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Zuckersüß - Molekularbiologie, Stoffwechselphysiologie, speziell Enzymatik

Methode

Die nachfolgende Abituraufgabe deckt die Themenbereiche Stoffwechselphysiologie mit Fokus auf Enzymatik und Molekularbiologie ab.

Bitte beachten Sie! Materialien sind in Form von Text, experimentellen Protokollen und Graphen gegeben. Werten Sie diese sorgsam aus. Beachten Sie die in der Aufgabenstellung genannten Operatoren!

Insgesamt können Sie in den 4 Teilaufgaben 20 Punkte erzielen. Achten Sie auf die gegebenen Punktzahlen pro Aufgabenteil.

Merke

Unser Tipp:

  • lesen Sie den Aufgabentext aktiv!
  • markieren Sie direkt beim Lesen wichtige Informationen im Text
  • fügen Sie ihre Gedanken und Ideen gleich beim Lesen in den Aufgabentext ein -> nutzen Sie dazu die Notizfunktion

Bearbeiten Sie die Aufgabe komplett und gehen Sie bitte erst dann zu den Lösungsvideos!

Der steigende Bedarf an verschiedenen Zuckern kann nicht allein aus Zuckerrüben und Zuckerrohr gedeckt werden. Deshalb wird in der Lebensmittelindustrie zunehmend Zucker aus Stärke hergestellt (Stärkeverzuckerung). Die wichtigsten Lieferanten für die Stärkeverzuckerung sind Mais, Weizen und Kartoffeln. Der aus diesen Pflanzen gewonnene Stärkebrei wird durch den Einsatz von α-Amylase in Maltodextrinsirup umgesetzt. Der Maltodextrinsirup wird einerseits durch die katalytische Wirkung der β-Amylase in Maltosesirup umgewandelt, aus dem Maltose (Malzzucker) auskristallisiert. Maltosesirup kann auch durch Maltase in Glucosesirup umgewandelt werden. Andererseits kann aus Maltodextrinsirup durch das Enzym Glucoamylase Glucosesirup gewonnen werden, aus dem Glucose (Traubenzucker) auskristallisiert. Durch den Einsatz einer Glucose-Isomerase kann Glucosesirup in Fructosesirup umgewandelt werden, aus dem Fructose (Fruchtzucker) auskristallisiert.

1.1    Beschreiben Sie jeweils an einem Beispiel die Bedeutung von Stärke und von Glucose für Lebewesen.

(2 VP)

1.2    Entwickeln Sie anhand des Textes ein Verlaufsschema (Größe mind. ½ Seite), das die Vorgänge von den Stärkelieferanten bis zur Gewinnung der verschiedenen Zucker zeigt.

(2 VP)

1.3    Bei der im Vortext beschriebenen Stärkeverzuckerung spielen zwei Enzymeigenschaften eine Rolle. Erläutern Sie diese Enzymeigenschaften anhand der in Ihrem Schema dargestellten Vorgänge.

(2 VP)

In einer Versuchsreihe (Tabelle 1) wurde die Aktivität der Maltase untersucht, die natürlicherweise im Dünndarm vorkommt. Hierbei wurden jeweils gleiche Mengen von Enzym und Substrat eingesetzt.

Nr.

Versuchsansatz enthält

Versuchs-bedingungen

Enzymaktivität

1

Wasser, Maltose, Maltase

pH 8

37° C

hoch

2

Wasser, Maltose, Maltase

pH 8

75° C

keine

3

Wasser, Maltose, Maltase

pH 8

15° C

gering

4

Wasser, Maltose, Maltase

pH 2

37° C

keine

5

Wasser, Maltose, Maltase, Kupfer(II)-sulfat

pH 2

37° C

keine

6

Wasser, Maltose

pH 8

37° C

keine

7

Wasser, Maltose, Maltase

pH 5

37° C

gering

Tabelle 1: Versuchsreihe

 

2.1    Erklären Sie die beobachteten Enzymaktivitäten der einzelnen Versuchsansätze.

(3 VP)

2.2    Formulieren Sie die Fragestellungen, die mithilfe dieser Versuchsreihe beantwortet werden können.

(1 VP)

2.3    Begründen Sie, welcher der sieben Versuchsansätze dieser Versuchsreihe kein aussagekräftiges Ergebnis liefert. Machen Sie einen Verbesserungsvorschlag.

(2 VP)

Abbildung 1 zeigt die Veränderung der Substratkonzentration in Versuchsansatz Nr.1 in Abhängigkeit von der Zeit.

Abbildung 1: Veränderung der Substratkonzentration
Abbildung 1: Veränderung der Substratkonzentration

3.1    Beschreiben und erklären Sie den Kurvenverlauf von Abbildung 1.

(2 VP)

3.2    Übertragen Sie die Abbildung 1 in Ihre Reinschrift. Tragen Sie in dieses Diagramm die zu erwartenden Kurvenverläufe für die Versuchsansätze Nr. 2 und Nr. 3 ein. Begründen Sie die jeweiligen Kurvenverläufe.

(2 VP)

Heute werden fast alle in der Stärkeverzuckerung eingesetzten Enzyme mithilfe
von gentechnisch veränderten Mikroorganismen gewonnen. So wird zum Beispiel
α-Amylase von Bacillus licheniformis hergestellt.

Abbildungen 2a und 2b. Plasmid und Amylase-Gen, sowie Schnittstellen der Restriktionsenzyme.
Abbildungen 2a und 2b. Plasmid und Amylase-Gen, sowie Schnittstellen der Restriktionsenzyme.

4.1    Nennen Sie die Funktion dieses Plasmids bei der Herstellung des transgenen Stamms von Bacillus licheniformis.

(1 VP)

4.2    Begründen Sie, welche der in Abbildung 2b dargestellten Restriktionsenzyme sich für die Herstellung des modifizierten Plasmids eignen.

(3 VP)

--------

20 VP

 

Bild von Autor Dr. Martina Henn-Sax

Autor: Dr. Martina Henn-Sax

Dieses Dokument Zuckersüß - Molekularbiologie, Stoffwechselphysiologie, speziell Enzymatik ist Teil eines interaktiven Online-Kurses zum Thema Besprechung einer Original-Abituraufgabe - Zuckersüß (Enzymatik/molekularbiologie/Stoffwechselphysiologie).

Dr. Martina Henn-Sax verfügt über langjährige Erfahrung auf diesem Themengebiet.
Vorstellung des Online-Kurses
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    • Einleitung zu Aufgaben lösen - Operatoren, Lösungsstrategien, Tipps
    • Abituraufgaben: Lösungsstrategien
    • Abitur: Prüfungssituation
  • Zuckersüß - Molekularbiologie, Stoffwechselphysiologie, speziell Enzymatik
    • Einleitung zu Zuckersüß - Molekularbiologie, Stoffwechselphysiologie, speziell Enzymatik
    • Enzyme zum Stärkeabbau
    • Maltase: Experimentelle Ansätze
    • Enzym und Substrat
    • Stärkeverzuckerung - gentechnisch
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