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Enzyme sind Stoffe, die biochemische Vorgänge im Körper ermöglichen oder beschleunigen, sie werden auch als „Biokatalysatoren“ bezeichnet. Sie setzen die Aktivierungsenergie herab, so dass die Reaktionen schon bei Körperwärme ablaufen. Schon beim Kauen auf einem Stück Weißbrot wird zum Beispiel die Stärke durch das Enzym Amylase im Speichel zu kürzerkettigen Kohlenhydraten (Dextrine) abgebaut. Mit Hilfe der Verdauungsorgane werden die Stoffe aus der Nahrung durch die Enzyme zu einfacheren, besser löslichen und leichter abbaubaren Stoffen umgewandelt und dann vom Blut aufgenommen.
Enzyme erhalten nach IUPAC die Endung „ase“, wenn chemische Verbindungen in kleinere Einheiten aufgespalten oder neu verbunden werden. Der Name soll die Wirkung des Enzyms beschreiben. Oft wird aber auch der Trivialname beibehalten, wenn der Name sehr verbreitet ist, zum Beispiel bei den Verdauungsenzymen Pepsin und Trypsin. Pankreatin ist ein Enzymgemisch, das aus der Bauchspeicheldrüse von Schweinen gewonnen wird. Es enthält unter anderem Amylase, Trypsin und Lipase. Viele Enzyme wie das eiweißspaltende Chymotrypsin aus der Bauchspeicheldrüse sind selbst Proteine (Eiweiße), die aus großen Makromolekülen und einer dreidimensionalen Struktur mit hoher Oberfläche aufgebaut sind. Dadurch wird für den aufzuspaltenden Stoff, dem Substrat, eine passende Stelle im Molekül bereitgestellt. Dabei bildet sich vorübergehend ein Enzym-Substrat-Komplex. Die sekretorischen Zellen im Magen und die Bauchspeicheldrüse produzieren eine inaktive Vorstufe des jeweiligen Enzyms. Die Aktivierung erfolgt dann erst im Magen oder im Dünndarm. Dies verhindert, dass das umliegende Gewebe während der Produktion selbst verdaut wird.
Als Substrate werden die von den Enzymen umgesetzten Stoffe bezeichnet: In der Nahrung wären das zum Beispiel die Kohlenhydrate, die Eiweiße, die Fette, die Vitamine und die Mineralstoffe. Die Stärke ist ein Kohlenhydrat, das zu den Vielfachzuckern gezählt wird, während die Maltose (Malzzucker) und die Saccharose (Rohrzucker) Zweifachzucker darstellen. Bei den Eiweißen, den Proteinen, sind viele Aminosäuren zu einer spiralig aufgerollten Kette zusammengefügt. Jedes Enzym ist auf ein bestimmtes Substrat spezialisiert. Pepsin entsteht aus einer Vorstufe aus der Magenschleimhaut mit Hilfe der Salzsäure im Magen. Es ist im sauren Bereich des Magens bei pH = 1,8 optimal wirksam. Trypsin ist eines der Enzyme, das für die Eiweißverdauung im neutralen bis leicht alkalischen Bereich im Dünndarm verantwortlich ist. Der Wirkungsbereich von Enzymen ist von der Temperatur und vom pH-Wert abhängig.
> Verdauungsprozesse im Magen
> Verdauungsprozess im Dünndarm
Wirkung eines Enzyms am Beispiel der Urease
Das Enzym Urease kommt zum Beispiel in den Bodenbakterien vor. Im Namen steckt schon das passende Substrat: Das lateinische Wort für den Harnstoff lautet urea. Ohne dieses Enzym wäre eine Düngung mit tierischen Exkrementen nicht möglich. Die Urease ermöglicht die Spaltung des Harnstoffs in der Gülle zu den Gasen Kohlenstoffdioxid und Ammoniak.
Harnstoff + Wasser
Kohlenstoffdioxid + AmmoniakCH4N2O + H2O
CO2 + 2 NH3Findet die Harnstoffspaltung im feuchten Boden statt, bilden sich Ammonium-Ionen, die für den Stickstoffkreislauf von Bedeutung sind. Ein Teil geht als Ammoniakgas in die Luft verloren. Diese eher unerwünschte Reaktion passiert vor allem in Jauchegruben oder am Stallboden.
Die Wirkung des Enzyms kann man in einem Experiment ausprobieren: Löst man den Harnstoff in Wasser, wird kein oder nur ganz wenig Ammoniakgas frei. Nach dem Erwärmen und einer Urease-Zugabe lässt sich die Ammoniakbildung mit einem angefeuchteten Universalindikatorpapier nachweisen. Dieses färbt sich beim Darüberhalten blau. Die Reaktionsgeschwindigkeit steigt mit der Konzentration und mit der Temperaturerhöhung.
Film
Experimente zur Wirkung von Enzymen
Wirkung von Speichel auf Stärke docx pdf
Wirkung von Pankreatin auf Speiseöl docx pdf
Wirkung von Pepsin auf Eiklar docx pdf
Heft Verdauungsorgane
