am Puls Biologie 5, Schulbuch

45 Zellstoffwechsel Substratkonzentration und pH-Wert beeinflussen die Enzymreaktion Der Ablauf einer chemischen Reaktion ist von verschiedenen Faktoren abhängig. Meistens gilt: Je höher die Substratkonzentration , umso schneller kann eine Reaktion ablaufen. Substrat ist aber selten unbegrenzt vorhanden (zB Nähr- stoffe). Die meisten Stoffwechselenzyme können unter den natürlich vorkommenden Substratkon- zentrationen aber sehr gut arbeiten. Der pH-Wert hat ebenfalls Auswirkungen auf die Enzymaktivität ( k Abb. 7). Das spielt eine Rolle für unser Verdauungssystem. Beispielsweise ist das Verdauungsenzym Pepsin 1 perfekt an den sauren pH-Wert unseres Magens angepasst. Im Gegen- satz zu den meisten anderen Enzymen funktio- niert Pepsin unter diesen Bedingungen sehr gut. Pepsin ist auf das Aufspalten von Proteinen spe- zialisiert. Das Enzym α -Amylase 2 hingegen kommt im Spei- chel von Menschen und anderen Säugetieren vor und funktioniert optimal bei neutralem pH-Wert. Es ist ein Enzym, das Stärke in einzelne Zucker- moleküle spalten kann. Amylase wurde 1833 von Anselme Payen 3 entdeckt und ist somit das erste Enzym, das entdeckt und in der wissenschaftli- chen Literatur beschrieben wurde. Abb. 7: Die Aktivität eines Enzyms ist abhängig vom pH-Wert und zeigt ein charakteristisches Optimum. sauer 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Enzymaktivität Pepsin ý -Amylase aus Speichel pH-Wert basisch Spezielle Enzyme in unserem Verdau- ungssystem funk- tionieren auch bei saurem pH-Wert Stoff- und Energieumwandlung Glossar 1 Pepsin: ist ein Verdauungsenyzm, und zwar eine Protease. Dieses Enzym ist auf die Spal- tung von Peptidbindungen zwischen Amino- säuren, den Bestandteilen von Proteinen, spezialisiert. 2 α -Amylase: ist eine Glucosidase, also ein Enzym, das Zucker spalten kann. Sie spaltet Stärke in einzelne Zuckermoleküle auf. 3 Anselme Payen: Französischer Chemiker, geboren 1795 in Paris, gestorben 1878 eben- falls in Paris. Basiskonzept Stoff- und Energieumwandlung: En­ zymreaktionen sind von äußeren Bedin- gungen wie dem pH-Wert abhängig. Enzyme können Reaktionen daher nur unter gewissen Bedingungen katalysieren. Aufgabe E/S 1 Überlege: Wenn im Körper von einem Produkt momentan weniger benötigt wird, so würde es bei einer konstanten Reaktionsge- schwindigkeit der Enzymreaktion zu einem Rückstau kommen. Was sind die Vorteile der negativen Rückkopplung im Gegensatz zu einem solchen Rückstau? Denke dabei an den Zellstoffwechsel als Ganzes. Enzyme besitzen ein Temperaturoptimum Für ein typisches menschliches Enzym ist eine Temperatur von 37 °C optimal ( k Abb. 8). Bei Tem- peraturen von über 42 °C beginnen die meisten menschlichen Enzyme zu denaturieren. Die Raumstruktur wird dann zerstört und das Enzym funktioniert nicht mehr. Lebewesen, die in extremen Lebensräumen vor- kommen, wie zB Archaea und Bakterien in heißen Quellen, besitzen spezielle Enzyme, die hitzetolerant sind. Man bezeichnet diese Pro- karyoten auch als Thermophile . Ihre Temperatur- optima liegen weitaus höher ( k Abb. 8). Diese speziell angepassten Enzyme sind im Lauf der Evolution als Anpassung an extreme Lebens- räume entstanden. Abb. 8: Verschiedene Enzyme besitzen unterschied- liche Temperaturoptima. 100 80 37 °C 79 °C 60 40 20 Temperaturoptimum für ein typisches Enzym des Menschen Temperaturoptimum für ein Enzym aus thermophilen (hitzetoleranten) Prokaryoten Temperatur (°C) Reaktionsgeschwindigkeit (v) Manche Enzyme sind an hohe Tempe- raturen angepasst Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv