Gärung auf Enzymebene: Übungen – Biologie Leistungskurs

A1

Kenngrößen der Enzymkinetik

AFB I

Ordnen Sie jedem Begriff die passende Erklärung zu.

Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.

v_max und K_M beschreiben die Sättigungskurve, Q₁₀ und Denaturierung die Temperaturkurve.

„max“ steht für Maximum, „M“ für Michaelis.

Plasmolyse ist ein osmotischer Vorgang.

A2

Umkehrbar oder nicht?

AFB I

Ordnen Sie die Vorgänge danach ein, ob die Enzymwirkung wiederkehren kann.

Ziehen Sie jede Karte in den passenden Korb — oder wählen Sie sie mit Enter aus und drücken Sie dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).

1reversibel verlangsamt

2irreversibel zerstört

Kälte verlangsamt die Teilchenbewegung, die Struktur bleibt erhalten. Hitze bricht die schwachen Bindungen der Tertiärstruktur — das aktive Zentrum ist dauerhaft verformt.

Wird es kalt oder heiß?

Ein gekochtes Ei wird beim Abkühlen nicht wieder flüssig.

A3

Lückentext Sättigungskurve

AFB I

Setzen Sie die Fachbegriffe ein — zwei Wörter bleiben übrig.

Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.

Bei niedriger Substratkonzentration sind viele frei, und v steigt fast . Bei hoher Konzentration ist das Enzym , v nähert sich . Die Konzentration bei halbmaximaler Geschwindigkeit heißt .

„denaturiert“ und „exponentiell“ bleiben übrig: Hohe Substratkonzentration zerstört das Enzym nicht, und die Kurve flacht ab, statt immer steiler zu werden.

Wo bindet das Substrat am Enzym?

Wie heißt der Zustand, wenn alle Bindungsstellen belegt sind?

A4

Q10 aus Messwerten

AFB II

Die Katalase aus Kartoffeln setzt bei 15 °C 12 µmol H₂O₂ je Minute um, bei 25 °C 27 µmol je Minute. Berechnen Sie Q₁₀.

Rechnen Sie oder überlegen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.

\(Q_{10} = 27 : 12 = \mathbf{2{,}25}\) — das liegt im typischen Bereich der RGT-Regel (2 bis 3).

Die beiden Temperaturen liegen genau 10 K auseinander.

Q10 = v(höhere Temperatur) : v(niedrigere Temperatur).

A5

Rechnen mit der Sättigungskurve

AFB II

Die Lactase eines Milchbakteriums hat \(v_{max} = 40\,\mathrm{\mu mol\,min^{-1}}\) und \(K_M = 2\,\mathrm{mmol\,L^{-1}}\). Ermitteln Sie die Werte Schritt für Schritt.

Rechnen Sie die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.

v bei [S] = 2 mmol/L µmol/min
v bei [S] = 6 mmol/L µmol/min
[S], bei der v = 36 µmol/min erreicht wird mmol/L

\(v = 40 \cdot 2 / (2 + 2) = 20\); \(v = 40 \cdot 6 / (2 + 6) = 30\); \(36 = 40\,[S] / (2 + [S])\) ⇒ \(72 + 36\,[S] = 40\,[S]\) ⇒ \([S] = 18\,\mathrm{mmol\,L^{-1}}\). Für die letzten 10 % bis v_max braucht man also die neunfache K_M-Konzentration.

v = v_max · [S] / (K_M + [S])

Im dritten Schritt nach [S] auflösen: beide Seiten mit (2 + [S]) multiplizieren.

A6

Wo auf der Temperaturkurve?

AFB II

Bestimmen Sie für jedes Enzym, in welchem Bereich seiner Temperaturkurve es arbeitet.

Setzen Sie in jeder Zeile genau ein Kreuz. Enter setzt und löscht.

Enzym bei Temperatur	unterhalb des Optimums	nahe am Optimum	oberhalb, denaturiert
Taq-Polymerase (Optimum ≈ 72 °C) bei 37 °C
Taq-Polymerase bei 72 °C
menschliche Speichelamylase (Optimum ≈ 37 °C) bei 70 °C
Enzym eines antarktischen Fisches (Optimum ≈ 5 °C) bei 30 °C
menschliche Speichelamylase bei 20 °C
Enzym eines Bakteriums aus heißen Quellen (Optimum ≈ 80 °C) bei 78 °C

Das Optimum ist an den Lebensraum angepasst. Dieselbe Temperatur kann für ein Enzym zu kalt und für ein anderes tödlich heiß sein.

Vergleichen Sie jeweils Messtemperatur und Optimum.

Weit über dem Optimum setzt Denaturierung ein.

A7

Mix: Eiswein gärt träge

MixAFB II

Hier geht es auch um 1.3.2 Die alkoholische Gärung. Eisweinmost enthält über 30 % Zucker. Seine Gärung verläuft sehr langsam und endet mit viel Restzucker. Erklären Sie dies, indem Sie alle richtigen Aussagen markieren.

Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.

Nicht die Enzyme sind zerstört — die Zellen leiden unter Wassermangel und Ethanol. Der Gärungsweg selbst bleibt derselbe.

Denken Sie an Osmose und an das Produkt der Gärung.

Zellatmung braucht Sauerstoff, nicht Zucker.

A8

Aussagen zur Enzymkinetik

AFB III

Überprüfen Sie die Aussagen.

5 Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann starten Sie die Serie mit „Neue Runde“ neu.

Aussage 1 von 5

Temperatur und Substratkonzentration wirken auf verschiedene Weise: Die Temperatur ändert die Teilchenbewegung und die Struktur, die Substratkonzentration die Besetzung der aktiven Zentren.

Was bedeutet Sättigung für die Kurve?

Was ändert sich an der Zahl der aktiven Zentren?

A9

Trickaufgabe: 15 Kelvin wärmer

AFB III

Die Urease eines Bodenbakteriums setzt bei 20 °C 4,0 µmol Harnstoff je Minute um. Für den Bereich unterhalb des Optimums gilt Q₁₀ = 3. Schätzen Sie mithilfe der RGT-Regel die Umsatzgeschwindigkeit bei 35 °C ab.

Rechnen Sie oder überlegen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.

µmol/min

Die Falle: 15 K sind 1,5 Zehnerschritte — der Faktor ist nicht \(3 \cdot 1{,}5 = 4{,}5\) (ergäbe 18), sondern \(3^{1{,}5} \approx 5{,}2\). Also \(v \approx 4{,}0 \cdot 5{,}2 = \mathbf{20{,}8}\,\mathrm{\mu mol\,min^{-1}}\).

Je 10 K wird mit Q10 multipliziert — die Faktoren werden multipliziert, nicht addiert.

Für 15 K gilt: Faktor = Q10 hoch 1,5.

A10

Fehlersuche in der Auswertung

AFB III

Eine Schülerin hat Kartoffelkatalase mit Wasserstoffperoxid untersucht und ihre Auswertung notiert. Widerlegen Sie die falschen Sätze, indem Sie sie markieren.

In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.

Sättigung ist kein Substratmangel, Denaturierung keine „zu schnelle“ Bewegung, und K_M hängt nicht von der Enzymmenge ab.

Fehlt bei Sättigung Substrat — oder fehlen freie Enzyme?

Was verändert mehr Enzym: v_max oder K_M?

Gärung auf Enzymebene

Übungsaufgaben