Reaktionskinetik und Enzymkatalyse

Reaction Kinetics and Enzyme Catalysis

Chemie Klasse 11 15 Aufgaben

KinetikEnzymeKatalysePharmazieKerncurriculum

Warum wirkt eine Brausetablette schneller als eine gepresste? Die Kinder messen Reaktionsgeschwindigkeit als Konzentrationsänderung pro Zeit, deuten Temperatur, Oberfläche und Konzentration im Stoßmodell und wenden das auf Enzyme an: Substratspezifität, pH-Optimum, reversible Hemmung — bis zur Wirkweise von Aspirin als COX-Hemmer. Retard-Tabletten zeigen, wie Pharmazie Geschwindigkeit gezielt bremst. Dokumentierte Fehlvorstellung: „mehr Wirkstoff wirkt immer schneller und stärker". Verbindet Chemie mit Biologie (Verdauungsenzyme) und Medizin; bereitet das chemische Gleichgewicht und die Stoßtheorie mit Aktivierungsenergie vor.

Voraussetzungen (2)

Funktionelle Gruppen in Biomolekülen

Klasse 11

›

Energie bei chemischen Reaktionen

Klasse 8

›

Ermöglicht (1)

Chemisches Gleichgewicht und Massenwirkungsgesetz

Klasse 11

›

Leicht

Multiple Choice #1 15s ▶ Testen

Was versteht man unter der Reaktionsgeschwindigkeit?

● Die Änderung der Konzentration eines Stoffs pro Zeiteinheit.
○ Die Geschwindigkeit, mit der sich Moleküle bewegen.
○ Die Temperatur, bei der eine Reaktion startet.
○ Die Masse der Reaktionsprodukte.

Die Reaktionsgeschwindigkeit v = Δc/Δt beschreibt, wie schnell sich die Konzentration von Edukten (Abnahme) oder Produkten (Zunahme) ändert.

Wahr / Falsch #2 10s ▶ Testen

Enzyme sind biologische Katalysatoren, die die Aktivierungsenergie einer Reaktion senken.

✓ Wahr

Richtig. Enzyme beschleunigen biochemische Reaktionen, indem sie die Aktivierungsenergie herabsetzen. Sie gehen unverändert aus der Reaktion hervor.

Lückentext #3 10s ▶ Testen

Eine Erhöhung der Temperatur führt in der Regel zu einer ___ der Reaktionsgeschwindigkeit.

✓ Antwort: Erhöhung

Höhere Temperatur → schnellere Teilchenbewegung → häufigere und energiereichere Zusammenstöße → schnellere Reaktion (RGT-Regel).

Multiple Choice #4 15s ▶ Testen

Was beschreibt die Substratspezifität eines Enzyms?

● Ein Enzym katalysiert nur die Reaktion eines bestimmten Substrats.
○ Jedes Enzym kann jedes Substrat umsetzen.
○ Die Geschwindigkeit, mit der ein Enzym arbeitet.
○ Die Konzentration des Enzyms.

Substratspezifität bedeutet, dass das aktive Zentrum eines Enzyms nur zu einem bestimmten Substrat passt (Schlüssel-Schloss-Prinzip).

Lückentext #5 10s ▶ Testen

Die Verdauungsenzyme im Magen arbeiten optimal bei einem pH-Wert von etwa ___.

✓ Antwort: 2

Pepsin (Magenenzym) hat sein pH-Optimum bei ca. pH 2 (stark sauer). Der Magen produziert Salzsäure (HCl), um dieses Milieu herzustellen.

Wahr / Falsch #6 10s ▶ Testen

Eine größere Oberfläche (z. B. durch Zerkleinern) erhöht die Lösegeschwindigkeit eines Feststoffs.

✓ Wahr

Richtig. Größere Oberfläche → mehr Kontaktfläche mit dem Lösemittel → schnelleres Auflösen. Daher lösen sich Pulver schneller als Tabletten.

Multiple Choice #7 12s ▶ Testen

Eine Brausetablette und eine normale Tablette enthalten je 500 mg desselben Wirkstoffs. Welche wirkt schneller?

○ Die normale Tablette
○ Beide gleich schnell
● Die Brausetablette

Die Brausetablette wird vorher in Wasser aufgelöst: Der Wirkstoff liegt dann schon fein verteilt in Lösung vor und kann sofort aufgenommen werden. Die normale Tablette muss im Magen erst zerfallen und sich lösen. Die gleiche Wirkstoffmenge heißt also nicht gleich schnelle Wirkung – entscheidend ist, wie fein verteilt der Stoff vorliegt.

Lückentext #8 10s ▶ Testen

Die Denaturierung von Proteinen durch Magensäure dient der Oberflächenvergrößerung. Die Salzsäure sorgt dabei für einen niedrigen ___-Wert.

✓ Antwort: pH

Salzsäure (HCl) im Magensaft erzeugt pH ≈ 1–2. Die saure Umgebung denaturiert Nahrungsproteine, sodass Pepsin sie leichter angreifen kann.

Zahleneingabe #9 15s ▶ Testen

Ein Schmerzmittel hat eine Halbwertszeit von 4 Stunden. Nach wie vielen Stunden ist nur noch 25 % des Wirkstoffs im Körper?

✓ Antwort: 8

Nach 1 HWZ (4 h): 50 %. Nach 2 HWZ (8 h): 25 %.

Mittel

Wahr / Falsch #1 15s ▶ Testen

Ein Katalysator verändert das chemische Gleichgewicht einer Reaktion.

✓ Falsch

Falsch. Ein Katalysator beschleunigt Hin- und Rückreaktion gleichermaßen und ändert das Gleichgewicht nicht. Er beschleunigt nur die Einstellung des Gleichgewichts.

Multiple Choice #2 20s ▶ Testen

Was ist reversible Enzymhemmung?

● Ein Hemmstoff bindet vorübergehend an das Enzym und blockiert seine Aktivität; der Effekt ist umkehrbar.
○ Ein Hemmstoff zerstört das Enzym dauerhaft.
○ Das Enzym hemmt die Reaktion.
○ Die Hemmung wird durch Temperaturerhöhung ausgelöst.

Bei reversibler Hemmung kann der Inhibitor wieder abgelöst werden (im Gegensatz zur irreversiblen Hemmung, bei der das Enzym dauerhaft inaktiviert wird).

Multiple Choice #3 20s ▶ Testen

Wie hemmt Acetylsalicylsäure (Aspirin) den Schmerz?

● Sie hemmt das Enzym Cyclooxygenase (COX), das an der Schmerzentstehung beteiligt ist.
○ Sie betäubt die Nervenzellen direkt.
○ Sie senkt die Körpertemperatur auf null.
○ Sie zerstört die Schmerzrezeptoren.

ASS hemmt COX irreversibel (acetyliert es). Dadurch wird die Bildung von Prostaglandinen reduziert, die Schmerz, Entzündung und Fieber vermitteln.

Zahleneingabe #4 15s ▶ Testen

Bei Verdopplung der Enzymkonzentration (bei Substratüberschuss): Um welchen Faktor ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit?

✓ Antwort: 2

Bei Substratüberschuss ist die Geschwindigkeit proportional zur Enzymkonzentration. Doppelte Enzymkonzentration → doppelte Geschwindigkeit.

Wahr / Falsch #5 15s ▶ Testen

Eine Retard-Tablette setzt den Wirkstoff verzögert frei, um eine längere Wirkungsdauer zu erzielen.

✓ Wahr

Richtig. Retard-Formulierungen geben den Wirkstoff langsam und gleichmäßig ab (z. B. durch Diffusionshemmung), was eine lang anhaltende Wirkung bei stabilem Wirkspiegel ermöglicht.

Multiple Choice #6 20s ▶ Testen

Welche Rolle spielt die Gallenflüssigkeit bei der Fettverdauung?

● Sie emulgiert Fette (verteilt sie in feine Tröpfchen) und vergrößert so die Oberfläche für Lipase.
○ Sie spaltet Fette direkt.
○ Sie neutralisiert die Magensäure vollständig.
○ Sie liefert Energie für die Verdauung.

Gallensalze sind amphiphil und wirken als Emulgatoren: Sie zerlegen Fett in winzige Tröpfchen → größere Oberfläche → Lipase kann die Fette effizient spalten.