat + NADH + H+

LDH: Reaktion von NAD+ (Eduktabnahme) nach NADH (Produktzunahme) = Extinktionszunahme.

a. Messreaktion: ASAT

L-Aspartat + 2-Oxoglutarat Oxalacetat + L-Glutamat

b. Indikatorreaktion: MDH

Oxalacetat + NADH + H+ L-Malat + NAD+

ASAT: Reaktion von NADH (Eduktabnahme) nach NAD+ (Produktzunahme) = Extinktionsabnahme.

Gekoppelter, optisch-enzymatischer UV-Test:

a. Messreaktion: ALAT

L-Alanin + 2-Oxoglutarat L-Glutamat + Pyruvat

b. Indikatorreaktion: LD

Pyruvat + NADH + H+ Lactat + NAD+

Extinktionsabnahme

a. Messreaktion: CK

Creatinphosphat + ADP Creatin + ATP

b. Hilfsreaktion: Hexokinase

ATP + Glucose Glucose-6-P + ADP

c. Indikatorreaktion: Glucose-6-P-

DehydrogenaseGluc-6-P + NADP+ 6-Phosphogluconat + NADPH + H+

Extinktionszunahme

Enzymatische Substratbestimmung (Enzymatischer Test):

Enzyme sind auch wichtige Hilfsmittel zur Bestimmung von Substratkonzentrationen.

UricaseHarnsäure + H2O + O2 Allantoin + CO2 + H2O2

→ Messung: Endpunkt oder kinetisch

Endpunkt: Kinetisch:

ALAT/ALT (Alanin-Amino-Transferase)

GPT (Glutamat-Pyruvat-Transaminase):

• Zellenzym: im Zytoplasma → ist schnell erhöht!

• Kommt in vielen Geweben vor

• In grosser Konz. in Leber und Gallenwege → Leitenzymfür Leber- und Gallenwegserkrankungen

• In kleinen Konz. in Skelettmuskeln, Herz, Niere, Pankreas, Ec

• ↑ bei Leber- und Gallenwegserkrankungen

ASAT/AST (Aspartat-Amino-Transferase)

GOT (Glutamat-Oxalacetat-Transaminase):

• Zellenzym: 1/3 zytosolisch, 2/3 mitochondrial →erst bei stärkerer Zellschädigung stärker erhöht!

• Kommt in vielen Geweben vor

• in grosser Konz. in Leber, Gallenwege sowie Herzund Skelettmuskulatur

• In kleinen Konz. in Gehirn, Niere, Pankreas, Lunge, Ec

• ↑ bei Leber-, Gallenwegs-, Skelett- und Herzerkrankungen

• Zellenzym: membranständig

• hat Isoenzyme: Leber-AP, Knochen-AP (BAP), Dünndarm-AP, Plazenta-AP

• In grosser Konz. in Leber, Gallenwege und Knochen

• ↑ bei Gallenwegs-, Leber- und Knochenerkrankungen, in Schwangerschaft und Wachstumsphase

(Gesamt-) ALP/AP (Alkalische-Phosphatase):

γ-GT/GGT (Gamma-Glutamyl-Transferase):

• Zellenzym: membranständig

• Kommt in vielen Organen vor

• In grosser Konz. in Leber und Gallenwege →Leitenzym

• ↑ bei Leber- und Gallenwegserkrankungen

CHE (Cholinesterase): • Wird in Leber produziert und ins Plasma exportiert = plasmaspezifisches Enzym

• CHE ist Messgrösse zur Überprüfung der globalen Leberfunktion: eher nicht zur Erkennung von Leberschäden, sondern zur Beobachtung des Verlaufs einer Leberschädigung → Leitenzym

• nur bei schweren Leberschäden vermindert!

• ↓ bei Lebererkrankungen, Muskelrelaxansunverträg-lichkeit

• Zellenzym: mitochondrial → nur bei sehrschweren Schäden erhöht!

• Aktivität in Leber 10x höher → Leitenzym

• ↑ bei Leber- und Gallenwegserkrankungen

GLDH/GD (Glutamat-Dehydrogenase):

LDH/LD (Lactat-Dehydrogenase):

• Zellenzym: zytosolisch

• kommt in jeder Zelle vor → unspezifisch, wird schnell frei

• Hohe Konz. in Leber, Herz, Skelett, Niere, Ec

• in Ec ist 160x höher → kein hämolytisches Plasma

• hat 5 Isoenzyme: LDH-1 bis LDH-5 → α-HBDH(α-Hydroxybutyratdehydrogenase = LDH-1 und LDH-2): Herzinfarktparameter

• ↑ bei Hämolysen, Herz-, Leber-, Gallenwegs-, Nierenerkrankungen, Tumoren

LIPA (Lipase):

• wird in Pankreas gebildet und in Dünndarm abgegeben, Verdauungsenzym → Exkretionsenzym

• Leitenzym für Pankreas

• nur geringe Mengen im Blut

• ↑ bei Pankreas- und Nierenerkrankungen (wird glomerulär filtriert, rückresorbiert, zu AS abgebaut)

• Produktion in Speicheldrüsen (S-Amylase) und Pankreas (P-Amylase), Verdauungsenzyme →Exkretionsenzym

• Auch nachweisbar in Leber, Samenflüssigkeit, Hoden, Eierstöcken, Eileiter, Muskulatur, Lunge, Fettgewebe

• nur geringe Konz. im Blut

• ↑ bei Parotitis, Pankreas-, Darm-, Nierenerkrankungen (wird über die Nieren ausgeschieden)

α-Amylasen:

CK (Creatin-Kinase):

• Zellenzym

• Isoenzyme: CK-MM (Skelett), CK-BB (Gehirn), CK-MB (Myokard)

• ↑ bei Skelett- und Herzerkrankungen → CK-MB ist herzspezifischer