Enzyme – Bau und Wirkungsweise

Enzyme – Bau und Wirkungsweise Übung

• Gib an, was Enzyme sind.

  Tipps

  Kohlenhydrate sind häufig wichtige Energieträger.

  Lösung

  Proteine, Kohlenhydrate und Fette sind Grundbausteine von Organismen.
  Fast alle Enzyme sind Proteine, die eine katalytische Funktion haben.

• Beschreibe, welche Eigenschaft ein Protein zu einem Enzym macht.

  Tipps

  Zwei der Begriffe passen in keine der Lücken.

  Das Schlüssel-Schloss-Prinzip beschreibt, dass sich eine Struktur passgenau in eine andere Struktur einfügt: wie ein Schlüssel in ein Schloss.

  Enzyme werden auch Biokatalysatoren genannt. Ein Katalysator ist ein Stoff, der eine chemische Reaktion beschleunigt.

  Lösung

  Nicht alle Proteine sind Enzyme.
  Ein Enzym ist ein Protein, das die Fähigkeit hat, ein spezifisches Substrat zu binden und eine bestimmte chemische Reaktion auszulösen. Genauer gesagt besitzen Enzyme eine Bindungsstelle: das sogenannte aktive Zentrum. Dort dockt ein umzusetzendes Molekül an. Dieses Molekül ist das Substrat. Zusammen bilden sie den sogenannten Enzym-Substrat-Komplex. Dieser funktioniert nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip.

• Stelle die Wirkungsweise von Enzymen dar.

  Tipps

  Die Kurven stellen den relativen Energiegehalt im Verlauf der Reaktion dar.

  In der Übergangsphase von Substrat zu Produkt ist der relative Energiegehalt am höchsten.

  Die Aktivierungsenergie ist die Energie, die benötigt wird, um das Substrat in den kritischen Übergangszustand zu bringen.

  Lösung

  In dem Diagramm ist die Wirkungsweise von Enzymen anhand des Reaktionsverlaufes einer chemischen Reaktion zu sehen: Abgebildet ist der relative Energiegehalt im Verlauf der Reaktion.
  Die Kurve beginnt auf einer horizontalen Geraden. Diese entspricht dem Energiezustand des Substrats vor der Reaktion. Danach steigt die Kurve zu dem energiereichsten Zustand an. Dieser Anstieg stellt das Aufbringen der benötigten Aktivierungsenergie dar.
  Nach dem Anstieg fällt die Kurve wieder ab und pendelt sich auf einer neuen horizontalen Geraden ein. Diese entspricht dem Energiezustand der Produkte. Abgebildet sind eine nicht katalysierte Reaktion (rote Kurve) und eine durch ein Enzym katalysierte Reaktion (grüne Kurve).
  Durch die Bindung an ein Enzym sinkt die Aktivierungsenergie.

• Definiere die folgenden Begriffe.

  Tipps

  Das Wort „Produkt“ kommt von dem lateinischen Begriff „productum“, der so viel bedeutet wie „das Hervorgebrachte“.

  Das Wort „Substrat“ stammt ab von dem lateinischen Begriff „substratum“, der so viel bedeutet wie „die Grundlage“.

  Lösung

  • Ein Produkt ist ein Stoff, der durch eine chemische Reaktion entstanden ist.
  • Ein Substrat ist ein Stoff, der bei einer enzymatisch gesteuerten chemischen Reaktion umgesetzt wird.
  • Eine exergonische Reaktion ist eine chemische Reaktion, bei der der Energiegehalt der Substrate höher ist als der der Produkte. Viele Enzyme der Verdauung, beispielsweise die Stärke spaltende Amylase, beschleunigen exergonische Reaktionen.
  • Eine endergonische Reaktion ist eine Form von chemischer Reaktion, bei der der Energiegehalt der Substrate geringer ist als der der Produkte. Ein Beispiel hierfür ist die Nutzung der Sonnenenergie zum Aufbau von Glukose bei der Fotosynthese.

• Gib an, wie die Bindungsstelle eines Enzyms heißt.

  Tipps

  „Politisches Zentrum“ und „kulturelles Zentrum“ sind keine biologischen Begriffe.

  Die Bindungsstelle ist der Ort, an dem die katalytische Aktivität stattfindet.

  Lösung

  Der Bereich des Enzyms, an dem das Substrat binden kann, wird aktives Zentrum genannt.

• Gib an, in welchen Fällen enzymatische Reaktionen stattfinden.

  Tipps

  Drei der Antworten sind enzymatische Reaktionen und demzufolge zwei nicht.

  Häufig werden bei den enzymatischen Reaktionen Substrate gespalten. Halte also Ausschau nach dem Begriff „spalten“.

  Lösung

  Enzymatische Reaktionen finden überall in unserem Körper und in unserer Umwelt statt. Beispielsweise werden, wenn wir etwas Kohlenhydratreiches essen, die langkettigen Kohlenhydrate durch die Amylase in unserem Speichel in kleinere Zucker gespalten.
  Ein anderes Beispiel sind fermentierte Lebensmittel wie Sauerkraut oder Kimchi: Hier werden Kohlenhydrate durch Enzyme von Mikroorganismen zu Milchsäuren oder Alkoholen gespalten.
  Ein Beispiel aus dem Pflanzenreich ist die Fixierung von $\ce {CO2}$ aus der Luft durch das Enzym RuBisCo.

  Wir wenden zudem viel Chemie im Alltag an, die nicht auf Enzymen basiert, unter anderem die Eigenschaft, dass Eiweiße ab einer bestimmten Temperatur denaturieren, wie etwa bei der Zubereitung von Spiegeleiern.
  Bei der Seife geht es vor allen Dingen um die fettlösenden Eigenschaften der Tenside. Allerdings werden zum Beispiel in Waschmitteln auch verschiedene Arten von Enzymen eingesetzt wie etwa Lipasen (die Fette spalten), Proteasen (die Proteine spalten) oder Amylasen (die Kohlenhydrate spalten).