Enzyme – Einflüsse auf die Enzymaktivität

Enzyme – Einflüsse auf die Enzymaktivität Übung

• Was beeinflusst die Enzymaktivität?

  Tipps

  Hier siehst du das Enzym und sein Substrat vor der Bildung eines Enzym-Substrat-Komplexes.

  Ein Substrat ist der Ausgangsstoff einer enzymatischen Reaktion, der spezifisch an das aktive Zentrum des Enzyms bindet und dort umgesetzt wird.

  Eine Antwort ist falsch und bleibt übrig.

  Lösung

  Die Bildung eines Enzym-Sybstrat-Komplexes und damit auch die Enzymaktivität wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst:
  

  • die Substratkonzentration -> je mehr Substrat vorhanden, umso schneller bilden sich Enzym-Substrat-Komplexe
  • die Temperatur -> je höher die Temperatur, umso häufiger treffen Substrat und Enzym aufeinander und umso schneller bilden sich Enzym-Substrat-Komplexe
  • der pH-Wert -> verändert Ladung und Struktur des Enzyms, wodurch die Bildung des Enzym-Substrat-Komplexes und damit die Enzymaktivität beeinflusst wird

• Beschreibe die Faktoren, die die Enzymaktivität beeinflussen.

  Tipps

  Ab Temperaturen über 40° C kommen katalysierte Reaktionen zum Erliegen – die Enzyme verlieren dann ihre Wirksamkeit.

  Hier siehst du den Einfluss des pH-Wertes auf die Aktivität des Enzyms.

  Der Stoffumsatz ist abhängig von der Substratkonzentration.

  Zwei Antworten sind falsch und bleiben übrig.

  Lösung

  Die Enzymaktivität hängt stark von der Temperatur ab. Mit steigender Temperatur nimmt die Aktivität eines Enzyms zunächst zu, weil sich Enzym und Substrat schneller bewegen und häufiger aufeinandertreffen. Ab einer bestimmten Temperatur denaturiert das Enzym jedoch und verliert seine Struktur. Jedes Enzym hat eine bestimmte optimale Temperatur, bei der es am besten arbeitet.
  
  Auch der pH-Wert beeinflusst Enzyme. Abweichungen vom optimalen pH-Wert eines Enzyms verändern dessen Ladung und somit auch dessen Struktur und führen dazu, dass das Substrat nicht mehr richtig bindet.
  
  Je höher die Substratkonzentration, desto häufiger bilden sich Enzym-Substrat-Komplexe. Bei sehr hoher Substratkonzentration erreicht die Reaktion jedoch eine Sättigung, weil alle aktiven Zentren der Enzyme fortlaufend besetzt sind und sie dann mit Maximalgeschwindigkeit arbeiten.

• Erläutere die Diagramme zur Enzymaktivität.

  Tipps

  Die Michaelis-Menten-Konstante gibt Auskunft darüber wie gerne ein Substrat an ein Enzym bindet.

  RGT-Regel gilt auch für Enzym-Substrat-Komplexe, allerdings sind Enzyme Proteine und daher temperaturempfindlich.

  Lösung

  Michelais-Menten-Diagramm:
  Wenn alle Enzymplätze mit Substrat besetzt sind, arbeitet das Enzym so schnell, wie es nur kann – also mit Maximalgeschwindigkeit $\pu{V_{max}}$.
  Die Michaelis-Menten-Konstante $\pu{K_{m}}$ gibt an, bei welcher Substratkonzentration die Geschwindigkeit die Hälfte von $\pu{V_{max}}$ beträgt.
  Dabei gilt: je kleiner der $\pu{K_{m}}$-Wert, desto höher die Affinität des Enzyms zum Substrat. <hr> Reaktionsgeschwindigkeit-Temperatur-Regel (RGT-Regel):
  Bei einer Temperaturerhöhung um 10 °C kommt es zu einer Verdopplung der Reaktionsgeschwindigkeit.
  Ab etwa 40 °C beginnen viele menschliche Enzyme ihre räumliche Struktur zu verlieren (Denaturierung) und somit kommt es zur Abnahme der Aktivität.
  Das Temperaturoptimum der meisten menschlichen Enzyme liegt bei ungefähr 35–40 °C, das ist der Bereich unserer Körperkerntemperatur. <hr> Verdauungsenzyme-Diagramm:
  Pepsin arbeitet am besten, je saurer der Bereich ist – wie im Magen mit einem pH-Wert von etwa 1–2.
  Trypsin wirkt am besten, je basischer der Bereich ist – optimal im Dünndarm bei einem pH-Wert von etwa 7,5–8,5.
  Die meisten Enzyme im Körper funktionieren am besten bei einem pH-Wert zwischen 6–8.

• Kennzeichne die Diagramme zur Enzymaktivität.

  Tipps

  Je höher die Substratkonzentration, desto schneller verläuft der Stoffumsatz. Ausnahme: Substratsättigung.

  Mit steigender Temperatur nimmt die Geschwindigkeit aller chemischen Reaktionen zu. Ausnahme: Temperaturen über 40 °C.

  Die meisten Enzyme arbeiten optimal bei einem pH-Wert zwischen 6-8. Ausnahme: Verdauungsenzyme

  Lösung

  Wichtige Faktoren, die die Enzymaktivität beeinflussen sind:

  1.$~$die Substratkonzentration → der Zusammenhang zwischen Substratkonzentration und Enzymaktivität wird im Michaelis-Menten-Diagramm dargestellt

  2.$~$die Temperatur → der Zusammenhang zwischen Temperatur und Enzymaktivität wird mit der RGT-Regel (Reaktionsgeschwindigkeits-Temperatur-Regel) beschrieben

  3.$~$der pH-Wert → der Zusammenhang zwischen pH-Wert und Enzymaktivität kann unterschiedlich sein (Verdauungsenzyme).

• Gib an, wie ein Enzym funktioniert.

  Tipps

  Hier siehst du einen Enzym-Substrat-Komplex.

  Hier siehst du das Enzym und die Produkte nach der biochemischen Reaktion.

  Eine Antwort ist falsch und bleibt übrig.

  Lösung

  Enzyme sind Biokatalysatoren, d.h. sie beschleunigen biochemische Reaktionen ohne sich selbst zu verändern.

  Das Substrat bindet nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip an das aktive Zentrum des Enzyms und bildet einen Enzym-Substrat-Komplex.

  Unmittelbar nach der Bindung verändert sich das Substrat und die Produkte der enzymatischen Reaktion werden freigesetzt.

  Das Enzym verändert sich bei der biochemischen Reaktion nicht.

• Bestimme eine mögliche Therapie bei einer Methanolvergiftung.

  Tipps

  Ethanol wird über die Alkoholdehydrogenase (ADH) abgebaut.

  Lösung

  Bei einer Methanolvergiftung ist eine mögliche Therapie im Rahmen einer Erstversorgung die Gabe von Ethanol.
  Sowohl Methanol als auch Ethanol nutzen zum Abbau das gleiche Enzym (Alkoholdehydrogenase).
  Ethanol verdrängt Methanol, weil es bevorzugt umgesetzt wird, also eine höhere Affinität zum Enzym besitzt. So wird die Vergiftung verlangsamt.
  Weder die Gabe von Wasser, von Vitamin C noch von Sauerstoff kann in diesem Fall helfen.