Enzyme in der Industrie – Michaelis-Menten-Kinetik und immobilisierte Enzyme
BiologieBiotechnologieAlter 15–16Virtuelles Labor
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Als Nächstes in Biotechnologie
Wählen Sie eine Anwendung aus der Praxis – Lactase für laktosefreie Milch, Pektinase zum Klären von Fruchtsaft, Protease im Waschmittel – und verändern Sie dann Substratkonzentration und Enzymmenge, um zu sehen, wie die Reaktionsgeschwindigkeit entsprechend Vmax und Km in die Sättigung geht. Schalten Sie das an Alginatkügelchen immobilisierte Enzym ein, um es über viele Ansätze wiederzuverwenden, und vergleichen Sie die Kosten mit freiem Enzym, das nur einmal verwendet wird. Die Ansicht Waschpulver ist ein Praktikum: Stoffstücke mit Ei- oder Grasflecken werden mit biologischem (Protease, Lipase) oder nichtbiologischem Pulver bei 20–90 °C gewaschen, und die verbleibende Fleckfläche wird gemessen.
Lektion: Enzymtechnik und ihre Anwendungen
Was sie zeigt
Industrieenzyme folgen der Michaelis-Menten-Kinetik: Die Geschwindigkeit v = Vmax·[S]/(Km + [S]) steigt zunächst fast proportional zur Substratkonzentration und flacht dann ab, sobald fast alle aktiven Zentren besetzt sind. Vmax ist proportional zur Enzymmenge, Km ist die Substratkonzentration, bei der die Hälfte von Vmax erreicht wird. Die Simulation wendet dieses Modell auf drei Verfahren an und zeigt in einer Chargenansicht, wie lange die Umsetzung des größten Teils des Substrats dauert. Auf Alginatkügelchen immobilisiertes Enzym startet mit geringerer Aktivität und höherem scheinbarem Km, weil das Substrat in das Kügelchen diffundieren muss, lässt sich aber zurückgewinnen und wiederverwenden und verliert dabei pro Charge etwas Aktivität. Die Ansicht Waschpulver ist ein Praktikum: Ei- oder Grasflecken auf Stoff werden bei 20–90 °C gewaschen und durch Zählen von Gitterkästchen gemessen. Biologisches Pulver übertrifft nichtbiologisches, solange seine Enzyme aktiv sind; über dem Optimum denaturieren sie, und die beiden Kurven treffen sich fast.
So funktioniert es
Wählen Sie eine Anwendung und ziehen Sie die Substratkonzentration von niedrig nach hoch: Der rote Punkt steigt die Kurve hinauf und flacht unterhalb von Vmax ab. Verdoppeln Sie die Enzymmenge und vergleichen Sie die Dauer pro Charge. Schalten Sie zuletzt Immobilisiertes Enzym (wiederverwendbar) ein: Achten Sie auf die geringere Anfangsgeschwindigkeit, die von Charge zu Charge längeren Balken, den Punkt, an dem die Aktivität unter 50 % fällt, und die Enzymkosten pro Charge im Vergleich zum freien Enzym. Drücken Sie Ergebnis festhalten, um die Werte in die Tabelle zu übernehmen. Wählen Sie im Tab Waschpulver Fleck, Pulver, Temperatur und Waschzeit und drücken Sie Waschen. Jede Wäsche kommt in die Tabelle und ins Diagramm; Wäschen bei gleicher Temperatur werden gemittelt.
Einstellbare Parameter
- Ansicht Enzymkinetik, Waschpulver
- Anwendung Lactase – laktosefreie Milch, Pektinase – Saftklärung, Protease – Waschmittel
- Substratkonzentration 1–100 g/L
- Enzymmenge 1–20 Einheiten/L
- Immobilisiertes Enzym (wiederverwendbar)
- Fleck Ei, Gras
- Waschpulver Biologisch, Nichtbiologisch
- Waschtemperatur 20–90 °C
- Waschzeit 10–60 min
Fragen zum Erkunden
- Was beschleunigt die Produktion stärker, wenn das Enzym bereits gesättigt ist: mehr Substrat oder mehr Enzym?
- Warum ist der scheinbare Km des immobilisierten Enzyms höher als der des freien Enzyms?
- Nach wie vielen Chargen sinkt das immobilisierte Enzym unter die Hälfte seiner Aktivität, und warum ist es pro Charge trotzdem günstiger?
- Bei welcher Temperatur entfernt biologisches Pulver einen 30 Minuten gewaschenen Eifleck am besten, und was passiert darüber?
- Warum liefern beide Pulver ab etwa 70 °C fast dasselbe Ergebnis?
