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Verwendung von Enzymen

Viola Marie Hanft

Q11 1b2

Allgemeine Infomationen

Allgemeine

Informationen

Wiederholung Definition Enzym:

- komplexes Molekül

- beschleunigt Stoffwechselprozesse (biochemische Reaktionen) in Organismen

- dient als Katalysator -> bleibt unverändert

- Proteine (Ausnahme: Ribozyme, aus RNA aufgebaut)

Enzyme im Körper

- funktionieren i. d. R. optimal bei Körpertemperatur

- zentrale Rolle beim Stoffwechsel von Menschen, Tieren und Pflanzen

- Vermittlung von Informationen innerhalb der Zelle

- Teil des Immunsystems

- Verdauungsenzyme zerlegen Nahrung in kleine Teile

Wirtschaftlicher Gebrauch

- Herstellung größtenteils in Europa

-> 64% der weltweiten Enzymproduktion

- Schätzung des dänischen Großproduzenten Novozymes: 2015 weltweiter Umsatz von insg. 3,3 Milliarden Euro

Wirtschaftlicher Gebrauch

Lebensmittelindustrie

- Modifizierung von Stärke, Fetten oder Eiweißen durch Enzyme

- mehr als 50 Enzyme

  • effizientere Nutzung von Ressourcen
  • Sicherung und Veredelung der Lebensmittelqualität
  • Verbesserung der Lagerfähigkeit

Lebensmittell-

industrie

Milchprodukte

- damit Milch zu Käse wird: Verwendung von Labferment

  • Gemisch der Enzyme Chymosin und Pepsin

-> spalten bestimmte Eiweißstoffe (Caseine) in der Milch

-> lösen so Gerinnung aus

  • früher: aufwendige Gewinnung aus Kälbermägen
  • heute: Schimmelpilze o. Hefen werden mit Chymosin-Gen ausgestattet

- Lipasen: Entfaltung von Aroma

- Lactase: Spaltung des Milchzuckers Lactose

Milchprodukte

Stärkeverzuckerung

- Enzyme wie Amylase zerlegen bei Produktion von Zucker die langkettige Stärke in Molekülbestandteile

- mithilfe von z.B. Isomerasen: Entstehung von Zuckersirupen

Stärkever-

zuckerung

Fleisch

- Beeinflussung von Struktur, Farbe und Geschmack

- unterschiedliche Fleischteile zusammenfügen (enzymatisches Kleben)

Fleisch

Getränke

- Pektinasen erleichtern und verbessern das Auspressen von Obst und Gemüse

-> bauen Zellwände der Pflanzen schneller ab

- bauen noch vorhandene Trübstoffe ab

-> klarer Apfelsaft

Getränke

Backwaren

- in Hefe- und Sauerteig: Amylasen spalten Stärke im Mehl in Zucker

-> für Hefe verfügbar

- sorgen für optimale Teigeigenschaften und zuverlässige Backergebnisse

-> Aufbacken von tiefgefrorenen Fertigprodukten ohne Enzyme nicht möglich

Backwaren

Landwirtschaft

- Zusatz in Futtermitteln: Phytase und Xylanase

- z.B. durch Phytase bessere Aufnahme des Phosphors aus Pflanzen der Tiere

  • Nicht-Wiederkäuer können Phosphor nicht aus pflanzlicher Nahrung erschließen
  • Phosphorbindungen müssten extra zugefüttert werden
  • Zusatz von Phytase im Futter: Phosphor aus Nahrung wird verfügbar

- Schimmelpilzkulturen stellen Phytase in großen Mengen her

Landwirtschaft

Technische Anwendungen/Haushalt

- helfen z.B. beim Waschen, Herstellen von Papier und Textilien, bei der Biospritherstellung

Technische Anwwendungen/Haushalt

Waschen

- schon in kleinsten Mengen hochwirksam

- bei geringen Temperaturen aktiv

-> durchschnittlicher Waschmittelverbrauch und Waschtemperatur in den letzten Jahrzehnten gesenkt

- Proteasen wie die Subtilisine: Abbau von Eiweißen

-> entfernen Flecken aus Blut, Kakao o. Ei

- Lipasen zerlegen Fette

- Cellulasen: Weichmacher, Textilpflege

Waschen

Textilien bearbeiten

- statt Wasserstoffperoxid (schädlich): Bleichung von Textilien mit Katalse

-> unter milden Bedingungen und geringem Energieaufwand

- Jeansherstellung: "Stonewashed"-Effekt durch Cellulasen

Gerben (Lederherstellung)

- Proteasen: Abbau bestimmter Eiweiße in Lederhaut von Tieren

- machen Leder geschmeidiger und leichter färbbar

Gerben

Papierherstellung

Papierher-stellung

- Rohstoff Holz besser mechanisch zerfasern

- Xylanasen: Bleichen

- Cellulasen und Lipasen: entfernen Druckerschwärze beim Recycling

Erzeugung von Biokraftstoffen

- Holz oder Stroh als Rohstoff: Cellulasen und andere Enzyme sorgen für Zerlegung der Lignocellulose aus Pflanzenfasern in Einzelbausteine

-> Glucose entsteht

-> kann von Hefen zu Ethanol vergoren werden

Biokraftstoffe

Medizin

Pharmaindustrie

- günstige Erzeugung von Molekülen per Biokatalyse

-> Herstellung chiraler Medikamente (= Wirkstoffe, die nur in bestimmter 3D-Architektur wie gewünscht funktionieren)

-> enantioselektive Katalyse

Enantiomere = Stereoisomere chemischer Verbindungen, die in ihrer Konstitution übereinstimmen

- PCR-Coronatest: übersetzen RNA in DNA

Gentechnik

Verwendung von Restriktionsenzymen

-> schneiden DNA an bestimmter Stelle

Gentechnik

Diagnostik

seit den 1980ern z.B. Glucoseoxidase für Blutzuckermessung

Diagnostik

Arzneimittel

- therapeutische Enzyme

- fehlende o. nicht ausreichend vorhandene körpereigene Enzyme ersetzen

- z.B. Behandlung angeborener Stoffwechselstörungen

Arzneimittel

Quellen (letzter Aufruf 3.11.2022)

Quellen

  • https://studyflix.de/biologie/enzyme-2662
  • https://biooekonomie.de/themen/dossiers/enzyme-die-supertalente-der-bioindustrie#1
  • https://www.chemie.de/lexikon/Enantiomer.html
  • https://www.transgen.de/lebensmittel/1176.enzyme-biotechnologie-alltag.html
  • https://pixabay.com/de/
  • https://www.deutschlandfunk.de/tolle-idee-was-wurde-daraus-neue-hefen-fuer-biokraftstoffe-100.html
  • https://www.medikamente-per-klick.de/apotheke/medikamentenglossar/enzympraeparate/
  • https://www.riffreporter.de/de/wissen/covid-pcr-test-nachweis
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