Aufgabe Vorschlag C - Aufgaben 1.1 bis 1.3 · Abitur Hessen Biologietechnik LK 2021

1.1 Erläutern Sie die Vorgänge, die ablaufen, wenn ein Insekt durch das Anfressen eines Blattes Senföle freisetzt (Material 1).

Lösung: Die wichtigste Abwehr von Kreuzblütlern basiert auf einem Zwei-Komponenten-System, das aus Senfölglykosiden (= „Sprengstoff“ = hier Sinigrin) sowie dem pflanzlichen Enzym Myrosinase (= „Zünder“) besteht. Beide befinden sich in unterschiedlichen Bereichen der blattrandnahen Blattzellen, die Myrosinase im Zellplasma, das Sinigrin in der Vakuole. Verwundet ein Fraßfeind das Gewebe, kommen beide Komponenten in Kontakt. Die Myrosinase katalysiert die Umsetzung von Sinigrin zu Allylisothiocyanat, Glukose und Sulfat, aktiviert also die sogenannte „Senfölbombe“. Allylisothiocyanat ist ein scharf schmeckendes Senföl-Glykosid, das für Wirbeltiere und Insekten giftig ist.

1.2 Werten Sie die Ergebnisse aus Material 2 aus (Hinweis: Nutzen Sie dazu auch Material 1).

Lösung: Reaktion 1: Das Senfpulver ist bei direkter Messung nach Aufnahme in den Mund trocken. Ohne Wasser kann die Reaktion trotz Freisetzung von Sinigrin und Myrosinase nicht ablaufen. Für den bitteren Geschmack ist Sinigrin verantwortlich. Nach 2 Minuten kommt der scharfe Geschmack hinzu (durch Befeuchtung mit Speichel). Reaktion 2: Hier kommt es zunächst zur Bitterempfindung. Sobald die Zellzerstörung erfolgt ist und die Myrosinase Sinigrin umgewandelt hat, schmecken die Senfkörner scharf. Reaktion 3: Wasserzugabe zu Senfpulver, in dem Myrosinase und Sinigrin enthalten sind, führt zur sofortigen Senfölbildung. Die Paste schmeckt scharf. Bei Senfpulver entwickelt sich der charakteristische scharf-brennende Geschmack erst durch Zufügen von Wasser – erst dann wird das Senföl frei. Reaktion 4: Da es sich bei Myrosinase um ein hitzeempfindliches Protein handelt, findet eine Denaturierung statt. Es findet also keine Senföl-Reaktion statt, der Geschmack ist bitter, aber nicht scharf.

1.3 Fassen Sie die Auswirkungen zusammen, die die unterschiedlichen Bedingungen auf die Enzymaktivität haben. Erklären Sie auch mögliche Auswirkungen auf diese beiden Enzyme bei Erhöhung der Temperatur um 10 °C bzw. 30 °C.

Lösung: Zusammenfassung: Die Grafiken zeigen, dass die Enzymaktivität der Enzyme E₁ und E₂ vom pH-Wert abhängig ist. Bei einer gleichbleibenden Temperatur von 25 °C arbeitet E₂ bei pH 7 rascher, E₁ bei pH 6. Mg-Ionen aktivieren die Wirkung von E₁. Erklärung: Eine Erhöhung um 10 °C erhöht in der Regel die Reaktionsgeschwindigkeit. Es gilt die Reaktions-Geschwindigkeits-Temperaturregel (RGT-Regel), die besagt, dass chemische Reaktionen bei einer um 10 Grad erhöhten Temperatur doppelt bis dreimal so schnell ablaufen. Enzym und Substrat treffen häufiger aufeinander. Dies führt zu einer schnelleren Bildung von Enzym-Substrat-Komplexen und somit zu einer schnelleren Umsetzung des Substrats. Dies gilt nur, bis das Temperaturoptimum des Enzyms erreicht ist. Eine Erhöhung um 30 °C führt in der Regel zu einer geringeren Reaktionsgeschwindigkeit, aufgrund beginnender Denaturierung. Hohe Temperaturen zerstören die Sekundär- und Tertiärstruktur der Proteine (Enzyme), d. h. die räumliche Anordnung wird zerstört und das Protein bzw. Enzym kann nicht mehr funktionieren.