Enzymen en Biotechnologie
Inhoud
- Enzymen
- Waar worden enzymen voor gebruikt?
- De produktie van enzymen
- Risico's
- Docentenhandleiding
Enzymen
Ons lichaam bestaat uit cellen. In iedere cel
zit een kern die DNA bevat. Op het DNA ligt alle informatie
vast over het maken van stoffen die ons lichaam nodig heeft.
Elke cel is te beschouwen als een soort fabriek die voedsel
opneemt, voedsel omzet in andere stoffen en afbraakprodukten
uitscheidt. Dat omzetten van stoffen wordt gedaan door
enzymen. Enzymen zijn grote eiwitmoleculen, die ervoor
zorgen dat het omzetten snel en efficient gebeurt. Ze zijn
kwetsbaar, ze gaan snel kapot en kunnen niet goed tegen
hitte. Boven de 60° C werken de meeste niet meer: ze
worden gedenatureerd. Hieronder staat weergegeven hoe een
enzym werkt:
Er zijn drie verschillende enzymen nodig om stof A
om te zetten in stof D. Klik op het plaatje voor
vergroting
Vraag 1. Hoe 'weet' een enzym welke stof hij om
moet zetten en welke niet?
naar boven
Waar worden enzymen voor gebruikt?
* Wasmiddelen
Enzymen worden gebruikt in wasmiddelen. 1 % van een
wasmiddel bestaat uit enzymen. Ze worden gebruikt om vlekken
op te lossen. In poedervormig wasmiddel zitten de enzymen
beschermd in kleine bolletjes totdat ze vrij komen in de
wasmachine, waar ze hun werk kunnen doen. Als de temperatuur
van het water in de wasmachine hoger wordt dan 60° C
werken de enzymen niet meer.
"Biologisch actief" worden de wasmiddelen genoemd die
enzymen bevatten. Er zijn enzymen die eiwitten afbreken
(proteasen), enzymen die vetten afbreken (lipasen) en
enzymen die zetmeel afbreken (amylasen). Door deze enzymen
in wasmiddelen wordt de was nu bij 40° C net zo schoon
als bij 60° C.
Vraag 2. Wat gebeurt er met je was als je bij
90° C wast. Leg je antwoord uit.
naar boven
* Kaasbereiding
Voor de kaasbereiding is melk nodig. De melk wordt
gestremd, dat wil zeggen dik en vast gemaakt, met behulp van
enzym chymosine. Vroeger kon chymosine alleen verkregen
worden uit de magen van pas geslachte kalveren, tegenwoordig
maakt men gebruik van de biotechnologie. Het is mogelijk een
micro-organisme om te bouwen zodat het chemosine gaat maken.
Een stukje DNA met de informatie van het enzym chymosine
wordt door middel van 'knippen en plakken' in een gist soort
gezet. De techniek waarbij een stukje DNA van de ene cel
naar de andere wordt gebracht is de recombinant DNA-
techniek. Hieronder zie je een plaatje met deze techniek:
Klik op het plaatje voor de
vergroting
naar boven
* Milieu
Enzymen kunnen helpen, bijvoorbeeld bij het mestprobleem,
om het milieu minder te belasten. Het voer van varkens en
kippen bevat fosfor-verbindingen die de dieren nodig hebben
om van te leven. Het vervelende is alleen dat tweederde van
de fosfor-verbindingen in de vorm van fytaat in het voer
zit. De dieren kunnen dit fytaat niet afbreken en deze vorm
van fosfor dus niet gebruiken. Het gevolg is dat een
heleboel fytaat in het mest terecht komt. In Nederland is
dat de gigantische hoeveelheid van 100 miljoen kilo per
jaar. Dat is een probleem want teveel fosfor is slecht voor
het milieu. Er is een enzym dat het fytaat kan afbreken
waardoor het fosfor vrij komt. Het enzym heet fytase. Als je
dus fytase aan het veevoer toevoegt, wordt het fytaat in het
spijsverteringskanaal van de dieren wel afgebroken. Het dier
kan dus het fosfor efficienter gebruiken en er komt ongeveer
25 % minder fosfor in de mest terecht.
naar boven
* Geneesmiddelen
Ongeveer de helft van ons bloed bestaat uit rode
bloedcellen, die ervoor zorgen dat de weefsels en organen in
ons lichaam van zuurstof worden voorzien. De rode
bloedcellen leven ongeveer 120 dagen en worden daarna in de
lever en de milt uit de bloedbaan gehaald. Als er te weinig
rode bloedcellen in het lichaam zijn, leidt dit tot
bloedarmoede. Te veel rode bloedcellen leidt ertoe dat het
bloed stroperig wordt en de bloedcirculatie wordt verstoord.
Het hormoon EPO is een boodschapper die het beenmerg precies
vertelt hoeveel rode bloedcellen er in het lichaam aanwezig
zijn. Als patiânten in het ziekenhuis extra bloed
nodig hebben kunnen ze het hormoon EPO ingespoten krijgen
waardoor hun eigen lichaam snel meer rode bloedcellen gaat
maken. Een bloedtransfusie is dus niet meer nodig. Ook EPO
kan met de recombinant DNA-techniek gemaakt worden. Het
wordt al jaren in ziekenhuizen gebruikt met goede
resultaten. Ook gezonde mensen gebruiken EPO, vooral
topsporters. Extra rode bloedcellen verbeteren de sportieve
prestaties. Topsporters gebruiken EPO dus vaak als doping.
Herinner je je de Tour de France van 1998 nog? Vele renners
werden gediskwalificeerd nadat ze beschuldigd werden van het
slikken van doping. Ook hier was er sprake van EPO.
naar boven
De produktie van enzymen
Als je een enzym in grote hoeveelheden wilt
gebruiken, is het zaak te zorgen voor een micro-organisme
(bacterie, schimmel of gist) dat het enzym snel en
doeltreffend kan produceren (de recombinant DNA-techniek).
Het micro-organisme moet dus in de ideale omstandigheden
zijn om zich te vermenigvuldigen. Dat vermenigvuldigen
gebeurt in grote roestvrijstalen tanks (fermentoren) waar
het micro-organisme voldoende zuurstof krijgt en er wordt
gezorgd voor de ideale temperatuur en zuurgraad.
Als het kweken wordt gestopt, moet het enzym in zuivere
vorm geãsoleerd worden door middel van technieken als
centrifugeren, filtreren, persen en malen. Het zuiveren is
erg bewerkelijk, zodat vaak de helft van de produktiekosten
erin gaat zitten.
naar boven
Risico's
Ondanks de voorzorgsmaatregelen die
producenten treffen, bestaat de kans dat een micro-organisme
uit een laboratorium ontsnapt. Dus ook micro-organismen met
een vreemd stuk DNA die zijn samengesteld met behulp van de
recombinant DNA-techniek kunnen ontsnappen. Er is nog weinig
bekend of zo'n micro-organisme schadelijk kan zijn voor de
mens. Toch wil men voorkomen dat het biologisch evenwicht in
het milieu wordt verstoord. Om het risico zo klein mogelijk
te houden worden er twee typen maatregelen genomen. Ten
eerst wordt bij het bouwen van laboratoria, fermentoren en
apparatuur veel aandacht besteed aan veiligheid om
ontsnapping tegen te gaan. Ten tweede wordt een verbouwd
micro-organisme opzettelijk verzwakt, door ervoor te zorgen
dat het speciale voedingsstoffen nodig heeft. Buiten de
fermentoren waar het wordt gekweekt zijn die voedingsstoffen
nauwelijks aanwezig waardoor het micro-organisme niet zal
kunnen overleven.
Dit zie je in het plaatje hieronder:
Klik op het plaatje voor
vergroting
Vraag 3. Waarom wordt er zoveel aandacht besteed
aan de veiligheid van apparatuur?
Het gebruik van enzymen op grote schaal heeft voordelen
maar dus ook nadelen. Mensen vinden het eng dat er met de
natuur 'gespeeld' wordt. 'We mogen niet voor God spelen'
zeggen ze. Het is daarom belangrijk dat de consumenten weten
waar enzymen voor gebruikt of aan toegevoegd zijn. De
biotechnologie maakt zulke grote sprongen de laatste tijd,
dat het voor mensen die er niet dagelijks mee bezig zijn,
moeilijk is het bij te houden. Toch is het belangrijk er af
en toe bij stil te staan. In dit verhaal werden
micro-organismen verbouwd maar er kan natuurlijk ook een koe
gebruikt worden om stoffen te produceren (denk aan stier
Herman).
Vraag 4. Wat vind jij van het gebruik van
biotechnologie bij planten en dieren? Onderbouw je antwoord
goed. Je mag overleggen met anderen.
naar boven
Docentenhandleiding
De hierboven beschreven tekst gaat over
enzymen en biotechnologie. De tekst is bedoeld voor de
hoogste klassen van de bovenbouw HAVO en VWO. Er wordt
uitgelegd wat enzymen zijn en waar ze voor dienen. Naast de
theorie die besproken wordt, stimuleert de tekst ook tot
nadenken over de grenzen van de wetenschap. Er is wel enige
voorkennis van de moleculaire genetica nodig voor het goed
begrijpen van de tekst. De leerlingen kunnen de tekst
zelfstandig lezen. De vragen kunnen in overleg gemaakt
worden, wat ruimte geeft voor discussie en meningsvorming.
naar boven
Antwoorden op de vragen
Vraag 1. De stof die om gezet moet
worden heeft een zodanige structuur dat hij precies past op
het enzym. Dit is in het plaatje te zien.
Vraag 2. Boven de 60° C denatureren de
enzymen. De vieze vlekken worden dus niet meer afgebroken en
de was wordt niet goed schoon.
Vraag 3. De risico's van genetisch gemodificeerde
organismen zijn nog niet duidelijk. Ze zouden het evenwicht
van de natuur kunnen verstoren.
naar boven
|