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Enzyme – Funktionsweise (Basiswissen)

Enzyme – Biologie: Enzyme sind Biokatalysatoren, die biochemische Reaktionen im Körper steuern. Sie senken die Aktivierungsenergie und die Reaktionsgeschwindigkeit und bestehen hauptsächlich aus Proteinen. Erfahre in dem folgenden Text, wie Enzyme arbeiten und warum es so viele verschiedene gibt. Neugierig geworden? Das und vieles mehr erwartet dich im folgenden Text!

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Team Digital
Enzyme – Funktionsweise (Basiswissen)
lernst du in der Oberstufe 6. Klasse - 7. Klasse - 8. Klasse - 9. Klasse

Enzyme – Funktionsweise (Basiswissen) Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Enzyme – Funktionsweise (Basiswissen) kannst du es wiederholen und üben.
  • Definiere den Begriff „Enzym“.

    Tipps

    Bei Enzymen handelt es sich um sogenannte Biokatalysatoren: Katalysatoren senken die Aktivierungsenergie chemischer Reaktionen, ohne sich dabei selbst zu verändern.

    Lösung

    Enzyme sind Stoffe, die bei Körpertemperatur für die Umwandlung von Stoffen sorgen, ohne sich dabei selbst zu verändern.
    Enzyme sind meistens Proteine, die nicht nur für die Verdauung, sondern für fast alle Lebensvorgänge im Körper zuständig sind.
    Zusätzlich werden sie als sogenannte Biokatalysatoren bezeichnet: Sie senken die Aktivierungsenergie für chemische Reaktionen im Körper und ermöglichen somit, dass Reaktionen, die normalerweise nur bei höheren Temperaturen stattfinden, auch bei Körpertemperatur ablaufen können.
    In den Zellen von Lebewesen laufen zahlreiche chemische Reaktionen ab.

  • Beschrifte die Abbildung zur Funktion der Enzyme als Biokatalysatoren.

    Tipps

    Eine chemische Reaktion, die eigentlich eine hohe Aktivierungsenergie benötigt, kann durch Enzyme bei Körpertemperatur stattfinden.

    Lösung

    Enzyme werden als sogenannte Biokatalysatoren bezeichnet: Sie senken die Aktivierungsenergie für chemische Reaktionen im Körper und ermöglichen somit, dass Reaktionen, die normalerweise nur bei höheren Temperaturen stattfinden, auch bei Körpertemperatur ablaufen können.
    Die Aktivierungsenergie bezeichnet dabei die Energie, die notwendig ist, um die entsprechende Reaktion in Gang zu setzen.

  • Definiere die Fachbegriffe, die zum Thema Enzyme relevant sind.

    Tipps

    Lösung

    Um die Wirkweise von Enzymen zu verstehen, sind einige Fachbegriffe und ihre Bedeutung besonders wichtig:

    • Substrate sind Stoffe, die von Enzymen umgewandelt werden.
    • Produkte sind Stoffe, die aus chemischen Reaktionen hervorgehen.
    • Das aktive Zentrum ist eine spezifische räumliche Region am Enzym, in der das Enzym mit seinem Substrat interagiert.
    • Proteine sind Makromoleküle, die vielfältige Aufgaben übernehmen und sich aus Aminosäuren zusammensetzen. Die meisten Enzyme sind Proteine.

  • Vergleiche das Induced-Fit-Modell mit dem Schlüssel-Schloss-Modell.

    Tipps

    Hier siehst du den schematischen Ablauf des Schlüssel-Schloss-Modells und des Induced-Fit-Modells.

    Der Hauptunterschied zwischen dem Schlüssel-Schloss-Modell und dem Induced-Fit-Modell betrifft den ersten Schritt, nämlich die Wechselwirkung zwischen dem Enzym und dem Substrat.

    Lösung

    Es existieren zwei grundlegende Modelle, um die Wechselwirkung zwischen Enzymen und Substraten zu beschreiben:

    Nach dem Induced-Fit-Modell passen sich Enzyme vorübergehend an die Form der Substrate an, um eine Bindung und katalytische Reaktion zu ermöglichen.
    Nach dem Schlüssel-Schloss-Modell interagieren Substrate mit bereits passenden Strukturen an den Enzymen, ohne dass eine Veränderung der Enzymform erfolgt.
    In beiden Modellen katalysieren die Enzyme Reaktionen, bei denen Substrate zu Produkten umgewandelt werden, ohne dass das Enzym selbst dabei verbraucht wird.

  • Stelle den Ablauf der Enzymaktivität schematisch dar.

    Tipps

    Hier siehst du die Produkte der Reaktion.

    Lösung

    Die Wirkung der Enzyme kann schematisch auf vier Schritte heruntergebrochen werden:

    • Schritt 1: Ein Enzym trifft auf ein Substrat, das nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip in sein aktives Zentrum passt.
    • Schritt 2: Das Enzym und das Substrat bilden einen Enzym-Substrat-Komplex.
    • Schritt 3: Durch die Enzymaktivität wird das Substrat in ein oder mehrere Produkte umgewandelt.
    • Schritt 4: Die Produkte aus der Reaktion werden freigesetzt.

  • Gib an, in welchem Organ das jeweilige Enzym wirkt.

    Tipps

    Die Leber ist das Organ, das für den Abbau von Giftstoffen zuständig ist.

    Die Pigmente unserer Haut dienen uns als Schutz vor UV-Strahlung.

    Unser Magen hat ein sehr saures Milieu. Wenn der Magensaft in die Speiseröhre kommt, dann kann es deshalb zu unangenehmem Sodbrennen kommen.

    Lösung

    Enzyme können nur unter ganz bestimmten Bedingungen optimal arbeiten. Dabei können Temperatur- und pH-Optimum der Enzyme sehr unterschiedlich sein:

    Im Mund spaltet die α-Amylase Stärke bei einem pH-Wert um sieben. Sie wird dann in dem sauren Magen bei einem pH-Wert um zwei deaktiviert. Hier hat das Pepsin – ein Verdauungsenzym für den Abbau von Eiweißen – sein Optimum.
    Beim Menschen sind über $2\,700$ Enzyme bekannt! Das umfasst auch weitere Enzyme, die für wesentliche Funktionen unserer Organe zuständig sind.
    Unsere Leber ist verantwortlich für den Abbau von Giftstoffen, was auch den Abbau von Alkohol durch die Alkoholdehydrogenase einschließt.
    Unsere Haut ist unser Schutzschild gegen alle möglichen Einflüsse von außen. Die in ihr eingelagerten Pigmente, wie das Melanin, dienen zum Schutz vor UV-Strahlung. Das Enzym Tyrosinase ist maßgeblich bei der Synthese von Melanin beteiligt.