Enzymatik

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Neurodegenerativen Erkrankungen In Material 3 sind die Reaktionsgeschwindigkeiten einer ungehemmten, einer allosterisch gehemmten und einer kompetitiv gehemmten Reaktion in Abhängigkeit von der Substratkonzentration dargestellt. Dabei wurden die beiden Hemmstoffe in gleicher Konzentration verwendet. Ordnen Sie dem jeweiligen Graphen die passende Reaktion begründet zu und stellen Sie Hypothesen zu der Wirksamkeit der Therapieansätze in Hinblick auf die Bekämpfung dieser Nervenzellen schädigenden Erkr ungen (wie Alzheimer, Parkinson u.a.) auf. (12P.) ogieklausur Enzymatik gA QP1 8.10.21 2stündig Material M1.1: Abbau von Lactose H CHO Wasserstoff brücke Lactase Spezi Sischer Teilbereich 1 2 Zum Binden an clas 3 OH Versuchsansatz Wasser 4 5 CH₂OH + (vorhanden) OH aktives Zentrum -0 OH akdive Zendrum + 0 Material M1.2: Versuchsansätze zur Lactaseaktivität + H + + + + Lactose OH Substrat Enzym II OH CH₂OH Übertragung des Wasserstoff-lons Lactose Lactase pH-Wert Blei-lonen" + - (nicht vorhanden) 1. aktives + OH + Zentrum + Inhibitor H CH, Ôn 6,5 6,5 nodul 6.5 NAME: "Emma Schuhmacher (1 sover (3 Sabstrat Korelete Bes&inittung Galactose CH₂OH 2001 OH aktives Zentrum OH Material 2 Modelldarstellungen zur Hemmung von Enzymreaktionen Girreversible) Hemmung negativer OH Reaktions- temperatur (°C) 80 aktives 0 Enzym I 37 5de 370, dinel 37 Essentos Glucose H Zentrum OH CH₂OH C allosterisches 一个 Zendrum OH + Substratmolekul Ergebnis OH Enzym I 2 Mes gebundenes *Zendrum speziSischer Teilbereich cur Bindung an 7das aktive *1 veränderdes Zentrum negadiver ES Seldor Korrelle Beschriftung ogieklausur Enzymatik gA QP1 8.10.21 2stündig Material 3 Neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer, die Parkinson- Krankheit oder Chorea Hunting- ton sind geprägt durch den schritt- weisen Abbau von Nervenzellen des zentralen Nervensystems. Ein mögliches Enzym, das eine Rolle. in diesen Prozess spielt, ist die Caspase 3. So konnte bei Patien- ten mit Alzheimer eine erhöhte Konzentration des Enzyms Cas- pase 3 nachgewiesen werden. Als möglicher Therapieansatz wur- den zwei Moleküle (XIAP und Diflunisal) untersucht, die das Enzym inhibieren (Abb. 3). Reaktionsgeschwindigkeit NAME: ES ungebrems Caspase 3 ohne Molekul Comp. Seb. 2 Caspase 3 und XIAP allood-cehemnu 3 Caspase 3 Substratkonzentration nes- Esselifor V und Diflunisal 3 Reaktionsgeschwindigkeit unterschiedlicher Hemmtypen bei unterschiedlicher Substratkonzentration Schuhmacher, Biologie LES] Nr. 1 · Cactose Cactase Libera beikin! Glucose + Galactes. Das vorliegende Material Ml./ stellt den chemischen Abbau vores dem Disaccharid, also Zwei Sachzuchers, Cactose durch das Verdauungseneym Lactase dar. O In der linken Teilabbildung liegt lactose als Monosaccharidbindungi also als Bindung der zwei EinSach-- zucher Galactose und Glucose, vor. Das in beige dargestellte Lactose- Enzym geht nun mit dem tactose- Das Lactose- Molekul bindet. sich nun mit einem speridischen Teilbereich des lactase - Molekuls.. Es entstehen daer inA.. an das aktive Zentrum Aufgrund der innermolekularen Wechselwirkungen, hier Wasser- stoßsbrüchenbindungen, zwischen aktiven Zentrum und Substrat, also Cacdose, tommt es cons WassersdoSS-lon übertragen. wird ein Es kommt demnach zu einer chemischen Veränderung der räumlichen Struktur beider Molekule BRUNNEN Hinführung 0,5 (missverständlich {richtig gar Bindung nach Ellüssel -Selloss- Printap! Bildung eines Enzym - Susstict- Komplexes 45P ning erkannt V 0,5. 0,5 ko ta der rechten Feitabbildung ist Die Endproc In der rechten Veilabbildung sind nun die End produkte dargestellt, (welche aus der Reaktion Des Gazym geht unverändert aus der Redletion hervar, R hervorgehen. Zu sehen sind nun die EinSach- zucher Galactose und Glucose. Sie sind nicht mehr über ein Sauersto&S- Adom mideinander verbunden und liegen einzeln Aufgabenstellung 1 beachter vor. Zudem sind sie von dem aktiven. Zentrum des Enzym- Molekuls. gelast und nicht mehr über Wassersdossbrüchenbindungen. amit diesem verknäpst. 1.2 El. Einzig im Versuchs Die Enzymaktividad ist in vielerlei Hinsicht von. bedingt äußeren Bedlingungeni wie der Temperatur und dem pH-Wert abhängig. Sie versing Encyme verSugen hierbei über ein Temperatur- und Lactase E über- oder 4 Optimum,. Enz. ein pH- Werd-Optimum, in welchem die die encymatischen Aktivität + Reaktions- geschwindigkeit und die Wechselzahl, also & die Anzahl der umgesetzten Zeideinheid, maximal Teilchen pro sind. kung ist {s Lactase-Encyme versagen über- oder unterschreitet man dieses Optimum, so minimiert sich die Enzymaktividad Betrachtet man nun die verschiedenen Versuchsansätee, lassen sich. Solgende Dinge erkennen; Ausgrund der maximal hohen • Temperatur von 80°C im ersten Ansade henn, drodz ces pH-Werd- Optimums im neutralen Bereich, Leine Substrate eneymadische Aktivität gemessen werden.. da nun heine Substrate. Dies ist cum einen aus die zu schnelle Teilchenbewegung zurich cuSühren, da nun heine weiteren Substrate an das aktive Zendrum der Encymmolehale binden kennen.. Zum anderen verAi veshindest die 1. Temperatur die innermolekularen Wechselwirkungen; das Enzym verliert seine räumliche Struktur und spezifische Funlition. Man spricht auch von einer Denadu- rierung. Im zweiten Ansade wiederrum. ist die Temperatur gerin zagerin und somit die Teilchenbewegung minimal. Somit ist die Wahrscheinlichheid BRUNNEN T V (miling) AS hier Versuchsansche zutreffend R 7 richtiger Anschz gets ount 57 des Auseinanderdressens von Encym & und Substrat und das Zusammen. schmelzen zu Enzym- Substrat - Vomplex ebenfalls kei gleich der Reaktions- geschwindigkeid, des StosSumsatzes und der enzymatischen Aktivität, zu & gering.. Beide Ansätze underliegen der Reaktionsgeschwindigheids-Temperatur- Regel, hurz RGT-Regel. Sie besagt, dass bei einer Temperadur- erhöhung Encymaktividad von loc sicht die um den Fakdor zwei bis drei we ansdeigd. Sc Insolgedessen sild: je höherd die Temperatur, desto haher aufgrund der schnellen Teilchen- bewegung, die Reaktionsgeschwindigheid, die Wechselzahl und des enzymadischeen Aktividad. Dies gild, wie hier veranschaulicht jedoch nur Sur einen begrenzten Jemperaturbereich a a von circa o bis 60°C.. Versuch Versuch In Anbetracht des dridden Ansadzes lassen lässt sich Seststellen, dass die Temperatur und der pH-Werd im enzym-spezifischen Optimum liegen. (J) ( Hier wird somit die einzige 0,5 enzymatische Aktividad vermessen. pH-Weld Алб n Enzym Zusammen- 1.- Vomplex/ -ns- Es wird In Versuchsansate 4 ist das pH-Weld- Optimum unterschritten. Aufgrund der Anlagerung negatio gela positiv geladenen Wasserstossionen. an die negativ geladenen Amino. Jus saurencesde, werden die che- mischen Wechselwirkungen. underbunden und es hommt. von erneut zu einem Verlust der räumlichen Struktur, der spezifischen Funktion und demnach der Denaturierung. Auch in Versuchsansatz 5 liegt heine Enzymaktivität da vore So wurde efnle, zum einen, erneut cas pH-Wert - Optimum underschritten. Zum anderen sind hier Blei- lonen anwesend, welche eine hemmende Wishung aus die- Enzyme haben und die des ihre Aktividad um ein Vielsaches minimieren oder sogar gänzlich underbinden. BRUNNEN صلح 0,5 0,5 0,5 R 93 0,5 12 gelungene Bearbeitung "de Aufgest range Folgerungen 3P 1.3 Versuchsansate 5 stellt die hemmende Wirkung der Schwermetalle and die Enzyme dar, wodurch der Fokus nicht aus der Abhängigheid von Enzymen und außeren Bedingungen, wie der Temperatur oder clem pH-Wert, berant a liegt.. STT InSolge dessen känneman aus diesem ledeten Ansate. heine schlagkrästigen Aussagen.. und Hoteite über die den EinSluss des zu niedrigen pH-Werds von 3-, also einem Sauren pH-Werd, tressen oder der Reaktionstemperatur von 37 C dresden, Sormulieren. Eineig über die den Ein Sluss des Schwermetalls aus die Aktivität des Cactuse- Enzyms durse man urteilen. spand 2.36² lie हड Nr. 2 Die erste Teilabbildung stellt die bom- reversible kompetitive (7) Hemmung eines Enzyms dar. ✓ Inhibidor- Molehel und Sa, hier ein Konstrukt aus Halbkreis. und Quadrat, und Substret- Molekul, hier eine Art Oval, ähneln sich somit in ihrer räumlichen Struktur, Sie verfugen som by nämlich beide über den spezifischen Teilbereich, um an clas aktive Zentrum des Enzyms zu binden. Be Inhibitor und Substrad honhurrieren nun. um die Besetzung des aktiven Zendrums, Gebundene Inhibidoren losen. werden nicht vom altiven. Zentrum und lösen umgesetet von dem Enzym. temporar der Stossumsate, die Reaktions. sich erneut Somit werden geschwindigkeit und die Enzymaktivität gesenkt, In der zweiten Teilabbildung wird die allosterische Enzym- hemmung dargesteht. Allosterische Enzyme verfügen neben ihrem aktiven Zentrum zusätzlich über ein BRUNNEN Korelete Zuordnung richy Korrelite Zucching gut/richg erlaunt 05 0,5 gelunge "Bearbeitung 12P regulatorisches Zentrum ocher sogar zwei regulatorische Zentren. nun Diese Enzyme werden. über so genannte Essektoren, hier kleine Kugeln, regulierd, welche nicht an das aktive-, sondern an das reguladorische Zentrum binden. In diesem Fall handelt es sich um einen negativen Esseldor, also ein Endprodukt, welches sich an das reguladorische Zendrum binded. ES Gebundene negative Essektoren verändern die VonSormation, also die räumliche Struktur, des •millolekuls, so dass hein Substrate nicht mehr des Eney! oder nur erschwert an das aktive Zentrum binden Lännen. Das dargestellte ovale Substrat nun nicht mehr mid passt seiner räumlichen Struktur in das Dr. dreiech-Sormige aldive Zendrum. InSolgedessen sind die Reaktions. geschwindigheid, die Wechselzah! und die Enzymaktivität minimal. Man spricht auch Endprodukthemmung. von einer E³8 ▶ 1 26 ES Nr. 3 g Der Graph stellt die Reaktions- geschwindigkeit, in relativen Einheiten aus dery - Schse. in Abhängigkeit der Substrat- honzentration in relativen Einheiten, aus der x-Achse dar. Die verschieden Sarbigen Graphen stellen die den Reaktions- this fulining V JA verlaus verschiedener Hemd Hemmtypen for mit dem Enzym Caspas 3 dar. Die grüne Kurve ohne Il repräsentiek. die Reaktionsgeschwindigkeit eines. ungehemmten Enzyms. So nimmt die Realitionsgeschwindig- heit mit ansteigender Substrat- konzentration exponentiali bis zum Erreichen der Asympdade, 2 also der maximalen Reaktio alan Reaktionsgeschwindigkeit, zu. Die rode kurve, mit Caspase 3 und XIAP steigt deutlich langsamer, linear und dennoch & deutlich langsamer an, als die grüne Kurve. Ab einer bestimmten Substrat- honzentration steigt die EAZYMAL Reaktionsgeschwindigkeit weidaus schneller, bis zum Erreichen BRUNNEN nichtige Zuordnung 0,5- exponentiell (Beschreibung des Kes Graphens Kleine Hemmuing ummschnter Beschreibung der Graphen) 0,5 Hier handeld sich Korvalte Zuordung reversible Comjeditive Hemmung. Bei dieser Art der Hemmung ähneln sich Inhibitor und Substrat in ihrer räumlichen Struktur, so class sie um Sie her die Besetzung des. bereits in Affiche 2 bearbetet Anfachenstellung beachten? Hypothesen zu der Wirtsculler der Therapie ausche aufstellen (und überprüfen ?) 05 von Umat, also der maximalen? Reaktionsgeschwindigkeit an. es die 0,5 Sie letz- Realdior um aldrven Zendrums honkurrieren. Gebundene Inhibidoren werden nicht umgeseded und losen sich nach hurzer Zeid vom audiven Zendrum. Somit wird temporàr die enzymatische Ahdividad minimiert. Ab einer bestimmten Substrad- As mit de Sie honzentration überwiegt die llenge der Substradmolekule. In Solgedessen ist die Wahrscheinlichkeit des Zusammenbindens von Substrat und Honey weida höher als des Zusammenbindens von Enzym und Inhibitor. Durch die entstehenden Enzym- Substrat- Komplexe wird die Aktivierungs. energie der Reaktion verringerd, so dass sich Wechsels die Wechselzahl und Reaktions. geschwindigkeit entsprechend erhöhen. Demnach hann, trode der Anwesen-" heit der Inhibidoren, Umax erreicht werden. aus an timalen. Ć ES Die letzte kusue zeigt die Reaktion des Enzyme Caspase 3 mit dem Molekul DiSlunisal. Sie steigt zu Beginn serendalls äußerst langsam an. exponential, edloch weitaus. langsamer als die vorherigen am langsamsten Gn. and erreicht die maximale Reaktions- 11 ges. Die Asymptode liegt. hier weitaus niedrieg kleineren Werden Sur S Substrathonzentration und Reaktionsgeschwindigheid, so LAL: Aach bei Die maximal dass Umax A auch bei Ansters ansteigender Substrat- honzentration, nicht erreicht wird. Diese Kurve stellt demnach die allosterische Hemmung eines Enzyms x & durch negative ES Seldoren dar. Allosterische Enzyme versugen. neben ihrem aldiven Zentrum zusätzlich über regulatorische Zendren.. Sie werden in Ihre Aktivität wird von so genannten Esseldoren resulterd, , meist Substrad- oder Post Endprodukt- Molekülen, reguliest. In diesem Fall wurde die BRUNNEN Beschiebung des Graphens کره Kowellte Zwordung bereits bei Ansgade 2 abgedrept und ausgeführt) Aufscenstellung beachten beeb in 0,5 Aufgabe 2 bearbetet Eine dentlich gelleanzeichnete Darstellung Hypotheses ver нур 05 op5 der Hier werden die Wirllungen thomchisiof hemmende Wirkung eines negativen ESSelfors, auch Endprodukshemmung genannd, veranschaulicht. Gebundene negadive EsSeldoren rusen eine Veränderung der VonSormation des aut Enzym- Molehüls hervor, sodass so dass keine. Substrate haum oder nur.. sehr schwer an das aktive Zendrum binden können.. Die Die Anzahl der umgesetzten Teilchen Zeideinheit und pro. die Reaktionsgeschwindigkeit sind demnach entsprechend se gering. Auch war Auch bei Hinzugabe zusätzliches Substrate würde die Reaktions. geschwindigkeit nicht steigen, Ila heine möglichen aktiven Enzyme vorliegen, an welche die of sie binden konnten. Zusammen Sassend hann man sagen, dass das Molekül Distus Di Slunisal die größte hemmende Wirkung hervorrust. Es wäre zu erwarten, dass durch den & den therapeutischen Einsatz dieses Hemmsdo&Ses ES die besten Ergebnisse et erzicht erwoldent hervortreten, würden. → somet weniger Nervenschädging. Der Hemmsdo&& XIAP würdle nur bis zu einer bestimmten Substrathonzentration wirken und demnach nur teilweise eine Therapie voranbringen. eine Theraphie nus in Teilzügen voranbringen. → somit geohgere Nervenschädigungen als bei Kurve 1 (der ungehemmten Redition)an awarten. waren Bei der ungehemmten Reaktion (Kurve 1, gmin) bewireht Caspase 3 (wahrschenlich) Nervenschädigungen. 13 BRUNNEN کره : 10,5