Enzyme — Mechanismen, Modellreaktionen und Mimetica

„Genau zu verstehen, wie Enzyme arbeiten, ist eine der großen intellektuellen Herausforderungen, die die Natur der Wissenschaft gestellt hat. Bis zu einem gewissen Grad können wir die Funktion von Enzymen ‚erklären’︁: Ein Enzym stabilisiert durch selektive Bindung den Übergangszustand einer bestimmten Reaktion^[1]. Aber unser gegenwärtiges Verständnis reicht nicht aus, um den strengeren praktischen Test zu bestehen: den Entwurf und die Herstellung künstlicher Enzymsysteme mit einer katalytischen Leistungsfähigkeit, die der natürlicher Enzyme nahekommt.”︁ So begann ein kürzlich erschienenes Highlight in der Angewandten Chemie^[2], beeinflußt durch einen Artikel^[3], in dem offenbar etablierte Vorstellungen in Frage gestellt wurden; es wurden künstliche Enzymsysteme mit einer katalytischen Aktivität postuliert, die der natürlicher Enzyme nahekommt. Die „Pepzyme”︁ von Atassi und Manshouri^[3] waren relativ kleine Peptide aus 29 Aminosäurebausteinen und den aktiven Zentren von Trypsin und Chymotrypsin durch „Oberflächensimulation”︁ nachgebildet. Eines sollte nicht nur das einfache Trypsin-„Substrat”︁ N-Tosyl-L-argininmethylester mit k_cat- und K_m-Werten hydrolysieren, die denen des nativen Enzyms entsprechen, sondern auch bei der Hydrolyse von Testproteinen zu ähnlichen Peptidmustern wie Trypsin führen. Dieses außergewöhnliche Ergebnis rief ebensoviel Skepsis wie Aufregung hervor, und so versuchten mehrere Arbeitsgruppen, die Resultate zu reproduzieren. Doch alle Versuche schlugen fehl^{[4, 5]}. Einige spezielle Gründe, warum diese Fehlschläge nicht überraschend waren, wurden von Matthews et al.^[6] zusammengefaßt. In dem hier vorliegenden Übersichtsartikel werden die Probleme beim Entwurf von Enzymmimetica in allgemeinerer Form unter besonderer Berücksichtigung der Effizienz der Katalyse untersucht.