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Enzyme – Funktionsweise (Basiswissen) 05:51 min

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Transkript Enzyme – Funktionsweise (Basiswissen)

Hallo! Mit hilfe von Enzymen wird deine Nahrung verdaut. Wenn du einer Speise durch deinen Körper folgst, begegnen dir die Enzyme Alpha-Amylase, Pepsin oder Trypsin und andere. Warum gibt es schon allein bei unserer Verdauung so viele verschiedene Enzyme? Warum reicht nicht ein einziges Enzym aus?

Und wenn du mal weiter in deinem Körper suchst, findest du noch viele andere Enzyme, die z.B. bei der Herstellung oder dem Abbau von Hormone oder andere Stoffe mitwirken. In diesem Video wirst du sehen, wie Enzyme arbeiten und was eigentlich das besondere an Enzymen ist. Am Ende weißt du, warum es so viele verschiedene Enzyme gibt.

Allgemeines zu Enzymen

Enzyme sind Biokatalysatoren, die wie z.B. metallische Katalysatoren wirken. Sie setzen die Aktivierungsenergie einer bestimmten Reaktion herunter und ermöglichen so, dass eine Reaktion, die normalerweise nur bei höheren Temperaturen ablaufen würde, auch bei Zimmertemperatur bzw. Körpertemperatur ablaufen kann.

Außerdem beschleunigen Enzyme eine Reaktion, so dass eine langsam ablaufende Reaktion sehr schnell abläuft; Enzyme sind meistens Proteine, ihre Bausteine sind also die Aminosäuren.

Enzym-Substrat-Komplex

Die Stoffe, die von einem Enzym umgewandelt werden, nennt man Substrate. Ein Enzym bindet ein Substrat und bildet einen Enzym-Substrat-Komplex. Die Reaktion läuft ab und danach werden das Enzym und das Produkt freigegeben.

Arbeitsweise der Enzyme

Die Grundlagen kennst du jetzt. Wir werden uns nun die Arbeit eines Enzyms genauer anschauen. Das Substrat wird vom Enzym in einer Vertiefung gebunden. In dieser Vertiefung liegt das aktive Zentrum, wo die Reaktion abläuft. Bestimmte Aminosäurereste ragen in dieses aktive Zentrum hinein und üben bestimmte Kräfte, also z.B. eine Abstoßung oder Anziehung bestimmter Atome des Substratmoleküls, aus.

Wenn zwei Substratmoleküle verknüpft werden sollen, werden die Atome, zwischen denen eine Bindung entstehen soll, in räumliche Nähe gebracht. Es kommt zu einer Konformationsänderung und die chemische Reaktion läuft ab. Danach trennen sich Enzym und Produkt und das Enzymmolekül geht wieder in den Ausgangszustand zurück, so dass es von Neuem ein Substratmolekül binden und umwandeln kann.

Schlüssel-Schloss-Prinzip

Die Erkennung und Bindung des Substrates erfolgt nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip. Das heißt, dass nur ein ganz bestimmtes Substratmolekül oder einige wenige Substratmoleküle, die sich sehr ähnlich sind, vom Enzym gebunden und umgewandelt werden.

Es passt also nur ein ganz bestimmtes Substrat zu der Bindestelle und dem aktiven Zentrum des Enzyms, so wie dein Wohnungsschlüssel nur in das Schloss deiner Wohnungstür passt. Auch die ablaufende chemische Reaktion ist genau festgelegt.

Induced-fit-Modell

Enzyme sind also substrat- und reaktionsspezifisch. Mitlerweile nimmt man aber auch an, dass erst durch die Annährung des Sustrates an das Enzym sich die richtige Passform des Enzyms ausbildet. Dieses Modell wird auch als induced-fit-Modell bezeichnet, wobei induced fit soviel wie induzierte Passform gedeutet.

Spezifität und Optimum

Du musst dir nun vorstellen, dass die Spezifität weiter erhöht wird, indem Enzyme nur unter ganz bestimmten Bedingungen optimal arbeiten können. So sollten sowohl die Temperatur als auch der pH-Wert nahe des Optimums des Enzyms liegen.

Damit hast du eine Antwort auf die Frage, warum es eigentlich so viele Enzyme gibt. Aufgrund der Vielzahl von Substraten und Reaktionen, die möglich sind, und aufgrund der Spezifität von Enzymen ist es klar, dass es eine riesige Anzahl von Enzymen geben muss. Das ist der Grund, weshalb man in lebenden Zellen bisher mehr als 3000 Enzyme kennt.

Zusammenfassung

Alpha-Amylase, Pepsin oder Trypsin... das sind nur einige unserer Verdauungsenzyme. In diesem Video hast du gesehen, wie Enzyme arbeiten und warum es so viele verschiedene Enzyme gibt. Denn Enzyme sind sehr substrat- und reaktionspezifisch und in ihrer Enzymaktivität stark von pH-Wert oder Temperatur abhängig.

Nur ganz bestimmte Substrate passen in das aktive Zentrum der Enzyme. Dabei werden durch die Formänderung Bindungen gebrochen, oder ausgebildet und damit Stoffe ab- oder aufgebaut. Aus dem Enzym-Substrat Komplex geht das Produkt und das unveränderte Enzym hervor. Tschüss und bis zum nächsten Mal!

20 Kommentare
  1. Sehr gut erklärt ❤️

    Von Leidypp59, vor 5 Monaten
  2. Schönes Video, war aber leider nicht das was ich gesucht habe

    Von Monika Dawidek, vor mehr als einem Jahr
  3. War sehr gut erklärt aber manche Sachen verstehe ich nicht

    Von H Beutinger, vor mehr als einem Jahr
  4. es ensime nicht enzyme

    Von Ranas, vor fast 2 Jahren
  5. @Lilian Mittelstaedt,
    Spezifität ist hier die Eigenschaft, für einen ganz bestimmten Einzelfall da zu sein. Im Fall von Enzymen heißt das, dass ein Enzym nur mit einer ganz bestimmten chemische Verbindung arbeiten kann. Diese wird dann durch das Enzym verändert - entsprechend der Funktionsweise des Enzyms. Zum Beispiel ist eine DNA-Polymerase Substrat-spezifisch, denn sie kann nur DNA polymerisieren. Sie kann keine Zucker polymerisieren. Deshalb ist ihr spezifisches Substrat die DNA (Substratspezifität).
    Außerdem gilt die DNA-Polymerase als Reaktionsspezifisch, weil sie die Polymerbausteine (die Nukleotide) immer auf genau die selbe Weise chemisch verknüpft. Dabei handelt es sich um eine Verknüpfung mit einer Phosphodiesterbindung an den C-Atomen 3 und 5 der Desoxyribose.
    Desweiteren funktioniert jedes Enzym nur unter spezifischen Bedingungen optimal. Z.B. funktioniert die menschliche DNA-Polymerase nur bei ca 36-37 °C am besten. Es gibt wärmeliebende Bakterien, deren DNA-Polymerase bevorzugt 90 °C.

    Erhöht wird die Spezifität in dem Video nicht. Der Sprecher wollte lediglich ausdrücken, dass die Temperaturspezifizität auch eine Rolle spielt und dass es also noch einen Aspekt für die Spezifität gibt. Insgesamt wurden also Substrat-, Reaktions- und Temperaturspezifität erwähnt.

    Ich hoffe dir damit weiterhelfen zu können.

    Viel Erfolg beim Lernen wünscht dir dein Sofatutor

    Von Karsten Schedemann, vor fast 2 Jahren
  1. Ein super Video!! Vielen Dank
    Nur, Was bedeutet dass die spezifität erhöht wird? (4:08)

    Von Lilian Mittelstaedt, vor fast 2 Jahren
  2. Super Video! Hat mir sehr geholfen, danke :)

    Von Philine H, vor mehr als 3 Jahren
  3. Vielen Dank! Echt richtig klasse erklärt :)

    Von Shakiba Siddiqui, vor mehr als 4 Jahren
  4. Hallo :)
    das ist auch etwas komplizierter. Ganz vereinfacht kannst du dir das aber so vorstellen:
    Der pH-Wert erlaubt Aussagen darüber, wie "sauer" oder "basisch" ein Medium ist. Das ist z.B. wichtig wenn du wissen willst ob es sich um eine Säure oder eine Base handelt oder wenn du wissen willst welche Säure die stärkere Säure ist. Das ist wie gesagt noch ein wenig komplizierter, aber schau dir dazu mal dieses Video an, vor allem ab 2:20 (es handelt sich jedoch um ein Oberstufenvideo)

    http://www.sofatutor.com/biologie/videos/der-ph-wert-als-abiotischer-faktor

    Von Marcel Schenke, vor mehr als 4 Jahren
  5. Ich verstehe nicht was der PH-wert angibt :/

    Von Susanne Fritzel, vor mehr als 4 Jahren
  6. Warum gibt es so tolle lehrer nicht in der schule? Dort wird so viel drumherum erzählt dass man im Endeffekt garnichts behält.
    Danke für das super video!

    Von Juliane G., vor mehr als 4 Jahren
  7. Voll gut erklärt

    Von Mahmood Rohan, vor fast 5 Jahren
  8. sehr einfach und verständlich dargestellt! gefällt mir sehr gut!!

    Von Lina Christiansen, vor mehr als 5 Jahren
  9. super Video. Jetzt habe ich es endlich verstanden ;)

    Von Wekzym, vor mehr als 5 Jahren
  10. Klasse Video, vielen Dank dafür.

    Von Jonas Haarke, vor mehr als 5 Jahren
  11. sehr gut erklärt, alles verstanden!

    Von Ronja K., vor mehr als 5 Jahren
  12. super erklärt!bitte mehr:)

    Von S Bornheim, vor mehr als 5 Jahren
  13. Besser geht es nicht <3

    Von Deleted User 102969, vor fast 6 Jahren
  14. Ausgezeichneter Beitrag!!

    Von Olgaandreewna07, vor fast 6 Jahren
  15. Besonders fasziniert hat mich die "neue" Erkenntnis der Wissenschaft, nämlich dass sich Annäherung des Substrates an das Enzym die richtige Passform ausbildet, also das "Induced-Fit-Modell"! Also bildet sich für jedes Enzym eine passgenaue Andockstelle. Die Natur ist und bleibt GENIAL!!!

    Von Green Spirit, vor fast 6 Jahren
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Enzyme – Funktionsweise (Basiswissen) Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Enzyme – Funktionsweise (Basiswissen) kannst du es wiederholen und üben.

  • Beschrifte die Abbildungen zur Enzymreaktion.

    Tipps

    Das Enzym geht unverändert aus der Reaktion hervor.

    Das Substrat wird durch die Reaktion zum Produkt umgewandelt.

    Enzym und Substrat passen wie Schlüssel und Schloss zusammen. Jedoch vermutet man heute, dass die passende Form des Enzyms erst durch das Annähern des Substrates entsteht.

    Lösung

    Zunächst hast du das Enzym und das Substrat (Enzym+Substrat) vorliegen. Substrat und Enzym passen zusammen wie bei Schlüssel und Schloss. Durch diese passende Form verbinden sich Substrat und Enzym. Sie bilden den Enzym-Substrat-Komplex (Enz.Sub.-Komplex) aus. Durch bestimmte Wechselwirkungen zwischen den Atomen vom Enzym und Substrat kommt es zu einer Formänderung im Substrat. So wird das Substrat verändert und die Bindungen des Komplexes lösen sich. Das Substrat geht dabei als Produkt aus der Reaktion. Das Enzym bleibt unverändert. Damit liegen am Ende Enzym und Produkt (Enzym+Produkt) vor. Heute nimmt man an, dass erst mit dem Annähern des Substrates das Enzym seine passende Form annimmt. Diesen Vorgang bezeichnet man als Induced-Fit-Modell.

  • Beurteile die Aussagen über die Enzyme nach ihrer Richtigkeit.

    Tipps

    Katalysatoren sorgen dafür, dass Reaktionen leichter ablaufen. Man findet Katalysatoren auch in der Biologie.

    Enzyme können die Reaktionsgeschwindigkeit einer Reaktion beeinflussen.

    Enzyme haben ein ganz bestimmtes Temperaturoptimum.

    Lösung

    Enzyme sind Biokatalysatoren, welche es ermöglichen, dass die Reaktionen zum Produkt unter leichteren Bedinungen, also mit weniger Energieaufwand, ablaufen können und Reaktionen beschleunigt werden. Das Gleichgewicht zwischen Produkt und Edukt wird vom Enzym nicht beeinflusst.

    Durch äußere Faktoren, wie Temperatur oder pH-Wert, können Enzyme in ihrer Aktivität beeinflusst werden.

    Enzyme sind substratspezifisch. Das bedeutet, dass sie sich nur mit ganz bestimmten Substraten verbinden. Dies geschieht nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip. Die Formen des Enzyms und des Substrates passen nämlich wie Schlüssel und Schloss zusammen. Erst durch die passenden Formen kann eine Reaktion erfolgen.

    Nach der Reaktion geht das Enzym unverändert aus der Reaktion hervor. Das Substrat wurde zu einem oder mehreren Produkten umgewandelt.

  • Definiere die Begriffe zum Thema Enzyme.

    Tipps

    Enzyme sind Proteine.

    Katalysatoren in der Chemie können die Aktivierungsenergie herabsetzen.

    Proteine sind lange Aminosäureketten.

    Im Magen liegt ein saures, im Darm ein basisches Milieu vor.

    Lösung

    Damit Reaktionen in deinem Körper leichter ablaufen, verwendet dein Körper Enzyme. Sie setzen die Aktivierungsenergie herab, wodurch weniger Energie aufgewendet werden muss, damit eine Reaktion abläuft. Solche Reaktionen bezeichnet man als enzymkatalysierte Reaktionen. Auch in der Industrie wird eine Vielzahl solcher Katalysatoren verwendet.

    Doch je nach Reaktion benötigt man ganz spezielle Enzyme. Enzyme sind nämlich substratspezifisch. Das bedeutet, dass sie nur mit Substraten interagieren können, deren Form genau zur Oberfläche des Enzyms passen. Dies ist das Schlüssel-Schloss-Prinzip. Dieses findet man auch bei den Rezeptoren wieder, welche ebenfalls nur mit ganz spezifischen Substraten interagieren können. In einigen Fällen ist es so, dass sich erst durch die Anwesenheit des Substrates die passende Form des Enzymes ausbildet.

    Die Aktivität eines Enzymes wird durch die äußeren Faktoren wie pH-Wert oder die Temperatur reguliert. Durch die äußeren Faktoren und das Schlüssel-Schloss-Prinzip wird ganz genau reguliert, dass das Enzym nur dort wirkt, wo es wirken soll. Enzyme, die im Darm wirken sollen, besitzen so beispielsweise ihr Aktivitätsoptimum in einem basischen Milleu bei einer Körpertemperatur von circa 37 Grad Celsius, wie es im Darm vorherrscht.

    Ab einer Temperatur von 44 Grad Celsius werden die Proteinstrukturen der Enzyme zerstört, beziehungsweise denaturiert. Die Enzyme verlieren in diesem Fall ihre Funktion.

    Eine Reaktion, bei der sich ein Stoff mit einer ähnlichen Struktur wie das Substrat an das Enzym bindet und dieses lediglich blockiert, bezeichnet man als kompetitive Hemmung.

  • Bringe die Textabschnitte der Enzymreaktion in die richtige Reihenfolge.

    Tipps

    Aus dem Substrat geht ein neues Produkt hervor.

    Damit ein neuer Stoff entsteht, müssen Bindungen verändert werden.

    Ein Enzym geht immer unverändert aus einer Reaktion hervor.

    Die Vertiefung des Enzyms ist die aktive Bindungsstelle.

    Lösung

    Zunächst verbinden sich Enzym und Substrat zum Enzym-Substrat-Komplex. Dazu wird das Substrat in die Vertiefung des Enzyms, die sogenannte aktive Bindungsstelle, aufgenommen und es kommt zur Konformationsänderung. Durch die Konformationsänderung werden Bindungen des Substrats aufgebaut oder getrennt. Aus dem Enzym-Substrat-Komplex geht das unveränderte Enzym und das Produkt bzw. die Produkte hervor.

  • Bestimme die Elemente eines Reaktionsverlaufs.

    Tipps

    Die Aktivierungsenergie stellt ein energetisches Hindernis dar.

    Das Enzym geht unverändert aus der Reaktion hervor.

    Besitzen Enzym und Substrat die zueinander passenden Oberflächen, so können sie nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip eine Bindung eingehen.

    Lösung

    Treffen Enzym und Substrat aufeinander, so bildet sich ein Enzym-Substrat Komplex. Durch eine Konformationsänderung können Bindungen aufgebaut oder getrennt werden. Aus der Reaktion geht das unveränderte Enzym und das entstandene Produkt oder die Produkte hervor. Das Diagramm zeigt den energetischen Verlauf der katalysierten Reaktion. Damit werden die Achsen mit Energie und Reaktionsverlauf beschriftet.

  • Erläutere die Funktion von Enzymen.

    Tipps

    Enzyme können die Aktivierungsenergie einer Reaktion herabsetzen.

    Dein Türschloss kannst du nur mit dem dazu passenden Schlüssel öffnen.

    Im Magen werden Peptide zersetzt.

    Katalysatoren gehen unverändert aus einer Reaktion hervor.

    Lösung

    Enzyme sind Biokatalysatoren, die die Aktivierungsenergie einer Reaktion herabsetzen. Das bedeutet, dass Reaktionen mit Enzymen leichter ablaufen. Gemeinsam mit dem Substrat bildet sich ein Enzym-Substrat-Komplex, indem durch Konformationsänderungen Bindungen aufgebaut oder getrennt werden können. Da das Enzym ein Protein mit ganz eigener Struktur ist, passt es auch nur mit ganz bestimmten Substraten zusammen. Dieses Prinzip bezeichnet man als Schlüssel-Schloss-Prinzip. Diese Spezifität ist ein Grund dafür, dass es so viele Enzyme in einer lebenden Zelle gibt. Ein weiterer Grund ist, dass jedes Enzym ganz spezielle Bedingungen benötigt, um optimal funktionieren zu können. Entscheidende Faktoren sind dabei der pH-Wert oder die Temperatur.