Enzymaktivität

Aktivität eines Enzyms; Enzymkonzentration, katalytische

enzyme activity

Die Enzymaktivität wird gewöhnlich in internationalen Einheiten (IU) angegeben. Eine IU bezeichnet diejenige Enzymaktivität, die den Umsatz von 1 μmol Substrat pro Minute unter Standardbedingungen (pH, Substratsättigung, Temperatur) katalysiert. Die Konzentrationsangabe der Enzymaktivität wird als katalytische Enzymkonzentration bezeichnet.

Nach IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) ist die Enzymaktivität in (Verweis auf Katal einfügen) Katal (kat) anzugeben. Dabei entspricht der Umsatz von 1 mol Substrat/s = 1 kat. Bis jetzt hat sich diese Definition in der (klinisch-chemischen) Praxis jedoch nicht durchgesetzt.

In biologischen Proben sind im Allgemeinen so geringe Enzymkonzentrationen vorhanden, dass sie sich der Bestimmung durch physikochemische Methoden entziehen. Die Bestimmung der katalytischen Aktivität von Enzymen ist dagegen oft ohne großen Aufwand, schnell, empfindlich und spezifisch möglich. Besitzen Substrat oder Reaktionsprodukt eine spezifische Absorptionswellenlänge, kann aus der Extinktionsänderung des Reaktionsansatzes der durch das Enzym katalysierte Umsatz an Substrat pro Zeiteinheit berechnet und der Enzymaktivität zugeordnet werden. Dieses von Otto Warburg (Warburg, Otto Heinrich) in die biochemische Analytik eingeführte Prinzip wird insbesondere zur Aktivitätsmessung NAD⁺- oder NADP⁺-abhängiger Enzyme eingesetzt (optisch-enzymatischer Test nach Warburg, s. Lehrbücher der Biochemie). Auch die Aktivität von Enzymen, die nicht NAD⁺- oder NADP⁺-abhängig sind, kann mithilfe des optischen Tests bestimmt werden. Hierzu ist die Kopplung der eigentlichen enzymatisch katalysierten Reaktion mit einer NAD⁺- oder NADP⁺-abhängigen Indikatorreaktion erforderlich. Man spricht dann vom gekoppelten optisch-enzymatischen Test (nach Warburg).

Bei der Messung von Enzymaktivitäten ist zwischen kontinuierlichen (kinetischen), diskontinuierlichen (meist Zweipunktmethoden) und Endpunktverfahren (Endpunktmethoden) zu unterscheiden. Unter den kinetischen Verfahren spielen die o. g. optischen Tests die größte Rolle. Hier wird in einem bestimmten Zeitabschnitt die durch Bildung oder Verbrauch von NADH oder NADPH eintretende Extinktionsänderung (Lambert-Beer-Gesetz) der Reaktionslösung kontinuierlich oder in bestimmten Zeitabständen registriert. Bei diskontinuierlichen Verfahren wird die Konzentration an Substrat oder Produkt im Testansatz oder die Extinktion der Reaktionslösung vor und nach einer definierten Inkubationszeit bestimmt. Da hier zumeist zwei Messpunkte registriert werden, spricht man auch von Zweipunktverfahren. Einige enzymatische Reaktionen (z. B. Gerinnungsreaktionen) lassen sich nur erfassen, indem man die Zeit vom Reaktionsstart bis zum vollständigen Ablauf der Reaktion, d. h. der Gleichgewichtseinstellung, misst. Als Sonderfall hierzu sei das Auftreten eines Gerinnsels in Gerinnungsuntersuchungen erwähnt. Man bezeichnet diese Verfahren als Endpunktverfahren. Enzymaktivitätsbestimmungen stellen einen erheblichen Anteil der in einem klinisch-chemischen Labor durchgeführten Untersuchungen dar. Darüber hinaus werden Enzyme in vielen Analyseverfahren z. B. zur Konzentrationsbestimmung von Stoffwechselprodukten wie Cholesterin, Glukose, Harnstoff etc. eingesetzt.