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Titel / Referat: Enzyme - Proteine, die biochemische Reaktionen steuern können

Schlagwörter: Stoffumsetzungen in der Zelle, Aufspaltung durch Enzyme, Biokatalysatoren, Reaktionsgeschwindigkeit Hausaufgabe, Referat

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Enzyme

  • sind unabhängig von der Zelle funktionsfähig
  • Substanz im Organismus
  • hat verschiedene Molekülgrößen
  • nicht proportional zur Menge
  • fungiert der Amylase > Reaktionsbeschleunigung
  • wirken als Biokatalysatoren > Reaktionsbeschleuniger
  • bearbeitet die Maltose > Malzzucker > erhitzt 100°C = Glucose
  • arbeiten nach dem Schlüssel-Schlossprinzip und sind deshalb substratspezifisch
  • Das Aktive Zentrum befindet sich in der Bindungsstelle zwischen Substrat und Enzym
  • Enzymattische Reaktion : Substrat + Enzym -> E-S-Komplex -> Produkte + Enzym
  • Enzymaktivität bei erhöhter Stoffmenge
  • setzen die Aktivierungsenergie herab und erhöhen die Reaktionsgeschwindigkeit
  • Reaktionsgeschwindigkeit-Temperatur-Regel : Bei einer Temperaturerhöhung von 10°C verdoppelt sich die Reaktionsgeschwindigkeit
  • Tätigkeit von der Konzentration abhängig
  • Ladung des Enzyms = Polarität
  • Allosterische Endprodukthemmung
  • Kompetitive Hemmung (reversible)
  • Nicht Kompetitive Hemmung (irreversible)


Enzyme, Stoffumsetzungen in der Zelle 
Stoffumsetzungen in der Zelle können entweder unter Energieverbrauch (endergonischer Reaktion) oder unter Freisetzung von Energie (exogonische Reaktion) ablaufen. Viele energiereiche Reaktionen laufen jedoch nicht spontan ab, ondern benötigen erst einen Mindestenergiebetrag (=Aktivierungsenergie), um starten zu können. Der Organismus verfügt daher über eine Vielzahl verschiedener Enzyme (Biokatalysatoren), die die Aktivierungsenergie herabsetzen und somit die Reaktionsgeschwindigkeit in Stoffwechselprozessen beschleunigen.

Enzyme sind Proteine. Sie besitzen eine dreidemensionale Struktur mit einer Bindungsstelle für die von ihnen umzusetzend eSubstanz. Die umzusetzende Substanz wird als Substrat bezeichnet. Die Bindungsstelle als aktives Zentrum.

Enzyme sind raktions- und substratspezifisch. Substrat und Enzym lagern sich zu einem lockeren Enzym-Substrat-Komplex zusammen. Da nur bestimmte Substanzen räumlich an das aktive Zentrum des Enzyms binden können, spricht man auch vom Schlüssel-Schloß-Prinzip. Durch die Bindung erfährt das Substrat eine Konfermationsänderung. Hierdurch lösen sich metastabile Bindungen in nerhalb des Substratmolekühls, und die Aktivierungsenergie wird herabgesetzt. Der Enzym-Substrat-Komplex zerfällt daraufhin wieder in seine Einzelteile. Das Enzym wird bei der Reaktion nicht verändert.

Die Reaktionsgeschwindigkeit steigt mit der Temperatur. Jedes Enzym hat jedoch ein Temperaturoptimum. Das Optimum liegt beim Menschen normalerweise bei 37 ° C . Es ist nach oben hin durch Hitzeinstabilität von Proteinen begrenzt. In der Natur existieren spezielle Anpassungsformen an die Umgebung. Bei Cyanobakterien und Schwefelbakterien, die in heißen Quellen leben, wurden Enzymaktivitäten bei Temperaturen von über 60 ° C gemessen. Im Normalfall zerfallen Proteine bei ca. 55 ° C (Denaturierung).

Das pH-Optimum kann sehr unterschiedlich sein. Stärke wird im Mund durch das Enzym a


Aufspaltung durch Enzyme
Alle bisher bekannten Enzyme gehören zur chemischen Stoffklasse der Proteine. Man findet Enzyme überall in der Zelle und im transzellulären Raum, zum Beispiel in dem Verdauungsorganen. Man schätzt, dass eine Leberzelle ca. 50 Mil. Enzymmoleküle enthält. Bis heute kennt man mehr als 2000 Enzyme. Das Enzym besitzt ein aktives Zentrum, mit der es das Substrat bindet und verändert. Diese Enzyme sind Wirkungsstoffe mit katalysatorischen Eigenschaften. D.h. sie ermöglichen oder beschleunigen Veränderungen in den Zellen von Lebewesen, ohne sich dabei selbst zu verbrauchen. In lebenden Organismen spricht man auch von Biokatalysatoren. Enzyme bestehen aus Eiweiß und einer spezialisierten Wirkgruppe. D.h. für jede Veränderung an den Nährstoffen gibt es ein spezielles Enzym. Enzyme bewirken die verschiedensten Abläufe. Sie bauen Nährstoffe auf, indem sie Einfachmoleküle zu Zweifach- oder Vielfachmoleküle aufspalten. Gleichzeitig kann sie auch keine anderen Stoffe wie Fette oder Eiweiße aufspalten. Dafür sind wieder andere Enzyme zuständig. Substrate werden in Endprodukte gespaltet. Das Endprodukt wird freigegeben und das Enzym liegt unverändert vor und kann ein neues Substrat aufnehmen. Ein anderes Substrat kann es nicht verändern: Enzyme funktionieren wie ein Schlüssellochprinzip d.h. sie sind substratspezifisch. Außerdem arbeiten Enzyme wirkungsspezifisch d.h. es kann nur eine Substanz verändern.

Ein weiteres Beispiel soll die Spezifität der Enzyme verdeutlichen. Proteinhaltige Nahrung wie Fleisch, Fisch, Geflügel wird im Magen und Darm verdaut. Hier spalten Verdauungsenzyme die Eiweißmoleküle in Aminosäuren. Ein Enzym ist kein Produkt und kein Endukt. Außerdem sind Enzyme Biokatalysatoren, die die Reaktionsgeschwindigkeit einer biochemischen Reaktion erhöhen. Enzymkatalysierte Reaktionen sind temperaturabhängig.

Die Umsetzungsrate nimmt mit dem Temperaturanstieg exponentiell zu, fällt aber nach erreichen eines bestimmten Wärmegrades rasch ab. Wird die Temperatur so hoch, dass das Enzym geschädigt wird, d.h. die Eiweißstruktur zusammenbricht, erreicht die Rate den Nullpunkt. Für den Menschen als Warmblüter heißt das, dass bei normaler Körpertemperatur (37°C) die Umsetzungsrate „physiologisch günstig“ ist. Bei erhöhter Temperatur ( Fieber) steigt sie zwar noch an, fällt aber über 40°C sehr schnell ab. Enzymkatalysierte Reaktionen sind ferner pH- abhängig. In der Zelle ist ein pH- Wert von 7,2 optimal. Wenn in der Zelle der pH- Wert höher als 7,2 ist, befinden sich in der Zelle mehr Säuren, so arbeitet das Enzym folglich schneller.

häufige Suchphrasen:
enzyme wirkungsspezifisch, enzym substrat reaktion, substratspezifisch, enzym wirkungsspezifisch, biochemische reaktionen





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