Zuckersüß - Molekularbiologie, Stoffwechselphysiologie, speziell Enzymatik

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.

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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.

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

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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.

2.1    Erklären Sie die beobachteten Enzymaktivitäten der einzelnen Versuchsansätze.

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

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

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

Abbildung 1: Veränderung der Substratkonzentration

3.1    Beschreiben und erklären Sie den Kurvenverlauf von Abbildung 1.

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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.

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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.

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

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

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