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Biokatalysatoren: Einfluss von Temperatur, pH, Salzkonzentration

Prozesse zur ATP-Gewinnung
Enzymatik - Grundlage: Proteinwissen generell / Möglichkeiten der Enzymbeeinflussung

Wird im Verlauf einer Reaktion die Temperatur erhöht, so steigt auch die Reaktionsgeschwindigkeit. Eine Faustregel besagt: Wird die Temperatur um 10 °C erhöht, dann verdoppelt sich die Reaktionsgeschwindigkeit (RGT-Regel = Reaktions-Geschwindigkeits-Temperatur-Regel).

In biologischen Systemen ist dies nur bedingt richtig. Biomoleküle degenerieren ab einer bestimmten Temperatur, die für den jeweiligen Organismus ganz spezifisch ist. Daher hat jedes Enzym ein spezifisches Temperaturoptimum. Hier arbeitet es optimal, bei geringeren oder höheren Temperaturen geht die Katalyseaktivität zurück, bis sie komplett lahmgelegt oder das Enzym zerstört wird.

Temperaturoptimum Fotosynthese
Temperaturoptimum Fotosynthese

Wichtig

Übrigens: Hochtemperaturliebende Organismen können problemlos 80–100 °C (und höher) aushalten, ohne dass ihre Proteine Schaden nehmen, während menschliche Proteine bei 42 °C beginnen zu denaturieren.

Gleiches gilt für die pH-Verhältnisse! Verdauungsenzyme im Darm sind an den alkalischen pH-Wert des Darms angepasst, Pepsin hingegen zeigt ein pH-Optimum von ca. 2!

Beispiel

Beispiel: Experiment: Die Temperaturabhängigkeit der Amylase

Amylase ist ein Enzym in unserem Speichel. Amylase spaltet Stärke.

Aufgabe: Im Experiment soll das Temperaturoptimum der Amylase ermittelt werden. Dazu werden Stärke, Iodkaliumlösung und Speichel einer Versuchsperson eingesetzt. Außerdem werden Reagenzgläser, Räume verschiedener Temperatur oder ein Thermoblock bzw. eine Heizplatte und ein Kühlschrank benötigt.

Experimentelle Durchführung: Eine identische Menge Stärke (0,1 g) wird mit einer immer gleichen Menge Speichel (3 ml) zu einer Lösung vermischt. Die vorbereiteten Gemische aus Stärke und Speichel werden für eine Zeit von 5 Minuten bei unterschiedlichen Temperaturen inkubiert.

Nach dieser Inkubationszeit wird die Probe auf Eis abgekühlt. Anschließend wird durch Zugabe von Iodkaliumlösung geprüft, ob noch Stärke im Gemisch vorhanden ist.

Tabelle 1:         Beobachtungen während des Amylase-Experiments

Temperatur

 Stärke vorhanden?

4 °C (Kühlschrank)

ja

37 °C

(Wasserbad)

nein

90 °C

(Wasserbad)

ja

Beobachtungen: Sehr niedrige und sehr hohe Inkubationstemperaturen verhindern den Stärkeabbau. Die Stärkespeichelgemische bei 4 °C und bei 90 °C zeigen einen positiven Stärkenachweis. Dies wird durch eine intensive Blaufärbung der Lösung sichtbar. In der „37 °C-Probe" fällt der Nachweis negativ aus. Der Stärkeabbau erfolgt optimal bei Körpertemperatur. Mit einer Messreihe in Schritten von 2–5 °C Temperaturdifferenz kann das Temperaturoptimum noch genauer eingegrenzt werden. Bei 90 °C denaturiert die Proteinstruktur der Amylase und wird dabei irreversibel geschädigt. Stärke kann nicht mehr abgebaut werden. Die Kühlschrankprobe kann auf Körpertemperatur erwärmt werden, das Enzym (Amylase im Speichel) wird dadurch reaktiviert.

Multiple-Choice
Stärke wird durch das Enzym Amylase gespalten. Wie erkennen Sie dies?
0/0
Lösen

Hinweis:

Bitte kreuzen Sie die richtigen Aussagen an. Es können auch mehrere Aussagen richtig oder alle falsch sein. Nur wenn alle richtigen Aussagen angekreuzt und alle falschen Aussagen nicht angekreuzt wurden, ist die Aufgabe erfolgreich gelöst.

Bild von Autor Dr. Martina Henn-Sax

Autor: Dr. Martina Henn-Sax

Dieses Dokument Biokatalysatoren: Einfluss von Temperatur, pH, Salzkonzentration ist Teil eines interaktiven Online-Kurses zum Thema Stoffwechsel.

Dr. Martina Henn-Sax verfügt über langjährige Erfahrung auf diesem Themengebiet.
Vorstellung des Online-Kurses StoffwechselStoffwechsel
Dieser Inhalt ist Bestandteil des Online-Kurses

Stoffwechsel

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    • Einleitung zu Grundlagen des Stoffwechsels
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