Erklärung einer Optimumkurve bei Enzymen(Bio-Katalysatoren)

Optimumkurve – Enzymaktivität

Die folgende Erklärung bezieht sich auf die in einem Hefeteig ablaufenden Reaktionen, wobei ein großes Augenmerk auf die Enzymaktivität gelegt wurde( Bio-Katalysatoren)

Dargestellt ist die Konzentrationsänderung von Kohlenstoffdioxid in einem Hefeteig bei verschiedenen Temperaturen, wobei der Kurvenverlauf dem einer Optimumkurve(Glockenkurve) entspricht.

Anfangs ist nur eine sehr geringe Konzentrationsänderung zu sehen, allerdings sieht man bei steigender Temperatur einen exponentiellen Anstieg dieser bis zum „optimalen Punkt“(ca. bei  37°C), jedoch erkennt man ein immer stärkeres Abfallen der Kurve nach 37°C, das dazu führt, dass der Graph bei ca. 51°C die x-Achse schneidet.

Da aus der Aufgabenstellung deutlich wird, dass das Kohlenstoffdioxid ein Produkt der enzymatischen Vergärung ist und wir im Kurvenverlauf die Konzentrationsänderung erkennen können, lässt sich daraus schließen, dass die Konzentrationsänderung des Kohlenstoffdioxids abhängig von der Enzymaktivität ist und der Kurvenverlauf ebenfalls die Enzymaktivität bei verschiedenen Temperaturen beschreibt.

Zu Beginn sind die Enzyme(hier: Hefezellen) aufgrund der niedrigen Temperatur eher inaktiv, welches sich anschließend bei steigender Temperatur aufgrund der RGT-Regel sehr verändert. An diesem Punkt lässt sich durch die RGT-Regel der exponentielle Anstieg erklären, da bei einer Erhöhung um 10°C die Reaktionsgeschwindigkeit, und somit die Enzymaktivität, um das 2-3fache zunimmt.
Allerdings erreichen die Enzyme bei einer bestimmten Temperatur(von Enzym zu Enzym verschieden; hier:ca. 37°C) einen optimalen Punkt, bei dem sie am besten(/schnellsten) arbeiten können.
Bei Temperaturen oberhalb des Optimums(optimalen Punktes) beginnen die Enzyme zu denaturieren, d.h. die molekulare Struktur der Enzyme verändert sich irreversibel, wodurch sie die Substrate nicht mehr im „aktiven Zentrum“ binden können und die biologische Funktion verloren geht.
Das steigende Gefälle bedeutet, dass anfangs einige Enzyme denaturieren jedoch bei steigender Temperatur immer mehr, bis bei ca. 51°C schließlich alle Enzyme denaturiert worden sind.

Um die Vorgänge der Enzyme nun auf die Konzentrationsänderung zu beziehen, lässt sich folgendes festhalten:
Die Enzymaktivität gibt die Konzentrationsänderung des Kohlenstoffdioxids(CO2) an, d.h. zu Beginn ändert sich die Konzentration vom CO2 kaum, jedoch steigt diese bei zunehmender Temperatur(der Hefeteig bläht sich auf).Bei der Denaturierung der Enzyme fällt auch die Konzentrationsänderung des CO2, wobei nicht der CO2-Gehalt abnimmt, sondern nur die Zu-/Abnahme, welches sich dadurch erklären lässt, dass die Enzyme nach und nach vollständig ,und bei bestimmten Temperaturen sogar irreversibel, denaturiert werden, kann kein weiteres CO2 gebildet werden, und kann somit folglich keine Konzentrationsänderung mehr stattfinden.

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