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Fragen zum Thema Enzyme mit einer Modell-Vorstellung:

Die Enzymkinetik soll mit Hilfe eines Supermarktmodells* veranschaulicht werden. In diesem Modell entsorechen Kassen mit Kassierer den Enzymen und Kunden den Substraten. Kunden, die be zahlt haben, entsprechen den Produkten (Abb. 4).

a) Beschreiben Sie das Modell : Supermarktkassen : Modell zum Michoelis-Menten-Diagramm Situationen a - c im Supermarkt.

b) ErlÀutern Sie, wie mithilfe des Supermarktmodells die im Michaelis-Menten-Diagramm dargestellten ZusammenhÀnge veranschaulicht werden können

c) Beschreiben Sie, wie die folgenden Aspekte mithilfe des Supermarktmodells veranschaulicht werden können.

-HalbsÀttigung der Enzyme
- Reaktionsgeschwindigkeit
- Maximalgeschwindigkeit
- K Wert
-Wechselzahl

d) BegrĂŒnden Sie, warum eine weitere Erhöhung der Substratkonzentration bei hohen Substratkonzentrationen fast keinen Einfluss auf die Reaktionsgeschwindigkeit hat.

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Enzymkinetik mit dem Supermarktmodell erklÀrt

Das Supermarktmodell ist eine effektive Metapher, um die Enzymkinetik und das Michaelis-Menten-Diagramm in der Biochemie verstÀndlich zu machen. In diesem Modell werden die einzelnen Aspekte der Enzymarbeit mit VorgÀngen in einem Supermarkt verglichen.

a) Beschreibung des Modells
In unserem Modell entsprechen die Kassen mit Kassierer(innen) den Enzymen. Die Kunden, die ihre EinkĂ€ufe bezahlen möchten, stehen fĂŒr die Substrate. Sobald ein Kunde (Substrat) seinen Einkauf bezahlt hat, wird er zum Produkt, das den Supermarkt verlĂ€sst.

- Situation a: Nur wenige Kunden sind im Supermarkt, und es gibt mehr als genug Kassen. Jeder Kunde kann sofort bezahlen, ohne zu warten.

- Situation b: Die Anzahl der Kunden hat zugenommen, aber es gibt immer noch ausreichend Kassen. Es bilden sich kleine Schlangen, aber die Kunden mĂŒssen nicht lange warten.

- Situation c: Der Supermarkt ist sehr voll. Alle Kassen sind besetzt, und lange Schlangen haben sich gebildet. Neue Kunden mĂŒssen warten, bis frĂŒhere Kunden fertig sind.

b) Michaelis-Menten-Diagramm und das Supermarktmodell
Das Michaelis-Menten-Diagramm zeigt, wie die Reaktionsgeschwindigkeit mit zunehmender Substratkonzentration ansteigt, bis eine maximale Geschwindigkeit (\(V_{max}\)) erreicht ist. Im Supermarktmodell wĂ€re dies vergleichbar mit der Zunahme der Kundenanzahl: ZunĂ€chst steigt die Anzahl der abgefertigten Kunden schnell, doch sobald alle Kassen besetzt sind, fĂŒhren zusĂ€tzliche Kunden nur zu lĂ€ngeren Schlangen, ohne dass mehr Kunden pro Zeiteinheit abgefertigt werden können.

c) Veranschaulichung weiterer Aspekte

- HalbsÀttigung der Enzyme: Dies entspricht dem Punkt, an dem die HÀlfte der Kassen aktiv Kunden bedient. Es zeigt, wie viel Substrat benötigt wird, um die HÀlfte der Enzyme (Kassen) zu sÀttigen.

- Reaktionsgeschwindigkeit: Wie schnell Kunden abgefertigt werden können. Bei wenigen Kunden (Substrat) ist die Geschwindigkeit hoch, da keine Wartezeiten entstehen.

- Maximalgeschwindigkeit (\(V_{max}\)): Dies ist der Punkt, an dem alle Kassen (Enzyme) besetzt sind und Kunden (Substrate) so schnell wie möglich abgefertigt werden; eine Erhöhung der Kunden fĂŒhrt nicht zu einer schnelleren Abfertigungsgeschwindigkeit.

- K Wert (Michaelis-Konstante): Der Punkt, an dem die Geschwindigkeit genau die HĂ€lfte der Maximalgeschwindigkeit ist. Dies spiegelt die Substratkonzentration wider, bei der die HĂ€lfte der Kassen (Enzyme) besetzt ist.

- Wechselzahl: Die Anzahl der Kunden, die eine Kasse in einer bestimmten Zeit abfertigen kann, Ă€quivalent zu der Anzahl der SubstratmolekĂŒle, die ein Enzym in Produkte umwandelt.

d) Einfluss der Substratkonzentration auf die Reaktionsgeschwindigkeit bei hohen Substratkonzentrationen
Bei hohen Substratkonzentrationen sind alle Enzyme (Kassen) stĂ€ndig besetzt und arbeiten mit ihrer maximalen Geschwindigkeit (\(V_{max}\)). Eine weitere Erhöhung der Substratkonzentration fĂŒgt mehr Kunden hinzu, aber da keine Kassen frei sind, können diese nicht schneller bedient werden. Die Reaktionsgeschwindigkeit kann nicht ĂŒber \(V_{max}\) hinaus erhöht werden, Ă€hnlich wie im Supermarkt keine Kunden schneller abgefertigt werden können, wenn alle Kassen bereits voll ausgelastet sind.
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