1.5 Enzyme 1.5.1 Beeinflussung der Enzymaktivität durch Reaktionsbedingungen 2. Temperatur
- Erhöhung der Temperatur bewirkt zunächst starken Anstieg von V ← Ursache: Stärkere Teilchenbewegung, größerer Energiegehalt (Stoßtheorie)
- Man beobachtet: Bei Erhöhung der Temperatur um 10°C: Vergrößerung von V um das 2- bis 4 fache (RGT-Regel)
- Allerdings: ab gewisser Temperatur fällt V stark ab. Ursache ist die Zerstörung der Enzymstruktur (Denaturierung). Dabei besitzen Enzyme, je nach natürl. Vorkommen, unterschiedliche Temperatur-Optima
1.5 Enzyme Aufbau:
- bestehen aus Proteinen, meist globuläre Form
- große Formenvielfalt
- besitzt Einbuchtungen
- Telophase I
Teilung der Zellen. Beim Mann liegen nun zwei gleich große haploide Zellen vor, bei der Frau eine große Zelle und ein Polkörperchen
1.5 Enzyme Funktionsweise:
- beruht auf Wechselwirkung zwischen Enzym und Substrat
- aufgrund ihrer räumlichen Struktur, die exakt auf das jeweilige Substrat angepasst ist, sind Enzyme in der Lage mit ihrem Substrat einen Enzym-Substrat-Komplex zu bilden. (à Schlüssel-Schloss-Prinzip) An der Bindungsstelle gibt es ein aktives Zentrum, das die eigentliche Katalyse bewirkt
- hierbei kann das Enzym in der Regel nur ein bestimmtes Substrat katalysieren, es
herrscht also Substratspezifität
- zudem katalysiert das Enzym nur eine bestimmte Reaktion des Substrats, es herrscht also Wirkungsspezifität
- man kann eine Enzymreaktion mit folgendem Schema beschreiben:
Enzym + Substrat → [EnzymSubstrat-Komplex] → Enzym + Produkt
- nach der Katalyse liegt das Enzym wieder unverändert vor
1.4 Biomembran Aufgaben/Funktionen:
- Membranen dienen zur Abgrenzung (bei Zellen vom Zellzwischenraum, bei Zellorganellen zum Cytoplasma)
- trotzdem ermöglichen integrale Proteine den interzellulären Stoffaustausch: Tunnelproteine ermöglichen passiven Stoffaustausch, Carrier-Proteine ermöglichen aktiven Stofftransport entgegen eines Konzentrationsgefälles (unter Energieverbrauch)
- bei der Exocytose verschmelzen Vesikel mit der Zellmembran und geben gespeicherte Stoffe so nach außen ab
- bei der Endocytose umschließt die Membran einen Stoff und verleibt ihn durch Einstülpung der Zelle ein
monohybrid, dihybrid
Erbgänge bei denen ein Merkmal betrachtet wird, nennt man monohybrid. Betrachtet man zwei Merkmale, nennt man dies dihybrid
der Phänotyp
(das Erscheinungsbild) eines Lebewesens muss nicht immer dessen Genotyp (Erbanlage) entsprechen, da manche Allele dominant (überlagernd) und andere rezessiv (zurückgezogen) wirken
2. Reifeteilung (Meiose II)
Die zweite Reifeteilung entspricht einer Mitose; auch hier werden die Zwei-Chromatid-Chromosomen in Ein-Chromatid-Chromosomen aufgeteilt. Allerdings liegt hier am Ende nur noch ein haploider Satz vor. Ergebnis sind vier haploide Spermienzellen bzw. eine haploide Eizelle mit drei haploiden Polkörperchen, die später absterben.
1.5 Enzyme 1.5.1 Beeinflussung der Enzymaktivität durch Reaktionsbedingungen 1. Substratkonzentration:
- bei niedriger Substratkonzentration ist die Wahrscheinlichkeit eines Zusammentreffens von Enzym und Substrat gering
→ Geschwindigkeit V ist gering
- bei zunehmender Substratkonz. steigt diese Wahrscheinlichkeit
→ V -> Vmax
1. Mendelsche Regel:
(auch Uniformitäts- oder Reziprozitätsregel) Kreuzt man zwei Individuen einer Art, die sich in einem Merkmal unterscheiden, für das sie reinerbig sind, so sind ihre Nachkommen in der F1 in Bezug auf dieses Merkmal uniform.
Reinerbig/Homozygot
in Bezug auf ein bestimmtes Merkmal ist ein Lebewesen, wenn die Allele eines bestimmten Gens gleich sind. Treten verschiedene Allele pro Gen auf, spricht man von einem mischerbigen/heterozygoten Lebewesen
- Prophase
fädiges Chromatin wird durch Faltung verkürzt und verdichtet zu Chromosomen. Hier bestehen die Chromosomen aus je zwei identischen Chromatiden, man spricht daher von Zwei-Chromatiden-Chromosomen. Der Spindelapparat bildet sich zudem aus
1.3.1 Chromosomen
- der Mensch besitzt 46 Chromosomen
- ein Chromosom besteht aus Erbsubstanz/DNA
- davon sind 2 Gonosomen (Geschlechtschromosomen), die übrigen sind Autosomen
- die Autosomen liegen jeweils als Paar vor, d.h. jeweils zwei Chromosomen sehen einander sehr ähnlich, sie sind homolog.
- die Gonosomen liegen bei Frauen ebenfalls homolog vor (XX), bei Männern unterscheiden sie sich voneinander (XY)
1.5 Enzyme 1.5.1 Beeinflussung der Enzymaktivität durch Reaktionsbedingungen 3. pH-Wert
- Enzyme funktionieren, je nach Vorkommen, nur innerhalb eines schmalen pH-Bereiches optimal (bspw. Amylase (Mund): pH 7)
- Außerhalb dieses Bereiches nimmt die Enzymwirkung stark ab. Ursache ist auch hier eine denaturierung des Enzyms
1.2.2 Meiose
Zweck: Ermöglichung der Fortpflanzung bzw. der Kombination von mütterl. und väterlichem Erbgut durch Reduzierung des diploiden Chromosomensatzes auf einen haploiden Chromosomensatz
← andernfalls würde sich die Chromosomenzahl in jeder Generation verdoppeln
← Kombination des Erbguts stellt genetische Vielfalt sicher
1.5.2 Beeinflussung der Enzymaktivität durch Bindungspartner
1. Kompetitive Hemmung
- zwei chemisch ähnliche Stoffe konkurrieren um das Bindungszentrum des Enzyms: Einer davon ist das Substrat, der andere ein Hemmstoff, der das Enzym zwar besetzt aber nicht umgesetzt werden kann
- die Wirkung des Hemmstoffes ist umso größer, je höher seine Konzentration ist
3. Mendelsche Regel (dihybrider Erbgang)
(auch Rekombinantenregel) Kreuzt man Individuen einer Art, die sich in mehreren Merkmalen unterscheiden, für die sie reinerbig sind, so sind ihre Nachkommen in der F1 in Bezuge auf dieses Merkmal uniform. In der F2 treten neben den Merkmalskombinationen der Eltern auch neue Zusammenstellungen auf. (Phänotypenverhältnis von 9:3:3:1)
1.4 Biomembran Aufbau:
- Membran besteht vorwiegend aus Lipidmolekülen, die einen hydrophoben Bereich und einen hydrophilen Bereich besitzen
- Die Lipide sind so als Doppelschicht angeordnet, dass die jeweils hydrophoben Bereiche innen liegen (also wassergeschützt sind) und die hydrophilen Bereiche im wässrigen Cytoplasma bzw. im Zellzwischenraum
- Membran ist durchsetzt von Proteinmolekülen, die entweder nur auf der Membran aufliegen (Periphere Proteine) oder sie teilweise oder ganz durchdringen (Integrale Proteine)
- Metaphase I
Anordnung der Chromosomen in der Äquatorialebene durch die Spindelfasern
- Telophase
Spindelfasern lösen sich auf. Chromosomen entfalten sich wieder zu Chromatin. Kernkörperchen und Kernmembran bilden sich neu. Zwei Zellkerne sind entstanden.
1.5.2 Beeinflussung der Enzymaktivität durch Bindungspartner
3. Irreversible Hemmung
- die Wirkung vieler Gifte (z.B. Schwermetalle wie Quecksilber) beruht auf ihrer Fähigkeit die Raumstruktur der Enzyme nachhaltig zu verändern, indem sie bspw. S-S-Bindungen (Disulfidbrücken) auflösen, weil sie einen guten Reaktionspartner zu Schwefel abgeben
- diese Veränderungen sind nicht wieder rückgängig zu machen, man spricht daher von irreversibler Hemmung
- Metaphase
Anordnung der maximal verkürzten Chromosomen in der Äquatorialebene. Spindelfasern setzen am Centromer an.
2. Mendelsche Regel
(auch Spaltungsregel) Kreuzt man die Individuen der F1 untereinander, so ist die F2 nicht uniform, sondern die Merkmale spalten in bestimmten Zahlenverhältnisse auf. (Beim dominant-rezessiven Erbgang im Phänotypenverhältnis 3:1)
- Anaphase
Trennung der beiden Chromatiden durch Verkürzung der Spindelfasern. An jedem Zellpol befindet sich nun ein vollständiger Satz diploider Ein-Chromatid-Chromosomen
- Anaphase I
Aufteilung der homologen Chromosomen zu den beiden Zellpolen hin durch Spindelfasern. An jedem Zellpol liegt nun ein haploider Satz vor.
1.5.2 Beeinflussung der Enzymaktivität durch Bindungspartner
2. Allosterische Beeinflussung
- Manche Enzyme besitzen eine zweite Bindungsstelle für ein anderes Molekül
- Die Raumstruktur des Enzyms hängt dann davon ab ob ein solches weiteres Molekül gebunden ist oder nicht
- Ist eines gebunden, kommt es entweder zu einer solchen Strukturänderung, die bewirkt dass das Substrat nicht mehr gebunden werden kann (allosterische Hemmung), oder aber das Enzym wird dadurch erst besonders aktiv (allosterische Aktivierung)
Beide zuvor Beschriebenen Hemmungen sind wieder rückgängig zu machen, also reversibel
- Prophase I
Verdichtung des Chromatins zu Chromosomen, Bildung von Tetraden (4 homologe Chromatiden) durch paarige Anordnung der jeweils homologen Zwei-Chromatiden-Chromosomen
← Ermöglichung des „Crossing-Over“ = Stückaustausch zwischen Chromatiden einer Tetrade
1.5 Enzyme Wirkung:
= Biokatalysatoren
- Absenkung der Aktivierungsenergie von chem. Reaktionen und somit Beschleunigung der Reaktion
← wichtig zur Sicherstellung einer angemessenen Reaktionsgeschwindigkeit bei starren Rahmenbedingungen (Körpertemperatur)
Interphase:
Der Abschnitt zwischen zwei Mitosen. Das Erbgut liegt in diesem Zeitraum als Chromatin vor. Man unterscheidet:
- G1-Stadium: Wachstumsstadium, in dem Tochterzellen zur Größe der Mutterzelle heranwachsen
- S-Stadium: Synthesestadium, die Erbsubstanz wird verdoppelt (Ein-Chromatid-Chromosomen à Zwei-Chromatid-Chromosomen)
- G2-Stadium: Ruhestadium
Allel
Eine Zustandsform eines Gens (spezifische Erbanlage)(z.B. Gen für Samenfarbe enthält entweder Allel für grüne oder Allel für gelbe Samen)
1.2 Prinzip der Mitose und Meiose
1.2.1 Mitose
- Mitose: Teilung einer Zelle, bei der aus einer Zelle zwei neue, identische Zellen entstehen
- Zweck: Wachstum des Organismus
- Der gesamte Vorgang von der Teilung der Mutterzelle bis zur erneuten
Teilung der Tochterzellen heißt Zellzyklus
- Bestimmende Faktoren für Einleitung der Mitose sind Zellgröße, verfügbarer Energievorrat und Teilungssignale der Umgebung (à Wundheilung)
1.2.3 Störungen der Meiose (numerische Chromosomenanomalie):
- Werden Chromosomen während der 1. Reifeteilung bzw. Chromatiden während der 2. Reifeteilung nicht voneinander getrennt, entstehen Zygoten mit über- oder unterzähligen Chromosomen
- Besitzt der Embryo dann ein dreifaches Chromosom spricht man von Trisomie, besitzt er ein einzelnes spricht man von Monosomie
- Anomalien können sowohl bei Autosomen als auch bei Gonosomen auftreten
- Meist führen Chromosomenanomalien zum frühzeitigen Tod des Kindes. Die Überlebenschancen mit einer solchen Anomalie sind abhängig von der genetischen Informationsmenge der betroffenen Chromosomen. Chromosom 13, 18 und 21 sind besonders genarm, daher ist hier die Überlebenschance am größten.
- Häufigste numerische Anomalie ist Trisomie 21 (DOWN-Syndrom). Das Krankheitsbild ist gekennzeichnet durch Minderwuchs, veränderte Kopfform, verminderten IQ und verringerte Lebenserwartung
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