Diese Seite dient der Selbstkontrolle für diejenigen, welche die Aufgaben im Lerntext selbständig bearbeitet haben und nun ihre Antworten überprüfen wollen.
| Diese Tabelle zeigt meine Lösungsvorschläge. |
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Entwickle eine Hypothese zur Erklärung der Behauptung unseres Buches, die Hemmung von Enzymen spiele eine äußerst wichtige Rolle bei der Kontrolle der Reaktionen des Stoffwechsels!
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Im Stoffwechsel eines Lebewesens ist oft das Produkt einer chemischen Reaktion gleichzeitig das Substrat eines oder mehrerer weiterer Enzyme. So katalysieren Enzyme ganze Ketten (Stoffwechselwege) oder Netzwerke von chemischen Reaktionen. Dabei ist es erforderlich, das jedes Enzym sein Substrat in der benötigten Menge erhält. Andererseits könnte die Überproduktion eines Zwischenproduktes zu Verschwendung oder gar zur Anhäufung giftiger Stoffe führen. Hinzu kommt, dass sich in Lebewesen der Bedarf an bestimmten Reaktionsprodukten rasch ändern kann. Deshalb müssen Stoffwechselwege längerfristig, mittelfristig und manchmal auch sehr schnell aktiviert oder gehemmt werden können. Dazu können Gene inaktiviert und die Produktion nicht mehr gebrauchter Enzyme gestoppt werden, aber am schnellsten wirksam ist die Hemmung der bereits vorhandenen Enzyme.
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Entwickle eine Hypothese zur Erklärung der vom Buch mitgeteilten pharmakologischen Wirksamkeit von Enzym-Inhibitoren!
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Es gibt Stoffwechsel-Krankheiten, bei denen Enzyme zuviele oder fehlerhafte Produkte erzeugen. Dann kann es möglich sein, die Stoffwechsel-Krankheit zu lindern, indem man das störende Enzym mit einem passenden Inhibitor inaktiviert. Solch ein Inhibitor ist dann pharmakologisch wirksam. Damit er pharmakologisch wirksam sein kann, muss ein Inhibitor wie ein Schlüssel ins aktive Zentrum oder in eine andere (allosterische) Bindungsstelle des zu inhibierenden Enzyms passen und mit dessen Form auch seine Funktion bzw. Aktivität ändern.
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Definiere Effektoren, Inhibitoren und Aktivatoren, Cofaktoren, prosthetische Gruppen und Cosubstrate!
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Erkläre Sinn und Mechanismus der negativen Rückkopplung!
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Der Sinn der negativen Rückkopplung ist die automatische Regulation von Stoffwechselwegen. Regulation ist notwendig, weil sonst an vielen Stellen des Stoffwechsels Überschüsse produziert würden. Überproduktion von Stoffen würde nicht nur Verschwendung von Nährstoffen bedeuten, sondern könnte Zellen auch vergiften oder ihre Differenzierung stören. Der Mechanismus der Regulation durch negative Rückkopplung funktioniert so, dass ein Reaktionsprodukt an ein möglichst weit vorne (idealerweise am Anfang) in der Produktionskette seiner eigenen Herstellung wirkendes Enzym bindet. Durch diese Bindung wird die Form des Enzyms derart verändert, dass es weniger aktiv ist. So wird automatisch die Produktion des Stoffwechselendproduktes und gegebenenfalls der Zwischenprodukte reduzieren (Endprodukthemmung, nicht zu verwechseln mit der Endproduktrepression).
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Erkläre Sinn und Mechanismus der kompetitiven Hemmung!
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Bei der kompetitiven Hemmung bindet ein Molekül an das aktive Zentrum eines Enzyms und blockiert damit das aktive Zentrum für das Substrat. Der Hemmstoff (Inhibitor) kann das Produkt des Enzyms sein oder ein Produkt eines anderen Enzyms weiter hinten in einem Stoffwechselweg. Ein kompetitiver Inhibitor kann aber auch ein auf anderem Wege produziertes Molekül sein, das in das aktive Zentrum passt. Der Sinn kann eine negative Rückkopplung sein, aber auch die Unterdrückung eines alternativen Stoffwechselweges.
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Beschreibe die Unterschiede zwischen der kompetitiven und der allosterischen Hemmung!
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Bei der kompetitiven Hemmung bindet der Inhibitor im aktiven Zentrum. Bei der allosterischen Hemmung bindet der Hemmstoff an einer anderen Bindungensstelle des Enzyms.
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Erkläre die beiden Diagramme zur kompetitiven Hemmung der Succinatdehydrogenase!
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Das linke Diagramm zeigt, wie mit der Zeit die Menge eines Farbstoffes (vermutlich durch Reduktion von Triphenyltetrazoliumchlorid zu rotem Formazan) zunimmt, wenn das Enzym Succinat-Dehydrogenase sein Substrat Succinat umsetzt. Enthält die Lösung außer dem Enzym und seinem Substrat auch noch den kompetitiven Inhibitor (Hemmstoff) Malonat, dann nimmt die Farbintensität langsamer zu, weil das Malonat mit dem Succinat um die Bindung am aktiven Zentrum des Enzyms Succinat-Dehydrogenase konkurriert (Konkurrenz = Competition).
Das rechte Diagramm zeigt, wie der kompetitive Inhibitor Malonat die Zunahme der Reaktionsgeschwindigkeit mit zunehmender Substrat-Konzentration beeinflusst. Man sieht, dass der Inhibitor das Erreichen der maximalen Reaktionsgeschwindigkeit praktisch nicht verhindert, dass dafür aber eine erheblich höhere Substrat-Konzentration erforderlich ist.
Dieses animierte gif wurde anonym als public domain frei verfügbar gemacht und stellt die Succinat-Dehydrogenase mit ihren Cofaktoren dar.
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