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HinweisBei dieser Datei handelt es sich um ein Protokoll, das einen Vortrag im Rahmendes Chemielehramtsstudiums an der Uni Marburg referiert. Zur besserenDurchsuchbarkeit wurde zudem eine Texterkennung durchgeführt und hinter daseingescannte Bild gelegt, so dass Copy & Paste möglich ist – aber Vorsicht, dieTexterkennung wurde nicht korrigiert und ist gerade bei schlecht leserlichenDateien mit Fehlern behaftet.

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Dr. Ph. Reiß, im Juli 2007

Protokoll zum Vortrag

EIJZYfJIE

Hannelore Preis

Gliederung:

1. Bedeutung der Enzyme

2. Aufbau der Enzyme

3.Aufbau des Katalytisch aktiven Zentrums

4. Die Verdaungsenzyme

5. Abhaengigkei t der Enzyrnaktivi t,Cit von der

Temperatur

6. Enzy mkLne t i k r f\i1icllaelis-Menten-I(onstante

Chemie in der Schule: www.chids.de

•Bedeutung der Enzyme

In den Ze LLen Lauf'eri s t.änd i g viele Reak t i onen gleich

zeitig ab , deren Aufgabe darin besteht:

1. Energie in Form von energiereichen Verbindungen

(Z.B. ATP) zu gewinnen .

2. den BeRtand an Molekülen und an Elektrolyten

zu erhalten bzw. in Vorbereitung einer Zellteilung

zu vergrößern und

3. die Funktion der Zellen (Erregbarkeit, Informations

verarbeitung, Resorption, Sekretion, Kontraktion usw.)7:11 e rhaLt.en ,

Ein s t.änd Lger Abhau von orrtan i s cheri Moleki.ilen (Proteinen,

Fettstoffen, Gltlkose 11SW. ) wird durch Neueyntne sen

bzw , durch A11f'riahme von Nähr-s t.of'f'e n aus den Körperfli.1ssig

kei ten ausgegli eh en ,

Die e i nz e l nen Reak t i onen in den Ze Tlen werden zum

grösstpn Teil d ur-c h En zy.ne mi t ei n em 1101ien Grad an

Spezifitit katalysiert.

Der Re~riff Enzvm Le i tet si.ch -al~~ Be s t andt e i L derIlefe- 'von der 'v/irKsarnke1 t irn ,(3c11J('rtei,g (en,= Ln ,

zyme= Sau0rteig) ab.

E~nzyme v» 1""!";"l0,fCpn e ben s owen Lr- Vli r :d (0' r-e Ka t a'l.y sa toren

ei n rl (i.cl1.p;e~Jicht zu VPl ';~'1ie1)en, sie v e rrm nd e r'n

a "') (1-(' die e rf'o r-d e r l j ~1.1(3 j~k:tivlRrunp:s-E~_ .r-g i e und

e i n.ögl i cher. d'-:.(~uItch den. 1.\1)1;.), .(1 vo n vielen Vor[,::ongen,

die be ' 'I'emper-a tur d es Lehend en Kör-ner-s ohne sie nicht

eintreten kMnnten.

Die rnei s t en en zy mka talysi erten Reak t Lonen sind .i m

Prinz I n uuik ehr-bar , in d e n Zellen Lau f'en sie a l l e rd Lngs

unter d sm Ef n f'Luü der ';!vei terverarbei tung eines Reaktions

produktes durch andere Enzyme haupts~chlich nur nach einer

Ri.ch t.ung ab.

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Nach der Art der katalysierten Reaktion werden die

En zyme in se chs Hauptklassen eingeteilt.

Bisher sind mehr als 2000 Enzy me in ihren Ei genschaften

' e i ng eh en d untersucht worden.

1. Oxidoreduktasen (z. B~ ADE )

2. Transferasen (Hbertragen eine Gruppe von einem

Subs~t auf das andere)

3. Hydrolasen (wichtige Rolle beim Abbau der Nqhrstoffe im

Magen-Darm-Kanal)

hierzu gehören: Lipase, Pepsin~-Amylase, Urease

4. Lyasen (Spaltung von Kohlenstoffketten)

5. Isomerasen (katalysieren intramolekulare Umwandlungen)

6.Ligasen (ka talysieren die Verbindung von zwei Substanzen,

die hierfür notwendige Energie wird aus dem ATP gewonnen.)


Aufbau der Enzyme

Die Enzyme sind Proteine von unterschiedlichem Aufbau,

die aus einer Polypeptidkette oder aus mehreren Poly

peptidketten (UntereinheitenJ aufgebaut sind.

Ver3uch 1. Na8hweis des Eiweißcharakters von Pepsin

rni t Biuret

}~i.ne Spatelspi tze Pe,>,sin wt rd in ein em Reagenz.gLae

mit zwei ml \vasser auf'ge s chwernm't , Schü.tteln!

Die Aufschwemmung versetzt man mit 2 ml einer 1N NaOH

und einigen Tropfen einer etwa 1% CUS04- Lös ung .

VLo Le t t f'är-bung!

Es entsteht ein Komplex, der wahrscheinlicb folgender

maßen aussieht: Die H20- fvTol ekiil e , die no rmaLerwe i se das

Cu(II)-Ion umgeben, sind durch die deprotonierten

Arnino gr-upnen der Peptidbindun f~ ersetzt.

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ChelOt tlKomplA.x

Dem Herstellen und Aufspalten von chemischen Bindungen

rlurch ein Enzym geht die Bildung eines Enzym-Substrat-

Komplexes voraus, wobei das Substrat an eine spezifische

Region des Enzyms gebunden wird, die mam aktives Zentrum

nennt. Die meisten Enzyme binden ihre Substrate hoch selektiv,denn die katalytische Spezifit~t von Enzymen h~ngt in erster

Linie von der Spezifität des Bindungsprozesses ab •

.l ...A .... J J


Außerdem kann an diesem Punkt auch die Kontrolle der

enzymatischen Aktivität erfolgen.

Das ak tive Zentrum eines Enzyms ist die Region, die

das Substrat bi nde t und gleichzeiti g diejenigen

Aminos~urereste bereitstellt, die direkt am Trennen

unrl ZusammenfUgen von Bindungen teilnehmen.

Das aktive Zentrum stellt nur einen relativ kleinen

Teil des Gesamtenzyms dar.Die Bindungsspezifität ist von der definierten Anordnungder Atome im aktiven Zentrum abhängig, d.h. das Substrat

muß eine geeignete Gestalt besitzen, um ins aktiveZentrum zu passen.Nach neueren Untersuchungen ist die Form des aktiven Zentrumsvon Enzymen nicht völlig starr

SchloB-SchIUssel- r1 odell (1 890 Emi l Fischer)

ES - kompLex

\f\flJ\

Induced-Fit-Modell

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Versuch 2: Nachwei s der Substratspe zifitRt der Urease

bezüglich Ha r ns t o f f und Thioharnstoff.

Zu je eini gen ml einer Harnstoff- und Thioharnstoffl ösung werden eini ge Tro~fen einer Ureaselösung gegeben.

Die Spaltung des Harnstoffs in Ammoniak und Kohlen

dioxid kann ganz einfach mit Hilfe eines S~ure-Bas e

Ind ikators nachgewi es en werden .

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Aufhau de s kataly tis ch akt iven Zentrums

PRi m Aufba u des kata lyt isch akt iven Zent r ums k önn en

fol gende ijnt ers ch i erlJic hAn Ve rh ~l tni s se vorl iegen :

1 . Besti mmte Grun~ierung von Ami no3~uren

2. f'iJetal le : ~/; .B . [~e , Zn , 0 u , 1'1n

Di e Cy to chr-o moxide s e , rl i e e .i.ne Rol l e be i m El ektronenlt-~.sp4W'f

i n de r A t.muns-ske t t e sTJi el t , eri t häI t a l s z en t r a l e s

At om l~is en .

3 . r,oe nzymeDie Coenzyme wer rlen na ch Synt hese de q Snz ympro t e i n s undna r h Ei ns t el l ung der Tp r ' ~ ~ ~rstruktur j ewei l s i n einerbest i mmt en Po s i ":' " des HoL ektfl. a V (~} lu'en .

Coenzym + Apoenzym = L c " '')AlIzymz .B . NAD+ ... Cxf. do r-eduk t.s- r.e

4 . Metall + oen zy m5 . Vie l.: Enzyme ben ö t r r-en f q.r ihre 'iIir \,s a mk e i t

Kosub s t ra t e ( z. B. ATP)


Versuch 3: Berleutung des Coenzyms l~.t\D+ fiir die Oxidation

von Et.hanoL zu Ace t.a Ld ehvd rni ttels

Alkoholdehydrogenase.

In ein Reagenzglas werden~4,6 ml eines 0,1 M Na-Pyro

phosphat/Glycinpuffers pR 9, je 0,1 ml einer 3 MEthanollösung, einer 20 ITHvI l'LI\.D+ <Lö sung und einer Lösung

reduzierten Glutathions (90 mg/mI) zum Schutz der SH-

Gruppen des Enzyms gegeben. Mischen!

Dann wird die Reaktion durch Zugabe von 0,1 ml Enzymlösung gestartet.

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~-Amylase, Pepsin, Lipase

1. Die.l-Amylase

Die Verdauunrsen zyme:I

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Der Mundspeichel wird haupts~chlich von drei ~roßen I

pa3rig angelegten DrUsen gebi l de t . Der Sp e i chel , des senrl'ap.:esmaenp:e 0,2-21 betriip;t i st s t e t s hv po t on ,

Als wichtip:sten organischen Be s tand t e i l en th ~lt der

Spei chel eine ko hlenhydrats naltende (loo(-A myl a se.(daneben: Mu copolysacchar i de , Gluco proteide, Eiwei ßkörper,

sowie Elektrolyte)

Die Hauptfunktionen des Sp e ichel s können bereits aus seInerZusammensetzung entno mmen werden. Die gro Ben Wasser-

mengen verdiinnen die Spe i s en und stellen einen Lösungs

raum fHr die Nahrungsbestandteile daJ;.

Durch die o(.-Amylase wird die Kohlenhydratverdauungb er e i ts im 1-lund eingelei tet und im Magen fortgesetzt.

ol-Amylase ist ein Endoenzym, sie spaltet 1 ,4-~-Bindungen

(Amyloseteil der St Q.-rKe ) ; ihr pH-Opiiml1m liegt bei 6,7.Es entstehen Oligosaccharide und Amy l opec t i n (1,6-ver

kniipfte Verhindungen).

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Versuch 4: Abbau VOl 3t~rke mittels Speic~hel bei unter-schiedlichen Temperaturen

Iv'Jarl ber eL tet d'lrch Auf'ko chen von 1g ~)tRrke in 1GOrnl

\tJasse"r un t ezr e t.änd l gem Ri.ihren einen d ünnen Kleister

und fiill t davon vier ReagenzgLäaer 1/3

voll.

In jedes Reagenzglas gibt man einige Tropfen einer

stark verdi5nnten Jodlösung : die B'l.auf'är-bun g zeigt Stärke

an. Etn Glas bleibt zur Kontrolle stehen, in die dreiübr.i.gen Reagenzglä.ser r-ühr-t man noch etwas frischen

Mundspeichel zu. Eines dieser Reagenzgläser stellt manin Eis, ein zweites in kochendes Wasser und das drittein ~in Wasserbad von etwa 35-40 C.Während in die beiden ersten Proben blau-gefärbt bleiben,

tritt Ln Probe drei zunehrnenrle En t f'är-bun g ein.

Nun erhitzt man das dritte Reagenzglas mit etwas Fehling

(1+2); es tritt bald Reduktion zu rotem Cu20 auf.

Somi t ist der Stä.rkekleister ver sucker t worden.

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Ve r-su ch 5:Auf'bau von :.Jt~~~rl{e 8.US Gll1cose-1-p110r:phc'it mittels

Amylase aus Kartoffel

Eine frische, gro Be Kar to f f'e L wi rd au f einer Rohko s b-

s che i be z e rkLe Lne r t und .ui.t e tv.an ;:3c1.nd. Ln der Reibschale

zu IvIllS 'rerriebcn. Den Brei ve rxlünn t man r;egebenenfalls

mit wen i g llfasser und pre2)t Lhn d ur-ch ein Le.i.nen t.uch ,

Den noch trUben Saft zentrifugiert man. ~uf diese Weise

er1181 t man : e i.ne kl.are RonamyLas e Lö sung , die allerdings nur

frisch wirksam ist.

f1i t einigen Tropfen ICalium-dihydror;enp}losph~ltlösungstellt

rnan gegebenenfalls den pll-v/er t auf e twa 6 ein.

Ilun be ach.l ck t man zwe i Reaß(~11zgJ_.g.ser mit gleichen Herigen

d.es Zentri fuga.ts und. ebenso'viel 1;siger, \v15,ßriger G1 uco se

phosphatlösung.

Nach e twa einer halben ~Jtllnde kann die entstandene Stärke

mit Jod-Kalium-Joclid-Lösung riachgew i e s en werden.,


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Eiwe i ßv e rd8.u un p.: im i'lD,Q:en

r: De r :·la g emm f t v i rd i n d en Ze l l en d or f1e.c en d r iis en i n einer

Henge von 2- 3 IJi t e rn pro ~' a[, g eb I l d e t . De r e i gen t l i ch e

Ve rdn.uungssaft d e s l'lagens wird vo n den DrUs e n des Fundu s

und Cor pu s b e r e i ch As gehi l det . Dies e enthal t en a l s wi c h tigs te

Elemente d i e I-Ie u p tz e l l e n , welch e Pepe i n ogcn , un d (H e

Bele gzell en, welche Sa l z s i u r e produzieren .

I m nUc h t e rnen Zun t.and b i l det der l-lag en nur eine g e r i n g e

Saftmenge (5- 15ml!h), di c einen n e u t ralen bis a l kal i s chen

pll auf'we Ls t , Vor , v(i hren d un d nac h e ine r No.h r u n g$a u fna hme

werd pn jewe i ls c a . F ~O- 1 2 00 ml Saf t e eb i l d et , de r sta rk

C' " O T' Ls t ( 0 ° - 1 ~ )I . ..... I..J , .: J , ..,J #

D· Eunkt i on d: ' : ";;al z s~; ure ist d abe L f o l r.: r; ' ,:e :l A

Sie l e itet im r qgensaft cl i e Üb e r fii::,·uYJ.g de s als inaktiv a

Vr r stufe g eb i ldeten ?e~.::ino gens i n Pe] in ein, d i e dann


autiokata.Ly 't Lsch for t s chrei t et , Glei chz eitig s chafft

Hel einen op t i mal en nH f UT di e Peps i nwi r kung .

8al zsEur e dena tur-i er-t au8erdem Ei we i!3k c5r pe r , wodur-ch

unter an derem Bakt er-Le n g e t öt e t werd en.

Peps i n : En dopept.Lda e e , s paltet b evorzugt Pep t i db i ndungen

zwi s chen 1m2- Gr uppen von 1'y t:os i n bzw , Phenyl

analin und e OOE- Gr uppen ander e r Ami n osäur en .

pll- Op t i mum r 1,5-3,5

Versuch 6 : Abbau von koagul i er t em Eiwei ß mi t tels Pepsin

bei vers chieden en pH-~erten.

Das v on d en Hage l s chn Lir en befreite fri sche Eikl a r eines

Hühnere i e s wird im 200-ml-~rl enmey er~o lben mit etwa 5 Teilen

destilliert em Wass er v erd ünn t und unte r s t .ind i ge m RUhren

ilb e r der Br enn erf lamme so l ange erhitzt, bis eine starke

mi l chige ~rHbung (6erinnung) aufr-; e tre t en is t. Die

Susuens i on von fei n k oagu .l.L er- t. ern Eü!iß Läs s t man abküh l.en ,

Man f UIl t 4 Reagenz[;l :,i.se r rni t je 51:11 der gLe i.chm't ß i g

trUben Suspens ion . Zus ::.t ze :

zu Glas1 : ko mmen nur 5rnl des tilliertes Has ser (Kontrolle)

zu Glas 2 : 4 '111 Wa s s e r + 1mL Peps i n l ös un gzu Glas3: t rnl, \jas s e r + 4ml 1i :i ge :3 EÜ z s~i.ure

zu Glas4 : 4ml 1%ige Salz s:~ure + 1ml Pcps Ln Lös ung

Alle Al1 s :~ t z e we r d en r.;u t g emi s ch t und gelan gen f itr 15-30

fIinu t en in ein l aue s l'fa s s e r bad ( ca. 35-4 0° C).

Schon n a ch etwa 10 Mi nu t en wi r d das Ergebnis s i ch t ba r :

Anca tz 4 b egi nn t trans parent zu wer-d en und is t schlie ßlich

2m Ver s u ch s en de kl ar durchsi chtig. Di e a nd e r en Röhrchen

ble i ben trUb.

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Di6 Fettvflndauung flim Diinndarm

Die Fettverdauung findet im Dünnda.rm mi ttels des

Enzyms Lipase aus dem Pankr-ea.asaf t statt. Ob und in

welcher Weise diese Enzyme aktiviert werden müssen, ist

no ch nicht gekl{~.rt. Die Lip.Ld apa'l t end en Enzyme greifen

die IJi)ide an der Öl-\1asser-Grenzschlcbt an, wobei vonden Triglyceriden zun~chst die Fettsäuren in Position 1

ind 3 abgetrennt werd en , Diese Spaltung erfolgt am


güns t i gs t.en bei e Lnem durch die Ga'l Lensäur-en auf pll 6,5ve rmi.nd er-ten prr-Optimum der Pankr-eanLipaae ,

Die Endgiil tige Spal tU11g des vc r'b.Li.ebenen 1\lonoglycerid

in Glycerin und Fe t t aäur-e ist erst nach Urnersterung möglich,d s h , die Lipa.se spaltet nur end a tändLge ~'ettsä.uren.~~~-·-··

dI e Jeweilige Ket t enl änge der fetts~iltren ist für die

Li.pas ewf.r'kung ohne Bed eutung ,

Versuch 7: Fettverdauung durch Lipase2 Reagenzgl~ser werden halb mit frischer Milch geflillt,mit einigen Tropfen Phenolphthalein versetzt:zu einem Ansatz kommt ein Spatel voll einer zerstossenen

Pankreatintablette , d.as zwei te Glas bleibt ohne Zusatz.

rIJan tropft dann gera.de soviel verdiinnte Nat ronLauge unter

Schlitteln zu, bis eine deutliche Ro t f'är-bung auftritt.

Nun .e t eL'l t man die beiden Rea,genzgläser in ein \~lasser-

bad mit einer Temperatur von 35-40 C.

Nach einiger Zeit k~nn man Folgendes Ergebnis beobachten:

Durch Entf~rbung von alkalisierter, mit Phenolphthalein

rot gefä..r'b t e r l-ii Lch J-<:8.l111 di e J?ettstiurebildung durch

Pa.n.krea.lipase 112~chgevliesen v/erden (pJ-I-~Tarschiebung).

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F;nz,\frnl" irle tik: 1'11 c hcte Ti ~-3 -l'·jen ten- KOTIS ta,n te

Iif.e Gescrl\vindiF~l(eit, rri t der e.i.ne enzyma t.t.s che Reaktion

abLäu f t , härig t von v er-s chi ed enen Fak to r-en ab, wi e

Enzym-, Substrdt-, Coenzym-Konzentration, Temperaturund pF-I-Vvert.

Erhöht man bei Konstanter Enzymmenge fortlaufend die

Substratkonzentration und mißt die Reaktionsgeschwind~

k e i t , ·so e r-h-il t man eine 3ubstI~ats~j.tti.G~1J.nr:;skur·ve,

[..s]

Da ci er Zerfall des ES- KOll1}Jl ex es in };-n zy m und P'rortuk t

der ,gesch"lind.i{~k.e1tsr)esttrnrnerlde.scl1ri tt i.st •

E + .s E-S

Di e ;"li cha e Li e-olen ten-GI ei chun« hes chreibt d i e .A b.h,C)ngig:kei t

der Reak t ionsge schw Ln.I i rtk e i t vo n Cl eIl :~u hs tlJa t.ko n zentration:

v -c.:

•[S] -I- tc

J-t


Die ~'U e h,:; e l i s - ;'lJ (>n tt.::n-Ko r J s tdn t e e:cgi b L sich , wenn man

v =*z. V se t z t .rnax:

.=.) 3--- r.sJ2- - f...s] -I- kk..

~> l<.k. + [S J = 2.. [<5]

.q U- k - t»:De r 1(,1 - ',.," c r t ist a l :3o d i e .J u bs t a tkon zcn tz-a ti o n , bei der

I'

die h a L umax i ma.l e Rea k ti on s p;es c hwi nd iak e i t erre i eh t wi rd .

Versu ch (3 : De s t i mmur.g d es K n- ':lerte s von Ureas e1"1

Man stellt s i ch verschi eden e Ha r n s t o f f l ö s u ng en her ,

deren Kon z en t r -at i on en 0 .001 , 0 . 002 , 0 .00 5 , 0 .0 1 , 0 .02 ,

0 .0 5 und 0 .1 mol/l be t r-a uen ,

Nun f Hl lt man j ewe t I s 50 rn l rlie s er l:i'; ~'lllng p.n in 100ml

Bechergl8.ser .

Von der Ure a s e stell L man e i n e Si,3,I1llil lC5su n p; von 30 mp.: in 10mI

\'!as spr her ( d t e s en t.a r-rich t e i n e r Ko n z en t t-a t Lon von

5x 10-hm

o l / l ) ; r;i b t mal} r.un j e \~ eils 1ml d e r UreaseIösn"1 3 '7, 11

den 1Jarnstc:fil ösun io'/?n , so k an n W ill d ie Leitfähi gkeit ;lJ

e i n f a ch e r Vp j s ~ mi t e i n e m S c hre~er rerri 3trieren . Dazu

',!i r d unten a b c e b i l d e t e r Al.lL '::w verwendet.

~----._ -

k.~~z.eUt.

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FoLgend e l{e~lv:tion findet nun 3tatt:

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llar: e r h.t.lt d a nn dur-ch den ,,)C.lll'eil_ier h.i n t en lJeigefiip;te

Lurven ,

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Stu t t gar t

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