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Bio Lk Klausur 15 NP, Enzymatik

21.12.2022

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Biologie eA Kurs 12
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Aufgabenstellungen
Zeit: 90 min
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Erreichte Punkte:
37,5
Datum: 16.11.2022 Maximale Punktzahl:
4039
Stoffwe
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2 Biologie eA Kurs 12 Name: Aufgabenstellungen Zeit: 90 min 100 1. Erreichte Punkte: 37,5 Datum: 16.11.2022 Maximale Punktzahl: 4039 Stoffwechsel: Enzymatik Prozent: 96,2% Notenpunkte: 15 P. Urease und Dünger 1.1. Vergleichen Sie das Enzym Urease mit dem Enzym Amylase im Hinblick auf die Temperaturabhängigkeit und begründen Sie die wesentlichen Unterschiede (M1 und M2). [10 BE] 1.2. Erklären Sie den durch die Übersäuerung des Bodens verursachten Nitratmangel unter Berücksichtigung der Auswirkungen auf die Ureaseaktivität (M1, M3, M4, M5). [6 BE] 5 (vitra f) lencatat "trease 1.3. Erläutern Sie den Einsatz des Hydroxyharnstoffs zur Langzeitdüngung unter Berücksichtigung der Ureaseaktivität (M6). [BE] 2. Glucose-Teststreifen 2.1. Benennen Sie die mit den Ziffern 1 bis 6 gekennzeichneten Strukturen in M8. Mit den entsprechenden Fachbegriffen. [6 BE] 6 ма 2.2. Erläutern Sie das Funktionsprinzip des Glucose-Teststreifens unter Verwendung von M7, M8 und M9. [10 BE] 9,5 19.1,22 Material muss ich diegum beschreiben M 1: Harnstoff als Grundlage von Düngemitteln Pflanzen benötigen zum Wachsen Stickstoff. Um ausreichend Stickstoff und damit ein gutes Wachstum zu gewährleisten, werden Felder mit stickstoffhaltigen Düngern wie z.B. Jauche oder Gülle versehen. Dabei handelt es sich um natürlich anfallende Gemische aus tierischen Exkrementen, die Harnstoff (M2) enthalten. Der Harnstoff wird in mehreren Schritten zu Nitrat abgebaut, das von Pflanzen aufgenommen werden kann. Der erste Abbauschritt wird durch das Enzym Urease katalysiert, das unter anderem in Bodenbakterien vorkommt. Die sogenannte Landluft bzw. der Güllegeruch beruht auf der Entstehung des Gases...

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Alternativer Bildtext:

Ammoniak beim Abbau des Produkt Harnstoffes durch die Urease. Außerdem kommt Urease in einigen höheren Pflanzen, wie z.B. der im tropischen Südostasien und Afrika beheimateten Schwertbohne vor. M 2: Temperaturabhängigkeit der Schwertbohnen-Urease und der Speichel-Amylase Reaktionsgeschwindigkeit in % 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 M3: Wirkungsweise der Urease Amylase Wortgleichung: Harnstoff Symbolgleichung: H_N-CO-NH, H N I H Strukturgleichung: O + Wasser N T + H₂O 50 Urease Urease Urease CO₂ Urease Kohlenstoffdioxid + (01C=0) Temperatur in C 100 + Ammoniak 2 NH, 2 H-N-H S bniss Ler fiv M4: Die Auswirkung des sauren Regens auf die Ureaseaktivität Aufgrund der Abgasproduktion im Zuge der Industrialisierung tritt sogenannter saurer Regen auf. Der saure Regen schädigt die Pflanzen direkt und indirekt durch Übersäuerung des Bodens. Die Übersäuerung führt zu einem Mineralienmangel, z.B. von Nitraten. suptive rehanisms tainstoff redargl und abgebaut k Ureaseaktivität (rel. Einheiten) vermehrten Imatriffim Sintel -ohne Hydroxyharnstoff mit Hydroxyharnstoff Harnstoffkonzentration M5: Die pH-Abhängigkeit der Urease M6: Der Einfluss des Hydroxyharnstoffs auf die Ureaseaktivität Um den Einfluss des Hydroxyharnstoffs auf die Ureaseaktivität zu testen, wurde eine Versuchsreihe durchgeführt. Bei allen Versuchsansätzen blieben die Konzentration des Hydroxyharnstoffs und der Urease gleich, während die Konzentration des Harnstoffs verändert wurde. Als Vergleichsproben wurden die gleichen Versuche ohne Hydroxyharnstoff durchgeführt. Das Diagramm zeigt die Ergebnisse. Der im Dünger vorhandene Harnstoff wird durch die Urease relativ schnell abgebaut. Bei einem schnellen Abbau entweicht gasförmiges Ammoniak in die Luft, weil die Umwandlung zu Nitrat nicht genauso schnell erfolgt. Ohne Nitrat bleibt der Düngereffekt aus. Um den Pflanzen trotzdem ausreichend Stickstoff zur Verfügung zu stellen, ohne öfter düngen zu müssen, versucht man die Abbau-Problematik durch verschiedene Verfahren zu umgehen. Eine Möglichkeit besteht darin, dem Dün- ger harnstoffähnliche Substanzen beizumischen, wie z. B. Hydroxyharnstoff. Enzymaktivität (96) V MUX 2 saw Tonen 3 0=U 5 Kampeledur tedusa's Kampete live Hemmeg larger abhen von pH-Wert N N 1 T H H 8 9 10 Harnstoff duch Inhibitor? Hent Erzym abber selten male to sind auch Harst off ab seband? Strukturformel des Hydroxyharnstoffs 1-O! M Früherkennung der Zuckerkrankheit Enzyme wirken spezifisch. Deshalb werden enzymkatalysierte Reaktionen auch in der Diagnostik eingesetzt, beispielsweise in Teststreifen zur Erkennung der Zuckerkrankheit (Diabetes mellitus). Die Stärke in unserer Nahrung wird durch das Enzym Amylase in Maltose zerlegt, welche durch Maltase in Glucose gespalten wird. Bei Diabetes ist der Blutzuckerspiegel erhöht. Betroffene weisen daher eine erhöhte Menge an Glucose im Urin auf. Die Zuckerkrankheit hat verschiedene Ursachen: bei Diabetes Typ I gibt die Bauchspeicheldrüse zu wenig Insulin ab. Bei Typ II (der sogenannten Alters-Diabetes) sinkt die Empfindlichkeit der Insulin-Rezeptoren. Die Glucose- Teststreifen ermöglichen eine schnelle, einfache Bestimmung der Glucose-Konzentration im Urin und erleichtern dadurch die Früherkennung von Diabetes. MB Schematische Darstellung eines Glucose-Teststreifens Glucoseoxidase -Teststreifen Peroxidase Reagenzien: - Glucoseoxidase (Enzym) o-Tolidin (zeigt durch Reaktion mit Wasserstoffperoxid einen Farbumschlag) - Peroxidase (Enzym) und - Pufferlösung M9 Reaktionsschritte auf dem Glucose-Teststreifen 2 CH₂OH 0 HH HO OH H OH B-D-Glucose Glucose Glucose- oxidase H OH H Reaktionsschritt I Glucose- oxidase +30₂ + 2H₂O • Sauerstoff • Wasser Glucono- lacton 2 H₂C H₂N- H HO H CH₂OH -0 OH H H OH D-Gluconolacton Wasserstoff- peroxid 0 + 4H₂0₂ CH₂ o-Tolidin (farblos) Reaktionsschritt II -NH, + HyOz Peroxidase Wasserstoff- peroxid H₂C HN= Tolidinblau 3 CH3 ENH + 2H30 ИЛ in dem Diagramem, Temperatur abhansisheit des Schwertbohnen- Urease- und der Speichel - Amylase" ist die Reaktionsgeschwindigheit, in % in Abhansigheit von der Temperatur in °C dargestellt. Die Amylase gut Reaktions- geschwindigkeit der Amylase nimmt ab. ca. 15°C zu bis zu ces. 35° C, vorher gibt es heine abdivitat. Ha Nach 35°C nimmt es bis zu ca. 45 °C ab. Die Geschwindisheit der Wrease nimmt bis ca. 65°C 24 und sinht dann bis ca. 80°C. Am anfang hat Amylase heine Geschwindigkeit, da die Brownische Molehular- SB R Gr TS R hervorragende Einleitery. 5.06 ausgezeichnete Beschreibung der Amylaseaktivität voll zutreffende Beschreibuny der Urease-Aktivität Fachsprache ausgezeichnete verwendet & bewegung zu niedrig ist. urease hat trotzdem st etwas A Reationsgeschwindigkeit, wahrscheinlich, da es eine Urease attivitat auch bei niedrigen Temp. Korrekt benannt Berry fellt höhere Substratafinitât hat. Beide sinden ab einem bestimmten wert, da die zwischenmodehularen Kräfte quischen den Polypeptid Ketten, R bei abueichung über dem Temperaturoptimum, & sich lösen. Daduh entsteht fachsprachlich ange- & oine räumliche verandering the kergestchen LR und die Emyme Denaturieren, dann haben sie heine bei hohen Temp. Reaktionsgeschwindigkeit melar, da sie nicht mehr ihver Funktion nachgehen können. 1.2. Dadurch, dass der Boden. übersäuert, ändert sich der PH-Wert Aus M5 Sawer nicht mit Konkretem hann man entnehmen, das Emyan Urease ein pH-wert verhüpft pl-Optimum der PH-optimum von 7 hat Urease silber benannt (also neutral). Dadurch, dass der P-Wert aber zu Saver dass 7 hervorragende Erläuterug der Auswirkungen des scuwren Pegas cry die Ureae Aktivität ist lagern sich Protonen in der Polypeptidhette des Smyms und die Wasserstoff- brüchenbindungen und die lohenbindungen lösen sich, wodurch eine roundliche Veränderung stattfindex, (R) also das Emym Denaturiert. In den meisten Fällen ist dies auch reversibel, wenn man R den ursprungs PH-Wert wieder herstellb. Dadul, dass Urease nun nicht mehr fehlenie Bencany Ⓡ) Arbeiten kann, hann hein Benenning der zwischenprocedits Harnstoff umgesetzt werden, weduh auh hein Nitrat entstehen hann. Das Enzyon Urease hat ein Temperatur optimum Z, Cer mit den Wirtcenter von ca. 60°C und Amylase hervorragende Begrindy von ca. 35°C. D.h. das sie die Emyme bei den jeweiligen Temperaturen am besten arbeiten können. Die verschiedenen Temperatusplimen lassen sich aus dem wirkungsort der jeweiligen Emyme ergründen. brease homme Die Schwertbohnen Urease stament aus den tropischen Südostasien Lind Afrika und muss deshalb an höhere Temperaturen genolint Sein As Die Speichel-Amylase ist im Körper und da die Körpertemperatur eines Menschens normalerweise bei ca. 35-36°C liest, haan die Amylase dann aub am besten Arbeiten, und ist hohere. Temperaturen nicht gewöhnt. roll zutreffende Benennung der Temperaturoptima Z 4.3 Dadurch, dass bei einem zu schnellen abbau von Hamstoff zu viel Ammoniah entweicht muss die Aktivität etwas gehemmt werden. Dadurch das Hydroxyhamstof eine ähnliche Struktur hat wie Harnstoff, hann es auch ans aktive Zentrum der Urease binden. Daduch hamn Les als Hemmstoff dienen bei der Kompetetiven Hemmung Wenn Hydroxy harnstoff eine hahere Komertration als Harnstoff hat bindet es wahrscheinlicher ans R Ziel des Hydroxiharn- stoffs präzise beschrieben Z, Gr Hydroxyharnstoff sehr sicher pls kompetitiven Hemmstoff benamit and begründet SB Cr Bedeutung des Substrat- Komentration. 7 (ar) korrekt benannt. und sehr präzise estatert Gative zentrum, es wird aber hein Konkurirendes Produkt hergestellt, sondern das Emyin furd nur gehemmt. Wenn die Komentration von Harnstoff dann wieder steigt, fahrt das zu einer Verdrensung en Hydroxyhamstof aus dem abtiven Zentrum. Dann wird Harnstof abbgeband woduli die Kementration wieder sight. R R Z and Hydroxyharnstoff wieder die Urease hemmit. 2 Aus dem Diagramm kana. das die Unease ahtivitet in Rabhängigkeit von dem der Harnstshamentration. darstellt, sieht man auh, dass duls Hydroxyharnstoff die R Urease ahtivitat mit Verringente Rd der Urease ausgezeichnet begründet steigender Harnstofflomentration geringer ist als alone... Samit hannes genutzt 7 werden um den Abbau von R Harnstoff zuverlangsammen, damit nicht zu viel Ammonigh entweichd. 2.4 4. Cosubstrat / Coerrym. 2. Substrat 3. Етут) Арестуш 4. Emigm-Substrat-Komplex (mit Holdemy) 15. Produkt (1) ✓ 16. Produkt (2) ✓ hervorragende Benemuz der gekennzeichneten Strukturer 2.2 Der Glucase-Teststreifen Ziel das Tests treffend weist die Glucose- benannt Komentration im Urin nach. Afersten Schritt wird fach sprachlich Glucose mit den Casubstraoden do Sichere Beschreibung Sauerstoff und wasser durch Glucose oxidase 24 Gluconolacton und Wasserstoffperoxld abbsebaut. Daso-Tolidin hann ohne hervorragende Erläuterung der zwei Teitfeathioner Wasserstoffperoxid nicht von Peroxidase umgesetzt. werden, da es oline Cosubstrat ein Apzernym ist, also inaktiv P₁7, Grist. Daduḥ das im ersten Schartt Wasserstofperoxid hergestellt wurde Thann honnen o-Tolidin (farbles) und wassersts ff peroxid andas aktive Zentrum der Peroxidase binden, welches dann ein Hobernym (aktiv) ist. Duch die Reaktion entsteht eine Farbung, man erhält Grün förbung nicht explizit Todidinblau. Umso intensiver die erwähnt Farbung, umso mehr Glucose hat man im Urin. 2.2. Somit hann es vervended werden um einen aufälligen Glucose abet zu ermitteln and Diabetes bachzuweisen 근