Enzyme

Biologie · Klasse 8–10 · 6 Blätter · 75 Aufgaben

LehrplanHessen: E.2 Struktur und Funktion von Proteinen und Enzymen

Alles, was man braucht, um zu erklären, wie Enzyme arbeiten und wovon ihre Geschwindigkeit abhängt.

Worum es geht

Enzyme sind Biokatalysatoren: Sie beschleunigen Reaktionen im Körper, die bei 37 °C sonst viel zu langsam ablaufen würden. Dazu senken sie die Aktivierungsenergie. Die meisten Enzyme sind Proteine, und ihre Namen enden oft auf -ase. Ein Enzym wird bei der Reaktion nicht verbraucht und kann viele Substratmoleküle nacheinander umsetzen. Es arbeitet nur in einem bestimmten Bereich von Temperatur und pH-Wert gut, weil beide seine räumliche Form beeinflussen.

Begriffe und Regeln

Begriff	Bedeutung	Beispiel
Substrat	der Stoff, den ein Enzym umsetzt	Amylase – Stärke, Lipase – Fett, Pepsin – Eiweiß, Katalase – Wasserstoffperoxid
aktives Zentrum	Stelle des Enzyms, an die das Substrat bindet	Enzym und Substrat bilden kurz den Enzym-Substrat-Komplex
Schlüssel-Schloss-Prinzip	nur ein passendes Substrat passt ins aktive Zentrum (Substratspezifität)	Lactase spaltet Milchzucker, aber keine Stärke
Temperatur	bis zum Optimum schneller (RGT-Regel: pro 10 °C etwa 2- bis 3-fach), darüber Denaturierung	Optimum der meisten menschlichen Enzyme: etwa 37 °C
pH-Wert	jedes Enzym hat ein pH-Optimum	Pepsin im Magen: etwa pH 2; Speichel-Amylase: etwa pH 7
Denaturierung	die räumliche Form wird zerstört, meist dauerhaft	gekochte Kartoffel: Katalase schäumt nicht mehr

Beispiel, Schritt für Schritt

Aufgabe: Nimm an, die Reaktionsgeschwindigkeit eines Enzyms steigt unterhalb des Optimums pro 10 °C um den Faktor 2 (RGT-Regel). Bei 15 °C entstehen 6 mL Produkt pro Minute. Wie viel sind es bei 35 °C?

Schritt	Rechnung	Warum
1 · Gültigkeit prüfen	35 °C liegt unter dem Optimum von etwa 37 °C	oberhalb des Optimums gilt die RGT-Regel nicht mehr
2 · Schritte zählen	35 °C − 15 °C = 20 °C = 2 Schritte zu je 10 °C	der Faktor gilt pro 10 °C
3 · Gesamtfaktor	2 · 2 = 2² = 4	die Faktoren werden multipliziert, nicht addiert
4 · Ergebnis	6 mL/min · 4 = 24 mL/min	die Geschwindigkeit wächst mit dem Gesamtfaktor

Der typische Fehler

„Kälte zerstört Enzyme genauso wie Hitze.“ Das liegt nahe, weil die Aktivität bei 0 °C wie bei 70 °C fast null ist. Die Ursachen sind aber verschieden. Bei Kälte bewegen sich die Teilchen nur langsam und treffen seltener aufeinander. Das Enzym bleibt aber intakt und arbeitet nach dem Aufwärmen wieder. Deshalb halten Lebensmittel im Kühlschrank länger. Hitze über dem Optimum zerstört dagegen die räumliche Form, und das Enzym bleibt auch nach dem Abkühlen meist unwirksam.

So prüfst du dein Ergebnis

Richtung prüfen. Unterhalb des Optimums muss die Geschwindigkeit mit der Temperatur steigen. Kommt bei höherer Temperatur weniger heraus, hast du geteilt statt multipliziert. Hochzahl prüfen: Sie ist die Zahl der 10-°C-Schritte. Bei 20 °C Unterschied ist sie 2, nicht 20.

Erklärung Grundlagen 1 Grundlagen 2 Standard 1 Standard 2 Erweitert 1 Erweitert 2