Enzyme – Anwendung in Medizin und Technik
Enzyme spielen eine bedeutende Rolle als Biokatalysatoren in medizinischen und technischen Prozessen. Ihre Bedeutung erstreckt sich von der Bierherstellung bis hin zur modernen medizinischen Diagnostik, wie beispielsweise bei PCR-Tests. Interessiert? Erfahre mehr dazu im folgenden Text!
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Lerntext zum Thema Enzyme – Anwendung in Medizin und Technik
Enzyme – Anwendung in Medizin und Technik
Enzyme sind in jeder lebenden Zelle vorhanden und viele Prozesse im Körper wären ohne sie nicht möglich. Menschen nutzen verschiedene biochemische Verfahren schon seit Tausenden von Jahren, beispielsweise zur Herstellung von Bier, Wein oder Brot. Erst seit dem 19. Jahrhundert wird jedoch intensiv geforscht, um diese Prozesse besser zu verstehen. Enzyme sind die treibende Kraft hinter vielen biochemischen Prozessen und werden heute gezielt isoliert und genutzt.
In diesem Text beschäftigen wir uns mit der Geschichte und Anwendung von Enzymen in der Medizin und Technik und stellen dir einige Beispiele vor, wie Enzyme in diesen Bereichen gezielt genutzt werden.
Enzyme sind Biokatalysatoren. Das bedeutet, dass sie chemische Reaktionen in biologischen Prozessen beschleunigen.
Enzyme in der Medizin und Technik – Geschichte
Zum ersten Mal wurde 1839 bei Untersuchungen zur Bierherstellung beschrieben, dass für die Gärung Hefen benötigt werden. Doch die genaue Funktion der Hefe blieb lange unbekannt. Erst circa 60 Jahre später fand der Biologe Eduard Buchner heraus, dass ein Enzym aus der Hefe dahintersteckt. Wichtig an seiner Entdeckung war vor allem, dass er betonte, dass der Prozess nicht vom Leben abhängig sei. Es wurde also deutlich, dass das Enzym allein auch ohne die lebende Hefe für die Gärung ausreichend ist. Diese Erkenntnis ist noch bis heute die Grundlage für die Nutzung von Enzymen in der Medizin und Technik.
Enzyme in der Technik
1908 wurden zum ersten Mal funktionelle Enzyme isoliert. Enzyme kommen in vielen Bereichen des täglichen Lebens zum Einsatz: Schon seit vielen Jahren werden Enzyme in der Herstellung von Lebensmitteln wie Brot und Käse oder in der Waschmittelindustrie eingesetzt. Durch die Verwendung von Lipasen lassen sich Flecken auch bei niedrigen Temperaturen leichter aus der Kleidung lösen. Durch Cellulasen wird die Bildung von Faserknötchen verringert. Das ermöglicht energiesparende und damit günstige und für die Kleidungsfasern schonende Waschgänge.
Doch auch in anderen Bereichen der Industrie können Enzyme Energie und damit Kosten sparen. So werden auch in der Papierindustrie Cellulasen, Hemicellulasen und Lignin abbauende Enzyme für die Mahlung eingesetzt.
Enzyme in der Medizin – Diagnostik
Enzyme sind an allen Stoffwechselprozessen lebender Zellen beteiligt und spielen daher eine wichtige Rolle in der medizinischen Diagnostik. Im gesunden Körper finden enzymgesteuerte Prozesse hauptsächlich innerhalb der Zellen statt. Bei Organschädigungen können bestimmte Enzyme ins Blut gelangen und nachgewiesen werden. Aufgrund ihrer Organspezifität können sie als Marker dienen, um das betroffene Organ zu identifizieren.
Auch isolierte Enzyme können in der Diagnostik eingesetzt werden, zum Beispiel um Krankheitserreger nachzuweisen. Viren wie das Grippevirus, Coronavirus sowie das HI-Virus, das für die Krankheit AIDS verantwortlich ist, können in Laboren über eine Polymerase-Kettenreaktion nachgewiesen werden. Dabei können durch das Enzym Taq-Polymerase schon kleinste Mengen an Virus-DNA vervielfältigt werden, sodass eine Früherkennung möglich ist.
Zahlreiche Schnelltests basieren ebenfalls auf enzymatischen Reaktionen. Beispielsweise funktionieren Coronaschnelltests ähnlich wie HIV-Schnelltests oder Schwangerschaftstests. Ein bestimmtes Protein oder ein Hormon dient als Antigen und wird von Antikörpern auf dem Teststreifen erkannt. Ein Enzym im Test katalysiert bei ausreichender Menge eines Antikörper-Antigen-Gemischs eine Farbreaktion, die als Streifen auf dem Test sichtbar wird.
Enzyme in der Medizin und Technik – Zusammenfassung
Die Einsatzgebiete von Enzymen in Medizin und Technik sind vielfältig. In diesem Text haben wir gesehen, wie die Forschung und Isolierung von Enzymen begann und welche wichtigen Anwendungen sie heute haben. Ob in der Lebensmittelherstellung, in der Waschmittelindustrie oder in der medizinischen Diagnostik – Enzyme spielen in vielen Bereichen unseres Lebens eine entscheidende Rolle.
Häufig gestellte Fragen zum Thema Enzyme – Anwendung in Medizin und Technik
Enzyme – Anwendung in Medizin und Technik Übung
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Was sind Enzyme?
TippsEnzyme sind an chemischen Reaktionen im Körper beteiligt.
LösungEnzyme sind als Biokatalysatoren an chemischen Reaktionen im Körper beteiligt.
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Welche biochemischen Verfahren haben wir schon vor der Entdeckung von Enzymen genutzt?
TippsDrei der Antworten sind richtig.
Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) ist unter anderem ein Verfahren zur Identifizierung von Krankheitserregern, welches in klinischen Laboren angewendet wird.
LösungSchon vor der Entdeckung von Enzymen hat der Mensch diese unbewusst in biochemischen Verfahren wie der Brot-, Bier- und Weinherstellung verwendet.
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Welche Enzyme werden in der Papierindustrie und welche in der Waschmittelindustrie eingesetzt?
TippsZwei der Enzyme werden in der Papierindustrie eingesetzt, eins in der Waschmittelindustrie und eins in beiden Industriezweigen.
Lipasen bauen Fette ab, Cellulasen bauen lange Pflanzenfasern ab.
LösungIn der Papierindustrie werden Cellulasen, Hemicellulasen und Lignin abbauende Enzyme eingesetzt, um die pflanzlichen Fasern zu zerkleinern.
Die Cellulasen finden auch in der Waschmittelindustrie Einsatz, genauso wie die Fett abbauenden Lipasen.
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Beschreibe den Verlauf der Entdeckung von Enzymen anhand des Prozesses der Bierherstellung.
TippsDer Prozess der Bierherstellung ist schon tausende von Jahren alt.
1908 wurden die ersten funktionellen Enzyme isoliert.
LösungDie Bierherstellung ist schon tausende von Jahren alt. Der Mensch nutzt Enzyme also schon seit sehr langer Zeit ganz unbewusst.
Zum ersten Mal wurde 1839 bei Untersuchungen zur Bierherstellung beschrieben, dass für die Gärung Hefen benötigt werden. Doch die genaue Funktion der Hefe blieb lange unbekannt. Erst circa 60 Jahre später fand der Biologe Eduard Buchner heraus, dass ein Enzym aus der Hefe dahinter steckt.
Weitere 10 Jahre später, im Jahre 1908, wurden zum ersten Mal funktionelle Enzyme isoliert. Seitdem kommen Enzyme in vielen Bereichen des täglichen Lebens zum Einsatz.
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Welche Schnelltests basieren auf enzymatischen Reaktionen?
TippsDrei der Antwortmöglichkeiten sind richtig.
Bei den gesuchten Schnelltests läuft eine Farbreaktion ab, die als Streifen auf dem Test ablesbar ist.
Bei einem Alkoholtest wird in ein Gerät geblasen und dieses zeigt dann elektronisch die abgeschätzte Promillezahl im Blut an.
LösungSchnelltests, die auf enzymatischen Reaktionen beruhen, sind neben dem Corona-Schnelltest und dem HIV-Schnelltest auch der Schwangerschaftsschnelltest.
Bei diesen Schnelltests läuft eine Farbreaktion ab, die als Streifen auf dem Test ablesbar ist.Bei einem Alkoholtest wird in ein Gerät geblasen und dieses zeigt dann elektronisch die abgeschätzte Promillezahl im Blut an. Dieser Test beruht auf Infrarot-Sensoren.
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Was hat es mit der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) in der klinischen Diagnostik auf sich?
TippsDas Bakterium, aus welchem die hitzestabile DNA-Polymerase für die PCR isoliert wurde, heißt Thermophilus aquaticus.
LösungIsolierte Enzyme können in der Diagnostik eingesetzt werden. Zum Beispiel, um Krankheitserreger nachzuweisen. Viren wie das Grippe-Virus, Corona-Virus sowie das HI-Virus, welches für die Krankheit AIDS verantwortlich ist, können in Laboren über eine sogenannte Polymerase-Kettenreaktion, die PCR, nachgewiesen werden. Dabei können durch das Enzym die Taq-Polymerase, eine hitzestabile DNA-Polymerase, die aus thermophilen Bakterien isoliert wurde, schon kleinste Mengen an Virus-DNA vervielfältigt werden, sodass eine Früherkennung möglich ist.
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