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Temperatur und pH-Wert

Fieber über 42 °C ist lebensgefährlich, Magensaft ist sauer wie Zitronensaft — und trotzdem arbeiten dort Enzyme. Wie passt das zusammen?

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Temperatur: schneller — bis die Form zerfällt

Wärme beschleunigt jede Reaktion. Bei Enzymen hat das eine Grenze.

  • Teilchenbewegung:Je wärmer, desto schneller bewegen sich Enzym und Substrat und desto häufiger treffen sie aufeinander.
  • RGT-Regel:Reaktionsgeschwindigkeit-Temperatur-Regel: +10 °C → etwa doppelte bis dreifache Geschwindigkeit (Q₁₀ ≈ 2–3).
  • Temperaturoptimum:Temperatur höchster Aktivität, bei menschlichen Enzymen etwa 37–40 °C.
  • Denaturierung:oberhalb des Optimums lösen sich die Bindungen der Tertiärstruktur; die Aktivität fällt steil und meist dauerhaft ab.
  • Kälte:verlangsamt nur — nach dem Erwärmen arbeitet das Enzym wieder normal.

Wie schnell ist eine Reaktion bei 40 °C, wenn sie bei 20 °C mit v₁ abläuft (Q₁₀ = 2)?

Herleitung:
\(v(30\,°\text{C}) = 2 \cdot v_1\)
| +10 °C

Eine Temperaturstufe: doppelte Geschwindigkeit.

\(v(40\,°\text{C}) = 2 \cdot 2 \cdot v_1 = 2^{2} \cdot v_1 = 4\,v_1\)
| +10 °C

Jede weitere Stufe verdoppelt noch einmal.

\(v_2 = v_1 \cdot 2^{\frac{T_2 - T_1}{10\,°\text{C}}}\)
| verallgemeinern

Die Zahl der Verdopplungen ist die Temperaturdifferenz geteilt durch 10 °C.

\(v_2 = v_1 \cdot Q_{10}^{\frac{T_2 - T_1}{10\,°\text{C}}}\)
Ergebnis

Mit dem Temperaturkoeffizienten Q₁₀ (meist 2–3); gilt nur unterhalb des Optimums.

Merke

RGT-Regel: \(v_2 = v_1 \cdot Q_{10}^{\frac{T_2 - T_1}{10\,°\text{C}}}\) mit \(Q_{10} \approx 2\ \text{bis}\ 3\) — nur unterhalb des Temperaturoptimums.

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pH-Wert: Ladungen bestimmen die Form

Jedes Enzym arbeitet am besten bei dem pH-Wert seines Wirkorts.

  • pH-Optimum:Pepsin im Magen bei pH 2, Speichelamylase bei pH 7, Trypsin im Dünndarm bei pH 8.
  • Ursache:H⁺- und OH⁻-Ionen verändern die Ladung von Resten im aktiven Zentrum und stören Ionenbindungen der Tertiärstruktur.
  • Extreme pH-Werte:denaturieren das Enzym — oft dauerhaft.
  • Experiment:eine Variable ändern (unabhängig), die Aktivität messen (abhängig), alle anderen Größen konstant halten; Kontrollansatz ohne Enzym.

Blende Kurven ein und aus und lege sie übereinander. Ziehe die senkrechte Ablese-Linie — oder wähle ihren Griff mit Tab und nutze ←/→. Wechsle oben zwischen Temperatur und pH-Wert.

Aktivitätskurven übereinanderlegen

Halte fest: Alle Kurven haben dieselbe Form — Anstieg, Optimum, Abfall —, aber jedes Enzym hat sein Optimum dort, wo es arbeitet: der Mensch bei 37 °C, Bakterien aus heißen Quellen bei über 70 °C, Pepsin im sauren Magen.

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Allgemeine Hinweise

Kälte zerstört nicht

Bei niedriger Temperatur ist ein Enzym nur langsam. Denaturiert wird es erst oberhalb des Optimums — und dann meist unumkehrbar.

Steiler Abfall rechts

Die Temperaturkurve ist unsymmetrisch: langsamer Anstieg (RGT), steiler Abfall (Denaturierung).

Optimum = Wirkort

Frag bei jedem Enzym: Wo arbeitet es? Magen sauer, Dünndarm leicht basisch, Zellplasma neutral.

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