Enzymen en biotechnologie (Biologie havo), les 1: Uitleg
STOFWISSELING · ENZYMEN
Enzymen en biotechnologie
Examenstof biologie havo
Lesduur is: 45 minIntroductie
Onderdelen in deze les
STOFWISSELING · ENZYMEN
Enzymen en biotechnologie
Examenstof biologie havo
Les 1 van 3: uitleg. Les 2 is de examentraining, les 3 de terugblik met quiz. Syllabus: M2.3 specificatie 8 t/m 10 (B2). Image credit: Jim Peaco, National Park Service / Wikimedia Commons, publiek domein
STOFWISSELING · ENZYMEN
Wat ga je kunnen?
Ik kan beschrijven hoe enzymen reacties katalyseren, hoe temperatuur en pH dat beïnvloeden en hoe biotechnologie het metabolisme van micro-organismen gebruikt.
Deze slide heeft geen instructies
Waar denk je aan bij het woord enzym?
Verwacht: vertering, wasmiddel, eiwit, versnellen, lactase, sleutel en slot. Koppel de woorden aan de begrippen van de les: katalysator, substraat, optimumkromme. Veelgemaakte misvatting: een enzym wordt tijdens de reactie verbruikt. Dat klopt niet: een enzym blijft onveranderd en kan opnieuw werken.
STOFWISSELING · ENZYMEN
Wat is een enzym?
Cellen nemen stoffen op, zetten ze om en geven ze af. Enzymen katalyseren die omzettingen.
Een katalysator versnelt een reactie en wordt zelf niet verbruikt.
Een enzym is een eiwit. De cel maakt enzymen door assimilatie uit aminozuren.
Zonder enzymen zouden de reacties in een cel veel te langzaam verlopen.
Syllabus M2.3 specificatie 1 en 8: cellen zetten stoffen om met behulp van energie, gekatalyseerd door enzymen. Enzymen zijn eiwitten en worden door assimilatie in de cel gemaakt (verwijs naar de les over assimilatie en dissimilatie). Veelgemaakte fout: denken dat een enzym een stof is die meedoet en opraakt. Een katalysator wordt niet verbruikt.
Schema van enzymwerking: enzym, substraat en producten
STOFWISSELING · ENZYMEN
Het enzym-substraatcomplex
Een enzym katalyseert één soort reactie: het substraat past op het enzym.
Enzym en substraat vormen samen het enzym-substraatcomplex.
Het substraat wordt omgezet in producten die van het enzym loskomen.
Het enzym is onveranderd en kan direct een nieuw substraat binden.
Syllabus M2.3 specificatie 8: waar en hoe enzymen reacties katalyseren, met substraat en enzym-substraatcomplex. Loop de drie stappen van het schema langs. In dit schema valt het substraat uiteen in twee producten; een enzym kan ook twee stoffen aan elkaar koppelen. Veelgemaakte fout: het enzym zelf als een van de producten noemen. Image credit: Eigen schema (LessonUp), CC0
STOFWISSELING · ENZYMEN
Waar werken enzymen?
Enzymen werken in de cel, bijvoorbeeld bij assimilatie en dissimilatie.
Enzymen werken ook buiten de cel, zoals de enzymen in verteringssappen.
Een enzym werkt op één soort substraat: amylase breekt zetmeel af, maar geen eiwit.
Voor elke omzetting in een cel is dus een passend enzym nodig.
Syllabus M2.3 specificatie 8: waar enzymen reacties katalyseren. Zowel in de cel als erbuiten (bijvoorbeeld in de mond en de darm, zie de les over vertering). Amylase uit speeksel breekt zetmeel af. Veelgemaakte fout: denken dat één enzym alle stoffen kan omzetten. Het substraat moet op het enzym passen.
Wat gebeurt er met een enzym tijdens een reactie?
Het wordt verbruikt en moet steeds nieuw gemaakt worden
Het wordt omgezet in een van de producten
Het blijft onveranderd en kan opnieuw werken
Het breekt af tot aminozuren
Een enzym is een katalysator en wordt niet verbruikt. Verwachte fout: denken dat het enzym een van de producten wordt.
Zet op volgorde, van eerst naar laatst
Eerst past het substraat op het enzym, dan ontstaat het complex, dan volgt de omzetting en tot slot laten de producten los. Verwachte fout: de producten voor het complex zetten.
Enzymactiviteit bij verschillende temperaturen (eigen gegevens)
STOFWISSELING · ENZYMEN
Temperatuur en enzymwerking
De optimumkromme laat zien bij welke temperatuur een enzym het best werkt.
Onder het optimum werkt het enzym langzaam, maar het raakt niet beschadigd.
Boven het optimum verandert de vorm van het enzym: het substraat past niet meer.
Menselijke enzymen: optimum rond 37 °C. Enzym B komt uit een hete bron: 70 °C.
Syllabus M2.3 specificatie 9: temperatuur en optimumkromme. De grafiek is een eigen, vereenvoudigde weergave met ronde getallen. Enzym B hoort bij bacteriën die in een hete bron leven (zie de omslagfoto): hun enzymen hebben een hoger optimum. Veelgemaakte fout: denken dat een hogere temperatuur altijd meer activiteit geeft. Boven het optimum werkt het enzym niet meer en dat herstelt niet. Image credit: Eigen grafiek (LessonUp), CC0
Enzymactiviteit bij verschillende pH-waarden (eigen gegevens)
STOFWISSELING · ENZYMEN
pH en enzymwerking
Ook de pH (zuurgraad) bepaalt hoe goed een enzym werkt.
Elk enzym heeft een eigen pH-optimum, te zien in de optimumkromme.
Pepsine in de zure maag werkt het best rond pH 2.
Trypsine in de dunne darm werkt het best rond pH 8 (licht basisch).
Syllabus M2.3 specificatie 9: pH en optimumkromme. pH 7 is neutraal, lager is zuur, hoger is basisch. Pepsine (maag) en trypsine (dunne darm) komen terug in de les over vertering. De grafiek is een eigen, vereenvoudigde weergave. Veelgemaakte fout: denken dat alle enzymen een optimum bij pH 7 hebben. Image credit: Eigen grafiek (LessonUp), CC0
Rodekoolsap in oplossingen met verschillende pH: zuur is rood, basisch geel
STOFWISSELING · ENZYMEN
Een indicator maakt het zichtbaar
Een indicator laat met een kleur zien dat een stof of een bepaalde pH aanwezig is.
Rodekoolsap is een pH-indicator: rood bij zuur, paars bij neutraal, groen tot geel bij basisch.
Jodium is een indicator voor zetmeel: blauwzwart betekent dat er zetmeel is.
Blijft jodium geelbruin, dan heeft amylase het zetmeel afgebroken.
Syllabus M2.3 specificatie 9: indicator. Gebruik de foto om de kleurenreeks te bespreken. Een onderzoek naar amylase: meng zetmeel en amylase bij verschillende temperaturen en test met jodium na een vaste tijd. Veelgemaakte fout: de kleur van de indicator verwarren met de kleur van het enzym of het substraat. Image credit: Pań w żółtym kapeluszu / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0
Een enzym werkt bij 37 °C het best en bij 70 °C niet meer. Waarom?
Het enzym heeft een andere vorm, het substraat past niet
Bij 70 °C is er geen substraat meer in de cel
Een hoge temperatuur verbruikt het enzym sneller
Het enzym wordt bij 70 °C tot aminozuren omgezet
Boven het optimum verandert de vorm van het enzym, daardoor past het substraat niet meer. Verwachte fout: denken dat het enzym verbruikt wordt.
Vul in
Een indicator laat met een kleur zien dat een stof of pH aanwezig is. Zetmeel kleurt met jodium blauwzwart.
Indicator en jodium als indicator voor zetmeel. Verwachte fout: rodekoolsap invullen: dat is een pH-indicator, geen zetmeelindicator.
Yoghurt, gemaakt met melkzuurbacteriën
STOFWISSELING · ENZYMEN
Micro-organismen aan het werk
Biotechnologie gebruikt het metabolisme van micro-organismen om stoffen te maken.
Metabolisme is alle stofwisseling van een organisme: stoffen opnemen, omzetten en afgeven.
Melkzuurbacteriën zetten melksuiker om in melkzuur en maken zo yoghurt.
Gist zet bij gisting glucose om in alcohol en koolstofdioxide: voor bier, wijn en brood.
Syllabus M2.3 specificatie 10: metabolisme, micro-organisme, biotechnologie. Micro-organismen zijn bijvoorbeeld bacteriën, gist en schimmels. Het metabolisme omvat assimilatie en dissimilatie. Gisting is anaerobe dissimilatie (zie de les over assimilatie en dissimilatie). Veelgemaakte fout: denken dat biotechnologie altijd genetische modificatie is. Ook yoghurt en brood zijn biotechnologie. Image credit: Rainer Zenz / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0
Escherichia coli onder de elektronenmicroscoop, 10.000 keer vergroot
STOFWISSELING · ENZYMEN
Recombinant-DNA
Bij recombinant-DNA wordt DNA van verschillende organismen gecombineerd.
Een menselijk gen wordt in het DNA van een micro-organisme gebracht, zoals een bacterie.
De bacterie maakt dan een menselijk eiwit dat ze zelf niet kon maken.
Bacteriën delen zich snel, dus er ontstaat veel van het gewenste eiwit.
Syllabus M2.3 specificatie 10: recombinant-DNA. De afbeelding toont E. coli met toegevoegde kleur; een veelgebruikt micro-organisme in de biotechnologie. Het menselijke gen bevat de informatie voor het eiwit; de bacterie leest die informatie af (zie de les over genexpressie). Veelgemaakte fout: denken dat het eiwit eerst in de mens wordt gemaakt en daarna in de bacterie wordt gespoten. Image credit: Eric Erbe en Christopher Pooley, USDA ARS / Wikimedia Commons, publiek domein
Een bioreactor met meetapparatuur in een laboratorium
STOFWISSELING · ENZYMEN
Van gen tot geneesmiddel
Insuline voor mensen met diabetes wordt gemaakt door bacteriën of gist met het menselijke insulinegen.
De micro-organismen groeien in een bioreactor, een grote tank.
In een bioreactor worden de temperatuur, pH, zuurstof en voedingsstoffen geregeld.
Zo werken de enzymen van de micro-organismen bij hun optimum en ontstaat veel product.
Syllabus M2.3 specificatie 10: toepassing van het metabolisme van micro-organismen. Vroeger werd insuline uit de alvleesklier van varkens en runderen gehaald; nu maken micro-organismen met recombinant-DNA het. Leg het verband met de optimumkromme: de omstandigheden in de bioreactor liggen bij het optimum. Veelgemaakte fout: denken dat de bacteriën zelf menselijk zijn geworden. Image credit: Habin Zhang / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0
Vul in
Bij biotechnologie gebruik je het metabolisme van micro-organismen, zoals gist en bacteriën.
Biotechnologie gebruikt het metabolisme van micro-organismen. Verwachte fout: enzymen of recombinant-DNA invullen.
Zet op volgorde: van gen tot insuline
Eerst het gen isoleren, dan inbrengen, dan laten groeien en tot slot de insuline verzamelen. Verwachte fout: de bioreactor voor het inbrengen van het gen zetten.
Wat vond je vandaag het lastigst?
Het enzym-substraatcomplex
Temperatuur, pH en optimumkrommen
Indicatoren en onderzoek
Biotechnologie en recombinant-DNA
Gebruik de uitslag om te bepalen welk onderdeel je volgende les nog eens met een voorbeeld doorloopt.
Leg uit hoe een enzym een reactie versnelt.
Een goed antwoord: het substraat past op het enzym en vormt het enzym-substraatcomplex, het wordt omgezet in producten en het enzym blijft onveranderd (katalysator). Verwachte fout: zeggen dat het enzym wordt verbruikt, of alleen dat het versnelt zonder het complex te noemen.
STOFWISSELING · ENZYMEN
Begrippen (1/2)
enzym: Een eiwit dat een reactie in een cel versnelt.
katalysator: Een stof die een reactie versnelt en zelf niet wordt verbruikt.
substraat en enzym-substraatcomplex: Het substraat past op het enzym en vormt samen met het enzym het complex; daarna ontstaan producten.
optimumkromme: Grafiek van de enzymactiviteit bij verschillende temperaturen of pH-waarden, met een hoogste punt.
pH: Maat voor de zuurgraad; 7 is neutraal, lager is zuur en hoger is basisch.
Deze slide heeft geen instructies
STOFWISSELING · ENZYMEN
Begrippen (2/2)
indicator: Een stof die met een kleur een andere stof of de pH zichtbaar maakt.
biotechnologie: Het gebruik van micro-organismen om stoffen te maken.
metabolisme: Alle stofwisselingsreacties van een organisme: stoffen opnemen, omzetten en afgeven.
micro-organisme: Een organisme dat je alleen met een microscoop ziet, zoals een bacterie of gist.
recombinant-DNA: DNA waarin genen van verschillende organismen zijn gecombineerd.
Deze slide heeft geen instructies
