Hoe maken enzymen van ons lichaam één levend lab?

Enzymen zijn eiwitten die chemische reacties in je lichaam tot stand brengen. Je zou kunnen zeggen dat je lichaam in feite een soort levend laboratorium is, waar continu van alles gaande is. De cellen in je lichaam communiceren doorlopend met elkaar. Net als in een echt lab heeft je lichaam ook stoffen nodig om scheikundige processen op gang te kunnen brengen. Enzymen nemen die rol op zich.

Enzymen versnellen de vorming van bepaalde stoffen in je lichaam, maar kunnen die stofjes ook weer slopen. Daar ondervinden ze zelf geen schade van. Ze zorgen bijvoorbeeld voor een deel van de vertering van zetmeel.

Enzymen worden daarnaast ook massaal gebruikt voor de productie van medicijnen, voedingsbestanddelen en andere producten. Soms leidt dat tot ophef. In de jaren zeventig is, er met de intrede van enzymatische wasmiddelen, zorg over de gezondheid van de huisvrouw.

Enzymen komen in elke cel van het lichaam voor. Het zijn complexe eiwitten, die weer uit aminozuren bestaan. Ze vormen een lang parelsnoer van soms wel honderden aminozuren, in diverse combinaties. In het menselijk lichaam kunnen er 22 verschillende aminozuren aanwezig zijn, waarvan er negen met voeding binnenkomen.

Enzymen verzetten een hoop werk om stoffen te kunnen afbreken. Het uiteindelijke doel hiervan is om eten in zulke minuscule deeltjes af te breken dat de voedingsstoffen via onze maag en de bloedcirculatie uiteindelijk bij de cellen uitkomen. Zonder enzymen zou dit proces heel traag verlopen. Een enzym wordt daarom ook wel een ‘biokatalysator’ genoemd.

Achter onze lippen bevindt zich een wildgroei aan amylase-enzymen, geproduceerd door speekselklieren. Deze enzymen zorgen ervoor dat ketens van koolhydraten in ons eten worden omgezet in stukjes suikers. Dat dit zo werkt, kun je zelf testen. Neem maar eens een hapje gekookte rijst in je mond en kauw dat heel lang. Dan merk je dat het steeds zoeter wordt. Dat komt omdat de amylasemoleculen zoeter zijn dan de lange koolhydraten.

Voordat dit afbraakproces begint, moeten de enzymen zich aan een specifiek deeltje binden. Dat gebeurt met het zogenoemde ‘sleutel-slot’-principe. Dit betekent dat een specifiek enzym (het slot) tegen een bepaald deeltje, het substraat, moet opbotsen dat de enige ‘sleutel’ is die past. Zo heeft het enzym dat glucose kan afbreken, een (sleutel)gat precies in de vorm van een glucosemolecuul.

Enzym betekent in het Grieks ‘gist’. In de negentiende eeuw houden verschillende mensen zich bezig met vergisting, dus met enzymen. De Franse chemicus Anselme Payen ontdekt in 1833 het eerste enzym, dat zorgt voor het katalyseren van de afbraak van zetmeel; diastase. Dit betekent ‘scheiding’ en wordt nu amylase genoemd.

Rond 1857 toont de Franse scheikundige Louis Pasteur aan dat gistcellen enzymen ontwikkelen die het alcoholprocedé versnellen. Hij moet dit uitzoeken van Keizer Napoleon III omdat die problemen ondervindt met de alcohol in de wijn en de houdbaarheid van de wijn. Dat laatste komt door bacteriën, die door verhitting (pasteurisatie) verdwijnen.

Enzymen worden zelf niet afgebroken, maar ze worden wel nauwgezet opgebouwd. Dat wordt eiwitsynthese genoemd, omdat enzymen uit eiwitten bestaan. De aanmaak van enzymen wordt aangestuurd door genetische informatie in het DNA in de lichaamscellen.

Stel, je bent hartstikke neusverkouden. Het taaie, groene slijm in je neus, zit er dan niet voor niets. Het snot beschermt je tegen allerlei binnendringers, dankzij enzymen die het snot zo dik maken dat er minder ruimte is voor bacteriën. Het immuunsysteem zorgt hiervoor door tijdens de verkoudheid witte bloedcellen naar de luchtwegen te sturen. In deze cellen zitten groenkleurige enzymen, waardoor snot groen kleurt.

Deze enzymen worden aangemaakt nadat er ‘contact’ is geweest met het DNA over de behoefte aan enzymen. Ons DNA bevat namelijk genen, die een ‘handleiding’ bevatten voor het aanmaken van specifieke enzymen, eiwitten. Aangezien een eiwit uit lange ketens van aminozuren bestaat, wordt er een ‘eiwitfabriek’ in werking gezet. Dit is het ribosoom, die aminozuren aan elkaar schakelt. Het ribosoom krijgt deze opdracht van ‘boodschappermoleculen’ uit het centrum van een cel. Die moleculen hebben de gen-code op een werkkopie gezet, zodat het ribosoom de aminozuren precies zo kan nabouwen tot een eiwit.

Enzymen zorgen niet alleen voor de stofwisseling binnen cellen, maar ook voor het groeien en repareren van cellen en weefsel. Daarvoor checken ze het DNA continu en herstellen ze waar mogelijk beschadigd DNA. Er zijn echter ook omstandigheden waarin er iets fout gaat in het DNA, zoals bij kanker. Dat kan een negatief effect op enzymen hebben en dus op onze gezondheid.

Wetenschappers hebben enzymen gevonden die er, met hun katalysatorfunctie, voor zorgen dat kankercellen te snel worden gedeeld. Er zijn ook enzymen gevonden die andere lichaamsdelen alvast inlichten dat er kankercellen door het lichaam worden verspreid, zodat ze ruimte maken. Hierdoor kunnen kankercellen makkelijker uitzaaien. Steeds meer kankeronderzoek is dan ook gericht op het remmen van defecte enzymen.  

Ontwikkelingen in de synthetische biologie gaan heel hard. In 2014 zijn er voor het eerst kunstmatige enzymen gemaakt van kunstmatig genetisch materiaal. “Kunstmatige enzymen zouden in de verre toekomst misschien zelfs toegepaste oplossingen kunnen bieden voor het tegengaan van kankersoorten,” vertelt wetenschapsjournalist Bennie Mols in onderstaand fragment.

Hij vertelt ook dat enzymen belangrijk zijn voor het menselijk leven, maar ook voor het begrijpen van het ontstaan van leven; het leven op aarde, maar eventueel ook leven elders in het heelal. Dat het nu mogelijk is om op deze manier enzymen te maken, betekent dat bouwstenen van het leven ook anders in elkaar kunnen zitten dan met DNA zoals wij die kennen.