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Vorwissen der W2A aus dem Unterricht der W1A: Das Thema "Enyzme" ist schon einmal an unserem Biologie-Unterricht vorbeigelaufen. Denn in der W1A hatten wir alle klassische und etwas molekulare Genetik behandelt. Die klassische Genetik kommt in den Klassen 3 und 4 nur wenig vor, muss aber im mündlichen Abitur bekannt sein. Die molekulare Genetik kommt noch einmal gründlich dran in den Klassen 3 und 4. Die molekulare Genetik haben wir schon mal bis zum Endprodukt, der Herstellung von Proteinen, verfolgt. Und damit die Abläufe in der Zelle funktionieren, braucht es Enzyme, und wir haben sie an der Tafel und an zwei Stellen in Arbeitsblättern erwähnt: 2.2.2019:
Zu obigem Tafelbild gab es ein Arbeitsblatt am 1.12.2018: Grundlegendes über Proteine Nur die Proteine, die in unserem Körper sind, erben wir zunächst - nichts anderes. Die DNA aller Lebewesen ist ausschließlich ein Code, um Proteine herzustellen. Während die DNA sehr stabil ist und z.B. in 20.000 Jahre alten Fossilien noch in Teilen unzerstört zu finden ist, sind Proteine weniger stabil und geben ihre Arbeit mal nach Stunden, mal nach einigen Jahren auf. Die DNA übersetzt von ihrem stabilen Code aus „Nukleinbasen“ ihre Bauanleitung hinüber zu Proteinen, die aus Aminosäuren aufgebaut sind. Immer drei Nukleinbasen, ein „Triplett“, formulieren eine bestimmte Aminosäuren. Die Abfolge der Nukleinbasen in der DNA codiert die Abfolge der Aminosäuren (AS) in einem Protein. Dies versuchen wir in einer Tafelzeichnung darzustellen Proteine bestehen im Grundbau aus einem Faden von mindestens 100 AS. Im Durchschnitt sind es etwa 300 AS, es gibt aber auch Proteine mit mehreren 1000 AS. Alle unsere Proteine sind durch abwechslungsreiche Abfolgen von nur 20 verschiedenen Aminosäuren aufgebaut. Namensbeispiele: Glycin Gly, Alanin Ala, Cystein Cys Wir zeichnen einen AS-Faden mit Gly-Ala-Cys und weiteren AS aus https://www.pharmawiki.ch/wiki/index.php?wiki=Aminosäuren Merken wir uns vier Aufgaben von Proteinen: Sie können als Enzyme, Immunproteine, Puffer-Proteine und Gerüstproteine arbeiten.
Rechts oben die fünf Punkte war ein Schülergemälde, wie ein Enzym aussähe. Daraufhin haben wir eine nützlichere Darstellung gefunden: Das Enzym als Pacman. Was genau in Pacmans Klappe passt, ist das Substrat. Hier wird des Substrat in zwei Teile gespalten = chemische Reaktion, und vom Pacman wieder ausgespuckt. Enzyme sind Bio-Katalysatoren - sie verbrauchen sich nicht bei einer chemischen Reaktion und senken die Aktivierungsenergie. 1.12.2018:
Aus dem Arbeitsblatt "Abschluss Proteine", S. 2 "Weiter führende Erläuterungen": Ein Enzym verbraucht sich nicht, wenn es eine chemische Reaktion herbeiführt. Diese Regel gilt für alle Katalysatoren. Das, was ein Enzym chemisch verändern kann, ist ein Substrat. Für unsere Katalase im Versuch gibt es das Substrat "Wasserstoff-Peroxid". Enzyme sind substratspezifisch: Sie führen nur bei bestimmten Stoffen, oft nur genau bei einem Stoff eine chemische Reaktion herbei. Beispiel: Wenn wir verdauen, ist für die Verdauungsenzyme im Magen und Darm unsere Nahrung das Substrat. Es gibt dort drei Enzymgruppen, die auf die drei Haupt-Nahrungs-Gruppen losgehen: Pepsin hat als Substrat Proteine Lipase hat als Substrat Fette Amylase hat als Substrat Kohlenhydrate Enzyme sind wirkungsspezifisch: Das gleichen Substrat kann von zwei verschiedenen Enzymen in zwei unterschiedliche Richtungen chemisch bearbeitet werden. Beispiel: Das Substrat "Glycose" wird vom einen Enzym (Stärkesynthase) zu Stärke-Molekülen aufgebaut. Von einem anderen Enzym (Aldolase) kann Glucose in zwei Teile gespalten werden. ... Sie brauchen sich die zwei Enzym-Namen hier nicht zu merken. Sie sollen ohne Enzymnamen ein Beispiel für "Wirkungsspezifität zweier verschiedener Enzyme beim selben Substrat" beschreiben können. Enzyme sind Katalysatoren, „Biokatalysatoren“. Enzyme senken die Aktivierungsenergie einer Reaktion. Die Aktivierungsenergie ist eine energetische Hürde. Sie hindert einen Stoff daran, chemisch zu einem anderen Stoff zu reagieren, zu dem er eigentlich durchaus reagieren kann - wäre da nicht die Hürde. Bei gleichwarmen Lebewesen - Säugetieren und Vögeln - ermöglichen die Enzyme eine optimale chemische Arbeit im Körper bei etwa 37 Grad Celsius. Schon ab 41 Grad Celsius laufen die chemischen Reaktionen so unpassend verschieden schnell ab, dass der Körper sterben kann. Für die Arbeitsgeschwindigkeit von Enzymen zwischen 0 und 40 Grad Celsius gilt die RGT-Regel. Ohne Enzyme würde in unserem Körper bis 40 Grad Celsius keine chemische Reaktion ablaufen. Wir zeichnen ein Reaktions-Energie-Diagramm für eine exotherme chemische Reaktion, die bei Zimmertemperatur eigentlich nicht stattfindet - aber durch ein Enzym z.B. bei Körpertemperatur 37 Grad C dann knapp doch abläuft. y-Achse = Energie in Joule, x-Achse = Zeit in Sekunden
Wir zeichnen das Diagramm der
RGT-Regel „Pro 10 Grad
Temperatur-Erhöhung verdoppelt sich die Reaktionsgeschwindigkeit bei
Lebewesen zwischen 0 und 40 Grad Celsius“. Und am 1.12.2018: Ein Protein, das als Enzym wirkt, hat ein aktives Zentrum. Es hat allgemein eine besondere, durch die Abfolge jeder einzelnen Aminosäure erzeugte räumliche Bauweise - und an einer Stelle dieses starren räumlichen Baus gibt es den Bereich, der eine chemische Reaktion herbeizuführen vermag. Die chemische Reaktion kann - das Trennen einer Verbindung sein, - das Herstellen einer neuen Verbindung oder - das Ändern des räumlichen Baus eines Stoffes. Der Stoff, an dem das Enzym eine Reaktion katalysiert, wird als Substrat bezeichnet. Wenn ein bestimmtes Substrat genau in das aktive Zentrum eines bestimmten Enzyms passt (wie z.B. der Rezeptor auf der Oberfläche eines Blutkörperchens in ein feindliches Immunprotein, das dann das Blutkörperchen verklumpt), so spricht man vom Schlüssel-Schloss-Prinzip. Wir zeichnen schematisch zwei Enzyme und ein Substrat. Ein Enzym soll mit seinem aktiven Zentrum auf das Substrat passen, eines nicht. Z.B. malen wir ein viereckiges Substrat, sowie ein rundes neben einem auch viereckigen aktiven Zentrum in den zwei Enzymen. Chemisches Ziel der Katalyse soll die Spaltung des Substrates sein. Wenn Sie sich an obenstehende Arbeitsblatt-Texte nicht mehr erinnern, wundert das nicht: die Enzyme mussten im ersten Schuljahr schon erwähnt werden. Aber sie waren nicht Thema der Klausur. |
