• Enzymer

    Enzymer

    Enzymer er proteiner, der findes i alle levende væsner. Alt lige fra encellede bakterier til flercellede planter og dyr har enzymer. Enzymer er en af livets vigtigste dele og uden enzymer ville liv ikke kunne eksistere. Nogle sygdomme hos mennesker skyldes at enzymerne i vores krop ikke fungerer, som de skal. Det gælder eksempelvis for blødersygdom og Alzheimers. Enzymers særlige evner udnyttes også i industrien til produktion af rigtig mange af de produkter, som vi bruger hver dag. Enzymer bruges eksempelvis til produktion af så forskellige ting som ketchup og medicin. Dette og meget mere kan du læse om i teoridelen til dette undervisningsprojekt. Du kan også læse om hvordan enzymer dannes i kroppen og hvordan de egentlig virker.

    Endeligt så kan du lave forsøg med brødbagning, hvor du kan undersøge hvordan enzymer i kiwi påvirker brød. Dette kan du gøre ud fra den forsøgsvejledning, som også er en del af projektet.

    Projektet henvender sig til de ældste klasser i folkeskolen og dækker dele af pensum i biologifaget. Projektet er udarbejdet af Cecilia Engel Thomas, der til daglig læser til civilingeniør i Systembiologi på DTU.

    For at navigere i projektet kan menuen til venstre anvendes eller oversigten nedenfor.

    Projektoversigt

    Teori

    Forsøg

    Rigtig god fornøjelse med projektet!

  • Teori

    Enzymer er proteiner. Proteiner har rigtig mange vigtige funktioner i menneskekroppen, men også i andre levende organismer. Faktisk ville liv, som vi kender det, ikke kunne eksistere uden proteiner. Når proteinerne i kroppen ikke fungerer, som de skal, bliver vi syge. Et eksempel på en sygdom, der skyldes en proteinfejl, er laktoseintolerance. Laktoseintolerance er en form for mælkeallergi. Hvis man har sygdommen, kan man ikke tåle mælk, fordi man mangler et protein i kroppen, der hjælper med at fordøje mælken. Det protein, man mangler, når man har laktoseintolerance, tilhører den gruppe af proteiner, der kaldes enzymer. Der findes mange forskellige grupper af proteiner, der alle spiller hver deres rolle i naturen. Enzymer er en gruppe af proteiner, der fungerer lidt som naturens værktøjskasse. De kan klippe molekyler, sætte dem sammen, ændre dem og meget mere. Udover at enzymer findes i levende organismer, bruges de også i industrien. Rigtig mange af de produkter, vi bruger hver eneste dag, indeholder enzymer eller er blevet lavet ved hjælp af enzymer. Det gælder for eksempel for to så forskellige ting som ketchup og vaskepulver.

    Opdateret den 7. august 2017

    Laktoseintolerance er en sygdom, hvor man ikke kan tåle mælkeprodukter. Det er ikke en særlig almindelig sygdom i Skandinavien, men i Asien og Afrika er det helt op til 80-90 % af befolkningen, der er laktoseintolerante. Hvis man er laktoseintolerant og spiser mælkeprodukter, får man diarré og ens mave bliver oppustet, hvilket gør ondt. Langt de fleste mennesker kan godt tåle mælk fra fødslen af, da de har brug for at få mælk fra deres moder. Derfor har de fleste børn også det enzym, der skal bruges til at fordøje mælken. Dette enzym hedder laktase. Mange mennesker mister dog deres evne til at kunne tåle mælk, efterhånden som de bliver voksne, fordi deres krop stopper med at producere laktase.

    I mælk findes mælkesukker, der også kaldes laktose. Laktase-enzymets funktion i kroppen er at hjælpe til med at nedbryde laktosen. Dette foregår i tarmen. Laktase klipper laktose over, så det bliver til to mindre sukkermolekyler. De små sukkermolekyler kan kroppens celler bruge til at få energi. Hvis man er laktoseintolerant og derfor ikke kan producere laktase, bliver laktose fra mælk og andre mælkeprodukter ikke nedbrudt, og det bliver derfor i tarmen.
    Når laktose ikke nedbrydes, bliver det optaget af nogle af de bakterier, der lever i tarmen. Disse bakterier kan bruge laktose til at lave energi, men når bakterierne fordøjer laktose, bliver der dannet affaldsgasser. Det er en af grundene til, at maven bliver udspilet, når laktoseintolerante personer spiser mælkeprodukter. Derudover dannes der nogle andre affaldsstoffer, der giver vand i tarmen. Dette er grunden til, at man får diarré. I slemme tilfælde kan ophobningen af affaldsstoffer også forhindre, at andre næringsstoffer optages af tarmen, og kroppen kan derfor komme til at mangle disse næringsstoffer.

    Den bedste måde at leve med laktoseintolerance på er ved helt at undgå at spise mælkeprodukter. Der findes også piller med laktase-enzym, som man kan spise. Disse enzymer kan nedbryde den laktose, man får fra mælkeprodukter, og derfor bliver man ikke nær så syg, som hvis man ikke tog pillerne.

     

    Figur 1. Laktose intolerance. Laktosen nedbrydes normalt af laktase, og optages derefter af kroppens celler. Hvis man er laktoseintolerant bliver laktosen optaget af bakterier i tarmen, der producerer gasser og andre affaldsprodukter.

    Opbygning
    Laktase tilhører gruppen af proteiner, der kaldes enzymer, men der findes mange andre former for proteiner i naturen. Generelt er proteiner makromolekyler, dvs. de er store i forhold til de andre molekyler i cellen. Proteiner kan sammenlignes med perlekæder, hvor aminosyrerne symboliserer perlerne. Der findes 20 almindelige aminosyrer, der kan sættes sammen på rigtig mange forskellige måder. Aminosyrekæderne kan have meget forskellige længder. Proteinet insulin, der bruges til at sende signaler mellem kroppens celler, har for eksempel 51 aminosyrer, dvs. 51 ’perler på snoren’. Et andet eksempel er titin, der har næste 27.000 aminosyrer langt. Titin er et protein, der findes i muskler.

    Som det kan ses på figur 2 folder aminosyrekæderne op omkring sig selv og danner helt specielle tredimensionelle strukturer. Dette svarer til, at man tager en perlekæde og krøller den sammen. Den måde, som aminosyrekæden folder på, afhænger af, hvilke aminosyrer, der er i kæden. Fordi proteiner består af forskellige aminosyrer, har hvert protein sin helt egen måde at folde på og får derfor en helt unik form. Nogle proteiner består også af flere aminosyrekæder. Disse kæder binder til hinanden og folder også om hinanden.

    Figur 2. Foldning af protein. Et protein er en lang kæde af aminosyrer, der folder omkring sig selv og danner en tredimensionel struktur.

    Hvis et protein ikke folder rigtigt, fungerer det ikke, som det skal. Dette kan have store konsekvenser for en organismes tilstand. Et eksempel på dette, er en sygdom, der også involverer enzymet laktase, ligesom laktoseintolerance. Denne sygdom skyldes ikke, at man stopper med at producere laktase. I stedet skyldes sygdommen, at man producerer en forkert form for laktase. I denne ’forkerte’ laktase, er der én aminosyre, der er blevet skiftet ud med en anden. Derfor folder proteinet ikke korrekt, og det får derfor ikke den korrekte tredimensionelle struktur. Når laktase ikke folder korrekt, kan enzymet ikke klippe laktose over. Derfor får man de samme symptomer, som ved laktoseintolerance. Som eksemplet illustrerer, har rækkefølgen af aminosyrer i et protein, stor betydning for proteinets funktion.


    Egenskaber
    Der findes 20 forskellige, almindelige aminosyrer, som mennesket har brug for. Alle aminosyrerne har helt bestemte egenskaber. Det er blandt andet disse egenskaber, der hjælper proteiner med at folde rigtigt. Nogle aminosyrer er positivt eller negativt ladede, mens andre ingen ladning har. Aminosyrerne har også mange forskellige størrelser og former. Nogle er lange og tynde, mens andre er mere kompakte. Fordi aminosyrerne har forskellige egenskaber, vil de proteiner, som de indgår i også have forskellige egenskaber. En af disse egenskaber er, at proteiner er pH-afhængige. Hvis pH ændres, ændres aminosyrernes ladninger også. Dette kan give proteinet en forkert form. Det samme sker, hvis temperaturen ændres. Når temperaturen ændres, ødelægges nogle af bindingerne mellem aminosyrerne i proteinet. Proteinet kan derfor ikke opretholde sin form og vil ikke fungere korrekt. Et godt eksempel på dette er feber. Ved feber stiger kroppens temperatur, hvilket gør, at bakteriernes proteiner ikke længere fungerer, som de skal, og de sygdomsfremkaldende bakterier dør. Der er også proteiner, der virker bedst ved lave temperaturer. Dette udnytter man eksempelvis, når man bruger særlige enzymer i vaskepulver. Med disse enzymer kan man vaske tøj ved kun 30 °C. Normalt skal man vaske ved høje temperaturer for at få tøjet rent. Med særlige enzymer kan man altså sænke vandets temperatur og på den måde spare energi. Alle proteiner har en bestemt temperatur og pH-værdi, som de virker bedst ved. Det kaldes proteinets temperatur- og pH-optimum.


    Funktioner
    Proteiner har rigtig mange vigtige funktioner i menneskets krop, men også i alle andre levende organismer (se figur 3). Nogle proteiner fungerer eksempelvis som en slags ’stillads’. Det gælder for hår og negle, der er opbygget af proteiner. Proteiner er også en vigtig del af vores muskler, der eksempelvis indeholder proteinet titin. Proteiner er desuden med til at sørge for, at kroppens celler holder deres form. I nogle tilfælde bruges de som en slags ’veje’ til at transportere forskellige molekyler rundt inde i cellerne. Derudover findes der også proteiner, som sørger for, at alle de forskellige celler i kroppen kan ”snakke sammen” og på den måde samarbejde. Et eksempel på dette er nogle af kroppens hormoner, der er proteiner. Hormoner fungerer som signalstoffer, som cellerne bruger til at kommunikere med hinanden. Eksempelvis bruges hormonet adrenalin til at sende signaler fra celler i hjernen til muskelceller i hjertet. Et signal fra hjernen, får muskelcellerne til at arbejde hårdere, og vi får derved en højere puls, fordi hjertet begynder at slå hurtigere. Proteiner kan også fungere som en slags ”antenner”, der sidder på ydersiden af cellerne, så de kan opfange signaler fra andre celler. Enzymer er også proteiner, og nogle, eksempelvis laktase, gør os i stand til at fordøje den mad vi indtager. Andre gør os i stand til at bevæge vores muskler. Nogle proteiner bliver forbrændt i kroppen, hvilket giver os energi. Det er i øvrigt også et protein i nogle typer vandmænd, der gør, at de er selvlysende.

    Figur 3. Proteiners funktion i kroppen. Proteiner har mange vigtige funktioner i vores krop og i alle andre levende organismer. Her er vist nogle af dem.

    Dannelse af proteiner i kroppen
    Proteiner er ikke kun noget, vi indtager gennem maden. Kroppen kan selv lave dem, ligesom den gør med laktase-enzymet. På den måde kan kroppen sørge for, at den altid har lige præcis de proteiner, som den har brug for. Når man får laktoseintolerance, skyldes det som regel, at man spiser færre mælkeprodukter, når man bliver ældre, i forhold til da man var barn. Derfor tror kroppen, at man ikke længere har brug for laktase-enzymet, og den stopper derfor med at danne det.

    Syntesen, dvs. dannelsen, af proteiner er en af de vigtigste processer i kroppen. Det er en meget kompliceret proces, der foregår inde i cellerne. I cellen findes der kromosomer, som er kroppens arvemateriale (se figur 4). Den vigtigste del af kromosomerne er DNA (DeoxyriboNuclein Acid, acid er det engelske ord for syre). DNA består af to lange sammenhængende strenge, der snor sig om hinanden og sammen danner en dobbelt-helix. De to strenge holdes sammen af baser, der sidder på hver streng. Der findes fire forskellige baser i DNA, nemlig adenin (A), thymin (T), guanin (G) og cytosin (C). Rækkefølgen af de fire baser i DNA’et danner en kode, der i sidste ende kommer til at bestemme, hvordan det endelige protein kommer til at se ud.

    Figur 4. Kromosomer og DNA. Kromosomerne er opbygget af DNA, og opbevares i cellernes kerner. DNA består bl.a. af de fire baser adenin (A), thymin (T), guanin (G) og cytosin (C). De to strenge i DNA snor sig om hinanden og danner en helix.

    Det første skridt i den proces, der fører til dannelse af proteiner, er, at DNA’et bliver oversat til RNA. På figur 5.A ses denne proces, der kaldes for transkription. RNA minder meget om DNA, men er kun opbygget af en enkelt streng, modsat DNA der er dobbeltstrenget. Alle de steder, hvor der i DNA’et sidder en A-base, sidder der også en A-base i RNA’et. Det gælder også for baserne C og G. Der findes dog ikke nogen T-baser i RNA. I stedet for T-baserne sidder der U-baser (U står for uracil). RNA er altså opbygget af de fire baser A, U, G og C. Oversættelsen af DNA til RNA sker ved hjælp af enzymet RNA polymerase. Efter oversættelsen fra DNA til RNA, skal RNA oversættes til protein (figur 5.B). Dette sker ved hjælp af et såkaldt ribosom i en proces, som kaldes translation. Fordi RNA er enkeltstrenget er den ene ende af baserne ’fri’, og de kan derfor blive aflæst af ribosomet. Ribosomet bygger proteinet efter den kode, der ”står” i RNA’et. Tre baser i RNA’et koder for én bestemt aminosyre. Når ribosomet har aflæst tre baser sætter den en aminosyre på kæden. Derefter aflæser den tre nye baser og sætter en ny aminosyre på kæden. Til sidst bliver det til en lang kæde af aminosyrer. Hver aminosyre er altså kodet af tre baser. Hvis ribosomet for eksempel aflæser de tre baser A, G og U, vil det sætte aminosyren serin på enden af protein-kæden. Sådan bliver det ved, ind til proteinet er færdigt. På den måde er informationen i DNA’et blevet overført til information i RNA’et, der til sidst er blevet brugt af ribosomet til at danne et protein. Dette er årsagen til, at vores DNA har en stor betydning. DNA’et bestemmer, hvordan alle de vigtige proteiner i vores krop er opbygget og kommer til at fungere. DNA har derfor betydning for alt lige fra vores naturlige hårfarve, til om vi har en alvorlig, arvelig sygdom.

    Figur 5. Transkription og translation. A: ved transkription bliver DNA oversat til RNA af enzymet RNA polymerase. B: ved translation oversætter ribosomer koden i RNA til aminosyrer. C: Den lange kæde af aminosyrer folder omkring sig selv og bliver til et protein.

    Opdateret den 7. august 2017

    Funktion og egenskaber

    Figur 6. Enzym og substrat. Her ses et enzym med dets aktive sæde, der er formet lidt som en kløft (blåt). I det aktive sæde sidder substratet (lilla), der lige præcis passer til det aktive sædes form.

    Enzymer findes i alle organismer, lige fra encellede bakterier til flercellede planter og dyr. Enzymer er nogle af livets vigtigste dele og uden enzymer ville liv, som vi kender det, ikke kunne eksistere. Enzymer er en del af stort set alle processer i cellen. I mennesket bliver enzymer bl.a. brugt, når maden skal fordøjes, eller når en muskel skal bevæge sig. Enzymer er naturens katalysatorer. En katalysator er et molekyle, der kan forøge hastigheden af kemiske reaktioner, uden at katalysatoren selv bliver ændret. Dette betyder, at enzymer kan hjælpe reaktioner på vej, uden at de selv bliver ødelagt eller forsvinder.

    Fordi et enzym er et protein, folder det på en bestemt måde, så det får en helt særlig tredimensionel form, der har stor betydning for dets funktion. Når enzymet er foldet, har det et såkaldt aktivt sæde. Det aktive sæde er som regel formet som en kløft eller et hul på overfladen af enzymet. Det er her katalysen foregår. Det er kun nogle bestemte molekyler, der passer til et enzyms aktive sæde. Disse molekyler kaldes for enzymets substrater (se figur 6).

    Figur 7. Enzym katalyserer en reaktion med et substrat. A: Enzym (gråt) og dets substrat (lilla). Substratet passer lige præcis til enzymet, ligesom en nøgle i en lås. B: Enzymet og substratet er nu bundet til hinanden og kaldes derfor et enzymsubstrat-kompleks. Det er nu den kemiske reaktion foregår. C: Enzymet har katalyseret en reaktion, der har ændret på substratet; substratet er blevet klippet over. Derfor kaldes substratet nu produkter (pink og grøn).

    For eksempel er laktases substrat laktose, fordi laktose passer i laktases aktive sæde. Den enkleste måde, at forestille sig  enzymet og substratets interaktion på, er at sammenligne et enzym med en lås. Substratet vil så være den nøgle, der lige præcis passer til låsen (enzymet).

    Hvis et molekyle ikke passer i et enzyms aktive sæde, vil der ikke ske nogen reaktion. Derfor kan laktase klippe laktose over, men ikke andre molekyler, fordi de ikke passer i laktases aktive sæde. Dette betyder, at enzymer kun kan udføre specielle opgaver. Man siger, at de er specifikke; et bestemt enzym kan kun katalysere en bestemt reaktion med et bestemt substrat. Når et enzym og et substrat er bundet sammen, kaldes de tilsammen et enzym-substrat kompleks. Når substratet er bundet til enzymet, sker den kemiske reaktion. Efter reaktionen har man dels enzymet, dels et eller flere produkter fra enzymets reaktion med substratet. Enzymet kan nu bruges til en ny reaktion. Enzymer virker ved, at et helt bestemt substrat bindes til enzymets aktive sæde. Enzymet hjælper derefter med til, at substratet kan lave en kemisk reaktion.

    Enzymer kan lave mange forskellige reaktioner. Nogle enzymer laver reaktioner på en sådan måde, at de kommer til at fungere som sakse og klipper molekyler over. Laktase er et eksempel på et sådant enzym. Andre enzymer sætter molekyler sammen.

    Da enzymer er proteiner, fungerer de optimalt ved en helt bestemt temperatur og en helt bestemt pH-værdi, som er forskellig fra enzym til enzym. Hvis temperaturen bliver for høj, bliver enzymet denatureret. Dette betyder, at nogle af de kemiske bindinger i enzymet bliver brudt. Når nogle af bindingerne forsvinder, får enzymet en forkert tredimensionel form, og det kan ikke længere fungere. Det er derfor, at det eksempelvis er nemmere at fordøje varm mad end kold mad, fordi de enzymer, der findes i spyt, virker bedst ved varmere temperaturer. Hvis pH-værdien ikke er optimal, bliver ladningerne på enzymet ændret, hvilket også gør, at enzymet får en forkert form.


    Katalyse

    Enzymer virker ved, at de forøger reaktioners hastighed. Dette kaldes at katalysere.
    Nogle gange skal der et ’skub’ til, før en kemisk reaktion kan gå i gang. Det er lidt som med en kugle på en bakke (figur 8.A). Til at starte med kan kuglen ikke trille ned ad bakken, fordi den ligger i en dal bag bakken og endnu ikke er på toppen. Hvis den får et lille skub, så den kommer op af dalen og op på toppen af bakken, kan den pludselig trille hele vejen ned ad bakken af sig selv (figur 8.B).

    Figur 8. Katalyse. A: Kuglen ligger i en dal og kan derfor ikke trille ned af bakken. B: Kuglen har fået tilført energi i form af et skub. Den kan nu trille ned ad bakken af sig selv.

    Hvis man i stedet kigger på en kemisk reaktion, svarer situationen til, at der i starten af reaktionen ikke er nok energi til, at den kan gå i gang. Så får reaktionen et ’skub’, hvilket svarer til, at der tilføres energi til reaktionen. Denne energi kaldes aktiveringsenergien (Ea). Når en reaktion har fået tilført den nødvendige energi, sker den helt af sig selv. Nogle reaktioner har en meget høj aktiveringsenergi. Der skal altså et stort skub til, før de går i gang, og det gør, at reaktionen forløber langsomt. Som eksempel tager en fuldstændig nedbrydning af proteiner omkring 1000 år, fordi det kræver meget stor aktiveringsenergi. Både i vores egne celler og i industrien er det som regel smart, at reaktionerne går så hurtigt som muligt. Det ville ikke være så praktisk, hvis det tog tusind år at nedbryde de proteiner, vi spiser. Det er her enzymer kommer ind billedet. Hvis man kan sænke aktiveringsenergien af en reaktion, vil den gå hurtigere, fordi den så skal have et mindre skub før den går i gang. Det er lige præcis det, enzymer gør. Man kan sige, at enzymer gør den bakke, som kuglen skal over, mindre. Der skal derfor et mindre skub til at sætte reaktionen i gang (se figur 9). For eksempel vil laktose helt af sig selv blive nedbrudt til to ens sukkermolekyler i tarmen, men det tager alt for lang tid. Derfor danner kroppen laktase, så reaktionen kan gå hurtigere.

    Figur 9. Katalyseret og ikke-katalyseret reaktion. Den ikke-katalyserede reaktion (sort) skal have meget energi før den kan komme i gang, dvs. aktiveringsenergien (Ea) er meget stor. Den katalyserede reaktion (rød) har en mindre aktiveringsenergi, og den går derfor lettere i gang. Start- og slutpunkterne for de to reaktioner er de samme. Den katalyserede reaktion vil gå hurtigere, hvilket er meget praktisk både i naturen og i industrien.

    Enzymer kan sænke aktiveringsenergien på flere forskellige måder. Hvilken metode, der bliver brugt, kommer helt an på, hvilken reaktion enzymet katalyserer. Primært handler enzymernes katalyse om at ændre lidt på substraterne, så de hurtigere kan reagere. Nogle gange vil man eksempelvis. gerne have to substrater til at reagere med hinanden. Her kan enzymet holde dem fast og sørge for, at de sidder rigtigt i forhold til hinanden. Det betyder, at de kan røre hinanden lige de rigtige steder, så reaktionen kan forløbe lettere. På den måde bliver aktiveringsenergien formindsket, og reaktionen kan forløbe hurtigere. Ved at vride eller strække et substratmolekyle eller ændre dets ladning kan et enzym også gøre det lettere for substratmolekylet at reagere med sig selv eller andre molekyler.

    Enzymer sænker altså aktiveringsenergien af kemiske reaktioner, så de lettere kan forløbe, og dermed sker hurtigere, hvilket ofte er smart for at spare f.eks tid eller energi. Det er vigtigt at være opmærksom på, at enzymer ikke kan få reaktioner til at forløbe, hvis de ikke naturligt ville forløbe. Dette er en væsentlig del af betydningen af en katalysator; den hjælper kun reaktioner i gang, men får ikke det umulige til at ske.

    Opdateret den 7. august 2017

    Enzymer i industrien
    Enzymer bliver ikke kun brugt i naturen, de bliver også brugt i industrien. Rigtig mange af de produkter, vi bruger hver eneste dag, indeholder enzymer eller er blevet produceret ved hjælp af enzymer. Der er enzymer i vaskepulver, der fjerner pletter fra tøjet og gør, at man kan vaske tøjet ved for eksempel 30° C i steder for ved 60⁰ C og på den måde spare energi. Der er også enzymer i juice, der gør at juicen ikke er grumset, det er enzymer, der gør, at tandpastaen virker bedre, og det er enzymer, der gør det muligt at lave kloning og genmodificering.

    Enzymer har nogle helt særlige egenskaber, der gør, at de er rigtig gode til at blive anvendt i industrien. En af disse egenskaber er, at de er meget specifikke. Det betyder, at man kun får de produkter ud af reaktionerne, som man gerne vil have og ikke en masse biprodukter. Dette er meget vigtigt, når man producerer medicin, idet medicinen skal binde specifikt til enzymet for at have en effekt. Her kan bare en lille ændring i medicinmolekylet få store konsekvenser for virkningen af medicinen (se Thalomid længere nede).

    Mange produkter, der tidligere blev produceret ved hjælp af kemikalier, bliver i dag produceret ved hjælp af enzymer (se Denimax længere nede). Når man anvender kemikalier, foregår det ofte ved høje temperaturer og mange af de kemikalier, der bliver brugt, er skadelige for miljøet. Med enzymer kan man sænke temperaturen, spare på energi og vand samt bruge færre kemikalier. Derudover kan enzymer bruges rigtig mange gange, før de går i stykker. Alt dette gør at produktion med enzymer bliver både mere miljøvenlig og billigere end traditionel produktion med kemikalier.

    Thalomid
    Denne form for medicin blev i 1950’erne brugt mod morgenkvalme hos gravide kvinder. Medicinen indeholder to stoffer, der er spejlbilleder af hinanden (se figur 10). De to stoffer er derfor næsten ens, men dog forskellige. Det ene stof virkede som det skulle mod morgenkvalmen, mens det andet stof gjorde, at fostrene blev skadede og børnene fik derfor alvorlige deformationer. En lille ændring i et stof kan altså have en stor effekt på dets virkning i kroppen.

    Figur 10. Thalomid. Begge stoffer er Thalomid. En lille forskel i en af bidingerne gør at de to stoffer får forskellige tredimensionelle strukturer. De har derfor meget forskellige effekt på kroppen. A: Den form af Thalomid, der giver børnene deformationer. B: Den form af Thalomid, der hjælper mod morgenkvalme.

    Denimax
    Hvert år bliver der solgt ca. 1,8 mia. par cowboybukser i verden. Mange cowboybukser stenvaskes, så de kommer til at se lidt slidte ud, hvilket slider på stoffet. Denimax er en enzymbehandling til stoffet, der får tøjet til at se slidt ud, uden at det egentlig bliver slidt. Det gør, at tøjet får en længere levetid og samfundet sparer derfor mange ressourcer, da bukserne holder længere.

    Opdateret den 7. august 2017

    Sygdomme – når proteinerne ikke fungerer som de skal

    Figur 11. Hæmofili A. Når vi får et sår og der går hul på vores blodårer, går koaguleringskaskaden i gang. Kaskaden ender med at blodet størkner og danner en prop, så der ikke kan trænge mere blod ud af blodåren. Hvis der mangler en brik i kaskaden, som f.eks. koaguleringsfaktor VIII, stopper kaskaden. Man bliver derfor ved med at bløde, hvilket kan være livsfarligt.

    Da proteiner har så mange funktioner i vores krop, kan det volde store problemer, hvis de ikke fungerer som de skal, som eksemplet med laktoseintolerance. At de ikke fungerer som de skal, kan skyldes at proteinerne er blevet ødelagte, så kan de ikke udføre deres normale funktion. Det kan også skyldes, at proteinerne simpelthen mangler i kroppen.
    Her er en kort beskrivelse af to sygdomme, der på den ene eller anden måde, skyldes proteiner, der ikke fungerer, som de skal:

    • Blødersygdom
    • Alzheimers

    Blødersygdom (Hæmofili A)
    Symptomer
    Hvis man har sygdommen hæmofili A, kan ens blod ikke koagulere korrekt, dvs. blodet kan ikke størkne, når man eksempelvis slår sig og får et sår. Det gør, at man meget nemt får blå mærker, og at man bløder kraftigt, hvis man får et sår. Derudover kan man få indre blødninger, dvs. sår inde i kroppen. Hvis man får indre blødninger i sine led, f.eks. albuen, kan det medføre, at man ikke kan bruge sine led ordentligt.

    Årsag
    Normalt løber blodet frit rundt i vores blodårer, og det er kun, når vi får et sår, at blodet begynder at størkne. Når man får et sår går den såkaldte koaguleringskaskade i gang. Kaskaden består af en masse enzymer og andre proteiner, der arbejder sammen for at få blodet til at størkne ved såret. Man kan sammenligne det lidt med en række af dominobrikker; når én dominobrik falder, skubber den til den næste dominobrik, der så også falder osv. I koaguleringskaskaden er det proteiner, der er dominobrikkerne, der kan ”skubbe” til hinanden og i slutningen af kaskaden vil blodet så størkne. Hvis der mangler et protein inde midt i kaskaden, vil kaskaden pludselig stoppe, og blodet vil ikke størkne. Dette er helt analog til, hvis der pludselig manglede en dominobrik (se figur 11). Det er lige præcis det, der er problemet i sygdommen hæmofili A. Her mangler der et protein, som kaldes koaguleringsfaktor VIII, og derfor kan koaguleringskaskaden ikke forløbe, som den skal. Det er altså “bare” det, at der mangler et enkelt protein med en meget vigtig funktion, der er skyld i sygdommen.

    Behandling
    Den eneste måde, man kan behandle hæmofili A på, er ved at give patienterne koaguleringsfaktor VIII, så de ikke længere mangler den. I dag får man koaguleringsfaktoren fra andre menneskers blod.  Der er i dag firmaer, der arbejder på at få cellekulturer til at producere koaguleringsfaktor VIII.

    Alzheimers
    Symptomer
    Alzheimers er den mest almindelige årsag til demens hos ældre. Det er en sygdom der påvirker hjernens intellektuelle funktioner, dvs. ens adfærd og personlighed ændres, og man får hukommelsestab og talebesvær. Senere i sygdomsforløbet kan man også få svært ved at bevæge sig, og i sidste ende dør man af infektioner, fordi ens krop er blevet svækket af sygdommen.

    Årsag
    Alzheimers er en meget kompleks sygdom, som man endnu ikke forstår til fulde. Man mener dog, at en af grundene til at man får sygdommen, er et enzym, der ikke fungerer korrekt.
    Enzymet, der ikke fungerer korrekt, er en såkaldt protease. En protease er et enzym, der klipper proteiner over. Patienter med Alzheimers har en fejl i enzymet, så det klipper et forkert protein over. Enzymet klipper et protein kaldet APP (Amyloid Precursor Protein), der findes i hjernen, over i tre dele (figur 12.A). Den ene af de tre proteindele, kaldes Aβ-peptid (figur 12.B). Aβ-peptidet går sammen med andre Aβ-peptider og danner såkaldte aggregater (figur 12.C). Aggregater er kæmpe store molekyler. Aggregater som disse er giftige for nervecellerne i hjernen og kan derfor ødelægge og dræbe cellerne. Aggregaterne kan også forhindre, at nervecellerne kan kommunikere med hinanden. Alt dette gør, at hjernen ikke kan fungere som den skal (figur 13).

    Figur 12. Dannelse af aggregater i hjernen. A: Et enzym der ikke fungerer korrekt klipper proteinet APP over i tre dele. B: Den ene del af det ødelagte APP er Aβ-peptid. C: Mange Aβ-peptider går sammen og danner aggregater, der er giftige for hjernen.

    Behandling
    Man kender endnu ikke nogen måde, hvorpå man kan gøre Alzheimers patienter raske og det er ikke klart, hvordan man kan forhindre sygdommen i at opstå. Der findes dog medicin, der kan hjælpe patienterne til at huske bedre. Medicinen virker ved at hjælpe hjernecellerne med at kommunikere bedre med hinanden.

    Figur 13. To forskellige hjerner. Hjernen til højre er en normal hjerne. Hjernen til venstre er ramt af Alzheimers, og er blevet ødelagt på grund af aggregater.

  • Forsøg

    Forsøg med enzymer i brød

    Introduktion

    I dette forsøg skal du lave brød, der indeholder kiwisaft. Du skal undersøge, hvad saften gør ved brødet. I brød findes et stof, som kaldes gluten. Gluten fungerer lidt som et stillads, der sørger for at brødet holder sin form og er let og luftigt efter, det er blevet bagt. Kiwisaften indeholder enzymer, der ødelægger gluten-stilladset.
    Forsøget består af to dele. I den første del skal der bages brød, der indeholder kiwisaft. Udover bagning af brød, udtages der også dej-prøver, der kommes i køleskabet. Disse prøver skal bruges i den anden del af forsøget, hvor der skal ske en udvaskning af gluten. Ved at gøre dette, kan man undersøge bollernes indhold af gluten.

    Hvad tror du?

    Hvordan vil et brød se ud, hvis det ikke indeholder gluten?
    Hvad sker der med brødet, der er tilsat kiwisaft?
    Vil brødet være bedst med eller uden kiwisaft?
    Hvornår kan det være smart at kunne fjerne gluten fra brød?

    Du skal bruge:

    • Margarine (200 g)
    • Vand (2 dl)
    • Sukker (50 g)
    • Salt (1 tsk.)
    • Hvedemel (400-600 g)
    • Gær (50 g)
    • ½ dl saft fra 4 stk. kiwi
    • Stof (f.eks. kan et viskestykke benyttes)
    • Kraftig elastik
    • Skåle
    • Vægt
    • Deciliter mål
    • Minutur
    • Teske
    • Gryde
    • Bægerglas (mindre skål kan også bruges)
    • Si
    • Adgang til vandhane, køleskab og ovn

    Praktisk
    Tidsforbrug: 2 timer
    Lokale: skolens hjemkundskabslokale
    Sikkerhed: ingen særlige sikkerhedsforhold. Bollerne kan spises uden problemer.
    Prisoverslag pr. forsøg: 20 kr.

    Sådan gør du:

    1. del

    1) Tænd ovnen på 225° C.

    1) Tænd ovnen på 225° C.

    2) Smelt margarinen i en gryde. Magainen må ikke være for varm, da gæren så vil dø.

    3) Opløs gæren i lunkent vand i en stor skål.

    4) Tilsæt flydende margarine til gæren.

    5) Tilsæt sukker, salt og mel lidt efter lidt til væsken.

    6) Ælt dejen grundigt og lad den hæve i 10 minutter.

    7) Mens dejen hæver, skrælles kiwierne, og saften presses ud i en skål. Dette gør du ved lægge kiwierne i en si, og presse på dem med en ske. Der skal bruges ca. ½ dl saft. Frugtkød og kerner skal ikke bruges, og de smides derfor ud.

    8) Tag et stykke bagepapir og skriv tider på med 5 min mellemrum (0 minutter, 5 minutter osv. op til 30 minutter), sådan at du kan holde styr på dine prøver i ovnen.

    9) Gentag punkt 8 med et andet stykke bagepapir. Dette kan du bruge til at holde styr på de prøver, der skal i køleskabet.

    10) To kontrol-prøver på hver 50 g tages fra dejen, når den har hævet i 10 minutter. Den ene prøve sættes på køl, og den anden sættes til bagning i ovnen i 10 minutter. Disse kontrolprøver er dine 0 minutters-prøver.
    OBS: De prøver der sættes i køleskabet, skal blive stående på køl, ind til du starter på 2.del.

    11) Tilsæt ½ dl kiwisaft til resten af dejen. Tilsæt gerne lidt mere mel, hvis dejen er blevet for våd.

    12) Udtag 12 dej-prøver, der hver vejer 50 g, fra dejen med kiwisaft iblandet.

    13) En af prøverne sættes i ovnen til bagning i 10 minutter, en anden prøve lægges på køl. Disse prøver er dine 5 minutters-prøver. Husk at holde styr på prøverne, så du ved, hvad der er hvad til senere.

    14) Herefter venter du 5 minutter hvorefter, der igen udtages to prøver, hvoraf den ene sættes i ovnen til bagning i 10 minutter, og den anden prøve sættes på køl.

    15) Pkt. 14 gentages, ind til der ikke er flere dej-prøver, dvs. indtil 30 minutters-prøven.

    Flowdiagram: Efter at dejen har hævet tages to prøver. Den ene sættes i køleskabet og den anden bages i ovnen i 10 min. Herefter tilsættes kiwisaften. Der laves nu 12 dejprøver på hver 50 g. Hver 5 min tages to af prøverne. Den ene sættes i køleskabet og den anden bages i ovnen i 10 min.

     

    2. del
    1) Fastspænd et ostelærred stramt over et bæreglas med en kraftig elastik og sæt bægerglasset i vasken.

    2) Start med 0 minutters-prøven fra køleskabet. Vask dej-prøven ved at trille den rundt på ostelærred under den kolde hane, ind til der ikke længere er hvidt, grumset vand omkring prøven, og der er en sej gluten gummi-klump tilbage (vær forsigtig ved de sidste prøver, da det er svært at kontrollere den løse gluten).

    3) Tag nu den næste prøve, dvs. 5 minutters-prøven, og gentag pkt. 2 for denne prøve.

    4) Fortsæt nu med resten af prøverne fra køleskabet.

    5) Sammenlign de bagte boller indbyrdes med hinanden. Hvordan er de forskellige? Hvordan hænger forskellene sammen med mængden af gluten, der blev udvasket?

    Forklaring

    Gæren får dejen til at hæve ved at danne luftbobler inde i den. Når bollerne bages, dræbes gæren, da den ikke kan tåle så meget varme. Normalt når man bager, bliver luftboblerne i inde i dejen, selvom gæren dør, fordi gluten fungerer som et stillads og holder dejen oppe, så den ikke klapper sammen igen. Når man tilsætter kiwisaft til dejen, bliver gluten nedbrudt af enzymerne i saften. Enzymerne fungerer lidt som sakse, der klipper gluten i stykker. Når gluten er i stykker, kan det ikke længere fungere som et stillads, og der er derfor ikke noget til at holde bolledejen oppe, og de bliver flade og hårde. Man kan tænke lidt på det som et telt, hvor teltstængerne er blevet klippet i stykker – det kan ikke længere stå op af sig selv.

    Supplerende uddybning

    Gluten er et protein, der findes i mel. Det består af to dele; glutenin og gliadin. I dejen danner disse to dele sammen et elastisk netværk, der kan strækkes uden at gå i stykker. Dette elastiske netværk gør dejen stærk og smidig. Gæren i dejen danner CO2, hvilket skaber gaslommer i dejen. Glutens vigtigste funktion i dejen er at stabilisere disse lommer, så de ikke klapper sammen. Når brødet bages, stivner glutennetværket, og brødet holder derfor sin form.

    Kiwi indeholder enzymer. Kiwi indeholder bl.a. en bestemt type enzymer, der kaldes proteaser. Proteaser er enzymer, der kan klippe proteiner i stykker, og de kan derfor også klippe gluten i stykker. Når gluten er i stykker, har det ikke længere de samme egenskaber, som da det var helt. Derfor kan det hjælpe til med at stabilisere dejen. Det er derfor de boller, der indeholder kiwisaften, bliver flade og hårde.

    Desto længere tid dej-prøverne med kiwisaften får lov til at stå, desto længere tid har enzymerne til at nedbryde den gluten, der er i dejen. Når dej-prøverne kommes i køleskabet, stopper enzymerne med at nedbryde gluten, da det er for koldt til at disse enzymer kan virke. Når gluten vaskes væk, vil der være mest gluten tilbage i de dej-prøver, der kun har stået 5 minutter, og der vil være mindst gluten tilbage i de dej-prøver, der har stået i længst tid. Den mængde gluten, der udvaskes fra dej-prøverne, vil svare nogenlunde til den mængde gluten, der er i de tilhørende bagte boller.

    Opdateret den 7. august 2017

  • Ordforklaring

    Ordforklaring

    Aminosyrer: Aminosyrer er en særlig gruppe af kemiske stoffer. De er kendetegnet ved at de indeholder en aminogruppe og en carboxylsyregruppe.

    Cellekultur: En cellekultur består af celler, eksempelvis gærceller, der vokser sammen i en væske. Disse celler i industrien bruges til at producere forskellige nyttige stoffer.

    Demens: Demens er en svækkelse af nogle af hjernens funktioner. Disse funktioner er hukommelse, dømmekraft, evnen til at løse problemer og sproglige evner.

    Fordøje: Ved fordøjelse nedbrydes maden til mindre dele, der derefter kommer ind i kroppen via tarmen.

    Hormoner: Hormoner er signalmolekyler i kroppen. Cellerne bruger dem til at kommunikere med hinanden og til at videregive vigtig information om kroppens tilstand.

    Kaskade: En kaskade er en række processer, der sætter hinanden i gang. Produktet fra en proces, sætter gang i den næste proces, hvis produkt igen sætter gang i en ny proces osv.

    Kloning: Ved kloning tages en del af arvematerialet, dvs. DNA, fra en organisme og indsættes i en anden organisme, sådan at denne får nye egenskaber. Kloning kan også være at der dannes et nyt individ ud fra et andet individs arvemateriale, sådan at de to individer ender med at have præcis det samme arvemateriale.

    Koagulere: Koagulation er den proces, der fører til at blodet størkner og danner en prop. Dette forhindrer at det livsvigtige blod forsvinder fra kroppen.

    Kromosom: Kromosomer findes inde i alle kroppens celler og består af DNA og forskellige proteiner. Mennesket har i alt 46 kromosomer i hver celle, hvor 23 af dem kommer fra moderen og 23 kommer fra faderen.

    Kulhydrat: Kulhydrater er en gruppe af organiske molekyler, der har mange vigtige biologiske funktioner. Eksempelvis er sukker et kulhydrat.

    pH: pH er et mål for en væskes surhedsgrad. Sure væsker har en pH under 7, hvorimod basiske væsker har en pH over 7.

    Polymerase: Polymerase er et enzym, der katalyserer de reaktioner, der danner nye DNA- og RNA-strenge.

    Ribosom: Et ribosom er det molekyle, der danner et protein ud fra en ode på en RNA-streng.

    Signalstof: Et signalstof bruges til at sende signaler mellem cellerne. Eksempelvis er hormoner signalstoffer og vores nerver kommunikerer også med hinanden via signalstoffer.

    Substrat: Et substrat er det molekyle som et enzym virker på. Substrater kan både være små simple, molekyler, som ilt og kvælstof, og de kan være store, komplekse makromolekyler som kulhydrater og proteiner.

    Transkription: Transkription er den proces hvor DNA oversættes til RNA ved hjælp af enzymet polymerase.

    Translation: Translation er den proces hvor RNA oversættes til protein ved hjælp af et ribosom.