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(1)

Hinweis

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Dr. Ph. Reiß, im Juli 2007

(2)

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

Enzyrnaktivit,Cit

von der

Temperatur

6. Enzy mkLne t

i

k r f\i1icllaelis-Menten-I(onstante

Chemie in der Schule: www.chids.de

(3)

• Bedeutung der Enzyme

In den Ze LLen Lauf'eri s t.änd

i

g viele Reak t

i

on en

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 Lge r Abhau von o rrtan

i

s cheri

Moleki.ilen

(Proteinen, Fettstoffen,

Gltlkose ^11SW. ⁾

wird

durch Neueyn

tne sen

bzw ,

durch

A11

f'riahme

von Nähr-s t.of'f'e n aus den

Körperfli.1ssig- kei ten ausgegli

eh en ,

Die ei

nz e l nen

Reakt i

o nen in den Ze

Tle

n werden zum

grösstpn Teil d ur-c h Enzy.ne mi

t

ein em

1101ien Grad an Spezifitit katalysiert.

Der

Re~riff Enzvm

Le

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s t andt e

i

L der

Ilefe- 'von der 'v/irKsarnke1

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ab.

E~nzyme v»1""!";"l0,fCpn e be ns

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^Vli r :d(0'r-e Ka

t

a'l.y sa

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n

vielen Vor[,::ongen, die be ' 'I'empe r-a tur d e s Lehend

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nicht eintreten kMnnten.

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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 n g e h e n d untersucht worden.

1.

Oxidoreduktasen

(z.B~ A

DE )

2. Transferasen (Hbertragen eine Gruppe von einem

Subs~t

auf das andere)

3. Hydrolasen (wichti

ge

Rolle beim Abbau der Nqhrstoffe im Magen-Darm-Kanal)

hierzu gehören: Lipase,

Pepsin~-Amylase,

Urease 4. Lyasen (S

paltun g

von Kohlenstoffketten)

5. Isomerasen (katalysieren intramolekulare Umwandlun

gen)

6.Li

gasen

(k

a talysieren

die Verbindung von zwei Substanzen,

die hierfür notwendige Energie wird aus dem ATP gewonnen.)

(5)

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

Spa telspi 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% CUS0

4 - Lös un g .

VLo

Le

t tf'är-bung!

Es entsteht ein Komplex, der wahrscheinlicb folgender- maßen aussieht: Die H

2 0- fvTol ekiil e , die no rmaLe rwe

i

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

Arni

no gr-u pnen der

Peptidbindunf~

ersetzt.

2-

O~ I~

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I

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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

(6)

Außerdem kann an diesem Punkt auch die Kontrolle der enzymatischen Aktivität erfol gen.

Das ak tive Zentrum eines Enzyms ist die Region, die das Substrat bi nde t und gleichzeiti g diejeni gen

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 Bindungsspezifit ät ist von der definierten Anordnung der Atome im aktiven Zentrum abhän gig,

d.h.

das Substrat muß eine geeignete Gestalt besitzen, um ins aktive

Zentrum zu passen.

Nach neueren Untersuchungen ist die Form des aktiven Zentrums von Enzymen nicht völli g starr

SchloB- SchIUssel- r1 od ell (1 8 90 Emi l Fischer)

ES - kompLex

\f\flJ

_\

Induced-Fit-Modell

--- ~)

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c .' . L, ... ^I

...u..:-·_~ , V..,<l

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J- U '

(7)

,

^-^.

Versuch 2: Nachwe i s der Substrats pe zifit Rt der Urease bez üglich H a r n s t o f f und Thioharnstoff.

Zu je eini gen ml einer Harnst off- und Thioharnstoff- l ösung werden eini ge

Tro~fen

einer Ureaselösung gegeben.

Die Spaltun g des Harnstoffs in Ammoniak und Kohlen- dioxid kann ganz einfac h mit Hilfe eines

S~ur e - B a s e

Ind ikators nachgewi es en werden .

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2.

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L', ./-1.. iJ

Aufh au d e s katal y tis ch akt iven Zentrums

PRi m A u fba u des kata lyt isch akt iv en Zent r ums k önn en fol gende ijnt ers ch i e rlJic hAn

Verh ~l t ni s se

vor l iegen :

1.

Besti mmte

Grun~ie rung

von

Ami n o3~uren

2.

f ' iJetal le :

~/;.B. [~e,

Zn ,

0u ,

1'1n

D i e

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to chr-o mo

xi

de s e ,

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i e e .i.n e R o l l e

beim

E l ektronenlt-~.sp4W'f i n de r

At.mun

s-sk e t

t

e sTJi e l t ,

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I

t

a l s z en t r a l e s

A t om

l~isen.

3 . r,oe n zy me

D ie C o enzy me w er rlen n a ch Sy n t h ese de q Snz ympro t e i n s und n a r h Ei n s t e l l u ng d er

Tpr' ~ ~ ~rst ruktur

j ewei l s i n ei n e r be st i mmt e n

Po

s

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t.s-r.e

4 . Met all

+

oen zy m

5 . Vie l.: Enzyme ben

^ö t ^r r-e n f q.r

ihre 'i Iir \,s a mk e i t Kosub s t ra t e ( z. B. ATP)

(8)

Versuch

3: Berleutung

des Coenzyms l~.t\D+ fiir

die Oxidation von Et.hano

L

zu Ace t.a

Ldehvd

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 M

Ethanollösung, 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 Enzym- lösung gestartet.

A/I-i:}) . L 2"'1

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~-Amylase,

Pepsin, Lipase 1. Die.l-Amylase

Die Verdauunrsen zyme:

I

Der Mundspeichel wird

haupts~chlich

von drei

_~roßen I

pa3rig angelegten DrUsen g e bi l d e t . Der Sp e i c h e l , des sen rl'ap.:esmaenp:e 0,2-

21

betr iip;t i st s t e t s

hv

po t on ,

Als wichtip:sten or gani schen Be s tand t e i l

enth~lt

d er S pei chel eine ko hlenhydrats nalten de (loo(-A myl a se.

(daneben: M u c o po lysa ccha r i d e , Gluco proteide, Eiwei ßkörper, sowie Elektrolyte)

Die Hauptfunktionen des Sp e ich e l s können bereits aus seIner Zusammensetzung entno mmen werde n. Die gro Ben Wasser-

m en g e n verdiinnen die Sp e i s en und stellen einen Lösungs- raum fHr die Nahrun gsbestandteile daJ;.

Durch die o(.-Amyl ase wird die K ohlenhydra tverdauung b e r e i ts im 1-lun d eingelei tet un d im Mag en fortgesetzt.

ol-Amylase ist ein Endoenzym, sie spaltet 1

,4-~-Bindungen

(Amyloseteil d er S t Q.-rKe ) ; ihr pH-Opiiml1m liegt bei 6,7.

Es entstehen Oligosaccharide u nd Amy l o pec t i n (1,6-ver- kniipfte Verhi ndun gen).

r>.

I

(10)

Versuch 4: Abbau

^VOl 3t~rke

mittels

Speic~hel

bei unter- schiedlichen Temperaturen

Iv'Jarl

be r

e

L

tet d'lrch

Auf'ko

chen von

1

g

~)tRrke

in

1GOrnl

\tJasse"r

unt ezr e t.änd l

g

em Ri.ihren

einen

d ünnen

Kleister und fiill

t

davon vier Re agenz g

Läae

r 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 drei übr.i.gen Reagenzglä.ser

r-ühr-t

man noch etwas frischen Mundspeichel zu. Eines dieser Reagenzgläser stellt man in Eis, ein zweites in kochendes Wasser und das dritte in

~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 Cu

20 auf.

Somi

t

ist der Stä.rkekleister ve r sucke r

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 Ka r to

f

f'e L w

i

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 ^{u n d} p r e 2 ) t L h n d u r - c h

ein Le.i.nen

^{t . u c h}^,

Den noch trUben Saft zentrifugiert man.

~uf

diese Weise er1181 t man :

e

i.ne kl.ar e

RonamyLas

e

Lö

sung , die allerdings nur frisch wirksam ist.

f1i

t

einigen Tropfen

ICalium-dihydror;enp}losph~ltlösung

stellt rnan gegebenenfalls den pll-v/e r

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.

(12)

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i n P e] in ei n, d i e dan n

(13)

au tio

kata.Ly 'tLs

ch for t s chrei

t et,

Glei c hz e iti g s ch afft Hel einen op t i mal en nH f U T d i e P e ps i n wi r k u n g .

8al zsEu r e den a tur- i er-t au 8erd em Ei we i!3k c 5r p e r , wodur-ch unter a n d e re m

Bakt er-Le n

g e t öt e t werd en.

P e ps i n : En d opept.Ld a e e , s palt et b evorzugt P e p t i db i n d ung en

zwi

s chen 1 m

2 - G r u p p en von

1'

y t:os i n

bzw ,

Phenyl- an al in und e O O E- Gr u p p en and e r e r A mi n o säu r e n . pll- Op

ti

mum r 1,5- 3,5

Versu ch 6 : Abb a u von k oagu l i e r t em Eiwei ß mi t tels Pe psin bei vers c h ie den en

pH- ~ erten.

Das v on d en H age l s c hn Lir en befr e ite fri sche Eikl a r eines

Hühne

re

i

e s wird im

200-ml -~ r l enm ey e r~ o lb en

mit etwa 5 Teilen destillie rt em Wa ss e r v e rd ünn

t

und un te r s t .ind

i

g e m RUhren ilb e r der Br en n er f lamme so l a n ge erhitzt, b is eine starke m i l c h ig e

~rHbung

(6 e ri nnun g) auf r-; e tre t en is t. Die

Sus u ens i on von fei n k o

agu .l.L er- t. ern

Eü! iß

Läs

s

t

m an

abküh

l.en , Man f UIl t 4 Reagenz [;l :,i.se r rni t je 51:11 d er g

Le i.chm'tßi

g

trUbe n Sus pens ion . Zus :: . t ze :

zu Gl as1 : ko m men nur 5 r nl des tilliertes H as se r ( Kontrolle) zu G las 2 : 4 '111 W a s s e r

+

1

mL

Pe p s i n l ös un g

zu Glas3:

t

r n l, \jas s e r

+

4 ml 1i :i g e

:3 EÜzs~i.ur e

z u G las4 : 4ml 1% ige

Salz s:~ure +

1m l P c ps

LnLö

s ung

Al le

Al1 s:~ t z e

w e r d en r.;u t g e mi s ch t u nd g el a n g en f itr 15-30

f Ii n u t en in ein l aue s l 'fa s s e r bad ( ca. 3 5-4 0° C).

Schon n a ch et wa 10 M i n u t en wi r d das Erg e bnis s i c h t b a r : Anc a tz 4 b egi n n t trans parent z u we r- d en und is t sc h lie ßlich 2m Ve r s u ch s en d e k l ar durchsi chti g. Di e a n d e r en Röhrchen ble i ben trUb.

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₇

Ok

'-

Di6 Fettvflndauung flim

Diinndarm

Die Fettverdauung findet im Dünnd a.rm mi ttels des Enzyms Lipase aus dem Pank r-ea.as af

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 von den Triglyceriden

zun~chst

die Fettsäuren in Position 1 ind 3 abgetrennt werd en , Diese Spaltung erfolgt am

(15)

güns t

i

gs t.en bei e Lnem durch

die

Ga'l Len säur-en auf pll 6,5 ve

rmi.nd

er-t en prr-Optimum der Pankr-eanLi

paae ,

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 tänd

Lge ~'ettsä.uren.~~~-·-··

d I e Jeweilige Ke

t t

enl änge der

fetts~iltren

ist für die Li.pas ewf.r'kung ohne Bed eutung ,

Versuch 7: Fettverdauung durch Lipase

2

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.

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tropft dann gera.de soviel verdiinnte Na

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ron Lauge unter Schlitteln zu, bis eine deutliche Ro

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f'är-bung

auftritt.

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man

die beiden

Rea,genzgläser in ein

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Nach einiger Zeit

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man Folgendes Ergebnis beobachten:

Durch

Entf~rbung

von alkalisierter, mit Phenolphthalein rot gefä..

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Enzym-, Substrdt-, Coenzym-Konzentration, Temperatur

und pF-I-Vvert.

Erhöht man bei Konstanter Enzymmenge fortlaufend die

Substratkonzentration und mißt die

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Literatur:

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F.K;:lnter; Ver-suc he mi t dern Enzvrn UrpC:.iB~, r;·henlie in

unserer Zeit 19GR

I~. Karlson; Kur-ze s Lebrbuch der 15incherni.e fUr I^vle d i z i n e r und Na'turw.i s s en s c hd. ftl er, 7.:~LII'Lar.e , G'eorg Thi erne Verlag

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