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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Erkläre mit Hilfe des ersten Abschnitts auf Seite 81, wie das Substrat Glucose seine Enzym-katalysierte Polymerisierung fördert!
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Auch im Biologie-Unterricht kommt es in den höheren Klassen immer häufiger vor, dass sich Aufgaben nur mit dem Vorwissen aus früheren Jahrgangsstufen lösen lassen. Wer seine Vokabeln (Fachbegriffe) nicht gelernt hat oder die in der Jahrgangsstufe 9 erarbeitete Regulation des Blutzuckerspiegels in der 10. Klasse schon wieder vergessen hat, versteht natürlich schon die Aufgabenstellung nicht. Deshalb betone ich immer wieder, dass es vor der Jahrgangsstufe 11 nicht um Noten, sondern um die Vermehrung von Wissen und Können geht. Angesichts der Bedeutung der neuen Volkskrankheit Typ-2-Diabetes gehört es einfach zur Allgemeinbildung, den Mechanismus der Senkung zu hoher Blutzuckerspiegel durch die Ausschüttung und Wirkung des Hormons Insulin zwar nicht in allen Einzelheiten, aber doch in seinen Grundzügen zu kennen.
Wenn wir Kohlenhydrate gegessen haben, kann die Glucose-Konzentration im Blut stark ansteigen. Hohe Glucose-Konzentrationen im Blut schädigen aber unsere Blutgefäße. Deshalb reagiert die gesunde menschliche Bauchspeicheldrüse auf überhöhte Blutzuckerspiegel mit der Produktion des Hormons Insulin und dessen Ausschüttung ins Blut. Insulin fördert die Aufnahme überschüssiger Glucose in Leber- und Muskel-Zellen. Damit die osmotisch wirksame Glucose die Zellen nicht platzen lässt, fördert Insulin außerdem die Speicherung des Monomers Glucose in Form seines osmotisch unwirksamen Polymers Glykogen. Aus Glykogen kann bei Bedarf sehr schnell viel Glucose wieder freigesetzt werden, weil es ein stark verzweigtes, kugelförmiges Polysaccharid mit sehr vielen Glucose-Molekülen an seiner Oberfläche ist. Und Glykogen ist osmotisch unwirksam, weil von einem großen, kugelförmigen Makromolekül immer nur ein kleiner Teil störend vor einer Membran liegen kann.
Allerdings kann das für die Kettenverlängerung (Polymerisierung) zuständige Enzym Glycogen-Synthase nicht einfach Glucose-Moleküle zu Glykogen polymerisieren. Die Glycogen-Synthase benötigt als Substrate Glykogen und die von unserem Buch aktivierte Glucose genannte UDP-Glucose. UDP ist eine Abkürzung für Uridindiphosphat. Uridinmonophosphat (UMP oder einfach U) ist das Nukleotid, welches in RNA das DNA-Nukleotid Desoxythymidinmonophosphat (dTMP oder einfach T) ersetzt.
Mit Hilfe dieses durch einige Erklärungen angereicherten Vorwissens sollte die richtige Antwort nun verständlich sein:
In seiner aktivierten Form UDP-Glucose ist Traubenzucker das eine der beiden Substrate (Das andere ist Glykogen.) und gleichzeitig ein allosterischer Aktivator des Enzyms Glycogen-Synthase. Das bedeutet, dass die UDP-Glucose außerhalb des aktiven Zentrums an das Enzym Glycogen-Synthase bindet und dadurch dessen Form (räumliche Struktur oder Tertiärstruktur) so verändert, dass es seine volle katalytische Wirkung entfalten kann.
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Erkläre mit Hilfe des zweiten Abschnitts auf Seite 81 die Giftigkeit bestimmter Schwermetall-Ionen!
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Die Giftigkeit bestimmter Schwermetall-Ionen beruht auf irreversiblen Veränderungen der Tertiärstrukturen bestimmter Enzyme. Tertiärstrukturen von Enzymen hängen von deren Primärstrukturen (Aminosäuresequenzen) ab, aber auch von sogenannten Disulfidbrücken. Aufgrund ihrer positiven Ladung werden Schwermetall-Ionen von den negativen Teilladungen der Schwefel-Atome in den Disulfidbrücken vieler Enzyme angezogen und können diese Brücken spalten. Disulfidbrücken verbinden jeweils zwei Cysteine miteinander, auch wenn die beiden in der Primärstruktur weit voneinander entfernt sind. Cysteine sind Aminosäure-Moleküle mit einem Schwefel-Atom.
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Erkläre mit Hilfe des dritten Abschnitts auf Seite 81, wie Hefe als Bioindikator die Blei-Vergiftung eines Bodens anzeigen kann!
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Ein Indikator ist ein Anzeiger, der irgend etwas anzeigt. Bioindikatoren sind Lebewesen oder Teile von Lebewesen, die etwas anzeigen. Unser Buch nennt als Beispiel Hefe-Zellen, die Zucker unter anderem zu Kohlenstoffdioxid vergären. Die Tertiärstrukturen bestimmter Enzyme dieser Hefe-Zellen werden durch Schwermetalle irreversibel zerstört. Deshalb können diese Hefe-Zellen weniger Kohlenstoffdioxid produzieren, wenn ihre Umgebung mit Schwermetallen belastet ist. Will man diese Hefe-Zellen als Bioindikatoren nutzen, dann muss man immer die selbe Menge gleich frischer Hefe-Zellen in immer die gleiche Menge Wasser mit immer der gleichen Zucker-Konzentration geben und messen, wieviel Kohlenstoffdioxid in einer bestimmten Zeitspanne produziert wird. Zu jedem dieser ansonsten gleichen Ansätze gibt man dann gleiche Mengen verschiedener Erdproben mit unterschiedlichen Schwermetall-Konzentrationen. Produziert einer der Ansätze besonders wenig Kohlenstoffdioxid, dann spricht dies für eine erhöhte Schwermetall-Belastung.
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Beschreibe mit Hilfe der Info-Box die Aufgabe eines Cofaktors und nenne die beiden Sorten von Cofaktoren!
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Cofaktoren sind zwar für sich alleine keine Katalysatoren, verhelfen aber bestimmten Enzymen zu besonderen katalytischen Fähigkeiten. Unter den Cofaktoren unterscheidet man zwischen Metall-Ionen und relativ kleinen Molekülen. Zu solchen relativ kleinen organisch-chemischen Molekülen gehören Vitamine wie das Thiamin (Vitamin B1), die Pantothensäure (Vitamin B5), Pyridoxin (Vitamin B6) oder Biotin (Vitamin H). Die Atombindungen organisch-chemischer Moleküle sind weniger stabil als die Ionenbindungen von Salzen sind und Metall-Ionen sind im Gegensatz zu Molekülen praktisch unzerstörbar. Deshalb bleiben Metall-Ionen und andere Mineralstoffe beim Kochen stabil, während Vitamine typischerweise empfindlich auf Licht und Wärme reagieren.
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