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Enzyme – Bau und Wirkungsweise

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Bio.Logisch
Enzyme – Bau und Wirkungsweise
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Beschreibung Enzyme – Bau und Wirkungsweise

In diesem Video werden der Aufbau und die Funktion von Enzymen besprochen. Der Grundbaustein der meisten Enzyme sind Aminosäuren. Also sind Enzyme spezielle Proteine. Das aktive Zentrum ist die katalytisch wirksame Region des Enzyms. An dieser Stelle bindet jedes Enzym sein passendes Substrat (Substratspezifität). Treffen also Enzym und Substrat aufeinander, bildet sich der Enzymsubstratkomplex. Dadurch wird eine bestimmte biochemische Reaktion ausgelöst (katalysiert). Deren Ergebnis ist ein Produkt und ein unverändertes Enzym.

Transkript Enzyme – Bau und Wirkungsweise

Thema dieser Einheit ist der Bau und die Wirkungsweise von Enzymen. Enzyme sind spezielle Proteine, das heißt, ihr Grundbaustein sind Aminosäuren. Wechselwirkungen dieser Aminosäuren untereinander führen dazu, dass sich eine bestimmte räumliche Struktur ergibt. Nun, was macht unser Protein zu einem Enzym? Die Fähigkeit, über Wechselwirkungen ein ganz bestimmtes Substrat zu binden und damit eine bestimmte chemische Reaktion auszulösen. Diese Substratbindung findet an einer bestimmten Stelle des Enzyms statt, dem aktiven Zentrum. Diese Substratbindung funktioniert, indem das Enzym im Bereich des aktiven Zentrums eine Aussparung hat, die genau passend für das jeweilige Substrat ist - so wie ein Schloss passend für einen Schlüssel ist. Also: Jedes Enzym ist substratspezifisch. Gelangt also ein Substrat in die Nähe des aktiven Zentrums seines Enzyms, bildet sich über Wechselwirkungen ein Enzymsubstratkomplex. Dieser Enzymsubstratkomplex ist entscheidend für die Funktion von Enzymen, das Substrat in ein Produkt umzusetzen. Der Weg vom Substrat zum Produkt ist eine biochemische Reaktion, was bedeutet, dass Bindungen gelöst und neue geknüpft werden müssen. Diese Reaktion verläuft über einen bestimmten Übergangszustand, der vom Enzym stabilisiert wird. Betrachten wir nun den Reaktionsverlauf in einem Energiediagramm. Wir betrachten also die Veränderung des Energiegehalts im Verlauf der Reaktion vom Substrat zum Produkt. Wie wir sehen, ist der energiereichste Zustand unser Übergangszustand des Substrats gebunden an das Enzym. Also bevor die Reaktion ablaufen kann, muss eine Aktivierungsenergie aufgebracht werden, die das Substrat in den kritischen Übergangszustand bringt. Haben wir diesen Betrag an Energie aufgebracht, läuft die Reaktion ab. Welchen Einfluss haben nun Enzyme auf den Reaktionsverlauf? Enzyme treten über bestimmte Aminosäurereste im Bereich des aktiven Zentrums in Wechselwirkungen mit dem Substrat und stabilisieren dadurch den Übergangszustand. Durch die Stabilisierung des Übergangszustandes wird die für den Reaktionsverlauf notwendige Aktivierungsenergie herabgesetzt. Gucken wir uns also jetzt einen enzymkatalysierten, also beschleunigten Reaktionsverlauf im Vergleich zu einem unkatalysierten Reaktionsverlauf an. Der Unterschied liegt im Energiegehalt des Übergangszustandes. Die Energieschwelle wird also durch ein Enzym so weit herabgesetzt, dass die in der Umgebung herrschende Temperatur für den Ablauf der Reaktion ausreichend ist. Gucken wir uns nun den letzten Teil im Reaktionsverlauf näher an, dem eigentlichen Teil der Reaktion. Wie wir sehen, ist der Energiegehalt des Produktes niedriger als der des Eduktes, also dem Substrat. Diese hier abgebildete Reaktion lief also unter Freisetzung von Energie ab. Wir nennen sie daher "exergonisch". Sie hat ein negatives Delta G. An dieser Stelle sei gesagt, dass der Betrag des Energiegehalts zwischen Substrat und Produkten entscheidend für die Reaktionsgeschwindigkeit ist und nicht durch Enzyme beeinflusst wird. Also je größer die Differenz ist, das heißt, je größer unser negatives Delta G wird, umso schneller läuft die Reaktion letzten Endes ab. Bei Reaktionen mit einem positiven Delta G ist der Energiegehalt der Produkte höher als der der Edukte. Damit eine solche - auch als endergonisch bezeichnete - Reaktion ablaufen kann, muss Energie zugeführt werden. Im Organismus sind daher über den Energieträger ATP exergonische Reaktionen an endergonische Reaktionen gekoppelt. Betrachten wir nun mit unserem bisherigen Wissen noch einmal eine enzymatische Reaktion im Schema. Zuerst unser Enzym. Hier das aktive Zentrum, die katalytisch wirksame Region. Hier lagert sich das passende Substrat an. Durch die Bindung zwischen Enzym und Substrat bildet sich der Enzym-Substrat-Komplex. Die Aktivierungsenergie wird so weit herabgesetzt, dass die Reaktion ablaufen kann. Im Ergebnis erhalten wir unser Produkt und das unveränderte Enzym, bereit für einen neuen Durchlauf. So viel von mir zum Thema "Bau und Wirkungsweise von Enzymen".

17 Kommentare

17 Kommentare
  1. Ich habe es versehentlich so gut bewertet, denn die Erzählung ist genau wie schon im Kommentar erwähnt einfach zu monoton

    Von Cornelia Firsching, vor 10 Monaten
  2. du hast es zwar gut erklärt aber du hasst es zu gelanweilelt erzählt

    Von Zimmi0912, vor fast 5 Jahren
  3. Hallo Martin,
    bei exergonischen Reaktionen wird Energie freigesetzt und bei endergonischen verbraucht. In dem Beispiel zur exergonischen Reaktion wird gesagt, dass der Energiegehalt des Produktes niedriger ist als der des Eduktes. Daher wird bei dieser Reaktion also Energie freigesetzt (thermodynamisch günstig). Bei endergonischen Reaktion ist der Energiegehalt der Produkte höher als der der Edukte, sodass für diese Reaktion Energie zugeführt werden muss (thermodynamisch ungünstig).
    LG

    Von Serpil K., vor mehr als 5 Jahren
  4. es ist meiner Meinung nach vertauscht : exergonisch : thermodynamisch günstig ( Energiezunahme ), endergonisch : thermodynamisch ungünstig (Energieabnahme )

    Von Martin Hoos, vor mehr als 5 Jahren
  5. Hey Leute
    Ich habe nichts verstanden

    Von Simbad Sejdic, vor etwa 6 Jahren
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Enzyme – Bau und Wirkungsweise Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Enzyme – Bau und Wirkungsweise kannst du es wiederholen und üben.
  • Bewerte Aussagen zu Enzymen.

    Tipps

    Das Substrat passt genau in das aktive Zentrum des Enzyms, ähnlich wie ein Schlüssel genau in ein Schloss passt.

    Lösung

    Enzyme sind spezifische Proteine, deren Grundbausteine Aminosäuren bilden. Durch Wechselwirkung dieser Aminosäuren entsteht ihre räumliche Struktur. Enzyme besitzen die Fähigkeit, über Wechselwirkungen ein ganz bestimmtes Substrat zu binden und eine chemische Reaktion auszulösen. Gelangt ein Substrat in die Nähe des aktiven Zentrums, wird ein Enzym-Substrat-Komplex gebildet.

  • Beschrifte das Energiediagramm einer Enzymreaktion.

    Tipps

    Der energiereichste Zustand ist der Übergangszustand.

    Das Energiediagramm zeigt die Veränderung des Energiegehaltes im Verlauf der Reaktion vom Substrat zum Produkt.

    Lösung

    Das Energiediagramm zeigt die Veränderung des Energiegehaltes im Verlauf der Reaktion vom Substrat zum Produkt.

    Der energiereichste Zustand ist der Übergangszustand, das Substrat bindet an das Enzym. Voraussetzung ist eine Aktivierungsenergie, die das Substrat in den kritischen Übergangszustand bringt. Ist die Energie aufgebracht, läuft die Reaktion ab.

  • Bestimme die Funktionsweise von Enzymen.

    Tipps

    Enzyme ermöglichen, dass Reaktionen unter leichteren Bedingungen, also mit weniger Energieaufwand, ablaufen können.

    Lösung

    Enzyme ermöglichen, dass Reaktionen unter leichteren Bedingungen, also unter weniger Energieaufwand, ablaufen können. Sie sind also Biokatalysatoren. Sie können eine Reaktion beschleunigen und die Aktivierungsenergie herabsetzen. Das ermöglicht, dass Reaktionen, die sonst bei hohen Temperaturen ablaufen, auch bei niedrigeren wie der Körpertemperatur ablaufen können. Enzyme sind substratspezifisch und können auch gehemmt werden.

  • Erläutere Faktoren, die die Enzymaktivität beeinflussen können.

    Tipps

    Mit steigender Temperatur wächst die Teilchenbewegung, Substrate finden eher ein passendes Enzym.

    Lösung

    Die Enzymaktivität ist beeinflussbar durch zum Beispiel die Temperatur oder auch den pH-Wert. In beiden Fällen kommt es zum Verlust der Substratbindung.

    Mit steigender Temperatur wächst die Teilchenbewegung. Das Zusammentreffen von Enzym und Substrat ist begünstigt und daher steigt die Enzymaktivität an. Ist die Temperatur zu hoch, wird das Enzym zerstört.

    Die Enzyme haben alle verschiedene Optima. Das kannst du am Kurvenverlauf der Abbildung zum pH-Wert gut erkennen. Das ist abhängig von ihrem Aminosäurerest. Pepsin zum Beispiel befindet sich im Magen und hat im saurem Milieu sein Optimum. Trypsin hingegen findet man im Dünndarm, dort ist der pH-Wert höher.

  • Beschreibe den Ablauf einer enzymatischen Reaktion.

    Tipps

    Die enzymatische Reaktion lässt sich mit dem Schüssel-Schloss-Modell erklären.

    Lösung

    Das Substrat (=Schlüssel) verbindet sich mit dem Enzym (=Schloss) und bildet ein Enzym-Substrat-Komplex. Das Substrat bindet am aktiven Zentrum, das aktive Zentrum lässt nur ganz bestimmte chemische Reaktionen zu. Enzyme sind folglich substrat- und reaktionsspezifisch. Zum Schluss zerfällt der Komplex und Produkt und Enzym werden freigesetzt. In unserem Beispiel ist Glucose das Produkt.

  • Beschreibe Wege der Enzymhemmung.

    Tipps

    Beide Hemmungen sind nicht dauerhaft.

    Lösung

    Gemeinsamkeit beider Hemmungen ist, dass das Substrat nicht umgesetzt wird und die Hemmung reversibel (nicht dauerhaft) ist.

    Es gibt aber auch Unterschiede bei den beiden Hemmungen. Bei der kompetitiven Hemmung sind der Hemmstoff und das Substrat strukturell ähnlich, der Hemmstoff lagert am aktiven Zentrum an und es besteht eine Konkurrenz zum Substrat. Eine Erhöhung der Substratkonzentration hebt die Hemmung auf.

    Bei der Nichtkompetitiven Hemmung haben Hemmstoff und Substrat keine ähnliche Struktur. Der Hemmstoff lagert nicht am aktiven Zentrum, es kommt zur Veränderung des aktiven Zentrums und eine Erhöhung der Substratkonzentration bringt keine Aufhebung der Hemmung.

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