CANON 13: ENZYMEN
Saturday, March 31st, 2007
CANON 13: ENZYMEN
Bron: De Volkskrant
Auteur: Bas Ponsioen
Datum: 31-03-07
Vormgever: Karel Hageman
Eiwitten die alles op orde brengen.
Druiven worden wijn, melk wordt kaas en je hoofd doet pijn, alles door enzymen, die de werkpaarden van het leven zijn.
Een goed glas wijn met een stokbroodje Franse kaas. Zonder enzymen zouden wij dat genot niet kennen. Het moeten magische ontdekkingen zijn geweest. Een druppel van de inhoud van een kalfsmaag deed melk veranderen in kaas, vergistende druiven werden tot wijn en geconcentreerd bakkersgist hielp een plak deeg rijzen tot luchtig brood.
Wat zulke veranderingen veroorzaakt, werd pas eind 19e eeuw duidelijk. Toen kreeg Louis Pasteur van keizer Napoleon III opdracht een oplossing te vinden voor het bederven van wijn tijdens export naar het buitenland. Alle processen in het wijnvat zocht hij tot op de bodem uit. En daar trof hij een culture van gistcellen aan. Hij ontdekte, dat deze gistcellen stoffen uitscheiden, die de vorming van alcohol veroorzaken. Stoffen met zulke magische werking hebben de naam enzym gekregen, Grieks voor ‘in gist’.
Enzymen zijn eiwitten, die chemische reacties katalyseren. Ze versnellen een proces, dat van zichzelf zeer traag verloopt. Gas uit het fornuis ontbrandt pas, als een lucifer de ‘activeringsenergie’ heeft geleverd. In analogie verlopen vele processen in het lichaam niet vanzelf, maar wel onder begeleiding van enzymen. Een legioen van duizenden soorten enzymen handhaaft zo de orde in de cel. Als zij een minuut collectief zouden staken, zou u levenloos neervallen. Leven valt of staat dus met enzymen. Sterker nog, het ontstaan van het leven wordt herleid tot het eerste molecuul, dat zichzelf door middel van enzymwerking wist te kopiëren.
Hoe werkt een enzym? Laten we kijken naar het huzarenstukje van amylase, een enzym dat in speeksel voorkomt en zetmeel afbreekt tot afzonderlijke suikers. Amylase bindt aan de zetmeelketen als in een innige omhelzing, maar forceert vervolgens een wurggreep. Daardoor bezwijkt een schakel in de zetmeelketen en wordt één suikertje losgeknipt.
Volgens een vergelijkbaar principe kunnen andere enzymen 2 moleculen omhelzen en juist aan elkaar vastkoppelen. We spreken dan van synthese. Het koppelen van aminozuren tot eiwitten heet eiwitsynthese en is het werk van reusachtige enzymatische machines, die ribosomen worden genoemd.
In speekselkliercellen krijgen de ribosomen bijvoorbeeld de opdracht aminozuren aan elkaar te koppelen tot nieuwe amylases. Die kunnen dan aan het speeksel worden afgegeven om de zetmelen uit een boterham aan te vallen. Zo’n opdracht voor ribosomen wordt afgegeven door een gen in het dna. Het gen stuurt een boodschappermolecuul, dat het ribosoom exact vertelt welke aminozuren in welke volgorde aan elkaar moeten worden gezet.
Als er fouten in het dna sluipen, kunnen defecte enzymen ontstaan, met ziekten tot gevolg. Zo bevatten kankercellen vaak overactieve varianten van enzymen, die de celdeling bevorderen. Daardoor blijven ze zich op ongecontroleerde wijze vermeerderen. Hetzelfde gebeurt als enzymen, die celdeling onderdrukken, hun functie verliezen. Veel biomedisch onderzoek richt zich dan ook op zulke enzymen en op het vinden van manieren om hun activiteit te bevorderen.
Het meest alledaagse voorbeeld van een enzymremmer is paracetamol, 99 cent bij de drogist. Dit kleine molecuul remt de activiteit van een enzym, dat verantwoordelijk is voor de aanmaak van pijnsignalen. Zo schakelt het de sensatie van hoofdpijn uit, al bestrijdt het de oorzaak van de pijn niet.
Ook in de strijd tussen de verschillende vormen van leven zijn enzymen een terugkerend thema. Schimmels bestoken bacteriën bijvoorbeeld met penicilline, dat een onmisbaar enzym van de bacterie uitschakelt. Bijen, spinnen of slangen voegen zelf agressieve enzymen toe aan hun gifmengsel. Honden en katten voorzien hun speeksel van bacteriedodende enzymen ter voorkoming van infecties.
In de oorlog tegen de bacteriën, die cariës tussen onze tanden veroorzaken, worden wij tegenwoordig gesteund door tandpasta met enzymen erin. Die breken suikers af en produceren een remstof voor bacteriegroei. In een andere commerciële toepassing worden enzymen aan wasmiddelen toegevoegd voor afbraak van eiwitten en vetten. De professionele sloopmoleculen doen hun werk op 40 graden, dus de was hoeft niet meer te krimpen om brandschoon te worden.
We kunnen de vondsten van de natuur dus inzetten voor veel van onze dagelijkse klussen. Een zeer verstandige strategie, want miljoenen jaren evolutie hebben deze minuscule machines nu eenmaal op briljante wijze scherpgeslepen.
In de industrie worden enzymen dan ook op grote schaal gebruikt als werkpaarden voor de productie van geneesmiddelen of voedingscomponenten. Zoals eerder genoemd, bevat stremsel uit de kalfsmaag een enzym, dat kaasbereiding mogelijk maakt. Tegenwoordig laten kaasmakers het kalf met rust. Het werkzame enzym wordt aangemaakt door genetisch gemodificeerde gistcellen. Die hoeven niet te scharrelen in de vrije natuur, maar zwemmen in reusachtige, klimaatregulerende productievaten.
Voor celbiologen is de toenemende hoeveelheid kennis over enzymen haast problematisch. Van duizenden enzymen kennen we het kunstje, maar omdat vele elkaar beïnvloeden in hun werking, lijkt het onmogelijk een totaalbeeld te krijgen van hun gezamenlijke gedrag in een levende cel. De cel mag erg klein zijn, maar vanuit het perspectief van een enzym is het een gigantische ballenbak van rondsuizende moleculen. Die deeltjes botsen maar en reageren maar en beïnvloeden elkaars gedrag. Wie houdt de regie in deze grandioze chaos?
Dat is het gezamenlijke werk van de duizenden enzymen. Het leven is even enigmatisch als enzymatisch.
Zie voor een uitgebreidere versie vk.nl/betacanon.
Zoöfilie is de Griekse benaming (zoön=dier)
Met een tapenade van Schots rundvlees, heeft Johan van Uden, bedrijfsleider van slagerij Chateaubriand in Heemstede, de Gouden Slagersring 2007 gewonnen. Deze prijs wordt toegekend aan een slager met een innovatief product.
