DECHEMAX Initiative für Chemische Technik und Biotechnologie

Frage der Woche

Frage der Woche

Weißer als Weiß: Waschen, Bleichen & Co. mit Biotechnologie

Waesche
Bildquelle: Pixabay

Enzyme – was ist das eigentlich?

Enzyme – was ist das eigentlich? Egal ob Mensch, Tier, Pflanze oder Bakterium - Enzyme sind für alle lebenswichtig. Ohne Enzyme würden die Stoffwechselvorgänge wie die Verdauung und vieles mehr nicht funktionieren. Auch in der Bioökonomie spielen Enzyme eine wichtige Rolle. Für verschiedene Anwendungen in der Industrie werden Enzyme in größeren Mengen hergestellt, z.B. für die Herstellung von Lebensmitteln. In den Fragen unten findet ihr noch weitere Beispiele.

Frage (Klassenstufen 7-11)

Was sind denn eigentlich Enzyme?

Enzyme sind große Moleküle, und zwar:

Fette
Kohlenhydrate
Proteine
Vitamine

Lösung:

Enzyme sind Proteine. Diese Moleküle setzen sich aus kleineren Grundbausteinen zusammen, diese heißen: Aminosäuren

Zusatzfrage (Klassestufen 8-11)

Was nach einer Party übrigbleibt
Nach einer schöne Feier mit Familie und Freunden haben wir: satte Gäste, ein paar Essensreste – und eine nicht mehr ganz saubere Tischdecke. Aber nach einer Runde in der Waschmaschine sind alle Flecken weg und die Tischdecke ist wieder „weißer als weiß“. Was das mit Bioökonomie zu tun hat? Waschmitteln sind eine ganze Reihe von Enzymen zugesetzt, die den verschiedenen Flecken zu Leibe rücken. Diese Waschmittelenzyme werden mit biotechnologischen Methoden hergestellt und auch immer weiter verbessert. So kann die Wäsche heute bei viel niedrigeren Temperaturen gewaschen werden als früher. Das spart eine Menge Energie.
Enzyme sind Spezialisten. Für verschiedene Arten von Flecken braucht man daher auch verschiedene Enzyme. Am Namen der Enzyme erkennt man, worauf sie spezialisiert sind.

Ergänze im Lückentext die passenden Begriffe:
(beachtet, dass ihr in manche Textfelder 2 Begriffe eintragen müsst.)
Begriffe:
Amylasen - Beeren – Butter – Eier - Lipasen - Marmelade – Milch – Öl - Pektinasen – Proteasen - Soßen

Eiweißflecken (z.B.

Lösung:

Eier, Milch

(2 Begriffe)
) werden durch

Lösung:

Proteasen

abgebaut.
Fettflecken (z.B.

Lösung:

Butter, Öl

(2 Begriffe)
haben gegen

Lösung:

Lipasen

keine Chance.
Fruchtflecken (z. B.

Lösung:

Beeren, Marmelade

(2 Begriffe)
) werden durch

Lösung:

Pektinasen

zerlegt.
Stärkehaltige Flecken (z.B.

Lösung:

Soßen

) werden mit

entfernt.

Lösung:

Amylasen

Zusatzfrage (Klassestufen 9-11)

K(l)eine Steine in der Hosentasche
Habt Ihr schon einmal kleine Steinchen in der Hosentasche einer neuen Jeans gefunden? Früher war das häufiger der Fall. Denn wie der Name „Stonewashed“ schon sagt: Für diesen Look wurden ursprünglich dunkelblaue Jeans mit Bimssteinen zusammen so lange gewaschen, bis der gewünschte ausgewaschene Effekt da war. Seit den 1980er Jahren ist beim trendigen Look von Jeans auch Biotechnologie im Spiel. Man nennt diesen Prozess auch „Bio-Stonewashing“. Damit können beachtliche Mengen an Steinen und auch Wasser eingespart werden.

Welche Enzyme kommen üblicherweise für Stonewashed-Jeans zum Einsatz? Ordne zu:

Diese Enzyme oxidieren den Indigofarbstoff, der für die blaue Farbe der Jeans eingesetzt wird. Durch die Oxidation wird Indigo entfärbt.

Cellulasen
Peroxidasen
Laccasen

Lösung:

Laccasen

Diese Enzyme haben allgemein einen bleichenden Effekt

Cellulasen
Peroxidasen
Laccasen

Lösung:

Peroxidasen

Jeans werden aus Baumwolle hergestellt. Baumwollfasern bestehen überwiegend aus Cellulose. Diese Enzyme zersetzen (hydrolysieren) die Cellulose, wenn sie auf den Jeansstoff einwirken. Dadurch wird die äußere, gefärbte Schicht der Baumwollfasern angegriffen und zersetzt. Der Farbstoff wird frei, das Gewebe wird heller

Cellulasen
Peroxidasen
Laccasen

Lösung:

Cellulasen

Zusatzfrage (Klassestufen 10-11)

Für welche andere Art der Stoffveredlung werden Cellulasen in der Textilindustrie außerdem eingesetzt?

Lösung:

Cellulasen werden auch verwendet, um Baumwollfasern und andere cellulosehaltige Textilfasern zu glätten, indem abstehende Mikrofasern abgebaut werden. So wird auch dem „Peeling“ (Knötchenbildung) vorgebeugt.

Zusatzfrage (Klassestufe 11)

Wie schwer ist denn so ein Enzym?
In Enzymen kommen typischerweise 20 verschiedene der Grundbausteine vor, die wir im ersten Teil der Frage von euch wissen wollten. In der Tabelle seht ihr sie aufgelistet. Sie sind, je nach Enzym, zu unterschiedlich langen Ketten zusammengesetzt.

Wir haben hier nun ein Enzym, das etwa 41000 Da oder g/mol (41 kDa oder kg/mol) schwer ist.

Für die Berechnung nimm bitte an, dass die 20 verschiedenen Bausteine gleich häufig im Enzym vorkommen – auch wenn es in der Natur häufigere und seltenere Bausteine gibt. Außerdem vernachlässigen wir, dass durch die Verkettung der Bausteine Teile des Moleküls entfallen können.

Aus wie vielen Grundbausteinen ist das Enzym etwa zusammengesetzt?

250
300
600
1000

Lösung:

Lösungsweg:
Die 20 Aminosäuren, die in Proteinen typischerweise vorkommen, nennt man kanonische Aminosäuren Die molekularen Massen der 20 verschiedenen Aminosäuren werden addiert und anschließend der Durchschnittswert gebildet (Ergebnis 136,9 Da). Wenn man die 41000 Da durch den Durchschnittswert teilt, erhält man circa 300 (Bausteine).

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