Versuchsskript - Technische Universität Darmstadt
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AVIMEC<br />
AUDIOVISUELLES MODUL: ENZYME IN DER BIOORGANISCHEN CHEMIE<br />
<strong>Versuchsskript</strong> zum<br />
Thema Enzyme<br />
Zusammengestellt und bearbeitet von Cinzia Onnis und Peter Nürnberger
Inhaltsverzeichnis<br />
Vorwort..................................................................................................................III<br />
Vorbereitung..........................................................................................................IV<br />
Ansetzen von Pufferlösungen .....................................................................................................IV<br />
Ansetzen von Nachweisreagenzien............................................................................................. IV<br />
Ansetzen von Indikatoren .............................................................................................................V<br />
1 Gewinnung von Enzymen ...............................................................................1<br />
Alkoholdehydrogenase (ADH) aus Bäckerhefe *......................................................................... 1<br />
Ureasegewinnung aus Sojabohnenmehl *.................................................................................... 1<br />
Katalase aus Kartoffeln*.............................................................................................................. 1<br />
Katalase aus Leber oder Hefe*.................................................................................................... 2<br />
2 Eigenschaften von Katalysatoren ....................................................................3<br />
Katalysatorwirkung mit Hilfe von Pflanzenasche* ...................................................................... 3<br />
Knallgasreaktion und Aktivierungsenergie * ............................................................................... 3<br />
Herabsetzung der Aktivierungsenergie der Knallgasreaktion durch einen Katalysator*........... 4<br />
Katalytische und biokatalytische Zersetzung von H2O2* ............................................................. 5<br />
Erniedrigung der Aktivierungsenergie durch Urease* ................................................................ 5<br />
Carboanhydrase: Vergleich einer unkatalysierten und einer katalysierten Reaktion.................. 6<br />
3 Chemische Zusammensetzung der Enzyme ....................................................8<br />
Nachweis von Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff in einem Enzym*..................................... 8<br />
Nachweis der Eiweißnatur der Enzyme durch die Biuretreaktion* ............................................. 8<br />
Die Xanthoproteinprobe bei Enzymen* ....................................................................................... 9<br />
Probe nach Millon bei den Enzymen*.......................................................................................... 9<br />
Nachweis der makromolekularen Struktur eines Enzyms*......................................................... 10<br />
4 Wirkung von Enzymen..................................................................................12<br />
Wirkung von Urease*................................................................................................................. 12<br />
Wirkung von Katalase................................................................................................................ 12<br />
Der GOD-Test*.......................................................................................................................... 13<br />
Experiment zur Katalase............................................................................................................ 14<br />
Experiment zur Thrombin .......................................................................................................... 14<br />
Experiment zum Enzym Lipase................................................................................................... 16<br />
Experiment zur Urease............................................................................................................... 17<br />
Experiment zur Urease............................................................................................................... 19<br />
Experiment zur Phosphatase......................................................................................................19<br />
Experiment mit Proteinasen....................................................................................................... 21<br />
Enzymatischer Abbau von Stärke............................................................................................... 22<br />
Nachweis von Peroxidase im Meerrettich.................................................................................. 22<br />
Nachweis von Peroxidase in der Kartoffel................................................................................. 23<br />
Nachweis von Dehydrase in der Milch*..................................................................................... 23<br />
Die Abhängigkeit der Enzymwirkung von der Zeit*................................................................... 24<br />
Enzymkinetische Untersuchungen mit Katalase......................................................................... 24<br />
Nachweis der Katalaseaktivität in Kartoffelgewebe (in vivo-Test) ............................................ 25<br />
Nachweis pflanzlicher Phenoloxidasen (Mikronachweis).......................................................... 26<br />
Bestimmung der Wechselzahl am Beispiel der Katalase............................................................ 27<br />
Bestimmung der Wechselzahl der Katalase ............................................................................... 28<br />
Substratspezifität der Urease* ................................................................................................... 29<br />
Abhängigkeit der Enzymaktivität von der Substratkonzentration .............................................. 30<br />
I
Stärkeabbau durch Ptyalin......................................................................................................... 30<br />
Nachweis von Malatdehydrogenase........................................................................................... 31<br />
5 Abhängigkeit der Enzymwirkung..................................................................33<br />
Die pH-Wert-Abhängigkeit ; Enzymgifte ................................................................................... 33<br />
Die Temperaturabhängigkeit ..................................................................................................... 33<br />
Einfluss hoher Temperaturen auf die Aktivität von Enzymen..................................................... 34<br />
Temperaturabhängigkeit der Katalaseaktivität.......................................................................... 34<br />
Hitzeempfindlichkeit der Enzyme ............................................................................................... 35<br />
Bestimmung der Temperaturabhängigkeit von Urease durch Leitfähigkeitsmessung ............... 35<br />
Eiweißabbau durch Pepsin und Trypsin bei verschiedenen pH-Wert........................................ 37<br />
Substrathemmung der Urease .................................................................................................... 37<br />
Allosterische Hemmung ............................................................................................................. 38<br />
Abhängigkeit der Amylase vom pH-Wert ................................................................................... 40<br />
Spaltung von Milchfett durch Pankreas-Lipase (Temperaturabhän-gigkeit)............................. 40<br />
Harnstoffabbau durch Urease (Enzymhemmung und Enzymspezifität) ..................................... 41<br />
Kompetetive Hemmung der Succinat-Dehydrogenase ............................................................... 42<br />
6 Wirkung von prosthetischen Gruppen und Co-Enzymen..............................45<br />
Modellversuch zur Wasserstoffübertragung durch eine prosthetische Gruppe* ....................... 45<br />
Modellversuch zur Wasserstoffübertragung durch ein Coenzym *............................................ 46<br />
7 Enzyme im Alltag..........................................................................................47<br />
Nachweis der Proteasewirkung mit Gelatine *.......................................................................... 47<br />
Nachweis der Proteasewirkung mit einem Diafilmstreifen ........................................................ 47<br />
Nachweis der Proteasewirkung von gefärbten Hühnereiweiß ................................................... 48<br />
Nachweis von Proteasen durch die schmutzablösende Wirkung................................................ 49<br />
Zersetzung von gekochten Fleisch durch Proteasen .................................................................. 50<br />
Nachweis von Amylasen in Wasch- und Reinigungsmittel ......................................................... 50<br />
Amylasen * ................................................................................................................................. 51<br />
Proteasen * ................................................................................................................................ 52<br />
Proteasen vs. Gummibärchen * ................................................................................................. 52<br />
Cellulasen *................................................................................................................................ 53<br />
Lipasen*..................................................................................................................................... 54<br />
8 Enzyme im Körper.........................................................................................55<br />
Abbau von Fett durch Pankreatin .............................................................................................. 55<br />
Modellversuch zur Verdauung und Resorption im Darm........................................................... 55<br />
Stärkeverdauung im Dünndarm ................................................................................................. 56<br />
Pepsin und Salzsäure ................................................................................................................. 57<br />
Temperatureinfluss auf Enzyme ................................................................................................. 57<br />
Verdaulichkeit verschiedener Nahrungsmittel ........................................................................... 58<br />
Fettverdauung im Dünndarm..................................................................................................... 58<br />
Enzymatischer Abbau von Stärke............................................................................................... 59<br />
9. Richtlinien und Sicherheitssätze....................................................................60<br />
Hinweise auf besondere Gefahren : R-Sätze ......................................................................... 60<br />
Kombination der R-Sätze....................................................................................................... 61<br />
Sicherheitsratschläge: S-Sätze .............................................................................................. 63<br />
Kombination der S-Sätze ....................................................................................................... 65<br />
10 Literaturverzeichnis .......................................................................................67<br />
11 Index .............................................................................................................68<br />
II
Vorwort<br />
Das vorliegende <strong>Versuchsskript</strong> ist während der Zeit unserer wissenschaftlichen<br />
Hausarbeit entstanden. Dabei wurden alle vorliegenden Versuche in eine<br />
einheitliche Form gebracht, so dass diese immer den gleichen Aufbau aufweisen.<br />
Anschließend wurden sie zu Überschriften zugeordnet, wo sie unserer Meinung<br />
am Besten zugehören. Alle die mit Sternchen versehenen Versuche sind<br />
unsererseits getestet und optimiert worden. Alle anderen Versuche wurden<br />
aufgrund Zeitmangels nicht ausgetestet. Sie liegen jedoch in recherchierter Form<br />
in diesem <strong>Versuchsskript</strong> zusammen, so dass der Gang in die Bücherei oder das<br />
mühselige Suchen über das Internet erspart bleibt. Zu vielen optimierten<br />
Versuchen befinden sich Videos auf der Webseite AVIMEC.<br />
III
Vorbereitung<br />
Ansetzen von Pufferlösungen<br />
Acetatpuffer 5,0:<br />
75mL 1 M Natronlauge werden mit 75mL 1 M Essigsäure vermischt und<br />
in einem Messkolben mit destilliertem Wasser auf 500mL aufgefüllt.<br />
Barbituratpuffer:<br />
18,42 mg Diethylbarbitursäure werden in 100mL H2O gelöst und<br />
anschließend werden 5mg Bromthymolblau hinzugeben.<br />
Phosphatpuffer pH= 6,0:<br />
Lösung A: 100mL KH2PO4 (0,15 M)<br />
Lösung B: 100mL Na2HPO4 x 2 H2O (0,15M);<br />
Es werden 8,8 Volumenanteile der Lösung A und 1,2 Volumenanteile der<br />
Lösung B gemischt. Der pH-Wert sollte im Anschluss dabei mit einem<br />
PH-Meter überprüft werden.<br />
Phosphatpuffer pH=7,5:<br />
Es werden 9,7g K2HPO4 x 3H2O und 0,99g KH2PO4 mit destilliertem<br />
Wasser auf 1L aufgefüllt.<br />
Phosphatpuffer 8,2:<br />
Pyrophosphatpuffer 8,7:<br />
Es werden 16,725g Na4P2O7 x 10 H2O und 816,0mg Glycin mit<br />
destillierten Wasser auf 500mL aufgefüllt. Anschließend wird der pH-<br />
Wert genau eingestellt.<br />
Ansetzen von Nachweisreagenzien<br />
Lugol’sche Lösung:<br />
Ein 1g Iod und 2g Kaliumiodid werden in etwa 4mL Wasser gelöst. Nach<br />
erfolgter Lösung wird mit destilliertem Wasser auf 300mL aufgefüllt.<br />
Fehlingsche Lösung I und II:<br />
I: 7g Kupfersulfat werden in 100mL Wasser gelöst.<br />
II: 35g Kaliumnatriumtartrat und 10g Natriumhydroxid werden in 100mL<br />
Wasser gelöst.<br />
Tris/HCl-Puffer 0,3 M:<br />
Es werden 3,7 g Tris in 100 mL H2O gelöst. Die Lösung titriert man dann<br />
solange bis der pH-Wert auf 7,5 eingestellt ist.<br />
Millon’sche Reagenz:<br />
IV
Es werden 15 g Quecksilber in 43 mL konzentrierter HNO3 gelöst,<br />
anschließend fügt man 80 mL H2O. Man erhält eine farblose Flüssigkeit.<br />
Sollte sich ein Niederschlag bilden, so muss die Lösung abfiltriert werden.<br />
Pyrogallol-Lösung:<br />
Eine Spatelspitze Pyrogallol wird in einem Reagenzglas mit Paraffinöl<br />
überschichtet. Im Anschluss werden 2 mL abgekochte 2 N NaOH<br />
zugeben.<br />
Folin-Ciocalteus-Reagenz:<br />
Dieses Reagenz lässt sich käuflich erwerben.<br />
Ansetzen von Indikatoren<br />
Phenolphthalein (ethanolisch):<br />
Man löst 1g Phenolphthalein in 100mL 96%igen Ethanol.<br />
Methylenblau:<br />
Es wird 0,1g Methylenblau in 100mL Wasser gelöst.<br />
Bromthymolblau:<br />
20mg Bromthymolblau werden in 50mL Wasser gelöst.<br />
Malachitgrünlösung:<br />
Es werden 0,1g Malachitgrün [R21/22; S 24/25] in 250mL Phosphatpuffer<br />
pH 7,5 gelöst.<br />
Dichlorphenolindophenol (DCPIP):<br />
Dieser Farbstoff kann käuflich erwerbt werden.<br />
Cassulfon-Rot:<br />
Auch dieser Farbstoff ist käuflich zu erwerben.<br />
Phenolrot:<br />
0,04g Phenolrot werden in 11mL 0,1M Natronlauge gelöst und mit Wasser<br />
auf 100mL aufgefüllt.<br />
V
1 Gewinnung von Enzymen<br />
Alkoholdehydrogenase (ADH) aus Bäckerhefe *<br />
Lernziel: Gewinnung der Alkoholdehydrogenase aus Bäckerhefe.<br />
Chemikalien: 500mL Pyrophosphatpuffer pH=8.7, 100g getrocknete<br />
Hefe<br />
Materialien: Becherglas (1L), Rührer (oder Glasstab), Zentrifuge,<br />
Messzylinder<br />
Durchführung: Etwa 100g getrocknete Hefe werden in einem 1-L-<br />
Becherglas durch 30 minütiges mechanische Rühren in<br />
300mL Pyrophosphatpuffer suspendiert. Der Ansatz wird<br />
bei 37°C 2 Stunden unter gelegentlichem Umrühren<br />
inkubiert, dann noch 2 Stunden bei Zimmertemperatur<br />
stehen gelassen. Anschließend wird bei 3000 Upm 30<br />
Minuten zentrifugiert. Der Überstand wird dekantiert und in<br />
einem eisgekühlten Messzylinder gesammelt.<br />
Beobachtung: Keine.<br />
Erklärung: Keine.<br />
Ureasegewinnung aus Sojabohnenmehl *<br />
Lernziel: Mit diesem Versuch lässt sich haltbare Urease mit<br />
Lebensmittelprodukten herstellen.<br />
Chemikalien: Sojabohnenmehl, destilliertes Wasser, Aceton [R11-36-66-<br />
67; S 9-16-26]<br />
Materialien: Becherglas, Magnetrührer, Zentrifuge, Pipetten, Rotationsverdampfer,<br />
Rundkolben (100mL)<br />
Durchführung: Man extrahiert Sojabohnenmehl ca. 1 Stunde bei<br />
Raumtemperatur mit ca. 6 Teilen Wasser, zentrifugiert<br />
anschließend und setzt den Überstand mit 4 Volumen<br />
Aceton unter starken Rühren zu. Der Niederschlag wird mit<br />
Hilfe eines Rotationsverdampfers ins Trockene gebracht.<br />
Die entstandenen Kristalle können als solche oder in<br />
pulverisierter Form im Kühlschrank aufgehoben werden.<br />
Beobachtung: Keine.<br />
Erklärung: Keine<br />
Katalase aus Kartoffeln*<br />
Lernziel: Gewinnung einer Katalaselösung aus Nahrungsmitteln.<br />
Chemikalien: Kartoffel, destilliertes Wasser<br />
Materialien: Reibe, Teesieb, Bechergläser<br />
Durchführung: Eine rohe Kartoffel wird mit einer Reibe zerkleinert. Das<br />
Reibegut versetzt man mit der gleichen Menge destillierten<br />
Wasser. Anschließend filtriert man die Aufschlämmung mit<br />
Hilfe eines Teesiebes. Das Filtrat enthält die enzymaktive<br />
Katalaselösung.<br />
Beobachtung: Keine.<br />
Erklärung: Keine.<br />
1
Katalase aus Leber oder Hefe*<br />
Lernziel: Mit diesem Versuch lässt sich mit Hilfe von Leber oder<br />
Hefe haltbare Katalase in kristalliner Form herstellen.<br />
Chemikalien: 200g Leber (200g Hefe), Aceton [R11-36-66-67; S 9-16-<br />
26], destilliertes Wasser<br />
Materialien: Dialyseschlauch, Schere, Reibe, Glasstab (Rührer), Zentrifuge<br />
Durchführung: Es werden ca. 200g Leber (200g Hefe) in 200mL<br />
destilliertem Wasser homogenisiert. Diese Homogenisierung<br />
erfolgt mit einer Schere und einer kleinen Reibe.<br />
Verwendet man statt Leber Hefe so reicht eine Hefeaufschlämmung.<br />
Die dazu notwendigen Manipulationen können bei Raumtemperatur<br />
erfolgen. Dem Homogenat werden unter Rühren<br />
in kleinen Portionen ca. 140mL Aceton zugesetzt. Das<br />
Gemisch wird zentrifugiert; im Überstand ist anschließend<br />
das zu untersuchende Enzym vorzufinden. Man trennt den<br />
Überstand ab, kühlt die Lösung auf 4°C und gibt weitere 60<br />
mL Aceton in das Gemisch. Anschließend wird erneut<br />
zentrifugiert. Der Proteinrückstand wird mit 15mL H2O<br />
extrahiert. Der Überstand wird in einen Dialyseschlauch<br />
gefüllt und gegen 5L H2O (4°C) unter Rühren dialysiert.<br />
Es entstehen nach ca. 2 Tagen gelbe Kristalle (über Nacht<br />
kann man die Apparatur im Kühlschrank aufbewahren). Die<br />
Kristalle kann man abzentrifugieren und stark konzentriert<br />
im Kühlschrank aufbewahren.<br />
Beobachtung: Nach einen Tag lassen sich gelbe Kristalle im Dialyseschlauch<br />
erkennen. Wenn die Dialyse länger als eine Nacht<br />
durchgeführt werden sollte, empfiehlt es sich dass<br />
destillierte Wasser durch Neues zu ersetzen.<br />
Erklärung: Keine.<br />
2
2 Eigenschaften von Katalysatoren<br />
Katalysatorwirkung mit Hilfe von Pflanzenasche*<br />
Lernziel: Mit Hilfe dieses Versuches soll der Begriff des Katalysators<br />
erklärt werden.<br />
Chemikalien: Würfelzucker, Pflanzenasche<br />
Materialien: Streichhölzer, feuerfeste Unterlage (ersatzweise eine<br />
Porzellanschale mit Löschsand)<br />
Durchführung: Es werden zwei Würfelzucker auf die feuerfeste Unterlage<br />
gelegt. Eines der Würfelzucker wird leicht mit<br />
Pflanzenasche bedeckt, das andere hingegen bleibt ohne<br />
weiteren Zusatz. Als erstes versucht man mit Hilfe eines<br />
Streichholzes den Würfelzucker ohne Asche anzuzünden,<br />
dann das mit Asche.<br />
Beobachtung: Der Würfelzucker ohne Asche brennt nicht, während der<br />
Würfelzucker mit Asche sich entzündet und karamellisiert.<br />
Erklärung: Um den Würfelzucker zum Brennen zu bringen bedarf es<br />
einer bestimmten Aktivierungsenergie. Diese kann erst mit<br />
Hilfe der katalytischen Wirkung der Pflanzenasche so<br />
erniedrigt werden, dass es zur Reaktion kommt.<br />
Knallgasreaktion und Aktivierungsenergie *<br />
Lernziel: Mit diesem Versuch soll gezeigt werden, dass<br />
Aktivierungsenergie bei chemischen Reaktionen benötigt<br />
wird. Viele Reaktionen laufen bei Raumtemperatur nicht<br />
ab, weil die Aktivierungsenergie nicht erreicht wird.<br />
Chemikalien: H2 (Stahlbombe) [R12; S 2-9-16-33]<br />
Materialien: Gummischlauch, Glaskapillare<br />
Durchführung: An eine Wasserstoffflasche wird ein Schlauch und ein zur<br />
Spitze ausgezogenes Glasrohr (oder eine Pasteurpipette)<br />
befestigt. Um ein Zurückschlagen zu vermeiden, wird der<br />
Gasstrom durch zwei Sicherheitswaschflaschen geleitet.<br />
Anschließend wird das Ventil der Stahlbombe vorsichtig<br />
geöffnet, so dass ein schwacher Gasstrom entsteht. Es wird<br />
so lange gewartet, bis das Gas die Luft aus dem Schlauch<br />
verdrängt hat und dann der Wasserstoffstrom mit einem<br />
Streichholz entzündet.<br />
Beobachtung: Der Wasserstoff entzündet sich bei ruhiger Flamme.<br />
Erklärung: Durch das Anzünden des Wasserstoffes, wird diesem<br />
genügend Energie zugefügt, um eine Reaktion mit dem<br />
Luftsauerstoff einzugehen. Bei dieser stark exothermen<br />
Reaktion entsteht Wasser.<br />
2 H 2 O 2 2 H 2O<br />
(g) (g) (g)<br />
3
Zum Nachweis vom Wasser, hält man kurz einen kalten<br />
Spiegel oder eine Porzellanscherbe in die Flamme. An der<br />
kühlen Oberfläche schlägt sich Wasser nieder.<br />
Anmerkung: Ein modifizierter Aufbau ist dem Video auf der Webseite<br />
AVIMEC zu entnehmen.<br />
Herabsetzung der Aktivierungsenergie der Knallgasreaktion durch<br />
einen Katalysator*<br />
Lernziel: Es soll erkannt werden, dass Katalysatoren die<br />
Aktivierungsenergie herabsetzen und so Reaktionen<br />
teilweise schon bei Raumtemperatur ablaufen können.<br />
Chemikalien: Wasserstoff (Stahlbombe) [R12; S 2-9-16-33]<br />
Materialien: Gummischlauch mit Glaskapillare, Platindrahtnetz,<br />
Eisendrahtnetz, Kupferdrahtnetz, Tiegelzange<br />
Durchführung: An eine Wasserstoffflasche wird ein Schlauch und ein zur<br />
Spitze ausgezogenes Glasrohr (oder eine Pasteurpipette)<br />
befestigt. Um ein Zurückschlagen zu vermeiden, wird der<br />
Gasstrom durch zwei Sicherheitswaschflaschen geleitet.<br />
Anschließend wird das Ventil der Stahlbombe vorsichtig<br />
geöffnet, so dass ein schwacher Gasstrom entsteht. Es wird<br />
so lange gewartet, bis das Gas die Luft aus dem Schlauch<br />
verdrängt hat. Anschließend hält man mit einer Tiegelzange<br />
nacheinander das Eisendrahtnetz, das Kupferdrahtnetz und<br />
das Platindrahtnetz in den Gasstrom.<br />
Beobachtung: Hält man das Platindrahtnetz in den Wasserstoffgasstrom<br />
so entzündet sich das Gas. Beim Eisen- und<br />
Kupferdrahtnetz bleibt eine Reaktion hingegen aus.<br />
Erklärung: Platin bietet an der Oberfläche günstige Anordnungs- und<br />
Bindemöglichkeiten für Sauerstoff. Trifft ein<br />
Sauerstoffmolekül auf das Platin, dann wird es adsorbiert<br />
und zerfällt in zwei Atome:<br />
O2(g) Platin<br />
2 O(*)<br />
(adsorbiert an Platin)<br />
Von etwa 1000 Zusammenstößen der Sauerstoffmoleküle<br />
mit dem Platin führt nur einer zur Adsorption. In einem<br />
zweiten Schritt verbindet sich ein Wasserstoffmolekül mit<br />
den reaktionsfreudigen Sauerstoffatomen:<br />
H 2 (g) O(*) H 2O(g) (*)<br />
Die Platinoberfläche ist wieder frei und kann als<br />
Katalysator erneut Sauerstoff binden. Durch die<br />
Reaktionswärme erhitzt sich der Platindraht bis zum<br />
Glühen und der Wasserstoff entzündet sich.<br />
Anmerkung: Ein modifizierter Aufbau ist dem Video auf der Webseite<br />
AVIMEC zu entnehmen.<br />
4
Katalytische und biokatalytische Zersetzung von H2O2*<br />
Lernziel: Es soll erkannt werden, dass Katalase (als bioorganischer<br />
Katalysator) genau so wirkt, wie Braunstein (als<br />
anorganischer Katalysator). Beide zersetzen Wasserstoffperoxid<br />
unter Freisetzung von Sauerstoff, welcher mit der<br />
Glimmspanprobe nachgewiesen werden kann.<br />
Chemikalien: H2O2 (3 %) bzw. H2O2 (10 %) [R 34; S 3-26-36/37/39-45],<br />
Braunstein (MnO2) [R 20/22; S 25], Katalase<br />
Materialien: Holzspan, Reagenzglas, Spatel<br />
Durchführung: In zwei Reagenzgläser mit je 2-3mL 3%igem (10%igem)<br />
Wasserstoffperoxid wird entweder eine Spatelspitze<br />
Braunstein bzw. eine winzige Prise Katalase (alternativ<br />
kann man auch etwas geschabte Leber, Kartoffel oder<br />
Rüben verwenden) gegeben.<br />
Beobachtung: In den Reagenzgläsern bilden sich zunächst Bläschen und<br />
die Lösung beginnt zu schäumen.<br />
Erklärung: Das Wasserstoffperoxid wird gespalten in Sauerstoff und<br />
Wasser. Verwendet man die 10%ige Wasserstoffperoxidlösung<br />
so lässt sich der Sauerstoff durch die<br />
Glimmspanprobe nachweisen.<br />
Braunstein<br />
H2O2 (l) H2O (l) 0,5 O2(g) Katalase<br />
H2O H 2(l)<br />
2O(l) 0,5 O (g) 2<br />
Die Reaktion verläuft unter Raumtemperatur nur sehr<br />
langsam ab. Anorganische Katalysatoren und eine<br />
Gruppe von Enzymen, die Peroxidasen, beschleunigen den<br />
Zerfall von Wasserstoffperoxid. Katalase ist eine im Tier-<br />
und Pflanzenreich weit verbreitete Peroxidase.<br />
Erniedrigung der Aktivierungsenergie durch Urease*<br />
Lernziel: Es soll erkannt werden, dass Urease als Katalysator bei der<br />
Zersetzung von Harnstoff wirkt.<br />
Chemikalien: Harnstoff, Harnstofflösung (1%), Urease, Ureaselösung<br />
(0,1%), Bromthymolblau-Lösung, , verdünnte Essigsäure<br />
[R 10-35; S 23.2-26-36/37/39-45]<br />
Materialien: Reagenzglas, Pipette, rotes Lackmuspapier<br />
Durchführung: In einem Reagenzglas kocht man ca. 5mL einer 1%igen<br />
Harnstofflösung auf. Man lässt erkalten und prüft mit 5-10<br />
Tropfen Bromthymolblau.<br />
5
In einem zweiten Reagenzglas wird eine Spatelspitze<br />
Harnstoff trocken erhitzt. Auf den Rand des Reagenzglases<br />
wird ein angefeuchtetes rotes Lackmuspapier gelegt.<br />
In einem dritten Reagenzglas gibt man schließlich zu etwa<br />
5mL 1%igen Harnstofflösung 0,5–1mL 0,1%ige<br />
Ureaselösung.<br />
Beobachtung: Im ersten Reagenzglas bleibt die Lösung gelb. Beim<br />
Erhitzen des zweiten Reagenzglases kann man einen<br />
deutlichen Ammoniakgeruch wahrnehmen, außerdem färbt<br />
sich das Lackmuspapier blau. Wenn man Reagenzglas drei<br />
mit Lackmus, bzw. Bromthymolblau überprüft, kann man<br />
dort auch eine positive Reaktion nachweisen.<br />
Erklärung: Das erste Reagenzglas gilt als Blindprobe. Im zweiten<br />
Reagenzglas wird die thermische Zersetzung von Harnstoff<br />
gezeigt, bei der Ammoniak entsteht.<br />
Gibt man jetzt im dritten Reagenzglas Ureaselösung auf<br />
Harnstoff, so kann man beweisen, dass der Harnstoff<br />
ebenfalls zersetzt und Ammoniak frei wird. Diesmal jedoch<br />
ohne Zufuhr von Hitze.<br />
O<br />
O<br />
O<br />
NH 2<br />
NH2 NH2 NH 2<br />
Carboanhydrase: Vergleich einer unkatalysierten und einer<br />
katalysierten Reaktion<br />
Lernziel: Bei diesem Versuch soll die Wirkungsweise von der Carboanhydrase<br />
dargestellt werden.<br />
Chemikalien: CO2-haltiges Mineralwasser, Barbituratpuffer/Indikator,<br />
Enzymextrakt aus 1g Hefe<br />
Materialien: 10 saubere Reagenzgläser, Reagenzglasständer, Pipetten<br />
(5mL, 10mL) oder Automatikpipette (1mL)<br />
Durchführung: In zehn Reagenzgläser werden je 5mL des<br />
Barbituratpuffers vorgelegt. In fünf der zehn Reagenzgläser<br />
wird zusätzlich 1mL des Enzymextraktes hinzugefügt.<br />
Jetzt wird in den Reagenzgläsern 0,1mL, 0,2mL, 0,3mL,<br />
0,4mL und 0,5mL Mineralwasser nacheinander zugegeben<br />
(jeweils einmal in ein Glas mit und in eins ohne<br />
Enzymextrakt). Man nimmt jeweils die (Reaktions-)zeit bis<br />
zum Farbumschlag (von blau nach gelb) auf.<br />
Beobachtung: In den Reagenzgläsern mit Enzymextrakt läuft die Reaktion<br />
jeweils schneller ab.<br />
Hitze<br />
O<br />
O<br />
NH 2<br />
NH<br />
NH 2<br />
+ NH 3<br />
NH2 + H2O CO2 + 2NH3 NH 2<br />
Urease<br />
6
Erklärung: Die Carboanhydrase katalysiert die Gleichgewichtseinstellung<br />
zwischen CO2 in H2O und H2CO3. Bei<br />
erhöhtem CO2-Angebot wird die Bildung von Kohlensäure,<br />
bei vermehrter Säureanlieferung die Freisetzung von CO2<br />
begünstigt. Besondere Bedeutung kommt der weit verbreiteten<br />
Carboanhydrase bei der CO2-Regulation des<br />
Blutes (Blutgaskontrolle, CO2-Abgabe über die Lunge) und<br />
auch bei der Photosynthese zu. Fast alle atmenden<br />
Organismen enthalten dieses sehr wichtige Enzym. Es hat<br />
die höchste bisher aufgefundene Wechsel- oder<br />
Umsatzzahl: Sie liegt in der Größenordnung von 36x10 6<br />
CO2-Molekülen in der Minute. CO2-Quelle in diesem<br />
Versuch ist gewöhnliches Mineralwasser. Die sehr rasche<br />
Enzymwirkung wird durch Pufferzugabe und niedriger<br />
Temperatur soweit abgebremst, dass sie gut ablesbar sind.<br />
Anmerkung: Man sollte einen Ersatzpuffer wählen. Da der<br />
Barbituratpuffer strengen Auflagen unterliegt.<br />
7
3 Chemische Zusammensetzung der Enzyme<br />
Nachweis von Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff in einem<br />
Enzym*<br />
Lernziel: Mit diesem Versuch werden die verschiedenen Bestandteile<br />
der Enzyme nachgewiesen. Da Enzyme aus Proteinen und<br />
diese wiederum aus Aminosäuren bestehen, sollten sich<br />
Stickstoff in Form von Ammoniak, Kohlenstoff in Form<br />
von Asche und Wasserstoff in Form von Wasser<br />
nachweisen lassen.<br />
Chemikalien: Casein (wahlweise auch ein anderes Enzym), wasserfreies<br />
CuSO4[R 22-36/38-50/53; S 20-60-61]<br />
Materialien: Universalindikatorpapier, Reagenzglas, Spatel<br />
Durchführung: In einem Reagenzglas wird eine Spatelspitze Casein<br />
trocken erhitzt. Vor die Mündung des Reagenzglases hält<br />
man ein angefeuchtetes Indikatorpapier. Nach dem Erkalten<br />
bringt man auf die Flüssigkeitströpfchen, die sich im<br />
oberen Teil des Reagenzglases gebildet haben, eine dünne<br />
Lage von kristallwasserfreiem Kupfersulfat auf.<br />
Beobachtung: Das Lackmuspapier verfärbt sich blau, ebenso wie das<br />
wasserfreie Kupfersulfat. Der Inhalt des Reagenzglases<br />
verfärbt sich hingegen schwarz.<br />
Erklärung: Enzyme sind organische Verbindungen und bei<br />
Verbrennung bleibt der Kohlenstoff in Form von Asche<br />
zurück. Durch den Versuch wurde außerdem ein weiterer<br />
Bestandteil der Enzyme, der Stickstoff (in Form von<br />
Ammoniak), durch die Blaufärbung des Indikatorpapiers<br />
nachgewiesen. Durch die Färbung des wasserfreien<br />
Kupfersulfates von weiß nach blau wurde Bildung von<br />
Wasser nachgewiesen, welches bei der Umsetzung des<br />
Wasserstoffs des Enzymmoleküls mit dem Luftsauerstoff<br />
entsteht.<br />
Nachweis der Eiweißnatur der Enzyme durch die Biuretreaktion*<br />
Lernziel: Die Peptidbindungen, wie sie in Eiweißverbindungen<br />
vorkommen, sollen mit Hilfe der Biuretreaktion<br />
nachgewiesen werden.<br />
Chemikalien: Casein (oder ein anderes Enzym), NaOH (c = 1 mol/L) [R<br />
35; S 26-37/39-45], CuSO4[R 22-36/38-50/53; S 20-60-61]<br />
Materialien: Reagenzglas, Spatel<br />
Durchführung: Eine Spatelspitze Urease oder Lipase wird in einem<br />
Reagenzglas mit 2mL Wasser aufgeschwemmt.<br />
Anschließend wird das Reagenzglas geschüttelt. Die<br />
Aufschwemmung wird mit 2mL Natronlauge und mit<br />
einigen Tropfen einer etwa 1%igen Kupfersulfatlösung<br />
versetzt.<br />
Beobachtung: Nach Zugabe der Kupfersulfatlösung lässt sich eine<br />
Violettfärbung beobachten.<br />
8
Erklärung: Die Biuretreaktion ist ein spezifischer Nachweis für<br />
Peptidbindungen, wie sie in jeder Eiweißverbindung<br />
vorkommen. Hierbei komplexieren zwei Moleküle Biuret<br />
mit einem Kupferkation.<br />
HN NH<br />
HN<br />
Cu<br />
NH<br />
+2Na +<br />
O O<br />
2 +2NaOH +CuSO4 +2H2O H2N N<br />
H<br />
NH2 +H2SO4 Die Xanthoproteinprobe bei Enzymen*<br />
Lernziel: Mit der Xanthoproteinprobe lassen sich Proteine<br />
nachweisen. Da fast alle Enzyme aus Proteinen bestehen,<br />
fällt der Nachweis positiv aus.<br />
Chemikalien: Urease oder Lipase, konz. Salpetersäure [R 8-35; S 23.2-<br />
26-36-45], konz. Ammoniaklösung [R 34-50; S 26-<br />
36/37/39-45-61]<br />
Materialien: Reagenzglas, Spatel<br />
Durchführung: In einem Reagenzglas wird eine Spatelspitze Urease oder<br />
Lipase mit 1mL konzentrierter Salpetersäure übergossen.<br />
Anschließend wird die Probe mit 1mL konzentrierter<br />
Ammoniaklösung neutralisiert.<br />
Beobachtung: Nach Zugabe von Salpetersäure tritt eine Gelbfärbung ein.<br />
Durch die Neutralisation mit Ammoniak erhält man eine<br />
intensive Orangefärbung.<br />
Erklärung: Die Xanthoproteinprobe ist eine spezifische<br />
Nachweisreaktion für Eiweiße (genauer genommen für<br />
aromatische Aminosäuren).<br />
HO<br />
NH 2<br />
Probe nach Millon bei den Enzymen*<br />
HO<br />
O<br />
+HNO 3<br />
Lernziel: Mit der Probe von Millon können Hydroxyphenylgruppen<br />
spezifisch nachgewiesen werden. Die einzige Aminosäure<br />
die dafür in Frage kommt ist das Tyrosin.<br />
Chemikalien: Urease oder Lipase, Millon’sche Reagenz [R 23-33-50/53;<br />
S 7-45-60-61]<br />
Materialien: Reagenzglas, Spatel, Brenner<br />
Durchführung: Mit einer Aufschwemmung von Urease oder Lipase wird<br />
die Millon’sche Probe durchgeführt. Dabei gibt man einige<br />
Tropfen des Millon’schen Reagenz hinzu und erhitzt die<br />
Reagenzlösung vorsichtig.<br />
-H 2 O<br />
O<br />
O<br />
N<br />
O<br />
O<br />
HO<br />
H<br />
N<br />
N<br />
H<br />
O<br />
O<br />
HO<br />
2-<br />
9<br />
NH 2<br />
O
Beobachtung: Man beobachtet einen rotbraunen Niederschlag, der bei der<br />
Erhitzung des Reagenzglases entsteht.<br />
Erklärung: Die positive Reaktion ist ein spezifischer Nachweis für die<br />
Eiweißnatur der Enzyme. Hierbei entsteht ein ziegelroter<br />
Quecksilber-Protein-Komplex.<br />
Anmerkung: Die Anwendung dieses Versuches im Unterricht sollte<br />
unterlassen werden, da Quecksilber eingesetzt wird, und<br />
dieser cancerogen ist. Als Alternative bietet sich das Video<br />
auf der Webseite AVIMEC an.<br />
Nachweis der makromolekularen Struktur eines Enzyms*<br />
Lernziel: Mit diesem Versuch soll gezeigt werden, dass Enzyme<br />
Makromolekülen sind.<br />
Chemikalien: 20g Hefe, Malachitgrünlösung, Wasserstoffperoxyd (ca.<br />
3%ig) [R 34; S 3-26-36/37/39-45]<br />
Materialien: Dialyseschlauch, Schere, Bindfaden, Quarzsand (fein),<br />
Reibschale mit Pistill, Filter, Rührer (wenn vorhanden)<br />
Durchführung: In einer Reibschale wird die Hefe mit etwa 50mL<br />
Phosphatpufferlösung zu einem glatten Brei vermengt, der<br />
anschließend abfiltriert wird. Eine kleine Probe des Filtrats<br />
gibt man in ein Reagenzglas und prüft mit wenig 3%igem<br />
H2O2 auf Katalasewirkung. Schäumt das Filtrat auf, ist der<br />
Vorversuch positiv. Ein 10–15cm langes Stück eines<br />
Dialyseschlauchs wird angefeuchtet und an einem Ende fest<br />
mit Bindfaden abgebunden (oder einfach verknotet). Das<br />
Filtrat wird mit der gleichen Menge an Malachitgrünlösung<br />
gemischt und in den Dialyseschlauch gefüllt, der<br />
luftblasenfrei mit Bindfaden abgebunden wird. Der<br />
Schlauch wird sorgfältig mit destilliertem Wasser abgespült<br />
um Filtratreste abzuwaschen, die möglicherweise außen<br />
anhaften.<br />
An das Ende des Bindfadens knüpft man einen Schlaufe, so<br />
dass der Dialyseschlauch über einen quergelegten Glasstab<br />
wie eine Wurst in ein hohes, schmales Becherglas (oder<br />
einen Standzylinder) gehängt werden kann, das dann mit<br />
Phosphatpuffer pH=7,5 aufgefüllt wird. Der Dialyseschlauch<br />
sollte völlig vom Puffer umspült sein. Die<br />
Pufferlösung wird entweder mit dem Rührer oder durch<br />
Schwenken des Glases verrührt. Nach etwa 30 Minuten<br />
öffnet man den Schlauch über einem sauberen Becherglas<br />
und prüft sowohl die Probe des Schlauchinhaltes als auch<br />
des Außenmediums in je einem Reagenzglas mit 2-3mL<br />
Wasserstoffperoxyd auf Katalaseaktivität.<br />
Beobachtung: Nach kurzer Zeit färbt sich das Außenmedium grün. Der<br />
Katalase-Nachweis ist für das Innenmedium nach wie vor<br />
positiv, für das Außenmedium jedoch negativ.<br />
Erklärung: Durch die Poren des Dialyseschlauchs können Moleküle bis<br />
zu einer Molmasse von 10000u durchtreten. Größere<br />
Moleküle werden zurückgehalten. Malachitgrün hat eine<br />
Molmasse von 330u und diffundiert entsprechend dem<br />
10
Konzentrationsgefälle durch die Membran des<br />
Dialyseschlauchs hindurch. Katalase, mit einer Molmasse<br />
von ca. 240000u, wird zurückgehalten. Die Molmassen<br />
der Enzyme liegen zwischen 10000 und 2 Millionen u<br />
(Ribonuclease 12700u, Urease 480000u).<br />
11
4 Wirkung von Enzymen<br />
Wirkung von Urease*<br />
Lernziel: Mit diesem Versuch wird die katalysierte chemische<br />
Reaktion von Urease über Harnstoff zu Kohlendioxid und<br />
Ammoniak gezeigt.<br />
Chemikalien: Urease, Harnstoff, Phenolphthalein<br />
Materialien: Reagenzglas, Spatel<br />
Durchführung: Zu 2mL Harnstofflösung (10%) gibt man eine Spatelspitze<br />
Urease und 2 Tropfen Phenolphthalein. Das Reagenzglas<br />
wird geschüttelt.<br />
Beobachtung: Nach kurzer Zeit tritt eine Rotfärbung ein.<br />
Erklärung: Der Harnstoff wird durch die Urease in Ammoniak und<br />
Kohlendioxid gespalten.<br />
Wirkung von Katalase<br />
NH2 O H2O Urease<br />
CO2 2 NH3 NH 2<br />
Der Harnstoff ist ein tierisches Ausscheidungsprodukt. Im<br />
Boden und in der Jauche erfolgt die dargestellte chemische<br />
Reaktion mit Hilfe der Urease. Die Bildung des Ammoniaks<br />
erklärt den penetranten Stallgeruch.<br />
Lernziel: Dies ist ein eindrucksvoller Versuch, der die katalysierte<br />
Reaktion der Katalase über die Zersetzung von<br />
Wasserstoffperoxid darstellt.<br />
Chemikalien: Hefe, H2O2 (3-10%) [R 34; S 3-26-36/37/39-45], Kartoffel<br />
Materialien: Reagenzglas, Stopfen (durchbohrt), Glasrohr, Petrischale,<br />
glimmender Span<br />
Durchführung: Es werden einige Milliliter Hefeaufschwemmung in ein<br />
Reagenzglas gegeben und mit einer 3%igen (etwas<br />
höherprozentigere Lösungen eignen sich noch besser)<br />
Wasserstoffperoxidlösung aufgefüllt. Auf das Reagenzglas<br />
setzt man sofort einen durchbohrten Stopfen, durch das ein<br />
kurzes Glasrohr führt. Man dreht das Reagenzglas rasch um<br />
und fängt die heraustropfende Flüssigkeit über eine Schale<br />
auf. Mit einem glimmenden Span versucht man das<br />
entstehende Gas zum Aufflammen zu bringen.<br />
Beobachtung: Es gelingt mit Hilfe des Glimmspanes das entstehende Gas<br />
zu entzünden.<br />
Erklärung: Die Hefe und die Zellen der Kartoffel enthalten das Enzym<br />
Katalase, das die Funktion hat, Wasserstoffperoxyd zu<br />
Wasser und Sauerstoff zu spalten.<br />
H 2O 2<br />
Katalase<br />
H 2O 0,5 O 2<br />
12
Der GOD-Test*<br />
Das Wasserstoffperoxid, das ganz allgemein bei<br />
Stoffwechselprozessen entstehen kann, ist ein schweres<br />
Zellgift und muss sofort unschädlich gemacht werden.<br />
Deswegen ist die Katalase in lebenden Geweben weit<br />
verbreitet.<br />
Lernziel: Das Lernziel dieses Versuches besteht im Nachweis der<br />
Substratspezifität der Enzyme. Obwohl alle hier<br />
aufgeführten Zucker die gleiche Molekülmasse besitzen<br />
greift die Glucoseoxidase im Glucosetestpapier nur die<br />
Glucose an.<br />
Chemikalien: Glucose, Fructose, Mannose, Galactose<br />
Materialien: Glucosetestpapier<br />
Durchführung: Man führt den Glucoseoxidasetest mit etwa 2%igen<br />
Lösungen von Fructose, Glucose, Mannose und Galactose<br />
durch.<br />
Beobachtung: Nur mit Glucose erhält man eine positive Reaktion.<br />
Erklärung: Die vier Hexosen, die dieselbe Molekülgröße und dieselbe<br />
Molekülzusammensetzung haben, unterscheiden sich nur<br />
durch ihre Struktur. Das Glucosetestpapier reagiert<br />
spezifisch auf die Struktur der Glucose und folglich tritt<br />
auch nur bei Glucose eine positive Reaktion ein. Geringe<br />
Teilspezifitäten mit anderen Sacchariden sind zwar<br />
vorhanden, aber ohne biochemische Bedeutung.<br />
H<br />
HO<br />
H<br />
H<br />
CHO<br />
CH 2OH<br />
OH<br />
H<br />
OH<br />
OH<br />
HO<br />
HO<br />
H<br />
H<br />
CHO<br />
CH 2OH<br />
H<br />
H<br />
OH<br />
OH<br />
CH 2OH<br />
D-Glucose D-Mannose D-Galactose D-Fructose<br />
H<br />
HO<br />
HO<br />
H<br />
CHO<br />
CH 2OH<br />
OH<br />
H<br />
HO<br />
H<br />
H<br />
CH 2OH<br />
Anmerkung: Der Glucoseoxidasetest verläuft teilweise auch bei<br />
Disacchariden wie der Saccharose (Glu-Glu) positiv.<br />
H<br />
OH<br />
O<br />
H<br />
OH<br />
OH<br />
13
Experiment zur Katalase<br />
Lernziel: Mit diesem Versuch soll die Katalaseaktivität bestimmt<br />
werden.<br />
Chemikalien: gereinigte Katalase, eigene Präparation von Katalase (vgl.<br />
Kapitel 1),<br />
Materialien: Erlenmeyerkolben (200mL, Weithals), Büretten,<br />
Vollpipetten, H2O2 [R 34; S 3-26-36/37/39-45], H2SO4 [R<br />
35; S 26-30-36/37/39-45], KMnO4 [R 8-22-50; S 60-61]<br />
Durchführung: Eine definierte Menge H2O2 wird in einem<br />
Erlenmeyerkolben vorgelegt und durch das Enzym über<br />
einen festgelegten Zeitraum gespalten. Anschließend wird<br />
die Reaktion durch Zugabe von H2SO4 gestoppt und die<br />
verbliebene Menge H2O2 durch Titration mit KMnO4<br />
quantitativ bestimmt.<br />
Beobachtung: Keine.<br />
Erklärung: Die Katalase spaltet Wasserstoffperoxid in Wasser und<br />
Sauerstoff. Als Wirkgruppe findet man eine dem<br />
Hämoglobin verwandte Substanz, die Fe 3+ als Zentralatom<br />
enthält.<br />
Experiment zur Thrombin<br />
2H 2 O 2 (aq) O 2 (g) + 2 H 2 O(l)<br />
Lernziel: Mit diesem Experiment lässt sich sowohl die Enzym- als<br />
auch Substratabhängigkeit von Thrombin bestimmen.<br />
Außerdem wird in den Teilversuchen B und C das pH-<br />
Optimum sowie das Temperaturoptimum bestimmt. Im<br />
Teilabschnitt D hingegen wird der Einfluss der<br />
Chemikalien auf die Enzymaktivität des Enzyms überprüft.<br />
Chemikalien: 500mL NaCl (0,85%), 100mL Rinderfibrinogen 0,3%ig (in<br />
0,85%iger NaCl angesetzt), 10mL Rinderthrombin, Puffer<br />
Materialien: Wasserbad, Thermometer, Pipetten, Fettstift (Edding)<br />
Durchführung: Es sind Charakteristika dieses Enzyms zu unterscheiden.<br />
Prinzipiell inkubiert man das Enzym und das Fibrinogen,<br />
jeweils bei der gewählten Temperatur, getrennt<br />
(Inkubationstemperatur: 30°). Anschließend versetzt man<br />
das Fibrinogen mit Enzym und misst die Zeit, bis sich im<br />
Reagenzglas ein fester Klumpen gebildet hat. Die Zeit soll<br />
180s nicht überschreiten, da für längere Messzeiten die<br />
Methode nicht genau genug ist.<br />
A)<br />
Zuerst wird die Enzymkonzentrations- und<br />
Substratkonzentrationsabhängigkeit der Reaktion<br />
nachgewiesen.<br />
14
Enzymabhängigkeit:<br />
Es werden 6 Proben angesetzt. Die Enzymkonzentration ist<br />
variabel, während die Temperatur und die<br />
Substratkonzentration konstant bleiben.<br />
Substratabhängigkeit:<br />
In diesem Versuch wählt man 6 verschiedene<br />
Substratkonzentrationen, während die Enzymkonzentration<br />
und die Temperatur konstant bleiben.<br />
Für die weiteren Versuche wählt man die<br />
Substratkonzentration derart, dass man in der Sättigung<br />
arbeitet.<br />
B)<br />
Ermittlung der Temperaturabhängigkeit der<br />
Thrombinreaktion:<br />
Der Test wird wie zuvor beschrieben durchgeführt. Für jede<br />
Temperatur ist bei der optimalen Testzusammensetzung,<br />
die Agglutinationszeit in Sekunden zu bestimmen und die<br />
Konstitution der Agglutinate zu beschreiben.<br />
Zu wählende Temperaturbereiche: 2°, 6°, 18°, 24°, 37°, 45°<br />
und 60° C. Die Ergebnisse sind graphisch darzustellen. Es<br />
ist das Temperaturoptimum zu bestimmen.<br />
C)<br />
Ermittlung der pH-Abhängigkeit der Thrombinreaktion:<br />
Der Test wird wie zuvor beschrieben durchgeführt. Es wird<br />
im Temperaturoptimum gemessen. Man wähle aus einer<br />
Puffertabelle mehrere geeignete Puffer aus, und zwar<br />
derart, dass sich über den ganzen Bereich bei Pufferwechsel<br />
jeweils zwei Werte überschneiden.<br />
Beispiel:<br />
pH -Wert : 2 4 6 7 8 10 12<br />
Puffer A: 2 4 6<br />
Puffer B: 6 7 8<br />
Puffer C: 8 10 12<br />
Es ist vorher zu untersuchen, ob der gewählte Puffer die<br />
Reaktion hemmt. Die Pufferkonzentration soll 0,2 M<br />
betragen.<br />
Durch die Zugabe der Puffer wird die Enzym- bzw.<br />
Substratkonzentration verringert. Aus diesem Grunde ist es<br />
notwendig, diese Konzentrationen hier entsprechend zu<br />
erhöhen.<br />
Die Ergebnisse sind graphisch darzustellen und das pH-<br />
Optimum zu bestimmen.<br />
15
D)<br />
Ermittlung der Wirkung von Chemikalien auf die<br />
Thrombinaktivität :<br />
Die Messungen werden bei optimaler Temperatur und<br />
optimalen pH-Wert durchgeführt.<br />
CHEMIKALIEN:<br />
NaCl (0,85%ig), CaCl2 (0,25 u. 0,025 M), Natriumcitrat<br />
(5%ig), HgCl2<br />
(1%ig), Puffer.<br />
Zu jedem Testansatz fügt man lediglich 0,1mL der<br />
entsprechenden Salze hinzu. Die Wirkungen sind in einer<br />
Tabelle zusammenzufassen und zu diskutieren.<br />
Beobachtung: Zu jeder der oben untersuchten Bedingungen lässt sich<br />
jeweils ein Optimum bestimmen.<br />
Erklärung: Das Enzym Thrombin ist ein hochspezifisches<br />
proteolytisches Enzym, welches das Substrat Fibrinogen in<br />
einen unlöslichen Fibrinklumpen umwandelt. Die<br />
Eigenschaft des Blutes, beim Austritt aus den Gefäßen zu<br />
gerinnen, ist ein lebenswichtiger Vorgang, dessen<br />
Bedeutung im Schutz des Körpers vor Verlust seiner<br />
Blutflüssigkeit liegt. Der hier ablaufende Prozess ist sehr<br />
komplex. Vereinfacht kann man sagen, dass es sich um die<br />
Umwandlung eines löslichen Proteins in eine polymere<br />
unlösliche Faserform, die das Blutgerinnsel bildet, handelt.<br />
Experiment zum Enzym Lipase<br />
a) Bestimmung der Enzymabhängigkeit<br />
Lernziel: Mit diesem Teilexperiment wird die Enzymabhängigkeit der<br />
Lipase bestimmt.<br />
Chemikalien: Milch, 8%iges Natriumcarbonat, Phenolphthalein, Lipase<br />
(1-7%ig)<br />
Materialien: Pipetten, Reagenzglashalter, Reagenzglasständer,<br />
Reagenzgläser, Becherglas, Stoppuhr, Thermometer<br />
Durchführung: Je 3mL der vorgegebenen Lipaselösung werden mit 1mL<br />
8%iger Na2CO3-Lösung versetzt und mit zwei Tropfen<br />
Phenolphthalein gefärbt. Nach Zugabe von 2mL Milch wird<br />
die Entfärbezeit gemessen.<br />
Beobachtung: Ergebnis: Entfärbezeit:<br />
1) 1% Lipaselösung a) b)<br />
2) 2% Lipaselösung a) b)<br />
3) 3% Lipaselösung a) b)<br />
4) 4% Lipaselösung a) b)<br />
5) 5% Lipaselösung a) b)<br />
6) 6% Lipaselösung a) b)<br />
7) 7% Lipaselösung a) b)<br />
16
Erklärung: Lipase zersetzt Fette zu Glycerin und freien Fettsäuren. Die<br />
Säuren senken in der wässrigen Lösung den pH-Wert, was<br />
mit dem Indikator gut zu verfolgen ist.<br />
b) Bestimmung der Temperaturabhängigkeit<br />
Lernziel: Im zweiten Teilexperiment hingegen geht um die<br />
Temperaturabhängigkeit des Enzyms Lipase.<br />
Chemikalien: Milch, 8%iges Natriumcarbonat, Phenolphthalein, Lipase<br />
(5%ig)<br />
Materialien: Pipetten, Reagenzglashalter, Reagenzglasständer,<br />
Reagenzgläser, Becherglas, Stoppuhr, Thermometer<br />
Durchführung: Je 3mL der 5%igen Lipaselösung werden mit 1mL 8%iger<br />
Na2CO3-Lösung versetzt und mit zwei Tropfen<br />
Phenolphthalein gefärbt. Nach Zugabe von 2mL Milch wird<br />
die Entfärbezeit bei der entsprechenden Temperatur<br />
gemessen.<br />
Beobachtung: Temperatur Entfärbezeit<br />
0°C a) b)<br />
10°C a) b)<br />
20°C a) b)<br />
30°C a) b)<br />
40°C a) b)<br />
50°C a) b)<br />
60°C a) b)<br />
70°C a) b)<br />
80°C a) b)<br />
90°C a) b)<br />
100°C a) b)<br />
Erklärung: Wie bei allen Enzymen existiert auch bei Lipase ein<br />
optimaler Wirkbereich der Temperatur. Über die<br />
graphische Auftragung der erhaltenen Werte lässt sich dies<br />
leicht ermitteln.<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
Experiment zur Urease<br />
O<br />
O<br />
C<br />
H 2<br />
C<br />
H 2<br />
C<br />
H 2<br />
n<br />
n<br />
n<br />
Lipase<br />
OH<br />
OH<br />
OH<br />
O<br />
+3<br />
HO<br />
Lernziel: Es ist die Substrat- und die Temperaturabhängigkeit zu<br />
prüfen. Ferner lässt sich auch eine Hemmung mit<br />
Schwermetallionen feststellen.<br />
Chemikalien: Urease (hier ist auch Ureaselösung aus Sojabohnen<br />
geeignet), Essigsäure [R34; S23.2-26-36/37/39-45],<br />
Schwermetallsalze, Harnstofflösung (1%ig)<br />
C<br />
H 2<br />
n<br />
17
Materialien: Magnetrührer, Leitfähigkeitsmessgerät, Becherglas,<br />
Platinelektroden, Batterie<br />
Durchführung: A)<br />
Es ist die Ureasereaktion in Abhängigkeit der Substrat- und<br />
Enzymkonzentration zu bestimmen.<br />
Substratabhängigkeit:<br />
In jeweils 120mL Puffer pH7 löst man folgende Mengen<br />
Harnstoff: 5, 10, 15, 20, 25 und 30g. Die Reaktion wird<br />
mit 1mL Urease (30%ig) gestartet. Es wird bei jeder<br />
Harnstoffkonzentration die Leitfähigkeit nach einer<br />
Reaktionszeit von drei Minuten gemessen. Das Ergebnis ist<br />
graphisch aufzutragen.<br />
(Ohm’sches Gesetz: U=R*I ; Reaktionstemperatur =<br />
Raumtemperatur). Es wird die Zeit gegen die Stromstärke<br />
aufgetragen. (Ordinate : mA; Abszisse: Minuten)<br />
Enzymkonzentration:<br />
Bei diesem Versuch bleibt die Harnstoffkonzentration<br />
konstant. Die Enzymkonzentration wird bei jeder Messung<br />
variiert (Temperatur = Raumtemperatur; Substratkonzentration:<br />
Man wählt eine Konzentration, die im vorigen<br />
Versuch im Sättigungsbereich lag). Das Ergebnis ist<br />
graphisch darzustellen, wobei die Reaktionsgeschwindigkeit<br />
gegen die Enzymkonzentration aufgetragen wird.<br />
B)<br />
Es ist das Temperaturoptimum der Urease zu ermitteln.<br />
Folgende Reaktionstemperaturen sind zu wählen: 0°, 10°,<br />
20°, 30°, 35°, 45° und 60°C.<br />
Das Ergebnis ist graphisch darzustellen.<br />
C)<br />
Es ist die Wirkung von Schwermetallionen auf die<br />
Ureaseaktivität zu untersuchen. Man wählt mit Hilfe der<br />
Ergebnisse der vorhergegangenen Experimente optimale<br />
Reaktionsbedingungen und fügt dem Reaktionsgefäß in<br />
geringen Mengen (z.B. in einer Konzentration von 10 -3 -<br />
10 -5 mol/L) Schwermetallionen zu, z.B. Cd, Zn, Hg etc. Der<br />
Einfluss dieser Ionen auf die Enzymaktivität ist in einer<br />
Tabelle festzuhalten.<br />
Beobachtung: Es lassen sich verschiedene Optima anhand der graphischen<br />
Darstellung ermitteln.<br />
Erklärung: Das Enzym Urease katalysiert die Spaltung von Harnstoff<br />
und weist wie alle anderen Enzyme Optima in bei den<br />
Reaktionsbedingungen auf. Mit Hilfe der grafischen<br />
Auftragung lassen sich diese Optima bestimmen. Der letzte<br />
Versuch zeigt die Enzymhemmung durch Schwermetalle,<br />
die hier exemplarisch an Urease durchgeführt wird, aber<br />
ebenfalls bei allen anderen Enzymen zu zeigen ist.<br />
18
O<br />
H 2N NH 2<br />
Experiment zur Urease<br />
+H 2 O<br />
Urease<br />
2NH 3 +CO 2<br />
Lernziel: Dieser Versuch dient als Alternativexperiment zum obigen,<br />
falls kein Leitfähigkeitsmessgerät zur Verfügung steht.<br />
Chemikalien: Essigsäurelösung [R34; S23.2-26-36/37/39-45],<br />
Ureaselösung, Harnstofflösung<br />
Materialien: Reagenzgläser, Pipetten, Filzstift, Universalindikator, Stoppuhr<br />
Durchführung: Die Reaktionsgeschwindigkeit wird in diesem Versuch über<br />
den erreichten pH-Wert ermittelt. Man misst also die Zeit,<br />
die das Enzym braucht um einen vorgegebenen pH-Wert zu<br />
erreichen – man ermittelt diesen pH-Wert in einen Vorversuch.<br />
Es werden 5 Reagenzgläser vorbereitet. In jedes Glas<br />
gibt man 5mL der Harnstofflösung (1%ig) und 2mL der<br />
Essigsäurelösung. Zu jedem Glas gibt man eine<br />
entsprechende Menge Urease bzw. Wasser (so dass die<br />
Volumina jeweils ein vordefiniertes Gesamtvolumen<br />
erreichen – z.B. 1mL Urease+ 4mL Wasser; 2mL Urease,<br />
3mL Wasser; etc). In Abständen von jeweils 45 Sekunden<br />
wird der pH-Wert der einzelnen Lösungen gemessen. Die<br />
Ergebnisse sind graphisch aufzutragen.<br />
Beobachtung: Durch grafische Auftragung lässt sich hier ein Optimum der<br />
Enzym-, bzw. Substratkonzentration bestimmen.<br />
Erklärung: Das Enzym Urease katalysiert die Spaltung von Harnstoff.<br />
Hierbei entsteht Ammoniak. Der frei werdende Ammoniak<br />
löst sich teilweise in der wässrigen Lösung und hebt den<br />
pH-Wert an, welcher durch Messung zu bestimmen ist.<br />
H 2N NH 2<br />
Experiment zur Phosphatase<br />
O<br />
+H 2 O<br />
Urease<br />
2NH 3 +CO 2<br />
Lernziel: Es soll das pH-Optimum sowie die Abhängigkeit von der<br />
Substratkonzentration ermittelt werden.<br />
Chemikalien: je 50mL Natriumcitrat-Puffer (0,1M) mit folgenden pH-<br />
Werten: 3,0; 3,5; 4,0; 4,5; 4,8; 5,0; 5,2; 6,0; 6,5; 7,0<br />
3mL p-Nitrophenylphosphat (45mg/3mL),<br />
Kartoffelphosphatase (5mg/5mL), 0,05M NaOH [R 35; S<br />
26- 37/39-45]<br />
Materialien: Photometer, Reagenzgläser<br />
Durchführung: 1. Bestimmung des pH-Optimums:<br />
19
Es werden jeweils zwei Lösungen in Reagenzgläsern<br />
angesetzt. Einmal eine Probelösung und einmal eine<br />
Kontrolllösung. In die Probelösung kommt 0,6mL des<br />
jeweiligen Puffers mit 0,2mL des Substrats (p-<br />
Nitrophenylphosphat), 0,3mL der Kartoffelphosphatase und<br />
0,1mL Wasser. Die Kontrolllösung wird analog angesetzt<br />
mit dem Unterschied, dass das Enzym weggelassen wird<br />
und stattdessen die Menge an Wasser von 0,1 auf 0,4mL<br />
erhöht wird. Diese Proben werden 25 Minuten bei 37°C<br />
inkubiert und die Reaktion mit 4mL 0,05M NaOH<br />
gestoppt. Man misst die Extinktion bei 400nm. Die<br />
Extinktion des Kontrollwertes wird von der Probelösung<br />
subtrahiert. Der Kontrollwert ist die Extinktion, die nicht<br />
auf die enzymatische Reaktion zurückzuführen ist.<br />
Das Ergebnis ist graphisch aufzutragen.<br />
2. Substratkonzentrationsabhängigkeit:<br />
Es wird der Puffer mit optimalen pH-Wert eingesetzt. Auch<br />
hier werden jeweils zwei Reagenzgläser pro<br />
Substratkonzentration von einem Gesamtvolumen von<br />
1,2mL angesetzt.<br />
Es wird jeweils 0,5mL des Puffers und 0,3mL des Enzyms<br />
in das Reagenzglas pipettiert.<br />
Die Konzentration des Substrates und des Wassers<br />
ermitteln sich wie folgt:<br />
Substrat Wasser<br />
a) 0,05 mL 0,35 mL<br />
b) 0,10 mL 0,30 mL<br />
c) 0,15 mL 0,25 mL<br />
d) 0,25 mL 0,15 mL<br />
e) 0,35 mL 0,05 mL<br />
Es wird wie bei der Bestimmung des pH-Optimums<br />
verfahren. Die Inkubationszeit beträgt auch hier 25<br />
Minuten und die Reaktion wird ebenfalls mit 4mL 0,05M<br />
NaOH gestoppt.<br />
Die Extinktion wird gegen die Substratkonzentration<br />
graphisch aufgetragen.<br />
Beobachtung: Durch graphische Auftragung lassen sich die Optima<br />
bestimmen.<br />
Erklärung: Phosphatasen lassen sich in zwei Gruppen einteilen:<br />
Phosphomonoesterasen und Phosphodiesterasen. Das hier<br />
benutzte Enzym spaltet Monoester.<br />
Zur Bestimmung dieses Enzyms macht man sich die<br />
Tatsache zu Nutze, dass bei der Spaltung des Substrats p-<br />
Nitrophenylphosphat zu p-Nitrophenol entsteht, das bei<br />
alkalischem pH gelb ist. Der Test kann auch mit<br />
Phenolphthalein durchgeführt werden. Der Test mit<br />
Phenolphthaleinphosphat beruht darauf, dass diese<br />
Substanz im alkalischen pH-Bereich farblos bleibt,<br />
20
während freies Phenolphthalein durch Alkali eine<br />
charakteristische Rotfärbung zeigt.<br />
Experiment mit Proteinasen<br />
Lernziel: Über die Gerinnungszeit der Milch wird die Abhängigkeit<br />
von der Temperatur, des pH-Wertes sowie der<br />
Enzymkonzentration ermittelt und graphisch aufgetragen.<br />
Chemikalien: Enzymlösung (z.B. Pepsin, Fa. Boehringer), Puffer: pH=5<br />
(zu diesem Zweck werden 75mL 1M NaOH [R35; S26-<br />
37/39-45] mit 1M Essigsäure [R10-35; S23.2-26-<br />
45]vermischt. Anschließend wird die Lösung in einem<br />
Messkolben mit dest. H2O auf 500mL aufgefüllt), 50g<br />
Milchtrockenpulver und 1,5g CaCl2 x 6H2O [R36; S22-24]<br />
in 150mL H2O<br />
Materialien: Reagenzgläser, Uhr, Wasserbad<br />
Durchführung: Es werden 2mL Puffer, und 2mL Lösung in einem<br />
Reagenzglas gut vermischt. Die Reaktion wird<br />
anschließend durch Zugabe von einem Milliliter<br />
Enzymlösung gestartet.<br />
Die Gerinnungszeit ist wird ermittelt.<br />
a) in Abhängigkeit von der Temperatur<br />
b) in Abhängigkeit des pH-Wertes<br />
c) in Abhängigkeit von der Enzymkonzentration.<br />
Man wähle die Versuchsstrategie in Anlehnung an die<br />
zuvor geschilderten Versuche. Die Ergebnisse sind<br />
graphisch darzustellen.<br />
Beobachtung: Durch graphische Darstellung lassen sich die verschiedenen<br />
Optima bestimmen.<br />
Erklärung: Proteolytische Enzyme teilt man ein in Exopeptidasen, die<br />
jeweils nur die endständige Aminosäure abspalten und<br />
Endopeptidasen, die die Proteine unspezifisch in der Mitte<br />
des Moleküls spalten. Enzyme, die Proteine spalten, sind<br />
bisher am besten aus tierischen Organen (und höheren<br />
Pflanzen) isoliert worden (z.B. Pepsin, Trypsin,<br />
Chymotrypsin, Papain und Bromalin).<br />
Interessant ist eine Proteinase aus Bazillus subtilis, die<br />
extrem temperaturstabil ist und selbst bei einer Temperatur<br />
von 90°C nicht zu inaktivieren ist. Der hier vorgestellte<br />
Versuch, die Gerinnung der Milch durch eine Proteinase,<br />
beruht auf der Umwandlung des Caseins in unlösliches<br />
Paracasein. Es handelt sich hierbei um eine Hydrolyse von<br />
Peptidbindungen.<br />
21
Enzymatischer Abbau von Stärke<br />
Lernziel: Über die Lugol’sche Lösung lässt sich die Stärke spezifisch<br />
nachweisen. Da die Amylase Stärke abbaut, entfärbt sich<br />
die Lugol’sche Lösung nach einer Weile, bis die komplette<br />
Stärke umgesetzt worden ist.<br />
Chemikalien: Lugol’sche Lösung [R52/53; S61], 1%ige Stärkelösung,<br />
Mundspeichel<br />
Materialien: 5 Reagenzgläser, Reagenzglasständer, Pipette<br />
Durchführung: Mundspeichel (benötigt werden etwa 5 mL; entspricht einer<br />
100%igen Ausgangslösung) wird mit Wasser im Verhältnis<br />
1:2 (gegebenenfalls auch 1:3, 1:4 oder 1:5) verdünnt.<br />
Anschließend werden 5 saubere Reagenzgläser mit 1mL<br />
der verdünnten Speichellösung beschickt. Der Start der<br />
Enzymreaktion erfolgt zeitgleich durch Zugabe des<br />
Substrats, der Stärkelösung. Nach jeweils 1, 2, 3, 4 und 5<br />
Minuten wird mit Lugol’scher Lösung auf vorhandene<br />
Stärke geprüft. Da diese Lösung alkoholisch ist, bricht sie<br />
die Enzymreaktion gleichzeitig ab.<br />
Beobachtung: Zu notieren ist die Färbung bei verschiedenen Testansätzen<br />
nach unterschiedlichen Versuchszeiten. Ist bereits nach 1<br />
oder 2 Minuten Reaktionszeit der gesamte vorgegebene<br />
Stärkevorrat im Ansatz abgebaut worden, wiederholt man<br />
den Versuch mit einer entsprechend stärker verdünnten<br />
Enzym-Lösung.<br />
Erklärung: Pflanzliche Stärke (Amylose/Amylopectin) kann durch<br />
Amylasen hydrolytisch abgebaut werden. Eine recht aktive<br />
Amylase (alter Name: Ptyalin), die Stärkemoleküle über so<br />
genannte Dextrine (=kurzkettige Amylose-Fragmente) bis<br />
zum Disaccharid Maltose abbaut, ist unter anderem im<br />
Mundspeichel enthalten.<br />
Als Maß für die Aktivität dieses Mundspeichelenzyms (zum<br />
Proteinnachweis Biuret-Test) wird in diesem Versuch die<br />
Nachweisbarkeit des Enzymsubstrats Stärke verwendet.<br />
Stärkelösung ergibt mit einer alkoholischen<br />
Iodiodkaliumlösung (=Lugol’sche Lösung) eine charakteristische<br />
schwarzviolette/blauviolette Färbung. Je weiter die<br />
Molekülketten der Stärke durch die Wirkung der Amylasen<br />
abgebaut wurden, umso schwächer fällt die typische<br />
Stärkereaktion gegen Lugol’sche Lösung aus, bis sie nach<br />
vollständigem Abbau des Substrats völlig ausbleibt. Dextrine<br />
geben je nach Kettenlänge mit Lugol’scher Lösung braunrote<br />
oder gelbbraune Farbtöne.<br />
Nachweis von Peroxidase im Meerrettich<br />
Lernziel: Im Meerrettich ist die Peroxidase enthalten, die zur Gruppe<br />
der Katalase angehört. Mit Pyrogallol lässt sich diese<br />
einfärben.<br />
Chemikalien: Pyrogallol [R20/21/22-52/53-68; S36/37-61], Wasserstoffperoxidlösung<br />
(3%)[R34; S3-26-36/37/39-45], Meerrettich<br />
Materialien: Becherglas 400mL<br />
22
Durchführung: 2,5mL Wasserstoffperoxydlösung werden mit 250mL<br />
Wasser verdünnt. Zu dieser Lösung werden 25mg<br />
Pyrogallol gegeben. Anschließend werden 10mL wässriger<br />
Meerrettich-Extrakt zugerührt.<br />
Beobachtung: Nach 30 bis 60 Sekunden färbt sich die Flüssigkeit rot.<br />
Erklärung: Peroxydasen spalten Wasserstoffperoxid und übertragen<br />
den Sauerstoff auf eine andere Verbindung. In diesem<br />
Experiment entsteht das rote Purpurogallin.<br />
Nachweis von Peroxidase in der Kartoffel<br />
Lernziel: Auch in der Kartoffel ist die Peroxidase anzutreffen. Neben<br />
Pyrogallol kann man auch Benzidin zum Einfärben<br />
verwenden.<br />
Chemikalien: Presssaft von frischen Kartoffeln, [R34; S3-26-36/37/39-<br />
45], Eisessig (Essigsäure 100%) [R34; S 23.2-26-36/37/39-<br />
45], Wasserstoffperoxid (3%) [R34; S3-26-36/37/39-45],<br />
Benzidin [R22-45-50/53; S45-53-60-61]<br />
Materialien: 3 Reagenzgläser<br />
Durchführung: 2mL Kartoffelpressaft werden unter Schütteln mit 3<br />
Tropfen Benzidinlösung (0,5g Benzidin in 3mL Eisessig)<br />
und 5 Tropfen Wasserstoffperoxydlösung versetzt. Man<br />
kocht ein wenig Kartoffelpresssaft auf und verfährt mit<br />
2mL dieser Lösung ebenso. Die Ergebnisse werden<br />
verglichen.<br />
Beobachtung: Beim rohen Kartoffelpresssaft tritt eine Blaufärbung auf,<br />
beim gekochten nicht.<br />
Erklärung: Bei zu hoher Hitzezufuhr (kochen) wird das Enzym<br />
Peroxydase denaturiert. Es ist zerstört und inaktiv.<br />
Nachweis von Dehydrase in der Milch*<br />
Lernziel: Mit diesem Versuch kann man die Dehydrase in Milch<br />
nachweisen.<br />
Chemikalien: Methanallösung (35%) [oder Benzaldehydlösung],<br />
Rohmilch (direkt unbehandelt von der Kuh), Methylenblaulösung<br />
[R22]<br />
Materialien: 2 Reagenzgläser, Reagenzglasgestell, Laborthermometer,<br />
Becherglas 400mL<br />
Durchführung: In zwei Reagenzgläser werden je 10mL Rohmilch mit so<br />
viel Methylenblaulösung versetzt, dass eine deutliche<br />
Blaufärbung zu erkennen ist. Zu einem Stoffgemisch<br />
werden noch 2mL Methanallösung (Benzaldehydlösung)<br />
gegeben und beide Reagenzgläser im Wasserbad auf 70°C<br />
erhitzt (Temperatur halten).<br />
Beobachtung: Das Gemisch, in dem Methanal enthalten ist, entfärbt sich<br />
nach ein bis zwei Minuten, das andere nicht (Man kann das<br />
Reagenzglas schütteln, um die Färbung wieder her zu<br />
stellen und den Versuch zu wiederholen).<br />
23
Erklärung: Methanal liegt in wässriger Lösung durch Keto-Enol-<br />
Tautomerie auch als Ethandiol vor. Mit Hilfe des Enzyms<br />
Dehydrase der Milch wird aus dem Diol Wasserstoff<br />
abgespalten. Methylenblau wirkt als Wasserstoffakzeptor<br />
und geht in eine farblose Leukoverbindung über.<br />
H<br />
H<br />
O<br />
H<br />
+ H 2 O<br />
Bemerkung: Dieser Versuch wurde auch mit Apfelstücken (mit Schale)<br />
statt Benzaldehyd durchgeführt. Bei der Fruchtreifung<br />
entsteht Ethanal als Reifegas und kann deswegen für diesen<br />
Versuch eingesetzt werden. Da das Gas aber nur in sehr<br />
geringer Konzentration vorliegt läuft die Reaktion<br />
entsprechend langsamer ab.<br />
Die Abhängigkeit der Enzymwirkung von der Zeit*<br />
Lernziel: Mit diesem Versuch soll gezeigt werden, dass Enzyme zwar<br />
katalytisch wirken, aber dennoch Zeit benötigen um die<br />
chemische Reaktion einzuleiten.<br />
Chemikalien: Stärkelösung, konz. Schwefelsäure, Kupfersulfat [R22-<br />
36/38-50/53; S22-60-61], Iodiodkaliumlösung [R52/53;<br />
S61]<br />
Materialien: Reagenzglas<br />
Durchführung: In einem Reagenzglas wird nach Zugabe von Mundspeichel<br />
und nach dem Durchmischen der Stärkelösung sofort mit<br />
einem Tropfen Iodiodkaliumlösung geprüft.<br />
Ein zweites Reagenzglas mit Stärke und Mundspeichel lässt<br />
man fünf Minuten in einem Wasserbad von 37°C stehen.<br />
Danach gibt man einen Tropfen Iodiodkaliumlösung hinzu.<br />
Beobachtung: Während im ersten Reagenzglas eine Blaufärbung eintritt,<br />
bleibt diese im zweiten Reagenzglas aus.<br />
Erklärung: Die Iodiodkaliumlösung ist ein spezifischer Nachweis für<br />
Stärke. Im Mundspeichel ist Amylase enthalten, die die<br />
Stärke in einzelne Zuckereinheiten spaltet. Da in das erste<br />
Reagenzglas gleich die Nachweislösung zugegeben wurde,<br />
hatte die Amylase noch nicht genügend Zeit die Stärke<br />
komplett umzusetzen. Wartet man hingegen fünf Minuten<br />
ist die Stärke komplett gespalten und der Nachweis fällt<br />
daher negativ aus.<br />
Enzymkinetische Untersuchungen mit Katalase<br />
Lernziel: Auch hier lässt sich beobachten, dass je mehr Zeit das<br />
Enzym hat, die Reaktion in Gang zu setzen, umso mehr<br />
H<br />
OH<br />
Methanal Methandiol<br />
OH<br />
H<br />
OH<br />
H<br />
O<br />
OH<br />
+<br />
H<br />
2[H]<br />
OH<br />
24
sich Schaum bildet. Dabei ist die Katalyse eine endliche<br />
Reaktion. Wenn kein Substrat mehr vorhanden ist, stagniert<br />
die Reaktion.<br />
Chemikalien: Katalaselösung (s. Kapitel 1), Wasserstoffperoxyd (8%ig)<br />
[R34; S3-26-36/37/39-45]<br />
Materialien: Bechergläser (500 mL), Reibe, große Petrischale, Teesieb,<br />
Reagenzgläser, Reagenzglasständer, Thermometer,<br />
Brenner, Messzylinder (250mL)<br />
Durchführung: Eine rohe Kartoffel wird mit einer Reibe zerkleinert. Das<br />
Reibegut wird mit gleicher Menge destilliertem Wasser<br />
versetzt und durch ein Teesieb filtriert. Je 5mL des Filtrats<br />
werden in sieben Reagenzgläser pipettiert und noch einmal<br />
die gleiche Menge Wasser zugesetzt. Diese Lösungen lässt<br />
man auf je 50mL 0,0625%ige, 0,125%igem 0,25%ige,<br />
0,5%ige, 1%ige, 2%ige, 4%ige und 8%ige Wasserstoffperoxidlösung<br />
einwirken. Die nach 1, 2, 3, 4 und 6 Minuten<br />
entstandene Schaummenge wird gemessen. Das Ergebnis<br />
wird grafisch dargestellt.<br />
Beobachtung: Es entstehen unterschiedliche Volumina an Schaum.<br />
Erklärung: Katalase zersetzt Wasserstoffperoxyd zu Wasser und<br />
Sauerstoff. Das entstehende Gas schäumt die Flüssigkeit<br />
auf und es entsteht der Schaum. Je nach<br />
Wasserstoffperoxid-Konzentration entsteht mehr oder<br />
weniger Schaum.<br />
Nachweis der Katalaseaktivität in Kartoffelgewebe (in vivo-Test)<br />
Lernziel: Dieser Versuch eignet sich durchaus auch als<br />
Schülerexperiment. Es soll gezeigt werden, dass in vielen<br />
Lebensmitteln die Katalase enthalten ist.<br />
Chemikalien: Wasserstoffperoxyd (3%) [R34; S3-26-36/37/39-45],<br />
Kartoffel, Zwiebel, Apfel<br />
Materialien: Reagenzglas, Petrischale, Rührstab aus Glas, Reibe<br />
Durchführung: Etwas zerriebener, frischer Kartoffelbrei wird in ein<br />
Reagenzglas gefüllt und anschließend mit etwa 0,1mL<br />
H2O2 – Lösung auch auf eine frische Kartoffel-, Zwiebel-<br />
oder Apfelscheibe pipettieren.<br />
Beobachtung: Die heftig einsetzende Schaumbildung in oder auf den<br />
Versuchsansätzen ist ein Anzeichen für rasche O2-<br />
Entwicklung durch zell- bzw. gewebeeigene<br />
Katalaseaktivität.<br />
Erklärung: Das Enzym Katalase ist in der Lage, in einer einfachen<br />
Reaktion Wasserstoffperoxyd zu zerlegen. Wasserstoffperoxid<br />
entsteht bei verschiedenen Stoffwechselreaktionen<br />
und ist als starkes Oxidationsmittel gleichzeitig ein<br />
beachtliches Zellgift. Aus diesem Grunde muss es in der<br />
Zelle sofort unschädlich gemacht werden. Katalase ist in<br />
lebenden Geweben daher weit verbreitet. Das Enzym ist<br />
unter anderem auch im Blutserum enthalten.<br />
Die Katalase zerlegt ihr Substrat in einer<br />
Zweistufenreaktion. In der ersten Teilreaktion oxidiert das<br />
Wasserstoffperoxid zunächst die eisenhaltige prosthetische<br />
25
Gruppe der Katalase (A-Fe 3+ -OH) und wird dabei selbst<br />
zum Wasser reduziert. Die oxidierte prosthetische Gruppe<br />
(A-Fe 3+ -OOH) reduziert darauf ein zweites Molekül<br />
Wasserstoffperoxid und geht ihrerseits unter<br />
Sauerstofffreisetzung in den Grundzustand zurück. Bei der<br />
ersten Teilreaktion ist H2O2 der Elektronen-Akzeptor, bei<br />
der zweiten dagegen Elektronen-Donator. Die<br />
Gesamtreaktion ist eine typische Disproportionierung, da<br />
jeweils ein weniger (H2O) und ein stärker (O2) oxidiertes<br />
Produkt entsteht. Bei der Reaktion findet im Unterschied<br />
zum Elektronentransport bei der Photosynthese oder<br />
Atmungskette kein Valenzwechsel der beteiligten Fe-Ionen<br />
statt.<br />
Nachweis pflanzlicher Phenoloxidasen (Mikronachweis)<br />
Lernziel: Wie der Titel schon sagt, ist der hier vorgestellte Versuch<br />
ein Mikronachweis von pflanzlichen Phenoloxidasen.<br />
Chemikalien: 10%ige Brenzkatechin-Lösung [R21/22-36/38; S22-26-37],<br />
2%ige Prolinlösung, Kartoffel, Apfel, Birne, Banane,<br />
Tomate<br />
Materialien: Petrischalen, Filterpapier (Rundfilter; 8cm Durchmesser),<br />
Glaskapillare, Pasteur-Pipette oder Automatikpipette<br />
Durchführung: Mit einer Kapillare oder einer Pipettenspitze entnimmt man<br />
frischen Presssaft aus Kartoffel, Apfel, Birne, Tomate,<br />
Bananenschale oder anderem Pflanzenmaterial und gibt<br />
davon wenige Tropfen auf das Filtrierpapier in der<br />
Petrischale. Anschließend werden je ein Tropfen<br />
Brenzkatechin-Lösung (Enzymsubstrat) und Prolinlösung<br />
zugegeben.<br />
Beobachtung: Sofern im Gewebeextrakt (Presssaft) aktive Phenoloxidasen<br />
(Phenolasen) vorhanden sind, färbt sich die Auftropfzone<br />
auf dem Filterpapier nach einiger Zeit intensiv braunrot an.<br />
Das entstehende Pigment geht nach einiger Zeit in violette<br />
bzw. bräunliche Färbungen über.<br />
Erklärung: Bestimmte gut fassbare Enzymreaktionen lassen sich nicht<br />
nur im isolierten System (in vitro) messen oder darstellen,<br />
sondern auch im Halbmikro- oder im Mikromaßstab<br />
(Tüpfelprobe). Ein Beispiel dafür ist die Mikrotechnik des<br />
vorliegenden Versuches, die mit minimalen Mengen<br />
auskommt.<br />
Pflanzliche Phenoloxidasen setzen Mono- oder Diphenole<br />
unter Verbrauch von molekularem O2 zu Chinonen um, die<br />
über eine Reihe weiterer Zwischenschritte (vor allem<br />
Polymerisationen) braune oder schwärzliche Melanine<br />
bilden. Die Braun- oder Schwarzfärbung von Pilzen,<br />
Bananen, Kartoffeln, Äpfeln oder anderer Gewebe beruht<br />
auf diesen Reaktionen. Ascorbinsäure verhindert als<br />
Elektronen-Donator eines beteiligten Enzyms<br />
(Chinonreduktase) die Polymerisation zu Melaninen und<br />
damit die Dunkelfärbung.<br />
26
Die physiologische Funktion der beteiligten Enzyme ist<br />
noch nicht abschließend geklärt, doch scheinen sie an<br />
verschiedenen Stellen des Sekundärstoffwechsels beteiligt<br />
zu sein.<br />
Bestimmung der Wechselzahl am Beispiel der Katalase<br />
Lernziel: Die Wechselzahl von Katalasen, die käuflich zu erwerben<br />
sind, variieren. Wie eine Wechselzahl bestimmt wird, soll<br />
hier gezeigt werden.<br />
Chemikalien: 1%ige H2O2-Lösung [R34; S3-26-36/37/39-45], Pyrogallol-Lösung<br />
[R20/21/22-52/53-68; S36/37-61], Pilz-<br />
Katalase (0,1%ig)<br />
Materialien: Saugflasche, Kolbenprober, Stativmaterial, Injektionsspritze<br />
(5 oder 10mL), Gummistopfen für Saugflasche,<br />
Stoppuhr<br />
Durchführung: Mit der Injektionsspritze wird die Enzymlösung bekannter<br />
Menge und Konzentration in die Substratvorlage<br />
(Saugflasche) gegeben. Den Ansatz kurz umschütteln. O2-<br />
Entwicklung nach drei Minuten mit dem Kolbenprober<br />
ablesen oder Zeit nehmen, wenn 50mL O2 aus der Katalase-<br />
Reaktion im Kolbenprober enthalten ist. Die Messergebnisse<br />
in mL O2/min sollen festgehalten werden.<br />
Beobachtung: Keine.<br />
Erklärung: Zur Berechnung der Wechselzahl muss die molare Masse<br />
des eingesetzten Enzyms und die Substratmenge [S] zur<br />
Versuchszeit t bekannt sein. Da [S] in diesem Fall im<br />
laufenden Versuch jedoch nicht zu bestimmen ist, rechnen<br />
wir mit der Menge des gebildeten Produktes [P] (=<br />
Sauerstoff), zumal [S] und [P] nach folgender<br />
Reaktionsgleichung in einem ganzzahligen Verhältnis zueinander<br />
stehen.<br />
Mess- und Rechengrößen sind:<br />
M(Katalase): ca. 250 000 g/mol<br />
Eingesetzte Enzym-Menge: 1 mL 0,01%ige Enzym-Lösung<br />
(= 0,01g Enzym in 100 mL; 1 mL davon enthält 0,0001g<br />
Enzym) sowie die gemessenen Volumina an freigesetztem<br />
Sauerstoff. Wenn 0,0001 g Enzym in der Zeiteinheit x mL<br />
O2/min freisetzen, bilden 250 000 g Enzym (1 mol) y mol<br />
O2/min. Unter Berücksichtigung der Avogadro-Zahl (6,02 x<br />
10 23 ) ist dann der Schluss erlaubt, das ein Molekül Katalase<br />
z Moleküle O2/min freisetzt. Bei der Rechnung ist zu<br />
berücksichtigen, dass in der vorliegenden Reaktion jeweils<br />
2 mol Substrat (H2O2) umsetzen sind, um 1 mol Produkt<br />
(O2) zu erhalten. Der Sauerstoffnachweis erfolgt indem das<br />
bei der Reaktion entwickelte Gas, welches sich im<br />
Kolbenprober befindet, mit einer angeschlossenen Pasteur-<br />
27
Pipette in das Reagenzglas mit Pyrogallol-Lösung drückt.<br />
Es entsteht eine auffällige Verfärbung nach dunkelbraun,<br />
die zeigt dass eine O2-abhängige Oxidation des Pyrogallols<br />
abläuft.<br />
Bestimmung der Wechselzahl der Katalase<br />
Lernziel: Hier wird eine andere Möglichkeit zur Bestimmung der<br />
Wechselzahl der Katalase vorgestellt.<br />
Chemikalien: Katalase reinst (Lösung = 10mg in 10mL aqua dest.),<br />
Wasserstoffperoxid (3%ig) [R34; S3-26-36/37/39-45]<br />
Materialien: Gasometer, Schnappdeckelgläschen, Stoppuhr, Pinzette,<br />
Saugflasche mit Stopfen<br />
Durchführung: Eine Saugflasche wird mit dem Gasometer über einen<br />
Schlauch verbunden. Man schließt den Verbindungshahn<br />
zur Saugflasche und öffnet den zweiten Hahn am<br />
Gasometer. Der Messzylinder wird bis zu einer bestimmten<br />
Marke (z.B. 100mL) hochgehoben und dann der Hahn<br />
geschlossen. Der Nullwert wird notiert.<br />
Auf den Boden der Saugflasche gibt man 50mL 3%ige<br />
Wasserstoffperoxidlösung. In das Schnappdeckelgläschen<br />
füllt man 1mL 0.1%ige Katalaselösung und stellt es ohne<br />
zu kippen mit einer Pinzette auf den Boden der<br />
Saugflasche. Die Saugflasche wird mit einem Stopfen dicht<br />
verschlossen.<br />
Der Verbindungshahn zur Saugflasche wird geöffnet und<br />
die Versuchsanordnung auf Dichtigkeit geprüft. Der<br />
Nullwert darf sich nicht verändern. Durch Kippen und<br />
Schwenken der Saugflasche bringt man das<br />
Schnappdeckelgläschen zum Umfallen und vermischt die<br />
Katalase mit dem Wasserstoffperoxid. Gleichzeitig drückt<br />
man die Stoppuhr. Die gebildete Sauerstoffmenge wird je<br />
nach Stärke des Reaktionsverlaufs in Abständen von 10<br />
oder 20 Sekunden abgelesen. Der Versuch wird<br />
abgebrochen, sobald sich 200-400mL Sauerstoff gebildet<br />
haben. Der Auslasshahn am Gasometer wird geöffnet. Am<br />
einfachsten ist es, den Versuch bei Zimmertemperatur<br />
durchzuführen, da dann ohne Wasserbad bei konstanter<br />
Temperatur gearbeitet werden kann. Die Temperatur des<br />
Reaktionsgemisches wird gemessen und notiert.<br />
Auswertung: Die Wechselzahl (oder molekulare Aktivität) der Katalase<br />
bei vorgegebener Temperatur kann as folgenden Größen<br />
errechnet werden:<br />
Molekularmasse (Katalase) = 250000u<br />
Beteiligte Enzymmenge = 1mg<br />
Freigesetztes Volumen O2 = X mL<br />
Benötigte Zeit = Y Minuten<br />
Rechenbeispiel: Berechnung der Sauerstoffmenge, die 1Mol Katalase bei<br />
gegebenen Bedingungen liefern würde (T=18°C, 230mL<br />
O2, t=1min)<br />
28
0,01 g Katalase liefern 0,230 L O2/min<br />
250000 g Katalase liefern 5,75x10 7 L O2/min<br />
Umrechnung der Sauerstoffmenge auf 1 Mol<br />
22,4 L O2 = 1 Mol<br />
5,75x10 7 L O2 = 2,6x10 6 Mol<br />
1 Mol Katalase setzt pro Minute folglich 2,6x10 6 Mol<br />
Sauerstoff frei.<br />
Berechnung der Wechselzahl<br />
(Es müssen 2 Mole Substrat umgesetzt werden um 1 Mol<br />
Sauerstoff zu bilden)<br />
2x 2,6x10 6 Mol = 5,2x10 6 Mol<br />
Substratspezifität der Urease*<br />
Lernziel: Es soll demonstriert werden, dass Enzyme substratspezifisch<br />
sind und schon ein winziger Unterschied unter<br />
Umständen reicht, dass das Enzym das Substrat nicht<br />
zersetzt.<br />
Chemikalien: Urease (aus eigener Präparation siehe Kapitel 1), Harnstoff,<br />
Thioharnstoff [R22-40-51/53-63; S36/37-61], Bromthymolblau,<br />
Essigsäure (verdünnt) [R10-35; S23.2-26-45]<br />
Materialien: Reagenzgläser, Reagenzglasständer, Becherglas (200mL),<br />
Tropfpipette, Wasserbad<br />
Durchführung: Jeweils ein Reagenzglas wird mit 1 Spatelspitze Harnstoff-,<br />
bzw. Thioharnstoff befüllt, das Pulver mit ca. 5mL<br />
destilliertem Wasser gelöst und mit 3-5 Tropfen<br />
Bromthymolblau versetzt. Wenn nötig wird mit Essigsäure<br />
so weit sauer gestellt, dass eine deutliche Gelbfärbung zu<br />
erkennen ist. Anschließend gibt man in beide<br />
Reagenzgläser 1-2mL Ureaselösung und stellt sie in ein<br />
Wasserbad von 30-40°C.<br />
Beobachtung: Bei der Harnstofflösung tritt nach kurzer Zeit ein<br />
Farbumschlag von blau nach gelb ein. Bei der<br />
Thioharnstofflösung bleibt dieser Farbumschlag aus.<br />
Erklärung: Harnstoff und Thioharnstoff unterscheiden sich nur<br />
geringfügig. Der einzige Unterschied ist, dass das<br />
Sauerstoffatom des Harnstoffs durch ein Schwefelatom<br />
ersetzt wurde. Trotzdem ist deutlich zu erkennen, dass der<br />
Thioharnstoff durch die Urease nicht zersetzt wird. Das<br />
Schwefelatom hat einen größeren Radius als das<br />
Sauerstoffatom. Das Molekül ist folglich zu groß und<br />
„passt“ nicht in das aktive Zentrum des Enzyms.<br />
29
Abhängigkeit der Enzymaktivität von der Substratkonzentration<br />
Lernziel: Es soll erkannt werden, dass das Substrat bei zu hoher<br />
Konzentration das Enzym in seiner Aktivität hemmen kann.<br />
Chemikalien: Ureaselösung (1%ig in destilliertem Wasser), Harnstofflösung<br />
(10%ig in destilliertem Wasser)<br />
Materialien: Leitfähigkeitsapparatur, Messzylinder (100mL), Pipette<br />
(5mL), Stoppuhr<br />
Durchführung: Die Apparatur wird aufgebaut wie im Versuch der<br />
Temperaturabhängigkeit. Aus der 10%igen Harnstofflösung<br />
stellt man eine Verdünnungsreihe aus folgenden<br />
Konzentrationen her: 1%, 0.1%, 0.05% und 0.025%. Da<br />
alle Messungen der Verdünnungsreihe bei gleicher<br />
Temperatur stattfinden müssen, empfiehlt sich die<br />
Anwendung eines Wasserbades.<br />
Zu 50mL Harnstofflösung gibt man jeweils 2mL 0.1%ige<br />
Ureaselösung (Messung erfolgt wie in anderem Versuch).<br />
Die Leitfähigkeit wird 5 Minuten lang alle 30 Sekunden<br />
abgelesen.<br />
Die Enzymaktivitäten werden in ein Diagramm<br />
eingezeichnet (Ordinate I in mA, Abszisse t in Minuten).<br />
Beobachtung: Von 0.025% bis 1% ist die Substratkonzentration der<br />
Enzymaktivität proportional. Bei 10%iger Lösung ist die<br />
Aktivität verringert.<br />
Erklärung: Durch die hohe Konzentration des Substrats tritt eine<br />
Hemmung der Enzymaktivität ein.<br />
Stärkeabbau durch Ptyalin<br />
Lernziel: Es wird die Einwirkung von Speichel auf Stärke untersucht.<br />
Chemikalien: dest. Wasser, Iodiodkaliumlösung [R52/53; S61], Fehlingsche<br />
Lösung I+II, Weißbrot<br />
Materialien: Reagenzgläser, Wasserbad oder Brenner, Mörser und Pistill<br />
Durchführung: Zwei Stücke Brot werden jeweils mit 10mL Wasser in<br />
einem Reagenzglas aufgeschlämmt und mit Iodiodkaliumlösung<br />
auf Stärke, bzw. mit Fehlingscher Lösung auf<br />
Zucker getestet. Ein Teil des restlichen Brotes wird etwa 5<br />
Minuten im Mund zerkaut, anschließend in einen Mörser<br />
gegeben und mit 20mL Wasser verdünnt und verrieben. Die<br />
Lösung wird anschließend gleichmäßig auf zwei<br />
Reagenzgläser verteilt. Der Inhalt des ersten wird mit<br />
Iodiodkaliumlösung auf Stärke getestet, das andere wird mit<br />
Fehlingscher Lösung auf Zucker getestet.<br />
Beobachtung: Die unzerkauten, aufgeschlämmten Brotstücke weisen eine<br />
Blaufärbung beim Stärkenachweis auf, die Fehlingprobe<br />
fällt negativ aus. Bei den behandelten Brotproben kann man<br />
bei der Stärkeprobe keine Blaufärbung mehr erkennen,<br />
wohingegen die Fehlingprobe nun positiv ausfällt.<br />
Erklärung: Stärke ist eine lange Verkettung von Zuckermolekülen. Das<br />
Ptyalin im Speichel zerstört spezifisch die Bindung<br />
30
zwischen den einzelnen Zuckermolekülen. Da dadurch die<br />
Helixstruktur zerstört wird, kann sich das Iodiodkalium<br />
nicht mehr in die Helix einlagern und der Stärkenachweis<br />
fällt dementsprechend negativ aus. Allerdings sind nun die<br />
einzelnen Zuckermoleküle zugängig und die Fehlingprobe<br />
kann dies beweisen.<br />
Nachweis von Malatdehydrogenase<br />
Lernziel: Es soll die Malatdehydrogenase in Kartoffeln nachgewiesen<br />
werden.<br />
Chemikalien: Extraktions- und Messpuffer: 100mL 0,3M Tris/HCl-<br />
Puffer, 6,0mg Oxalessigsäure in 10mL H2O lösen, 102mg<br />
MgCl2 x 6 H2O in 10mL H2O lösen, 7,8mg NADH in 5mL<br />
H2O lösen (berechnet für das Dinatriumsalz),<br />
Kartoffelstücke<br />
Materialien: Verbandmull, Laborzentrifuge, Spektralphotometer,<br />
Meßküvetten (Schichtdicke 1cm), Stoppuhr, Pipetten (1, 2<br />
und 5mL)<br />
Durchführung: Kartoffelstücke werden im Mörser zerkleinert, mit H2O<br />
oder Puffer versetzt und durch einige Lagen Mull<br />
abgepresst. Den erhaltenen Extrakt klärt man durch<br />
Zentrifugation. Alternativ kann man auch frisch gepressten<br />
Orangensaft verwenden (partikelfrei durch Zentrifugation).<br />
Der Reaktionsstart erfolgt durch Zugabe des Enzymsubstrat<br />
Oxalessigsäure (OAA). Am Photometer werden die<br />
jeweiligen Extinktionen bei 340nm bzw. 366nm nach 1, 3<br />
und 5 Minuten abgelesen und in eine Ergebnistabelle<br />
eingetragen.<br />
Die Auswertung erfolgt nach Untersuchung der folgenden<br />
Kriterien:<br />
1) Sind die Messergebnisse linear? Liegt eine unveränderte<br />
Zeitabhängigkeit oder Beschleunigung/Verlangsamung<br />
der Reaktion vor?<br />
2) Sind die Messergebnisse proportional? Ist die<br />
Reaktionsgeschwindigkeit linear steigerungsfähig,<br />
wenn man das Substratangebot entsprechend erhöht?<br />
In der analytischen Biochemie werden Enzymaktivitäten<br />
möglichst nicht aus dem Rohextrakt, sondern nach<br />
vielschichtiger, technisch und zeitmäßig jedoch sehr<br />
aufwendiger Reinigung gemessen. Enzymatische<br />
Bestimmungen aus einem Rohextrakt können naturgemäß<br />
nur vorläufige Daten liefern.<br />
Beobachtung: Keine.<br />
Erklärung: Die Umsetzung von Oxalessigsäure zu Äpfelsäure durch<br />
das NADH- abhängige Enzym Malatdehydrogenase<br />
(MDH) ist die Rückreaktion eines sehr wichtigen<br />
Stoffwechselschritts aus dem oxidativen Stoffabbau. Im<br />
31
vorliegenden Versuch stehen die Gewinnung eines aktiven<br />
Enzyms, die Testtechnik sowie Aussagen zur<br />
Enzymaktivität im Vordergrund.<br />
Das wasserstoffliefernde Nicotinamid-adenin-dinucleotid (=<br />
Cosubstrat der MDH) absorbiert in seiner reduzierten Form<br />
(=NADH) bei 340 bzw. 366nm besonders stark, im<br />
oxidierten Zustand (=NAD) dagegen fast gar nicht mehr.<br />
Dieser beträchtliche Unterschied eröffnet eine sehr bequeme<br />
und gleichzeitig zuverlässige Möglichkeit, enzymbedingten<br />
NADH-Verbrauch im Spektralphotometer zu verfolgen und<br />
als Maß der Enzymaktivität zu verwenden.<br />
32
5 Abhängigkeit der Enzymwirkung<br />
Die pH-Wert-Abhängigkeit ; Enzymgifte<br />
Lernziel: Die Hemmung über die pH-Wertverschiebung außerhalb<br />
des Optimums und das Katalysatorgift Kupfersulfat soll<br />
hier gezeigt werden.<br />
Chemikalien: Stärkelösung, konz. Salzsäure [R 34-37; S 26-36/37/39-45],<br />
Kupfersulfat [R22- 36/38; S 22-60-61], Iodiodkaliumlösung<br />
[R 52/53; S 61]<br />
Materialien: Reagenzgläser<br />
Durchführung: In drei Reagenzgläserwerden jeweils Stärkelösung und<br />
Mundspeichel eingefüllt. In eines der Reagenzgläser gibt<br />
man zusätzlich einen Tropfen konz. Salzsäure, in ein<br />
zweites 2 Tropfen einer 1%igen Kupfersulfatlösung.<br />
Umschütteln! Die drei Reagenzgläser stellt man fünf Minuten<br />
in ein Wasserbad von etwa 40°C.<br />
Beobachtung: Beim Prüfen mit je einem Tropfen Iodiodkaliumlösung<br />
erfolgt Blaufärbung in den beiden Reagenzgläsern, die<br />
einen Zusatz erhalten haben.<br />
Erklärung: Im Speichel ist das Enzym Ptyalin (=Amylase) enthalten.<br />
Die Stärke wird durch dieses Enzym abgebaut zu Maltose,<br />
die mit Iodlösung keine Reaktion mehr zeigt.<br />
Die Gelbfärbung der Flüssigkeit rührt vom Iod her. Die<br />
Enzymwirkung ist vom pH-Wert abhängig. Jedes Enzym<br />
hat sein eigenes pH-Optimum (die Amylase liegt bei<br />
pH=6,6). Durch die Salzsäure wird die Amylase inaktiviert,<br />
so dass man Stärke nachweisen kann. Schwermetallsalze<br />
(Hg 2+ , Cu 2+ , Ag + usw.) stellen mehr oder weniger starke<br />
Katalysatorgifte dar. Sie hemmen die Enzymwirkung. In<br />
unserem Fall blockieren Cu 2+ - Ionen die Amylasewirkung,<br />
der Stärkenachweis ist positiv.<br />
Die Temperaturabhängigkeit<br />
Lernziel: Das Temperaturoptimum der Amylase lässt sich mit diesem<br />
Versuch sehr schön zeigen. Er eignet sich besonders als<br />
Schülerexperiment.<br />
Chemikalien: Stärke, Iodiodkaliumlösung, Speichel<br />
Materialien: Wasserbad, Reagenzgläser, Eis, Heizplatte<br />
Durchführung: Die Stärke wird mit dem Speichel zu einer Lösung<br />
vermischt. Das Stärkespeichelgemisch wird in ein<br />
Wasserbad von rund 90°C für 5 Minuten gestellt.<br />
Anschließend nimmt man es heraus und lässt es abkühlen<br />
und gibt Iodiodkaliumlösung hinzu. Ein weiteres<br />
Stärkespeichelgemisch stellt man in ein mit Eis gefülltes<br />
Becherglas für 5 Minuten und gibt wieder Iodiodkaliumlösung<br />
hinzu.<br />
Als Blindprobe wird dem noch körperwarmen Stärkespeichelgemisch<br />
nach etwa 5 Minuten Iodiodkaliumlösung<br />
zugesetzt.<br />
33
Beobachtung: Das Stärkespeichelgemisch im Wasserbad und das im<br />
Eisbehälter geben einen positiven Stärkenachweis. In den<br />
Lösungen tritt eine intensive Blaufärbung ein. Während in<br />
der Blindprobe der Nachweis negativ ausfällt.<br />
Erklärung: Das Temperaturoptimum der Speichel – Amylase ist die<br />
Körpertemperatur. Nur dort kann sie die Stärke optimal<br />
abbauen. Bei 90°C hingegen denaturiert die Proteinstruktur<br />
von der Amylase und wird so irreversibel geschädigt.<br />
Deswegen fällt der Stärkenachweis bei 90°C positiv aus.<br />
Die Probe, die ins Eis gestellt worden ist, ist zwar noch<br />
katalytisch aktiv. Die chemische Umsetzung erfolgt jedoch<br />
so langsam, dass der Stärkenachweis auch hier positiv<br />
ausfällt.<br />
Einfluss hoher Temperaturen auf die Aktivität von Enzymen<br />
Lernziel: Mit diesem Versuch soll gezeigt werden, dass es nicht<br />
dringend notwendig ist, das enzymhaltige Material zu<br />
erhitzen, um es zu deaktivieren. Es reicht schon der<br />
Einfluss einer heißen Münze, um das Enzym Katalase zu<br />
hemmen.<br />
Chemikalien: Kartoffel, Wasserstoffperoxid (3%ig)<br />
Materialien: Messer, kleine Petrischale, Pipette, 5-Centstück,<br />
Tiegelzange, Brenner<br />
Durchführung: In eine Petrischale wird eine Kartoffelscheibe gelegt (etwa<br />
0,5cm dick) anschließend wird die Münze mit der<br />
Brennerflamme zum Glühen gebracht. Die glühende Münze<br />
wird auf die Kartoffelscheibe gelegt und nach etwa einer<br />
Minute wieder entfernt. Die ganze Schnittfläche der<br />
Kartoffel wird daraufhin mit Wasserstoffperoxyd beträufelt.<br />
Beobachtung: An den rohen Stellen schäumt das Wasserstoffperoxyd auf,<br />
die Fläche, die von der Münze abgedeckt wurde, weist<br />
keine Schaumbildung auf.<br />
Erklärung: Das Enzym (Katalase) wird durch die Hitze der glühenden<br />
Münze denaturiert und inaktiv.<br />
Temperaturabhängigkeit der Katalaseaktivität<br />
Lernziel: Mit diesem Versuch lässt sich das Temperaturoptimum<br />
genau bestimmen.<br />
Chemikalien: Katalaselösung (s. Kapitel 1) , H2O2 (5%) [R34; S3-26-<br />
36/37/39-45],<br />
Materialien: Becherglas (500mL), Reagenzgläser, Reagenzglasständer,<br />
Thermometer, Bunsenbrenner, Glaspipetten, Messzylinder<br />
(250mL)<br />
Durchführung: Je 5mL der Katalaselösung wird in sieben Reagenzgläser<br />
pipettiert und diese in ein mit wassergefüllten Becherglas<br />
gestellt. Anschließend erhitzt man das Wasser und damit<br />
den Inhalt der Reagenzgläser, über einen Dreifuss mit dem<br />
Bunsenbrenner. Im Becherglas wird die Temperatur mit<br />
Hilfe des Thermometers überprüft und bei 20, 30, 40, 50,<br />
34
60, 70, 80°C entnimmt man jeweils ein Reagenzglas. Man<br />
lässt alle Reagenzgläser auf 20°C abkühlen.<br />
In sieben Messzylinder füllt man je 50mL Wasserstoffperoxid.<br />
Nun schüttet man den Inhalt der Reagenzgläser in<br />
die Messzylinder. Nach jeweils 2, 4, 6, 8 und 10 Minuten<br />
wird die Schaummenge abgelesen in allen Messzylinder ab<br />
und notiert diese.<br />
Beobachtung: Die Schaummenge wird graphisch gegen die Zeit<br />
aufgetragen.<br />
Erklärung: Keine.<br />
Hitzeempfindlichkeit der Enzyme<br />
Lernziel: Ein weiterer Versuch, der zeigt, dass Enzyme über hohe<br />
Temperaturen irreversibel geschädigt werden.<br />
Chemikalien: Urease bzw. Katalase, Harnstoff, Wasserstoffperoxid 3%,<br />
[R34; S3-26-36/37/39-45], Bromthymolblau<br />
Materialien: Tropfpipette, Reagenzgläser, Bunsenbrenner<br />
Durchführung: In 10mL Wasser wird eine Spatelspitze Urease gelöst. Der<br />
Ansatz wird anschließend auf jeweils zwei Reagenzgläser<br />
gleichmäßig aufgeteilt. Die Urease im ersten Reagenzglas<br />
wird jeweils 2 bis 3 Minuten gekocht. Anschließend setzt<br />
man beiden Reagenzgläsern jeweils etwa 5mL 1%ige<br />
Harnstofflösung zu und prüft mit 5-10 Tropfen<br />
Bromthymolblau auf Ammoniak. Der Ansatz mit der<br />
Katalase verläuft gleichermaßen, nur wird an Stelle von<br />
Harnstoff 3%ige Wasserstoffperoxydlösung zu (und<br />
Indikator ist keiner nötig).<br />
Beobachtung: Bei den gekochten Enzymen tritt keine Reaktion auf. Man<br />
kann weder Ammoniak nachweisen, noch treten bei der<br />
Katalase Bläschen auf.<br />
Erklärung: Hitze zerstört hier wie bei allen Proteinen und Enzymen die<br />
Struktur (Denaturierung). Die Enzyme sind somit tot und<br />
inaktiv.<br />
Bestimmung der Temperaturabhängigkeit von Urease durch<br />
Leitfähigkeitsmessung<br />
Lernziel: Es soll erkannt werden, dass Enzyme ein Temperaturoptimum<br />
besitzen.<br />
Chemikalien: Ureaselösung (1%ig in aqua dest.), Harnstofflösung (1%ig<br />
in aqua dest.), Eiswürfel<br />
Materialien: Leitfähigkeitselektrode, Trafo, Amperemeter,<br />
Magnetrührer, Stativ, Pipette (10, 20 oder 40mL), Pipette<br />
1mL, Stoppuhr, Thermometer, 5 Bechergläser (groß), 5<br />
Bechergläser (100mL)<br />
Durchführung: Die Versuchsapparatur wird entsprechend der Zeichnung<br />
aufgebaut, dabei ist zu beachten, dass das Amperemeter im<br />
Hauptschluss zwischen Messstab und Trafo eingebaut wird.<br />
Es empfiehlt sich, eine Spannung von ca. 10V<br />
35
Wechselstrom zu wählen. Bei höheren Spannungen können<br />
elektrolytische Erscheinungen stören. Bei Gleichstrom tritt<br />
eine Polarisation der Elektroden auf, die das Messergebnis<br />
verändern. Die Messung selbst wird im 3-10 mA-Bereich<br />
durchgeführt. Da bei allen Messungen eine konstante<br />
Temperatur die Vorraussetzung ist, müssen die<br />
Enzymlösung und die Substratlösung zuvor im Wasserbad<br />
auf die gewünschte Temperatur gebracht werden.<br />
In ein kleines Becherglas werden 40mL 1%ige<br />
Harnstofflösung gegeben. In das Reagenzglas gibt man<br />
10mL Enzymlösung. Es werden 5 Ansätze zu folgenden 5<br />
Temperaturen vorbereitet. 5°, 15°, 35°, 50° und 70°C.<br />
Der Messstab wird so tief wie möglich in die<br />
Harnstofflösung eingetaucht, wobei darauf zu achten ist,<br />
dass sie nicht durch die Rührfische beschädigt wird. Es<br />
wird bei geringer Geschwindigkeit gerührt. Vor jeder<br />
Messung muss der Nullwert bestimmt werden. Hierbei wird<br />
die Leitfähigkeit der Harnstofflösung über 1 bis zwei<br />
Minuten gemessen, bis sich ein konstanter Wert eingestellt<br />
hat. Dieser Wert wird als Wert t0 (Nullwert) in die Tabelle<br />
eingetragen. Unmittelbar vor Versuchsbeginn wird die<br />
genaue Temperatur abgelesen, dann die Harnstofflösung<br />
mit Urease versetzt und gleichzeitig die Stoppuhr gedrückt.<br />
Im Abstand von 20 Sekunden wird der Wert des<br />
Amperemeters abgelesen und notiert. Man führt die<br />
Messung über einen Zeitraum von 5 Minuten durch. Nach<br />
Versuchsende wird die Messzelle und der Rührfisch mit<br />
destilliertem Wasser abgespült und die nächste Messung<br />
durchgeführt.<br />
Auswertung: Zeichne die Graphen für die relative Enzymaktivität in mA<br />
bei den fünf verschiedenen Temperaturen. Trage auf der<br />
Ordinate die Stromstärke I in mA und auf der Abszisse die<br />
Zeit t in Minuten auf. Berechne die relative<br />
Reaktionsgeschwindigkeit v, indem du den Anstieg des<br />
Graphen für die Enzymaktivität zwischen der zweiten und<br />
dritten Minute berechnest.<br />
It (2) − It (1)<br />
v =<br />
(2) t −(1)<br />
t<br />
Hierbei: v = relative Reaktionsgeschwindigkeit<br />
I = Stromstärke in mA<br />
t = Zeit in Minuten<br />
Trage die Reaktionsgeschwindigkeit in Abhängigkeit zur<br />
Temperatur als Graph auf. (Ordinate =<br />
Reaktionsgeschwindigkeit (v), Abszisse = Temperatur (T)<br />
in °C)<br />
Beobachtung: Im Gegensatz zur RGT-Regel (van’t Hoffsche Regel)<br />
verdoppelt sich die Reaktionsgeschwindigkeit nicht mehr<br />
36
ei einer Temperaturerhöhung um 10 Kelvin, wenn die<br />
Temperatur eine bestimmte Temperatur überschreitet.<br />
Erklärung: Enzyme sind organischen Ursprungs. Sie haben ein<br />
Temperaturoptimum, in dem sie besser arbeiten, darüber<br />
und darunter arbeiten sie schlechter. Hinzu kommt, dass<br />
Enzyme bei zu hoher Temperatur denaturieren und<br />
komplett inaktiv werden.<br />
Eiweißabbau durch Pepsin und Trypsin bei verschiedenen pH-Wert<br />
Lernziel: Es soll erkannt werden, dass Enzyme ein pH-Optimum<br />
besitzen.<br />
Chemikalien: Pepsin, Trypsin, Salzsäure (1N), Natronlauge (0,1N), Universalindikatorpapier<br />
Materialien: Wasserbad (oder Wärmeschrank), 7 Reagenzgläser,<br />
Reagenzglasständer, Becherglas (100-200mL), Glasstab,<br />
Messpipetten (10mL), Eiklar<br />
Durchführung: In einem Becherglas wird in 25-30mL Wasser 1-2mL<br />
Eiklar eingerührt und so weit erhitzt, bis das Eiweiß unter<br />
ständigem Rühren fein ausflockt.<br />
In je 5mL Wasser wird eine Spatelspitze(10mg) Pepsin,<br />
bzw. Trypsin aufgeschlämmt und gut geschüttelt.<br />
In fünf beschriftete Reagenzgläser gibt man je 5mL<br />
Eiweißsuspension und ergänzt nach folgendem Muster:<br />
Glas 1: Kontrolle ohne Enzym<br />
Glas 2: 2mL Pepsin<br />
Glas 3: 2mL Pepsin und einige Tropfen Salzsäure (pH auf 2<br />
stellen)<br />
Glas 4: 2mL Trypsin<br />
Glas 5: 2mL Trypsin und einige Tropfen Natronlauge (pH<br />
auf 8-9 stellen)<br />
Die Reagenzgläser werden in ein Wasserbad von 40°C<br />
gegeben und die Entwicklung nach einer Stunde (besseres<br />
Ergebnis nach 1 Tag) kontrolliert.<br />
Beobachtung: In Reagenzglas 1 geschieht nichts. Auch in Glas 2 und 4 ist<br />
kaum ein Unterschied zu erkennen. In Reagenzglas 3 und 5<br />
jedoch kann man eine deutliche Zersetzung beobachten.<br />
Erklärung: Pepsin und Trypsin sind in ihrer Wirkung sehr stark vom<br />
pH-Wert abhängig (pH-Optimum). Nur bei entsprechendem<br />
pH-Wert erreichen sie ihr Wirkungsoptimum.<br />
Substrathemmung der Urease<br />
Lernziel: Dieser Versuch dient zur Veranschaulichung, dass auch<br />
eine zu hohe Substratkonzentration die Effektivität eines<br />
Enzyms einschränken kann.<br />
Chemikalien: Urease, Harnstoff, aqua dest.<br />
37
Materialien: Leitwertprüfgerät, Stromversorgungsgerät, Voltmeter,<br />
Ampèremeter, Messzylinder 100mL, Stoppuhr, 8 Glasstäbe,<br />
8 Bechergläser 150mL, 8 Bechergläser 50mL<br />
Durchführung: In sieben Bechergläser (150mL) wiegt man folgende<br />
Harnstoffmengen ein und löst diese jeweils in 100mL aqua<br />
dest.<br />
Becherglas 8 wird nur mit destilliertem Wasser gefüllt und<br />
dient als Leerwert.<br />
Man misst die Stromstärke I in den Bechergläsern bei 5V<br />
Wechselstrom.<br />
In 8 Bechergläser (50mL) wiegt man je 0,2g Urease ab.<br />
Man stellt die Bechergläser mit Urease je eins neben eines<br />
der anderen Bechergläser mit der Lösung und legt je einen<br />
Glasstab bereit, da nach Zugabe kräftig gerührt werden<br />
muss.<br />
Zugabe und Messung erfolgt nach folgendem Schema:<br />
Nach 4 Minuten (siehe Schema) taucht man den<br />
Leitwertprüfer in Becherglas 1, schaltet die<br />
Stromversorgung ein und misst die Stromstärke I. Die<br />
Elektrode wird anschließend mit aqua dest. abgespült und<br />
dann nach Schema in das nächste Becherglas getaucht und<br />
der Wert gemessen.<br />
Auswertung: Man trägt die gemessenen Werte in ein Diagramm ein,<br />
wobei die Stromstärke die Ordinate ist und die<br />
Harnstoffkonzentration die Abszisse ist.<br />
Erklärung: Keine.<br />
Allosterische Hemmung<br />
Becherglas 1 2 3 4 5 6 7<br />
Harnstoff [g] 0,1 0,5 1 1,5 2 4 6<br />
Becherglas 1 2 3 4 5 6 7 8<br />
Zeitpunkt<br />
Urease [s]<br />
der 0 30 60 90 120 150 180 210<br />
Zeitpunkt<br />
Messung [s]<br />
der 240 270 300 330 360 390 420 450<br />
Lernziel: Neben den vorgestellten Hemmungen, kann man an mit<br />
diesem Versuch die allosterische Hemmung von Enzymen<br />
zeigen.<br />
Chemikalien: Bäckerhefe, Glucose, Natriumcitrat, Nährbouillon<br />
Materialien: 8 Büretten 50mL, 8 Reagenzgläser mit seitlichem Ansatz, 8<br />
dazu passende Stopfen, 8 kurze Gasableitungsröhrchen, 8<br />
Gummischlauchverbindungen, 9 Bechergläser 500mL<br />
(weite Form), Messzylinder 50mL, 2 Bechergläser 100mL,<br />
Becherglas 50mL, 10 Glasstäbe, Messpipette 1mL und<br />
Messpipette 10mL, 8 Thermometer, Stoppuhr, Wasserbad<br />
Durchführung: Vorbereiten der Lösungen:<br />
38
1 Stunde vor Versuchsbeginn suspendiert man 10g frische<br />
Hefe in 50mL Nährbouillon. Man stellt die Suspension in<br />
ein auf 37°C aufgeheiztes Wasserbad und rührt ab und zu<br />
um.<br />
In einem Becherglas 100mL löst man 10g Glucose in 50mL<br />
Wasser und wärmt die Lösung ebenfalls im Wasserbad auf<br />
37°C vor.<br />
In einem Becherglas löst man 1g Natriumcitrat in 10mL<br />
aqua dest. Und wärmt die Lösung im Wasserbad auf 37°C<br />
vor.<br />
Vorbereitung der Gasmessröhren:<br />
8 Büretten werden mit geschlossenem Hahn mit<br />
Leitungswasser gefüllt. Man verschließt die<br />
Bürettenöffnung mit dem Daumen und bringt die Bürette<br />
mit der Öffnung nach unten in ein mit 37°C warmen<br />
Wasser gefülltes Becherglas (500mL). Dann befestigt man<br />
die Bürette am Stativ und sorgt durch kurzes Öffnen des<br />
Auslaufhahns dafür, dass der Wasserspiegel auf die<br />
Nullmarke absinkt.<br />
In 8 gekennzeichnete Reagenzgläser mit seitlichem Ansatz<br />
pipettiert man 5mL angewärmte Hefesuspension. Durch<br />
kurze Gummischläuche verbindet man die Reagenzgläser-<br />
Ansätze mit den Gasableitungsröhrchen.<br />
In die vorbereiteten Reagenzgläser pipettiert man Lösungen<br />
nach folgendem Schema:<br />
Reagenzglas Glucoselösung<br />
[mL]<br />
Citratlösung<br />
[mL]<br />
1 0,25 - 1,00<br />
2 0,50 - 1,00<br />
3 1,00 - 1,00<br />
4 2,00 - 1,00<br />
5 0,25 1,00 -<br />
6 0,50 1,00 -<br />
7 1,00 1,00 -<br />
8 2,00 1,00 -<br />
Aqua dest.<br />
[mL]<br />
Man rührt kurz mit einem Glasstab um, verschließt nach ca.<br />
5 Minuten mit dem Gummistopfen und setzt die Stoppuhr<br />
in Gang. Während des Versuches schwenkt man die<br />
Reagenzgläser ab und zu etwas um die Hefe aufzuwirbeln.<br />
Nach 30 Minuten liest man die Kohlenstoffdioxid-<br />
Volumina an den Büretten ab.<br />
Auswertung: Die Messwerte werden in ein Koordinatensystem<br />
eingetragen, wobei das Kohlenstoffdioxid-Volumen die<br />
Ordinate ist und die Glucosekonzentration in mg als<br />
Abszisse aufgetragen wird.<br />
39
Abhängigkeit der Amylase vom pH-Wert<br />
Lernziel: Die Arbeit der Enzyme vollzieht sich durchaus nicht<br />
unabhängig von den äußeren Versuchsbedingungen<br />
(Parametern). Eine der wirksamsten Einflussnahmen auf die<br />
Enzymaktivität sind Veränderungen des pH-Wertes. Dies<br />
soll in diesem Versuch nachgewiesen werden.<br />
Chemikalien: Lugol’sche Lösung, 1%ige Stärke-Lösung, Mundspeichel,<br />
Pufferlösungen von pH 2 -10<br />
Materialien: 6 Reagenzgläser, Reagenzglasständer, Pipetten (5, 10mL)<br />
oder Automatikpipette (1mL)<br />
Durchführung: Mundspeichel (benötigt werden etwa 5mL; entspricht einer<br />
100%igen Ausgangslösung) wird mit Wasser im Verhältnis<br />
1:2 (gegebenenfalls auch 1:3, 1:4 oder 1:5) verdünnt.<br />
Anschließend werden 5 saubere Reagenzgläser mit 1mL<br />
der verdünnten Speichellösung beschickt. Zusätzlich wird<br />
jeweils ein Milliliter der entsprechenden Pufferlösung in<br />
das Reagenzglas gegeben. Der Start der Enzymreaktion<br />
erfolgt zeitgleich durch Zugabe des Substrats, der<br />
Stärkelösung. Nach Ablauf von 4 Minuten wird mit<br />
Lugol’scher Lösung die Reaktion gestoppt.<br />
Beobachtung: Die unterschiedlichen Farbreaktionen werden in einem<br />
Versuchsprotokoll notiert.<br />
Erklärung: Enzymreaktionen werden in lebenden Systemen ebenso wie<br />
auch unter in vitro - Bedingungen von verschiedenen<br />
Parametern beeinflusst. Zu den wichtigen Stellgrößen<br />
gehört neben der Temperatur der pH-Wert im<br />
Reaktionsansatz bzw. im Zellmillieu. Über diese Größe<br />
kann in gewissem Umfang sogar eine Regulation der<br />
Enzymaktivität erfolgen.<br />
Anmerkung: Zu dem Versuch gibt es drei Fragestellungen, die gelöst<br />
werden sollen:<br />
1) Wo liegt das pH-Optimum der Amylase-Reaktion?<br />
2) Wie könnte man das Ergebnis graphisch darstellen?<br />
3) Kennen Sie Enzyme mit deutlich abweichendem pH-<br />
Optimum?<br />
Spaltung von Milchfett durch Pankreas-Lipase (Temperaturabhängigkeit)<br />
Lernziel: Auch hier wieder ein weiterer Versuch zum Themenbereich<br />
der Temperaturabhängigkeit von Enzymen.<br />
Chemikalien: 1-, 3-, und 5%ige Lipaselösung, 8%ige Sodalösung,<br />
Phenolphthalein, Kondensmilch (10% Fettgehalt)<br />
Materialien: 6 Reagenzgläser , Reagenzglasständer, Pipetten (2, 5, 20<br />
mL), Wasserbad (40°C), Eisbad (5-10°C), Stoppuhr<br />
40
Durchführung: Je drei Reagenzgläser mit 3mL einer 1-, 3-, und 5%igen<br />
Lipase- Lösung werden mit 1mL der Sodalösung versetzt.<br />
Anschließend werden 2 Tropfen Phenolphthalein zugetropft<br />
und die Reaktion mit 2mL des Substrats (Kondensmilch)<br />
gestartet. Das ganze wird rasch und gründlich vermischt<br />
und auf die verschiedenen Inkubatoren (Eisbad, Wasserbad<br />
vs. Raumtemperatur) verteilt. Durch die Sodalösung, die<br />
alkalisch ist verfärbt sich die Probelösung rot. Gemessen<br />
wird die Zeit, welche jede Probe bis zur Entfärbung (der<br />
Farbwert entspricht in etwa dem Cremeweiß der<br />
Kondensmilch) benötigt.<br />
Beobachtung: Nach Zugabe von 2mL Kondensmilch tritt allmählich eine<br />
Entfärbung der Ansätze ein.<br />
Erklärung: Fette sind Ester des dreiwertigen Alkohols Glycerin<br />
(Propantriol) mit langkettigen Monocarbonsäuren (=<br />
Fettsäuren). Die Spaltung der Esterbindung in Fetten wird<br />
Verseifung genannt. Sie kann durch Erhitzen in stark<br />
alkalischen Lösungen oder durch die Einwirkung eines<br />
geeigneten Enzyms, zum Beispiel einer Pankreas-Lipase,<br />
eingeleitet werden.<br />
Als Maß für die Aktivität des Enzyms Lipase wird in<br />
diesem Fall die Tatsache genutzt, dass die durch<br />
Enzymkatalyse aus den Fettmolekülen abgespaltenen<br />
Fettsäuren nach Dissoziation von H + - Ionen aus den Carboxylgruppen<br />
den pH-Wert des Reaktionsansatzes<br />
erniedrigen (Ansäuerung durch Produkt). Diese pH-<br />
Veränderung kann mit dem Indikator Phenolphthalein<br />
(alkalisch: karminrot, neutral und sauer: farblos) erfasst<br />
werden.<br />
Harnstoffabbau durch Urease (Enzymhemmung und Enzymspezifität)<br />
Lernziel: Mit diesem Versuch soll die Enzymspezifität sowie die<br />
Enzymhemmung der Urease gezeigt werden.<br />
Chemikalien: 2%ige Kupfersulfat-Lösung, 1%ige Cysteinlösung, 2%ige<br />
Silbernitratlösung, 30%ige Formalinlösung (Methanal),<br />
20%ige Harnstofflösung, 10%ige Thioharnstofflösung,<br />
10%ige Guanidinlösung, Phenolphthalein, 0,5%ige Ureaselösung<br />
Materialien: 7 Reagenzgläser, Reagenzglasständer, Pipetten (1, 2 und<br />
5mL)<br />
Durchführung: Es werden 5 saubere Reagenzgläser mit 2mL<br />
Harnstofflösung beschickt. Anschließend werden 2 Tropfen<br />
Phenolphthalein zugegeben und um die Reaktion starten zu<br />
lassen gibt man je 1mL der Ureaselösung hinzu.<br />
In das sechste Reagenzglas wird statt der Harnstofflösung<br />
Thioharnstofflösung und in das siebte Guanidinlösung<br />
gegeben.<br />
Außerdem werden wie nachfolgend beschrieben in die<br />
verschiedenen Reagenzgläser zusätzlich zugegeben:<br />
41
Reagenzglas:<br />
1) 1 Tropfen 2%ige Kupfersulfat-Lösung<br />
2) 1 Tropfen 2%ige Kupfersulfat-Lösung und 0,5mL 1%ige<br />
Cysteinlösung<br />
3) 1 mL 2%ige Silbernitratlösung<br />
4) 1 mL 30%iges Formalin<br />
5) 1 mL Wasser<br />
6) 1 mL Wasser<br />
7) 1 mL Wasser<br />
Die Ergebnisse werden tabellarisch festgehalten.<br />
Beobachtung: Keine.<br />
Erklärung: Das Enzym Urease (=Harnstoff-Amidohydrolase) katalysiert<br />
den hydrolytischen Abbau von Harnstoff durch<br />
Spaltung in Kohlendioxid und Ammoniak. Harnstoff ergibt<br />
in wässriger Lösung einen Ansatz mit einem pH-Wert im<br />
Neutralbereich. Durch die Anhäufung des Spaltprodukts<br />
Ammoniak wird der pH-Wert jedoch allmählich in den<br />
basischen Bereich verschoben – die gleichzeitig entstehende<br />
Kohlensäure durch Lösung von Kohlendioxid in Wasser<br />
kann man wegen ihrer geringfügigen Wirkung<br />
vernachlässigen. Die Verschiebung lässt sich mit dem<br />
Indikator Phenolphthalein verfolgen (unterhalb pH=8:<br />
farblos; oberhalb pH=8: karminrot). Dieses einfache<br />
Testsystem wurde dazu verwendet, den Einfluss bestimmter<br />
Schwermetall-Ionen auf die Enzymreaktion sowie den<br />
Effekt zum Substrat chemisch nahe verwandter<br />
Verbindungen, Thioharnstoff und Guanidin, zu prüfen.<br />
Kompetetive Hemmung der Succinat-Dehydrogenase<br />
Lernziel: Neben der allosterischen Hemmung gibt es auch die<br />
kompetetive Hemmung. Diese soll hier am Beispiel der<br />
Succinat-Dehydrogenase gezeigt werden.<br />
Chemikalien: Dichlorphenolindophenol (DCPIP)-Lösung (0,05%ig; 10<br />
mL), Phosphatpuffer pH=6, Natriumsuccinat (0,1M; 10<br />
mL) in Phosphatpuffer lösen, Malonsäure (0,3M; 10mL) in<br />
Phosphatpuffer lösen, K2HPO4-Lösung (1%ig; 100mL),<br />
Paraffinöl, Sellerieknolle<br />
Materialien: Homogenisator (z.B. ein Küchenmixer) oder Reibschale<br />
mit Pistill, 4 Reagenzgläser, Reagenzglasständer,<br />
Bechergläser (250mL), Erlenmeyerkolben (100 oder 250<br />
mL), Pipetten (2mL), Verbandmull oder großer Faltenfilter,<br />
Glastrichter, Eis und Eisbehälter (Eisbad), Wasserbad<br />
(40°C)<br />
Durchführung: Etwa 50g Gewebe einer Sellerieknolle werden mit der<br />
Reibschale oder dem Küchenmixer homogenisiert. Den<br />
erhaltenen Gewebebrei gibt man zusammen mit 100mL<br />
kalter K2HPO4-Lösung in ein Becherglas, verrührt und<br />
filtriert über den Faltenfilter (oder mehrere Lagen<br />
42
Verbandmull) in einen Erlenmeyerkolben ab. Das Filtrat<br />
wird sofort auf Eis gestellt. Anschließend sind Ansätze der<br />
nachfolgenden Tabelle herzustellen:<br />
Komponenten RG 1 RG2 RG3 RG4<br />
Sellerieextrakt 1,5 mL 1,5 mL 1,5 mL 1,5 mL<br />
(erhitzt)<br />
DCPIP 0,3 mL 0,3 mL 0,3 mL 0,3 mL<br />
Natriumsuccinat 0,5 mL 1,0 mL -------- 0,5 mL<br />
Malonat 0,5 mL -------- --------- ----------<br />
H2O --------- -------- 1,0 mL ----------<br />
Phosphatpuffer 0,5 mL 0,5 mL 0,5 mL 1,0 mL<br />
Beobachtung: Zu notieren ist für jeden Ansatz die Zeit bis zur Entfärbung<br />
bzw. zum Farbumschlag. Das Ergebnis soll diskutiert<br />
werden anhand der jeweiligen Probenzusammensetzung.<br />
Erklärung: Die Succinat-Dehydrogenase ist Bestandteil des Citrat-<br />
Zyklus und setzt streng substratspezifisch Succinat in<br />
Fumarat um. Dieses Enzym ist ein Flavoproteid, das FAD<br />
als prosthetische Gruppe mit wasserstoffaufnehmender<br />
Funktion besitzt. Es ist ferner in die Atmungskette<br />
integriert, wo es mit weiteren Redoxproteinen funktionell<br />
eng verbunden ist. Der physiologische Akzeptor für den<br />
FAD-Wasserstoff ist ein Chinon, das hydriert wird und<br />
seinerseits ein Cytochrom aus dem nachgeschalteten<br />
Cytochrom-Komplex reduzieren kann. Anstelle der<br />
physiologischen Akzeptoren können auch künstliche<br />
verwendet werden, z.B. Methylenblau oder DCPIP (2,6 –<br />
Dichlorphenolindophenol). In beiden Fällen kann die<br />
Wasserstoffaufnahme über die dabei stattfindende<br />
Entfärbung verfolgt werden. Man kann nun diese<br />
Wasserstoffübertragung durch Zugabe von Malonat in vitro<br />
hemmen. Dieses Substrat kann sich zwar an das Enzym<br />
anlagern, aber nicht umgesetzt werden, weil es als<br />
kompetitiver Inhibitor die aktive Enzymseite gleichsam<br />
„verstopft“, dabei unterliegt die Bernsteinsäure im Wettbewerb<br />
um das aktive Zentrum.<br />
Michalis-Menten-Kinetik der Alkoholdehydrogenase (ADH)<br />
Lernziel: An diesem Beispiel soll im Versuch die Substratsättigung<br />
des Enzyms ermittelt werden.<br />
Chemikalien: Alkoholdehydrogenase (ADH) 0,2mg Enzym/mL, NAD-<br />
Lösung<br />
7,8mg/ 5mL (berechnet für das Dinatriumsalz), Ethanol 0,5<br />
M in destillierten Wasser (= 1,85mL in 100mL H2O,<br />
verdünnen 1:10 auf 0,05 M sowie 1:100 auf 0,005 M),<br />
Phosphatpuffer 0,1 M pH= 8,2<br />
Materialien: Photometer (Wellenlänge 340 oder 366nm),<br />
Photometerküvetten (Schichtdicke 1cm), Reagenzgläser,<br />
43
kleine Rührstäbchen (Plümper), Messpipetten (0.5, 1 und<br />
2mL), Stoppuhr<br />
Durchführung: Zur Bestimmung des Einflusses verschiedener<br />
Substratkonzentrationen auf die Enzymkatalyse werden die<br />
folgenden Ansätze zusammengestellt.<br />
Komponente (mL) Küvette 1 Küvette 2 Küvette 3 Küvette 4<br />
NAD-Lösung 0,5 0,5 0,5 0,5<br />
Phosphatpuffer 1,0 1,0 1,0 1,0<br />
Ethanol (0,0005 M) 0,3<br />
Ethanol (0,0005 M) 0,5<br />
Ethanol (0,05 M) 0,2<br />
Ethanol (0,5 M) 0,1<br />
H2O (dest.) 1,7 1,5 1,8 1,9<br />
Reaktionsstart jeweils<br />
mit Enzymlösung 0,1 0,1 0,1 0,1<br />
Die Extinktionswerte sollen abgelesen werden sobald die<br />
Reaktion zum Stillstand gekommen ist (Endpunktbestimmung).<br />
Da die Umsetzung (Bildung von<br />
NADH/Verbrauch Ethanol) im Verhältnis 1:1 steht, kann<br />
man die Extinktionsänderung direkt als Maß der<br />
Reaktionsgeschwindigkeit verwenden. Die erhaltenen<br />
Messwerte sollen als Michaelis-Menten-Diagramm<br />
dargestellt und daraus der KM-Wert des Enzympräparates<br />
ermittelt werden. Alternativ bietet sich auch eine<br />
Darstellung nach Lineweaver-Burk an. Dazu werden die<br />
reziproken Werte der Reaktionsgeschwindigkeit V und der<br />
Substratkonzentration [S] in ein Koordinatensystem<br />
eingetragen.<br />
Erklärung: Die ADH katalysiert mit Hilfe des Coenzyms (Cosubstrats)<br />
NAD Ethanol zu Acetaldehyd – diese Umsetzung entspricht<br />
der Rückreaktion der ethanolischen Gärung. Wegen der<br />
charakteristischen Absorptionsunterschiede von oxidiertem<br />
NAD und der reduzierten Form NADH lässt sich die<br />
Reaktion ebenso im Fall der Malatdehydrogenase sehr<br />
einfach am Photometer verfolgen.<br />
44
6 Wirkung von prosthetischen Gruppen und<br />
Co-Enzymen<br />
Modellversuch zur Wasserstoffübertragung durch eine prosthetische<br />
Gruppe*<br />
Lernziel: Manche Enzyme brauchen um katalytisch zu wirken so<br />
genannte Cofaktoren. Diese Cofaktoren können fest an das<br />
Enzym gebunden sein, dann nennt man sie prosthetische<br />
Gruppen, sind sie hingegen lose gebunden werden sie<br />
Coenzyme genannt.<br />
Chemikalien: Methylenblaulösung (0,01%), Ethanal, rohe Milch<br />
Materialien: Reagenzglas, Pasteur - Pipette<br />
Durchführung: Zu 5mL roher Milch (ungekocht, nicht pasteurisiert)<br />
werden im Reagenzglas einige Tropfen 0,01%ige<br />
Methylenblaulösung gegeben. Das Reagenzglas wird in<br />
einem Wasserbad von 40°C gestellt.<br />
Beobachtung: Nach rund 10 Minuten tritt Entfärbung ein. Schüttelt man<br />
einige Male kräftig durch, so erfolgt wieder Blaufärbung.<br />
Mit gekochter Milch erhält man keine Reaktion.<br />
Erklärung: Das Enzym Xanthinoxidase, das in der Milch vorkommt, ist<br />
ein Flavoprotein und hat als Wirkgruppe Flavin-adenindinucleotid<br />
(FAD).<br />
Das Hydrat des Ethanals wird dehydriert und dabei zu<br />
Essigsäure oxidiert. Der Wasserstoff wird von der<br />
Wirkgruppe der Xanthinoxidase übernommen und auf das<br />
Methylenblau übertragen. Durch Zusatz von Methylenblau,<br />
das als Wasserstoffakzeptor wirkt, kann man die Reaktion<br />
sichtbar machen. Die Blaufärbung, die durch das Schütteln<br />
zustande kommt, wird durch den Luftsauerstoff bewirkt.<br />
Leukofarbstoff + O2 � Methylenblau + H2O2<br />
H2O2 � H2O + ½ O2<br />
Die Xanthinoxidase gehört zu den „gelben Fermenten“.<br />
Dazu gehören auch die Flavinenzyme der Atmungskette.<br />
Man rechnet sie zu den wasserstoffübertragenden<br />
Enzymen. Ihre Substratspezifität hat – ein Ausnahmefall –<br />
einen sehr weiten Bereich. So oxidiert die Xanthinoxidase<br />
ganz allgemein Alkanale zu den entsprechenden Säuren<br />
und vor allem das Xanthin, das Abbauprodukt der Purine,<br />
zur Harnsäure. Sie kommt in der Leber und in den Nieren,<br />
aber auch in der Milch vor. Beim Kochen der Milch wird<br />
das Enzym zerstört. Der vorliegende Versuch kann auch<br />
dazu dienen, um festzustellen, ob Milch frisch ist. Probe auf<br />
ungekochte Milch nach Schardinger!<br />
45
Modellversuch zur Wasserstoffübertragung durch ein Coenzym *<br />
Lernziel: Wie oben schon beschrieben ist, werden lose gebundene<br />
Cofaktoren, Coenzyme genannt. Mit diesem Versuch soll<br />
die Wirkgruppe NAD gezeigt werden.<br />
Chemikalien: Hefeaufschwemmung (2%); Ethanol (96%); Methylenblaulösung<br />
(0,01%)<br />
Materialien: Wasserbad, Reagenzglas, Thermometer, Pipetten<br />
Durchführung: Zu 5mL Hefeaufschwemmung gibt man 0,5mL<br />
Methylenblaulösung und einige Tropfen Ethanol. Man stellt<br />
das Reagenzglas in ein Wasserbad von 40°C.<br />
Beobachtung: Nach 10 bis 15 Minuten zeigt sich eine Reaktion durch<br />
Entfärbung an.<br />
Erklärung: Als Wirkgruppe liegt hier das NAD, das Nicotinamidadenin-dinucleotid<br />
vor. Das Coenzym reagiert wie ein<br />
zweites Substrat (Cosubstrat). Es fungiert als Wirkgruppe<br />
von 2 Enzymen, die sich in der Hefe befinden, sowohl von<br />
der Alkoholdehydrogenase und einer zweiten<br />
Dehydrogenase, die unspezifisch ist. Methylenblau ist auch<br />
in diesem Fall Wasserstoffakzeptor.<br />
Bei beiden Modellversuchen werden die Wirkgruppen und<br />
damit auch die Katalysatoren chemisch verändert. In einer<br />
zweiten Reaktion wird der ursprüngliche Zustand dann<br />
wieder hergestellt. Die geläufige Definition eines<br />
Katalysators muss demnach modifiziert werden.<br />
46
7 Enzyme im Alltag<br />
Nachweis der Proteasewirkung mit Gelatine *<br />
Lernziel: Wird Gelatine erwärmt, so bildet sich eine feste<br />
dickflüssige, feste Masse. Proteasen zersetzen jedoch die<br />
Proteinstruktur und die Gelatine bleibt dünnflüssig.<br />
Chemikalien: Gelatine, Protease (falls vorhanden), Waschmittel<br />
(enzymfrei), Waschmittel (enzymhaltig)<br />
Materialien: Becherglas (250mL), Bechergläser (50mL) oder<br />
Schnappdeckelgläser<br />
Durchführung: Durch lösen von 2g Gelatine in 100mL heißem Wasser (ca.<br />
70-75°C / wenn das Wasser zu heiß ist, denaturiert die<br />
Gelatine und der Versuch misslingt) wird eine etwa 2%ige<br />
Gelatinelösung hergestellt. Jeweils ca. 0,25g<br />
Waschmittelprobe und 100mg Protease (falls vorhanden)<br />
werden in je einem Becherglas (50mL) oder<br />
Schnappdeckelglas gegeben und mit 10mL der heißen<br />
Gelatinelösung vermischt und gut durchgeschüttelt, so dass<br />
sich das Pulver möglichst komplett löst. Zum Vergleich<br />
wird in eines der Bechergläser oder Schnappdeckelgläser<br />
nur mit Wasser und ein anderes nur mit Gelatinelösung<br />
gefüllt. Anschließend stellt man die Gefäße möglichst kühl<br />
(Kühlschrank), damit die Gelatine erstarren kann.<br />
Beobachtung: Siehe Erklärung.<br />
Erklärung: Nur in enzymfreien Lösungen kann die Gelatine fest<br />
werden. Sind Proteasen anwesend, wird die Gelatine<br />
teilweise hydrolysiert und bleibt dünnflüssig. Das<br />
Experiment ist einfach durchführbar. Es eignet sich gut als<br />
Schülerversuch und kann als Hausaufgabenexperiment<br />
ohne Risiko in der heimischen Küche durchgeführt werden.<br />
Nachweis der Proteasewirkung mit einem Diafilmstreifen<br />
Lernziel: In diesem Versuch geht es auch um den Einsatz von<br />
Proteasen. Der einzige Unterschied besteht darin, dass in<br />
diesem Fall ein gelatinehaltiger Diafilm Verwendung<br />
findet.<br />
Chemikalien: Gelatinehaltiger belichteter Diafilm (am besten vorher<br />
ausprobieren), Protease (falls vorhanden), Waschmittel<br />
(proteasehaltig), Waschmittel (proteasefrei), Maschinengeschirrspülmittel<br />
(proteasehaltig), Handgeschirrspülmittel<br />
(proteasefrei).<br />
Materialien: Reagenzgläser, Reagenzglasständer<br />
Durchführung: Man gibt eine Spatelspitze (ca. 200mg) Waschmittel- und<br />
Geschirrspülmittelprobe und (falls vorhanden) eine halbe<br />
Spatelspitze (100mg) Protease in ein Reagenzglas, fügt etwa<br />
4mL destilliertes Wasser (2 Finger breit) hinzu, mischt und<br />
fügt zu jedem Reagenzglas ein klein geschnittenes<br />
47
Stückchen Diafilm (5 x 10mm) hinzu. Das Diafilmstück<br />
muss sich vollständig in der Lösung befinden.<br />
Der Versuch kann bei Zimmertemperatur oder im Wasserbad<br />
bei erhöhter Temperatur, z.B. bei 40°C und 60°C,<br />
durchgeführt werden.<br />
Beobachtung: Bei Zimmertemperatur ist nach 30 Minuten eine deutliche<br />
Farbreaktion<br />
zu beobachten, bei erhöhter Temperatur entsprechend<br />
früher. Nach einem Tag ist die Färbung noch intensiver.<br />
Erklärung: In enzymhaltigen Lösungen wird die Gelatineschicht des<br />
Diafilmes gelöst, der Farbstoff wird frei und geht in die<br />
wässrige Lösung über. Die enzymhaltigen Lösungen<br />
verfärben sich dunkel (je nach Belichtung des Filmes<br />
violett bis bräunlich). In enzymfreien Lösungen ist auch<br />
nach mehreren Tagen noch keinerlei Verfärbung zu<br />
beobachten. Das Experiment eignet sich wegen der<br />
einfachen Durchführung gut für Reihenuntersuchungen und<br />
als Hausaufgabenexperiment.<br />
Anmerkung: Es ist nicht ganz einfach, gelatinehaltige Filme zu finden.<br />
Bewährt haben sich ältere Filme, z.B. aus alten Diasammlungen<br />
zu nehmen. Durch einen Vortest mit einem<br />
proteasehaltigen Waschmittel kann die Eignung des Filmes<br />
überprüft werden.<br />
Nachweis der Proteasewirkung von gefärbten Hühnereiweiß<br />
Lernziel: Bei diesem Versuch verfärbt sich die enzymhaltige Lösung<br />
rot, da dass Eiweiß hydrolysiert und den Farbstoff<br />
ausscheidet.<br />
Chemikalien: Cassulfon-Rot, Ethanol, Protease (falls vorhanden),<br />
Waschmittel (proteasehaltig), Waschmittel (proteasefrei),<br />
Handgeschirrspüler (proteasefrei), Maschinengeschirrspülmittel<br />
(proteasehaltig), zwei Hühnereier<br />
Materialien: Bechergläser, Mörser mit Pistill, Glasstab, Filtriereinrichtung,<br />
Faltenfilter, Reagenzgläser, Reagenzglasständer<br />
Durchführung: Zwei Hühnereier werden hart gekocht. Das Eigelb wird<br />
abgetrennt und das Eiweiß möglichst gut mit Hilfe von<br />
Mörser und Pistill oder besser mit einem Pürierstab fein<br />
zerkleinert. Anschließend wird das Eiweiß in ein<br />
Becherglas überführt, mit 10 mL der vorbereiteten<br />
0,5%igen Farbstofflösung übergossen und gut verrieben.<br />
Dann wird im Wasserbad langsam auf 80°C erwärmt und<br />
fünf Minuten bei dieser Temperatur gehalten. Es wird über<br />
einen Faltenfilter filtriert und der Rückstand für vier bis<br />
sechs Stunden bei 80° C getrocknet. Die vollständig<br />
getrocknete Masse ist gut verschlossen jahrelang haltbar.<br />
48
Enzymtest:<br />
Die Anzahl der Reagenzgläser richtet sich nach der Zahl<br />
der vorhandenen Proben. In jedes Reagenzglas werden zwei<br />
Spatelspitzen gefärbtes Hühnereiweiß und 2mL Wasser<br />
gegeben. Anschließend gibt man in jeweils ein Reagenzglas<br />
eine Spatelspitze bzw. drei Tropfen Wasch- und<br />
Geschirrspülmittel. Zum Vergleich wird ein Reagenzglas<br />
nicht mit einer Probe versetzt. Nach 30 Minuten wird<br />
ausgewertet, bei erhöhter Temperatur entsprechend vorher.<br />
Beobachtung: Die enzymhaltigen Lösungen verfärben sich rot.<br />
Erklärung: In den enzymhaltigen Lösungen wird Eiweiß hydrolysiert,<br />
der Farbstoff wird frei und geht in die wässrige Lösung<br />
über.<br />
Anmerkung: Dieser Versuch wurde früher mit Kongorot beschrieben.<br />
Das Experimentieren mit Kongorot ist heute aus<br />
Sicherheitsgründen in der Schule nicht mehr zulässig, weil<br />
dieser Azofarbstoff die krebserregende Benzidinkomponente<br />
enthält. Cassulfon Rot hingegen ist genauso<br />
gut geeignet und weit sicherer in der Handhabung.<br />
Nachweis von Proteasen durch die schmutzablösende Wirkung<br />
Lernziel: Mit diesem Versuch soll gezeigt werden, wie die<br />
Waschmittel, mit Hilfe der Enzyme, proteinhaltige Flecke<br />
entfernen.<br />
Chemikalien: Kakaogetränk aus Milch, Waschmittel (proteasehaltig),<br />
Waschmittel (enzymfrei), Maschinengeschirrspülmittel<br />
(proteasehaltig), Handgeschirrspülmittel (enzymfrei)<br />
Materialien: Bechergläser, weiße Baumwollstücke (Größe ca. 6 x 6cm<br />
bis 5 x 10cm), gut geeignet sind z.B. Mullkompressen aus<br />
der Apotheke oder Einkaufstaschen aus ungefärbter<br />
Baumwolle<br />
Durchführung: Einige Tropfen Kakaogetränk werden auf die Baumwollstücke<br />
getropft. Die Textilstücke werden an der Luft<br />
getrocknet und anschließend mit einem Bügeleisen heiß<br />
überbügelt. Die verschmutzten Gewebestücke werden in<br />
vorbereitete Bechergläser bei etwa 40°C mit jeweils 200mL<br />
2 bis 5%iger Wasch – oder Geschirrspülmittellauge<br />
gegeben und mit Hilfe eines Glasstabes unter jeweils<br />
gleichen Bedingungen in der Lösung bewegt. Man kann<br />
auch bei Zimmertemperatur über Nacht stehen lassen. Die<br />
Gewebestücke werden anschließend kurz unter fließendem<br />
Wasser gespült und betrachtet.<br />
Beobachtung: Siehe Erklärung.<br />
Erklärung: In enzymhaltigen Lösungen verläuft die Schmutzablösung<br />
von eiweißhaltigem Schmutz deutlich besser als in<br />
enzymfreien Lösungen. Der Versuch eignet sich als<br />
Hausaufgabenexperiment. Der eiweißhaltige Schmutz muss<br />
genügend fest haften, z.B. durch Altern oder Erhitzen, sonst<br />
löst er sich auch ohne Anwesenheit von Enzymen ab.<br />
49
Zersetzung von gekochten Fleisch durch Proteasen<br />
Lernziel: Mit diesem Versuch lässt sich der Verdauungsvorgang von<br />
Fleisch in vitro zeigen.<br />
Chemikalien: Protease (falls vorhanden), Waschmittel (proteasehaltig),<br />
Waschmittel (enzymfrei), gekochtes Hühnerfleisch oder<br />
Fisch<br />
Materialien: Wasserbad, Thermometer, Reagenzgläser<br />
Durchführung: In jeweils ein Reagenzglas gibt man ca. 500mg eine der<br />
verschiedenen Waschmittelproben (1/2cm hoch) bzw. (falls<br />
vorhanden) eine Protease, füllt 4mL Wasser hinzu (zwei<br />
Finger breit) und mischt. Als Vergleichsprobe dient ein<br />
Reagenzglas nur mit Wasser. Alle Reagenzgläser werden<br />
anschließend auf eine Temperatur von ca. 40°C gebracht.<br />
Man gibt in jedes Glas die gleiche Menge fein<br />
zerkleinertes Hühnerfleisch oder Fisch (ca. 1 Spatel-spitze),<br />
hält die Temperatur konstant und beobachtet über einen<br />
Zeitraum von 15 bis 30 Minuten.<br />
Beobachtung: In den Reagenzgläsern mit proteasehaltigen Waschmitteln<br />
lässt sich eine Zerfaserung des Fleisches erkennen, der in<br />
der Blindprobe schwächer ausfällt.<br />
Erklärung: In enzymhaltigen Lösungen wird das Fleisch sehr stark<br />
angegriffen. Außer dem Fleisch kann man auch gekochtes<br />
Hühnereiweiß verwenden, allerdings sind die Effekte dann<br />
nicht ganz so deutlich.<br />
Nachweis von Amylasen in Wasch- und Reinigungsmittel<br />
Lernziel: Der Nachweis von Amylasen in Waschmitteln ist<br />
manchmal schwierig darzustellen aufgrund der stark<br />
alkalischen Lösung und der Anwesenheit von Bleichmitteln<br />
nicht immer positiv. Mit Phadebas-Tabletten hingegen wird<br />
dieser eindeutig.<br />
Chemikalien: Phadebas-Tabletten, Amylase (falls vorhanden),<br />
Vollwaschmittel (amylasehaltig), Waschmittel (enzymfrei),<br />
Maschinengeschirrspülmittel(amylasehaltig), Handgeschirrspülmittel<br />
(enzymfrei)<br />
Materialien: Reagenzgläser, Reagenzglasständer, Filter und Filterpapier<br />
Durchführung: Eine Phadebas-Tablette wird vorsichtig im Mörser<br />
zerrieben. Mit einer Tablette können 6 – 8 Enzymtests<br />
durchgeführt werden. Man gibt jeweils eine Spatelspitze<br />
(ca. 200mg), bei flüssigen Proben 2 Tropfen Wasch- bzw.<br />
Geschirrspülmittelprobe in ein Reagenzglas, fügt etwa 4mL<br />
destilliertes Wasser hinzu, mischt und fügt zu jedem<br />
Reagenzglas eine Spatelspitze der pulverisierten Phadebas-<br />
Tablette hinzu. Man lässt mindestens 30 Minuten bei<br />
Zimmertemperatur oder 15 Minuten im Wasserbad von<br />
40°C stehen und filtriert.<br />
Als Vergleichsprobe kann, falls vorhanden, der Versuch<br />
mit reiner Amylase durchgeführt werden.<br />
50
Beobachtung: Siehe Erklärung.<br />
Erklärung: Amylasen sind heute neben den Proteasen die wichtigsten<br />
Enzyme in Wasch- und Reinigungsmitteln und in den<br />
meisten Voll- und Colorwaschmitteln sowie in<br />
maschinellen Geschirrspülmitteln enthalten. Die klassische<br />
Nachweisreaktion für Amylasen, die Entfärbung des blauen<br />
Iod - Stärke – Komplexes, verläuft in Gegenwart von<br />
Wasch- und Reinigungsmitteln durch die stark alkalische<br />
Lösung und die mögliche Anwesenheit von Bleichmitteln<br />
nicht eindeutig oder versagt ganz. Ein sicherer Test ist in<br />
diesen Fällen mittels Phadebas-Tabletten möglich. Diese<br />
Tabletten sind für medizinische Zwecke entwickelt worden<br />
und bestehen aus wasserunlöslicher Stärke, die kovalent mit<br />
einem blauen Farbstoff gekoppelt wurde. Durch<br />
enzymatischen Abbau der Stärke wird der blaue Farbstoff<br />
freigesetzt und löst sich im Wasser. Bei Anwesenheit von<br />
Amylasen färbt sich die wässrige Lösung somit blau. In<br />
amylasefreien Lösungen sind die Phadebas-Tabletten völlig<br />
unlöslich. Die Geschwindigkeit der Stärkehydrolyse ist<br />
proportional zur Enzymaktivität, so dass über<br />
photometrische Analyse auch quantitative Bestimmungen<br />
der Amylaseaktivität möglich sind. Mit Hilfe der Phadebas-<br />
Tabletten lässt sich auch die Amylaseaktivität z.B. von<br />
Speichel oder Getreide-Keimlingen untersuchen. Dadurch<br />
können Bezüge zur Biologie hergestellt werden. Das<br />
Experiment eignet sich wegen der einfachen Durchführung<br />
gut als Schülerversuch und für Reihenuntersuchungen.<br />
Amylasen *<br />
Lernziel: Ein weiterer Versuch Amylasen mit Substraten aus dem<br />
Alltag nachzuweisen.<br />
Chemikalien: Sil Fleckensalz, modifizierte Stärke, verdünnte Iodlösung,<br />
Essigessenz<br />
Materialien: Plastikpipette, Spatel, Schnappdeckelgläser<br />
Durchführung: Ein kleiner Spatellöffel voll modifizierter Stärke wird in ca.<br />
20-30mL Wasser gelöst, die Lösung auf zwei<br />
Schnappdeckelgläser verteilt. Dem einen Glas fügt man<br />
einen Spatellöffel voll Fleckensalz mit Amylase hinzu,<br />
schüttelt vorsichtig (wegen der Schaumbildung) um und<br />
lässt die Gläser etwa 1 bis 2 Stunden stehen. Dann fügt<br />
man 1-2mL Essigessenz hinzu (um die Anteile an<br />
Natriumcarbonat zu neutralisieren) oder so viel<br />
Essigessenz, dass keine Gasentwicklung mehr auftritt.<br />
Schließlich werden beide Gläser einige Tropfen Iodlösung<br />
hinzu pipettiert.<br />
Beobachtung: Die unbehandelte Stärkelösung färbt sich intensiv blau, die<br />
Lösung mit dem Fleckenmittel dagegen ist deutlich violett<br />
gefärbt.<br />
Erklärung: Die Veränderung der Farbe der Iod-Stärke-<br />
Einschlussverbindung von Blau nach Rotviolett zeigt den<br />
51
Proteasen *<br />
Abbau der Stärkemoleküle an. Amylasen sind Enzyme, die<br />
als Hydrolasen Stärke entweder direkt oder über Dextrine<br />
abbauen können. Die Rotviolettfärbung zeigt die<br />
Entstehung von Dextrinen an. Endprodukte des Abbaus<br />
sind Maltose und Glucose. Die Lösung muss angesäuert<br />
bzw. neutralisiert werden, damit das Iod nicht zu Iodid und<br />
Hypoiodit disproportioniert.<br />
Lernziel: Ein Nachweis von Proteasen in Waschmitteln.<br />
Chemikalien: Kupfersulfat, Sil Fleckensalz, Vollwaschmittel (ohne Protease),<br />
Gelatine gemahlen, Soda (Natriumcarbonat)<br />
Materialien: Plastikpipette, Spatel, Schnappdeckelgläser<br />
Durchführung: In zwei Schnappdeckelgläser wird je ein Spatellöffel voll<br />
gemahlener Gelatine mit ca. 10mL Wasser geschüttelt. In<br />
einem dritten Schnappdeckelglas fügt man einen kleinen<br />
Spatellöffel voll Soda hinein. In die ersten beiden Gläser<br />
mit den gelatinehaltigen Proben werden einige Tropfen der<br />
entstandenen tiefblauen Suspension zugegeben. Es entsteht<br />
nach einigen Minuten ein violetter Farbton. Jetzt fügt man<br />
in das erste Schnappdeckelgläser einen Spatellöffel voll Sil<br />
Fleckensalz, in das zweite hingegen einen mit<br />
Vollwaschmittel, das keine Proteasen enthält, und schüttelt<br />
das Ganze bis sich das Waschmittel löst.<br />
Beobachtung: Nach kurzer Zeit entsteht in den Gelatine Proben mit<br />
sodaalkalischer Lösung eine blauviolette Trübung. Im Glas<br />
mit dem Vollwaschmittel tritt nach kurzer Zeit eine<br />
graugrüne Trübung auf, nur im Bodensatz ist eine solche<br />
blau-violette Färbung zu beobachten. Die Probe mit dem<br />
Fleckensalz bleibt nahezu unverändert blauviolett. Die<br />
Farbe ändert sich erst nach längerem stehen lassen.<br />
Erklärung: Proteasen gehören wie auch die anderen Enzyme in Wasch-<br />
und Reinigungsmitteln zur Klasse der Hydrolasen. Sie<br />
spalten Peptidbindungen. Man unterscheidet zwischen<br />
Peptidasen und Proteinasen; sie werden auch proteolytische<br />
Enzyme genannt. Peptidasen spalten am Amino-Carboxy-<br />
Ende von Proteinen einzelne Aminosäuren ab, Proteinasen<br />
spalten im Inneren eines Polypeptids. Dem Versuch liegt<br />
die Biuretreaktion zugrunde.<br />
Proteasen vs. Gummibärchen *<br />
Lernziel: Dieser Versuch lässt sich gut als Schülerexperiment<br />
anwenden. Das Lernziel dabei ist, dass die Gelatine, aus<br />
denen die Gummibärchen bestehen, von den proteasehaltigen<br />
Waschmitteln abgebaut wird, während die<br />
Blindprobe mit Wasser aufquillt.<br />
Chemikalien: rote Gummibärchen, AS Fleckensalz<br />
52
Materialien: Schnappdeckelgläser, Spatel<br />
Durchführung: In zwei Schnappdeckelgläser wird je ein rotes Gummibärchen<br />
mit Wasser bedeckt. Einem Glas fügt man einen<br />
Spatellöffel voll Fleckensalz hinzu. Die Gläser lässt man<br />
über Nacht stehen.<br />
Beobachtung: Am nächsten Tag ist das Gummibärchen in reinem Wasser<br />
auf mehr als das doppelte Volumen aufgequollen. Ein Teil<br />
des roten Farbstoffes hat sich gelöst. Im Glas mit den<br />
Proteasen ist eine milchige farblose Suspension entstanden.<br />
Das Gummibärchen ist farblos und kleiner geworden.<br />
Erklärung: Die Gelatine quillt durch die Aufnahme von Wasser auf.<br />
Im Glas mit dem Fleckensalz haben die Proteasen einen<br />
Teil der Proteine aus der Gelatinematrix soweit abgebaut,<br />
dass sie als milchige Suspension erscheinen.<br />
Anmerkung: Dieser Versuch lässt sich auch mit Spülmaschinen-Tabs<br />
durchführen. Das Video auf der Website AVIMEC zeigt<br />
die Ergebnisse dazu an.<br />
Cellulasen *<br />
Lernziel: Mit Waschmitteln lassen sich nicht nur Proteasen und<br />
Amylasen nachweisen, sondern auch Cellulasen. Dieser<br />
Versuch zeigt die katalytische Wirkung der Cellulase am<br />
Beispiel einer Zwiebelschale.<br />
Chemikalien: Basiswaschmittel (ohne Cellulasen) , Vollwaschmittel (mit<br />
Cellulasen) oder Backofen Aktiv-Gel, Zwiebel (braune<br />
Schale)<br />
Materialien: Schnappdeckelgläser, Spatel<br />
Durchführung: In drei Schnappdeckelgläser werden Stückchen von<br />
gelbbraun gefärbter Zwiebelschale zu zwei Dritteln des<br />
Glasvolumens mit Wasser bedeckt. Zu zwei der drei Gläser<br />
fügt man jeweils einen Spatellöffel Basiswaschmittel bzw.<br />
Vollwaschmittel hinzu. Die Gläser lässt man verschlossen<br />
über Nacht stehen.<br />
Beobachtung: Im Glas ohne Zusatz hat sich das Wasser schwach<br />
gelbbraun gefärbt. Die Zwiebelschalen haben sich kaum<br />
verändert. Im Glas mit dem Basiswaschmittel hat sich das<br />
Wasser braun, die Zwiebelschale ebenfalls braun verfärbt.<br />
Im Glas mit den Cellulasen aus dem Vollwaschmittel ist<br />
das Wasser nur schwach gelb verfärbt, die Zwiebelschalen<br />
dagegen sind farblos geworden.<br />
Erklärung: Cellulasen katalysieren als Enzyme den Abbau von<br />
Cellulose. Sie gehören zur Gruppe der Hydrolasen und<br />
greifen glucosidische Bindungen am Ende der Cellulose an,<br />
wobei die Cellulose zur Cellobiose hydrolysiert wird. Im<br />
Experiment ist der Abbau bereits nicht mehr unter Cellulose<br />
(braun) zu beobachten. Die Hydrolyse der<br />
mikrokristallinen Cellulose ist ein ziemlich komplizierter<br />
Vorgang, an dem mehrere Enzyme synergistisch beteiligt<br />
sind.<br />
53
Lipasen*<br />
Das Bleichmittel auf Sauerstoffbasis im Vollwaschmittel<br />
hat auch die braune Farbe mit abgebaut.<br />
Lernziel: Anhand der Entfärbung von Sudanrot III, lässt sich der<br />
Abbau des Öls über die Lipasen mitverfolgen.<br />
Chemikalien: Sudanrot III, Persil Kraft Gel (mit Protease), Persil Mega<br />
Perls (mit Lipase), Sonnenblumenöl<br />
Materialien: Schnappdeckelgläser, Pipetten, Spatel<br />
Durchführung: Drei kleine Schnappdeckelgläser werden jeweils zur Hälfte<br />
mit Wasser gefüllt. Dann fügt man Sonnenblumenöl,<br />
gefärbt mit etwas Sudanrot III hinzu, sodass sich ein dünner<br />
Ölfilm auf der Oberfläche des Wassers bildet. Dann fügt<br />
man einem Glas einen Spatellöffel Feinwaschmittel (mit<br />
Lipase) und einem zweiten einige Tropfen „Kraftgel“<br />
hinzu, schüttelt mehrmals um und lässt alle drei Gläser bis<br />
zum nächsten Tag stehen. Alternativ kann man diese<br />
Schnappdeckelgläser auch auf eine vorgewärmte Heizplatte<br />
bei 40°C stellen. Dadurch verläuft die Reaktion schneller<br />
ab.<br />
Beobachtung: Im Glas mit Wasser und gefärbten Öl sowie dem Glas mit<br />
Waschmittel ohne Lipase zeigt sich keine Veränderung –<br />
die wässrige Phase ist ungefärbt und klar geblieben. Im<br />
Glas mit lipasehaltigen Waschmittel ist eine rosa bis rötlich<br />
gefärbten Trübung entstanden.<br />
Erklärung: Lipasen gehören zu den Hydrolasen. Sie setzen aus Fetten<br />
die Säuren frei und wirken an der Grenzschicht Öl/Wasser.<br />
Im Experiment herrschen nicht die optimalen Bedingungen<br />
– weder wurde das Temperaturoptimum (30 - 40°C) noch<br />
die für die Hydrolyse erforderliche Emulsion erreicht.<br />
Trotzdem lässt sich wie beschrieben die Wirkung der<br />
Lipasen im Vergleich zu den unbehandelten Proben gut<br />
beobachten.<br />
54
8 Enzyme im Körper<br />
Abbau von Fett durch Pankreatin<br />
Lernziel: Durch das Freiwerden von Fettsäuren bei der Spaltung von<br />
Fett, kann dieser Vorgang mit einem Säure-Base-Indikator<br />
mitverfolgt werden.<br />
Chemikalien: Olivenöl, Phenolrot (oder Phenolphthalein), Sodalösung<br />
(0.2% in aqua dest.), Pankreatin<br />
Materialien: Mixer, Reagenzgläser, Reagenzglasständer, Becherglas<br />
(300-400mL), Tropfpipette<br />
Durchführung: Ein Esslöffel Olivenöl wird mit 200mL Wasser im Mixer<br />
milchig gerührt. Von der Emulsion gibt man 5-10mL in ein<br />
Reagenzglas und versetzt sie mit 5-10 Tropfen<br />
Indikatorlösung. Es wird so lange Sodalösung zugegeben,<br />
bis sich die Farbe eindeutig in den alkalischen Bereich<br />
verschoben hat (Phenolorange = rosa, Phenolphthalein =<br />
rosa). Die Emulsion wird auf zwei Reagenzgläser aufgeteilt<br />
(zweites Reagenzglas dient zur Kontrolle). In das eine<br />
Reagenzglas gibt man 1-2mL Pankreatinlösung. Beide<br />
Reagenzgläser stellt man nun in ein Wasserbad von 30-<br />
40°C und beobachtet.<br />
Beobachtung: Nach kurzer Zeit färbt sich die Lösung mit Pankretin und<br />
Öl gelb (wird farblos).<br />
Erklärung: Das Pankreatin spaltet das Öl und setzt die Fettsäuren frei.<br />
Diese bewirken eine pH -Wert-Verschiebung in den sauren<br />
Bereich.<br />
Modellversuch zur Verdauung und Resorption im Darm<br />
Lernziel: Wie der Titel schon besagt, lässt sich über diesen Versuch<br />
die<br />
Verdauung sowie die Resorption im Darm in vitro<br />
darstellen.<br />
Chemikalien: Eiklar oder Albumin, Stärke (wasserlöslich), Pankreatin,<br />
Folin-Ciocalteus-Reagenz, Natronlauge (0,5N), Fehlingsche<br />
Lösung I+II, Glucoseteststreifen<br />
Materialien: Dialyseschlauch, Bindfaden, Schere, Glasstab, 2 Bechergläser<br />
(100mL), 4 Bechergläser (200mL), 1 Reagenzglas, 1<br />
Standzylinder (oder hohes Becherglas), Wasserbad (40°C)<br />
Durchführung: Stärkelösung: In ein Becherglas wird in 100mL Wasser 1g<br />
Stärke eingerührt und aufgekocht<br />
Eiweißlösung: In ca. 50mL Wasser gibt man 1-2mL Eiklar<br />
oder eine Spatelspitze Albumin und rührt, bis es sich gelöst<br />
hat<br />
Enzymlösung: In 5mL Wasser wird eine gehäufte<br />
Spatelspitze Pankreatin aufgeschlämmt<br />
55
Die Eiweiß- und Stärkelösungen werden in einem<br />
Becherglas gut miteinander vermischt und auf zwei Gläser<br />
gleichmäßig verteilt. Das eine Becherglas dient als<br />
Blindprobe, zu dem anderen gibt man die Enzymlösung<br />
hinzu.<br />
Zwei Dialyseschläuche von 15cm Länge werden an ihren<br />
Enden fest verknotet. In den einen gibt man die Blindprobe,<br />
in den anderen die Lösung. Beide werden oben mit<br />
Bindfaden sorgfältig zugeknotet und mit destilliertem<br />
Wasser abgespült. Anschließend werden sie in ein<br />
Becherglas mit warmen (30-40°C) Wasser gehängt und die<br />
Temperatur mit Hilfe eines Wasserbades konstant gehalten.<br />
Nach 30 Minuten nimmt man eine Probe aus dem<br />
Becherglas und prüft auf Zucker mit der Fehlingprobe,<br />
bzw. auf Aminosäuren mit dem Folin-Ciocalteus-Reagenz.<br />
Für den Aminosäuretest gibt man zu ca. 2mL Probelösung<br />
1mL Reagenz und 2mL 0,5N Natronlauge zu. Aromatische<br />
Aminosäuren bilden einen blau-lilanen Farbstoff.<br />
Beobachtung: Bei der Blindprobe kann nichts nachgewiesen werden, bei<br />
dem zu beobachtenden Ansatz kann man sowohl Zucker,<br />
als auch Aminosäuren nachweisen.<br />
Erklärung: Eiweiß bzw. Albumin und Stärke sind zu groß, um durch<br />
die Poren des Dialyseschlauches zu dringen. Die Enzyme<br />
zerlegen die Makromoleküle in ihre Bauteile (Zucker und<br />
Aminosäuren), die wesentlich kleiner sind und durch die<br />
Poren des Dialyseschlauches diffundieren können.<br />
Stärkeverdauung im Dünndarm<br />
Lernziel: Bei diesem Versuch soll der Verdauungsvorgang der Stärke<br />
im Darm simuliert werden.<br />
Chemikalien: Iodiodkaliumlösung, Fehlingsche Lösung I+II,<br />
Pankreatinlösung 100mL (1%ig), Stärkelösung<br />
Materialien: 4 Reagenzgläser, Reagenzglasgestell, Becherglas (600mL),<br />
Thermometer, Pipette, Brenner, Dreifuß, Asbestnetz, Spatel<br />
Durchführung: In einem Reagenzglas 5mL Stärkelösung mit einigen<br />
Tropfen Iodiodkaliumlösung blau färben, anschließend<br />
etwa 1mL Pankreatinlösung zusetzen. Das Reagenzglas im<br />
Wasserbad auf einer Temperatur von ca. 37°C halten. Der<br />
Farbton des Gemisches wird beobachtet. In Abständen von<br />
ein paar Minuten mehrere Proben mit der Pipette<br />
entnehmen und in einem neuen Reagenzglas mit der<br />
Fehlingprobe auf Zucker untersuchen.<br />
Beobachtung: Das ursprünglich blaue Gemisch färbt sich erst langsam<br />
lila, und entfärbt sich schließlich ganz. Die ersten<br />
entnommenen Proben reagieren auf die fehlingsche Probe<br />
negativ, die späteren positiv.<br />
Erklärung: Durch die von der Bauchspeicheldrüse abgegebene<br />
Diastase wird die vom Mundspeichel noch nicht gespaltene<br />
Stärke im Dünndarm über Dextrin zu Malzzucker<br />
gespalten.<br />
56
Pepsin und Salzsäure<br />
Lernziel: Die pH-Abhängigkeit der Enzymwirkung soll vermittelt<br />
werden.<br />
Chemikalien: Salzsäure 300mL (0,2%), Pepsinlösung 50mL (1%), Fibrin<br />
oder Fischfleisch 50g<br />
Materialien: 3 Reagenzgläser, Becherglas (600mL), Brenner, Dreifuß,<br />
Asbestnetz, Thermometer, Fettstift<br />
Durchführung: Die drei Reagenzgläser werden mit I, II und III beschriftet<br />
und anschließend wird in alle Reagenzgläser die gleiche<br />
Menge Fibrin oder Fischfleisch gegeben. In Glas I 1mL<br />
Pepsinlösung und 10mL Wasser, in Glas II 10mL 0,2%ige<br />
Salzsäure und in Glas III 10mL 0,2%ige Salzsäure und<br />
1mL 1%ige Pepsinlösung zusetzen und alle Gläser<br />
anschließend gut schütteln.<br />
Beobachtung: In Glas I tritt keine Änderung ein, in Glas II quillt das<br />
Gewebe auf und in Glas III wird das Gewebe kleiner und<br />
löst sich schließlich ganz auf.<br />
Erklärung: Pepsin ist in Wasser alleine unwirksam, da kein pH-Wert<br />
vorliegt, bei dem das Enzym arbeiten würde. In verdünnter<br />
Salzsäure (Glas II) quellen Eiweiße lediglich auf und<br />
werden nicht zersetzt. Erst bei den Bedingungen in Glas III,<br />
wo zu dem vorhandenen Enzym der richtige pH-Wert dazu<br />
kommt, beginnt das Enzym zu arbeiten und zersetzt das<br />
Gewebe.<br />
Temperatureinfluss auf Enzyme<br />
Lernziel: Es soll vermittelt werden, dass Enzyme ein<br />
Temperaturoptimum besitzen.<br />
Chemikalien: Salzsäure 300mL (0,2%), Pepsinlösung 50mL (1%), Eis,<br />
Fibrin oder Fischfleisch<br />
Materialien: 4 Reagenzgläser, Reagenzglasgestell, 3 Bechergläser<br />
(600mL), 2 Thermometer, Brenner, Dreifuß, Asbestnetz,<br />
Fettstift<br />
Durchführung: In 4 Reagenzgläser werden jeweils 1omL 0,2%ige<br />
Salzsäure und 1mL 1%ige Pepsinlösung abgemessen. Die<br />
Gläser werden mit I, II, III und IV beschriftet. Glas I wird<br />
auf Eis gestellt, Glas II bei Zimmertemperatur stehen<br />
gelassen, Glas III im Wasserbad auf 37°C erwärmt (und<br />
Temperatur gehalten) und Glas IV wird im Wasserbad auf<br />
etwa 65°C erwärmt (ebenfalls Temperatur halten). Nach<br />
erreichen der Zieltemperaturen wird in alle Reagenzgläser<br />
eine gleich große Menge von Fibrin oder Fischfleisch<br />
gegeben und das ganze beobachtet.<br />
Beobachtung: Das Fibrin (das Fischfleisch) löst sich in den<br />
Reagenzgläsern unterschiedlich schnell auf. Am schnellsten<br />
geht das ganze bei Körpertemperatur.<br />
Erklärung: Enzyme haben ein Temperaturoptimum, bei dem sie die<br />
zugehörigen Substrate besonders schnell umsetzten.<br />
Sowohl bei höherer, als auch bei niedrigerer Temperatur<br />
57
findet die Umsetzung langsamer statt. Kommt man mit der<br />
Temperatur zu hoch oder zu niedrig, denaturieren die<br />
Enzyme und werden inaktiv.<br />
Verdaulichkeit verschiedener Nahrungsmittel<br />
Lernziel: Bei diesem Versuch soll vermittelt werden, dass nicht alle<br />
Nahrungsmittel gleich leicht verdaulich sind.<br />
Chemikalien: Salzsäure 30mL (0,2%), Fischfleisch 50g, Rindfleisch 50g,<br />
Käse 50g, Eiweiß hart gekocht (von einem Hühnerei),<br />
Pepsinlösung 30mL (1%)<br />
Materialien: 4 Reagenzgläser, Reagenzglasständer, Spritzflasche,<br />
Thermometer, Brenner, Asbestnetz, Dreifuß<br />
Durchführung: In 4 Reagenzgläser je 10mL 0,2%ige Salzsäure und 1mL<br />
1%ige Pepsinlösung geben. Daraufhin in das erste<br />
Reagenzglas Fischfleisch, in das zweite Rindfleisch, in das<br />
dritte Käse und in das letzte das hart gekochte Eiweiß<br />
geben. Alle Reagenzgläser im Wasserbad auf 37°C erhitzen<br />
und die Temperatur halten.<br />
Beobachtung: Die einzelnen Nahrungsmittel lösen sich mit<br />
unterschiedlicher Geschwindigkeit auf.<br />
Erklärung: Die Verdaulichkeit der eiweißhaltigen Nahrungsmittel ist<br />
unterschiedlich. Sie erfolgt bei den angegebenen<br />
Nahrungsmitteln in der Reihenfolge Fisch, Käse, Rind,<br />
Eiweiß.<br />
Fettverdauung im Dünndarm<br />
Lernziel: Mit diesem Versuch soll die Fettverdauung im Dünndarm<br />
simuliert werden<br />
Chemikalien: Phenolphthalein, Natriumcarbonatlösung 100mL (1%),<br />
Pankreatinlösung 60mL (1%), Gallenflüssigkeit 60mL,<br />
Vollmilch 100mL<br />
Materialien: 3 Bechergläser, Becherglas 600mL, Thermometer, Brenner,<br />
Dreifuß, Asbestnetz, Pipette, Fettstift<br />
Durchführung: In drei Reagenzgläsern werden je 3mL Vollmilch mit 3mL<br />
Wasser gemischt und anschließend im Wasserbad auf 37°C<br />
erwärmt (Temperatur halten). Die Gläser werden mit I, II<br />
und III beschriftet. In Glas I und III werden je 2mL<br />
Gallenflüssigkeit und in Glas I und II je 1mL<br />
Pankreatinlösung gegeben. Daraufhin wird jedem<br />
Reagenzglas 1 Tropfen Phenolphthaleinlösung zugesetzt.<br />
Unter gründlichem Schütteln wird jedem Reagenzglas so<br />
lange 1%ige Sodalösung zugegeben, bis alle Lösungen eine<br />
gleichmäßige Färbung aufweisen.<br />
Beobachtung: Nach einigen Minuten verschwindet die Rotfärbung in Glas<br />
I, nach längerer Zeit verschwindet auch die Farbe in Glas<br />
II, in Glas III jedoch bleibt die Färbung unverändert<br />
vorhanden.<br />
58
Erklärung: Das Enzym Lipase aus der Bauchspeicheldrüse spaltet Fette<br />
in Fettsäuren und Glycerin. Die Fettsäuren können über die<br />
Entfärbung der Phenolphthaleinindikation nachgewiesen<br />
werden. Durch die Reaktion von freien Fettsäuren mit<br />
Gallsäuren wird die Fettspaltung wesentlich beschleunigt<br />
(Verschiebung des Gleichgewichts durch entfernen eines<br />
Produkts).<br />
Enzymatischer Abbau von Stärke<br />
Lernziel: Hiermit soll gezeigt werden, dass Mundspeichel fähig ist<br />
Stärke zu Zucker abzubauen.<br />
Chemikalien: Speichellösung (ca. 10mL Mundspeichel über ein feuchtes<br />
Filterpapier filtrieren und 20mL Wasser zusetzen),<br />
Stärkelösung (1g Stärke in 100mL lösen, aufkochen und<br />
abkühlen lassen), Iodiodkaliumlösung, Fehlingsche Lösung<br />
I+II<br />
Materialien: 3 Bechergläser 50mL, Reagenzgläser, Brenner, Asbestnetz,<br />
Dreifuß, 2 Bechergläser 150mL (hohe Form), Tüpfelplatte,<br />
Messpipette 10mL, 2 Tropfpipetten, Glasstab, Stoppuhr<br />
Durchführung: Es werden 1,5mL Stärkelösung in ein Reagenzglas<br />
pipettiert und je 2,5mL Fehlingsche Lösung I und II<br />
zugegeben. Anschließend stellt man das Reagenzglas in ein<br />
kochendes Wasserbad.<br />
In ein weiteres Reagenzglas pipettiert man 10mL<br />
Stärkelösung und setzt 5mL Speichellösung zu. Zum<br />
Zeitpunkt der Zugabe setzt man die Stoppuhr in Gang.<br />
Unmittelbar danach entnimmt man einen Tropfen des<br />
Reaktionsgemisches und verrührt diesen auf einer<br />
Tüpfelplatte mit einem Tropfen Iodiodkaliumlösung.<br />
Im Abstand von jeweils 1 Minute entnimmt man jeweils<br />
einen Tropfen der Lösung und versetzt ihn auf der<br />
Tüpfelplatte mit Iodiodkaliumlösung.<br />
Nachdem die blaue Farbe nicht mehr auftaucht bei der<br />
Lugol’schen Probe (Test mit Iodiodkaliumlösung), testet<br />
man mit einem Tropfen der Lösung die Fehlingprobe durch<br />
(Zugabe von jeweils einem Tropfen Fehlinglösung I und II)<br />
Auswertung: Man protokolliert den Farbwechsel in Abhängigkeit von<br />
der Zeit.<br />
Erklärung: Beim Reagenzglas im kochenden Wasserbad wird beim<br />
Stärkenachweis immer eine Blaufärbung eintreten, da das<br />
Enzym denaturiert ist. Beim zweiten Reagenzglas tritt nach<br />
einiger Zeit keine Blaufärbung mehr auf, weil die Stärke<br />
vom Enzym abgebaut wurde. Dafür kann man das<br />
Abbauprodukt (Zucker) mit der Fehlingprobe nachweisen.<br />
59
9. Richtlinien und Sicherheitssätze<br />
Hinweise auf besondere Gefahren : R-Sätze<br />
R 1 In trockenem Zustand explosionsgefährlich<br />
R 2 Durch Schlag, Reibung, Feuer oder andere Zündquellen explosionsgefährlich<br />
R 3 Durch Schlag, Reibung, Feuer oder andere Zündquellen besonders<br />
explosionsgefährlich<br />
R 4 Bildet hochempfindliche explosionsgefährliche Metallverbindungen<br />
R 5 Beim Erwärmen explosionsgefährlich<br />
R 6 Mit und ohne Luft explosionsfähig<br />
R 7 Kann Brand verursachen<br />
R 8 Feuergefahr bei Berührung mit brennbaren Stoffen<br />
R 9 Explosionsgefahr bei Mischung mit brennbaren Stoffen<br />
R 10 Entzündlich<br />
R 11 Leichtentzündlich<br />
R 12 Hochentzündlich<br />
R 13 Hochentzündliches Flüssiggas<br />
R 14 Reagiert heftig mit Wasser<br />
R 15 Reagiert mit Wasser unter Bildung hochentzündlicher Gase<br />
R 16 Explosionsgefährlich in Mischung mit brandfördernden Stoffen<br />
R 17 Selbstentzündlich an der Luft<br />
R 18 Bei Gebrauch Bildung explosionsfähiger/leichtentzündlicher Dampf-<br />
Luftgemische möglich<br />
R 19 Kann explosionsfähige Peroxide bilden<br />
R 20 Gesundheitsschädlich beim Einatmen<br />
R 21 Gesundheitsschädlich bei Berührung mit der Haut<br />
R 22 Gesundheitsschädlich beim Verschlucken<br />
R 23 Giftig beim Einatmen<br />
R 24 Giftig bei Berührung mit der Haut<br />
R 25 Giftig beim Verschlucken<br />
R 26 Sehr giftig beim Einatmen<br />
R 27 Sehr giftig bei Berührung mit der Haut<br />
R 28 Sehr giftig beim Verschlucken<br />
R 29 Entwickelt bei Berührung mit Wasser giftige Gase<br />
R 30 Kann bei Gebrauch leicht entzündlich werden<br />
R 31 Entwickelt bei Berührung mit Säure giftige Gase<br />
R 32 Entwickelt bei Berührung mit Säure sehr giftige Gase<br />
R 33 Gefahr kumulativer Wirkungen<br />
R 34 Verursacht schwere Verätzungen<br />
R 35 Verursacht schwere Verätzungen<br />
R 36 Reizt die Augen<br />
60
R 37 Reizt die Atmungsorgane<br />
R 38 Reizt die Haut<br />
R 39 Ernste Gefahr irreversiblen Schadens<br />
R 40 Verdacht auf krebserzeugende Wirkung<br />
R 41 Gefahr ernster Augenschäden<br />
R 42 Sensibilisierung durch Einatmen möglich<br />
R 43 Sensibilisierung durch Hautkontakt möglich<br />
R 44 Explosionsgefahr bei Erhitzen unter Einschluss<br />
R 45 Kann Krebs erzeugen<br />
R 46 Kann vererbbare Schäden verursachen<br />
R 47 Kann Missbildungen verursachen<br />
R 48 Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition<br />
R 49 Kann Krebs erzeugen beim Einatmen<br />
R 50 Sehr giftig für Wasserorganismen<br />
R 51 Giftig für Wasserorganismen<br />
R 52 Schädlich für Wasserorganismen<br />
R 53 Kann in Gewässern längerfristig schädliche Wirkungen haben<br />
R 54 Giftig für Pflanzen<br />
R 55 Giftig für Tiere<br />
R 56 Giftig für Bodenorganismen<br />
R 57 Giftig für Bienen<br />
R 58 Kann längerfristig schädliche Wirkungen auf die Umwelt haben<br />
R 59 Gefährlich für die Ozonschicht<br />
R 60 Kann die Fortpflanzungsfähigkeit beeinträchtigen<br />
R 61 Kann das Kind im Mutterleib schädigen<br />
R 62 Kann möglicherweise die Fortpflanzungsfähigkeit beeinträchtigen<br />
R 63 Kann das Kind im Mutterleib möglicherweise schädigen<br />
R 64 Kann Säuglinge über die Muttermilch schädigen<br />
R 65 Gesundheitsschädlich: Kann beim Verschlucken Lungenschäden<br />
verursachen<br />
R 66 Wiederholter Kontakt kann zu spröder oder rissiger Haut führen<br />
R 67 Dämpfe können Schläfrigkeit und Benommenheit verursachen<br />
R 68 Irreversibler Schaden möglich<br />
Kombination der R-Sätze<br />
R 14/15 Reagiert heftig mit Wasser unter Bildung hochentzündlicher Gase<br />
R 15/29 Reagiert mit Wasser unter Bildung giftiger und hochentzündlicher Gase<br />
R 20/21 Gesundheitsschädlich beim Einatmen und bei Berührung mit der Haut<br />
R 21/22 Gesundheitsschädlich bei Berührung mit der Haut und beim<br />
Verschlucken<br />
R 20/22 Gesundheitsschädlich beim Einatmen und Verschlucken<br />
R 20/21/22 Gesundheitsschädlich beim Einatmen, Verschlucken und Berührung<br />
mit der Haut<br />
61
R 23/24 Giftig beim Einatmen und bei Berührung mit der Haut<br />
R 23/25 Giftig beim Einatmen und Verschlucken<br />
R 23/24/25 Giftig beim Einatmen, Verschlucken und Berührung mit der Haut<br />
R 24/25 Giftig bei Berührung mit der Haut und beim Verschlucken<br />
R 26/27 Sehr giftig beim Einatmen und bei Berührung mit der Haut<br />
R 26/28 Sehr giftig beim Einatmen und Verschlucken<br />
R 26/27/28 Sehr giftig beim Einatmen, Verschlucken und Berührung mit der Haut<br />
R 27/28 Sehr giftig bei Berührung mit der Haut und beim Verschlucken<br />
R 36/37 Reizt die Augen und die Atmungsorgane<br />
R 36/38 Reizt die Augen und die Haut<br />
R 36/37/38 Reizt die Augen, Atmungsorgane und die Haut<br />
R 37/38 Reizt die Atmungsorgane und die Haut<br />
R 39/23 Giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Einatmen<br />
R 39/24 Giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens bei Berührung mit der<br />
Haut<br />
R 39/25 Giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Verschlucken<br />
R 39/23/24 Giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Einatmen und bei<br />
Berührung mit der Haut<br />
R 39/23/25 Giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Einatmen und durch<br />
Verschlucken<br />
R 39/24/25 Giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens bei Berührung mit der<br />
Haut und durch Verschlucken<br />
R 39/23/24/25 Giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Einatmen,<br />
Berührung mit der Haut und durch Verschlucken<br />
R 39/26 Sehr giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Einatmen<br />
R 39/27 Sehr giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens bei Berührung mit der<br />
Haut<br />
R 39/28 Sehr giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Verschlucken<br />
R 39/26/27 Sehr giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Einatmen und<br />
bei Berührung mit der Haut<br />
R 39/26/28 Sehr giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Einatmen und<br />
durch Verschlucken<br />
R 39/27/28 Sehr giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens bei Berührung mit der<br />
Haut und durch Verschlucken<br />
R 39/26/27/28 Sehr giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Einatmen, bei<br />
Berührung mit der Haut und durch Verschlucken<br />
R 42/43 Sensibilisierung durch Einatmen und Hautkontakt möglich<br />
R 48/20 Gesundheitsschädlich: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer<br />
Exposition durch Einatmen<br />
R 48/21 Gesundheitsschädlich: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer<br />
Exposition mit der Haut<br />
R 48/22 Gesundheitsschädlich: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer<br />
Exposition durch Verschlucken<br />
R 48/20/21 Gesundheitsschädlich: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer<br />
Exposition durch Einatmen und durch Berührung mit der Haut<br />
R 48/20/22 Gesundheitsschädlich: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer<br />
62
Exposition durch Einatmen und durch Verschlucken<br />
R 48/21/22 Gesundheitsschädlich: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer<br />
Exposition durch Berührung mit der Haut und durch Verschlucken<br />
R 48/20/21/22 Gesundheitsschädlich: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer<br />
Exposition durch Einatmen, Berührung mit der Haut und durch<br />
Verschlucken<br />
R 48/23 Giftig: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition<br />
durch Einatmen<br />
R 48/24 Giftig: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition<br />
durch Berührung mit der Haut<br />
R 48/25 Giftig: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition<br />
durch Verschlucken<br />
R 48/23/24 Giftig: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition<br />
durch Einatmen und durch Berührung mit der Haut<br />
R 48/23/25 Giftig: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition<br />
durch Einatmen und durch Verschlucken<br />
R 48/24/25 Giftig: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition<br />
durch Berührung mit der Haut und Verschlucken<br />
R 48/23/24/25 Giftig: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition<br />
durch Einatmen, Berührung mit der Haut und durch Verschlucken<br />
R 50/53 Sehr giftig für Wasserorganismen, kann in Gewässern längerfristig<br />
schädliche Wirkungen haben<br />
R 51/53 Giftig für Wasserorganismen, kann in Gewässern längerfristig<br />
schädliche Wirkungen haben<br />
R 52/53 Schädlich für Wasserorganismen, kann in Gewässern längerfristig<br />
schädliche Wirkungen haben<br />
R 68/20 Gesundheitsschädlich: Möglichkeit irreversiblen Schadens durch<br />
Einatmen.<br />
R 68/21 Gesundheitsschädlich: Möglichkeit irreversiblen Schadens bei<br />
Berührung mit der Haut.<br />
R 68/22 Gesundheitsschädlich: Möglichkeit irreversiblen Schadens durch<br />
Verschlucken.<br />
R 68/20/21 Gesundheitsschädlich: Möglichkeit irreversiblen Schadens durch<br />
Einatmen und bei Berührung mit der Haut.<br />
R 68/20/22 Gesundheitsschädlich: Möglichkeit irreversiblen Schadens durch<br />
Einatmen und durch Verschlucken.<br />
R 68/21/22 Gesundheitsschädlich: Möglichkeit irreversiblen Schadens bei<br />
Berührung mit der Haut und durch Verschlucken.<br />
R 68/20/21/22 Gesundheitsschädlich: Möglichkeit irreversiblen Schadens durch<br />
Einatmen, Berührung mit der Haut und durch Verschlucken<br />
Sicherheitsratschläge: S-Sätze<br />
S 1 Unter Verschluss aufbewahren<br />
S 2 Darf nicht in die Hände von Kindern gelangen<br />
S 3 Kühl aufbewahren<br />
S 4 Von Wohnplätzen fern halten<br />
63
S 5 Unter ... aufbewahren ( geeignete Flüssigkeit vom Hersteller anzugeben)<br />
S 6 Unter ... aufbewahren ( inertes Gas vom Hersteller anzugeben)<br />
S 7 Behälter dicht geschlossen halten<br />
S 8 Behälter trocken halten<br />
S 9 Behälter an einem gut gelüfteten Ort aufbewahren<br />
S 10 Inhalt feucht halten<br />
S 11 Zutritt von Luft verhindern<br />
S 12 Behälter nicht gasdicht verschließen<br />
S 13 Von Nahrungsmitteln, Getränken und Futtermitteln fernhalten<br />
S 14 Von ... fernhalten ( inkompatible Substanzen sind vom Hersteller<br />
anzugeben)<br />
S 15 Vor Hitze schützen<br />
S 16 Vor Zündquellen fernhalten - Nicht rauchen<br />
S 17 Von brennbaren Stoffen fernhalten<br />
S 18 Behälter mit Vorsicht öffnen und handhaben<br />
S 19 Staub nicht einatmen<br />
S 20 Bei der Arbeit nicht essen und trinken<br />
S 21 Bei der Arbeit nicht rauchen<br />
S 22 Staub nicht einatmen<br />
S 23 Gas/Rauch/Dampf/Aerosol nicht einatmen (geeignete Bezeichnung(en) vom<br />
Hersteller anzugeben)<br />
S 24 Berührung mit der Haut vermeiden<br />
S 25 Berührung mit den Augen vermeiden<br />
S 26 Bei Berührung mit den Augen sofort gründlich mit Wasser ausspülen und<br />
Arzt konsultieren<br />
S 27 Beschmutzte, getränkte Kleidung sofort ausziehen<br />
S 28 Bei Berührung mit der Haut sofort abwaschen mit viel ... ( vom Hersteller<br />
anzugeben)<br />
S 29 Nicht in die Kanalisation gelangen lassen<br />
S 30 Niemals Wasser hinzu gießen<br />
S 31 Von explosionsfähigen Stoffen fernhalten<br />
S 32 Geeignete Schutzhandschuhe tragen<br />
S 33 Maßnahmen gegen elektrostatische Aufladungen treffen<br />
S 34 Schlag und Reibung vermeiden<br />
S 35 Abfälle und Behälter müssen in gesicherte Weise beseitigt werden<br />
S 36 Bei der Arbeit geeignete Schutzkleidung tragen<br />
S 37 Geeignete Schutzhandschuhe tragen<br />
S 38 Bei unzureichender Belüftung Atemschutzgeräte anlegen<br />
S 39 Schutzbrille/Gesichtsschutz tragen<br />
S 40 Fußboden und verunreinigte Gegenstände mit ... reinigen (Material vom<br />
Hersteller anzugeben)<br />
S 41 Explosions- und Brandgase nicht einatmen<br />
S 42 Bei Räuchern/Versprühen geeignetes Atemschutzgerät anlegen (geeignete<br />
Bezeichnung(en) vom Hersteller anzugeben)<br />
64
S 43 Zum Löschen ... (vom Hersteller anzugeben) verwenden<br />
S 44 Bei Unwohlsein ärztlichen Rat einholen (wenn möglich, dieses Etikett<br />
vorzeigen)<br />
S 45 Bei Unfall oder Unwohlsein sofort Arzt hinzuziehen (wenn möglich, dieses<br />
Etikett vorzeigen)<br />
S 46 Bei Verschlucken sofort ärztlichen Rat einholen und Verpackung oder Ei<br />
S 47 Nicht bei Temperaturen über ... °C aufbewahren ( vom Hersteller<br />
anzugeben)<br />
S 48 Feucht halten mit ... (geeignetes Mittel vom Hersteller anzugeben)<br />
S 49 Nur im Originalbehälter aufbewahren<br />
S 50 Nicht mischen mit ... ( vom Hersteller anzugeben)<br />
S 51 Nur in gut gelüfteten Bereichen verwenden<br />
S 52 Nicht großflächig für Wohn- und Aufenthaltsräume zu verwenden<br />
S 53 Exposition vermeiden - vor Gebrauch besondere Anweisungen einholen<br />
S 54 Vor Ableitung in Kläranlagen Einwilligung der zuständigen Behörden<br />
einholen<br />
S 55 Vor Ableitung in die Kanalisation oder in Gewässer nach dem Stand der<br />
Technik behandeln<br />
S 56 Diesen Stoff und seinen Behälter der Problemabfallentsorgung zuführen<br />
S 57 Zur Vermeidung einer Kontamination der Umwelt geeigneten Behälter<br />
verwenden<br />
S 58 Als gefährlichen Abfall entsorgen<br />
S 59 Information zur Wiederverwendung/Wiederverwertung beim Hersteller/<br />
Lieferanten erfragen<br />
S 60 Dieser Stoff und sein Behälter sind als gefährlicher Abfall zu entsorgen<br />
S 61 Freisetzung in die Umwelt vermeiden. Besondere Anweisungen einholen /<br />
Sicherheitsdatenblatt beachten<br />
S 62 Beim Verschlucken kein Erbrechen herbeiführen. Sofort ärztlichen Rat<br />
einholen und Verpackung oder dieses Etikett vorzeigen<br />
S 63 Bei Unfall durch Einatmen: Verunfallten an die frische Luft bringen und<br />
ruhig stellen<br />
S 64 Bei Verschlucken Mund mit Wasser ausspülen (nur wenn Verunfallter bei<br />
Bewusstsein ist)<br />
Kombination der S-Sätze<br />
S 1/2 Unter Verschluss und für Kinder unzugänglich aufbewahren<br />
S 3/7 Behälter dicht geschlossen halten und an einem kühlen Ort<br />
aufbewahren<br />
S 3/7/9 Behälter dicht geschlossen halten und an einem kühlen, gut<br />
gelüfteten Ort aufbewahren<br />
S 3/9 Behälter an einem kühlen, gut gelüfteten Ort aufbewahren<br />
S 3/9/14 An einem kühlen, gut gelüfteten Ort, entfernt von ... aufbewahren<br />
65
(die Stoffe, mit denen der Kontakt vermieden werden muss, sind vom<br />
Hersteller anzugeben<br />
S 3/9/14/49 Nur im Originalbehälter an einem kühlen, gut gelüfteten Ort, entfernt<br />
von ... aufbewahren (die Stoffe, mit denen Kontakt vermieden<br />
werden muss, sind vom Hersteller anzugeben)<br />
S 3/9/49 Nur im Originalbehälter an einem kühlen, gut gelüfteten Ort<br />
aufbewahren<br />
S 3/14 An einem kühlen, von ... entfernten Ort aufbewahren (die Stoffe, mit<br />
den Kontakt vermieden werden muss, sind vom Hersteller<br />
anzugeben)<br />
S 7/8 Behälter trocken und dicht geschlossen halten<br />
S 7/9 Behälter dicht geschlossen an einem gut gelüfteten Ort aufbewahren<br />
S 7/47 Behälter dicht geschlossen und nicht bei Temperaturen über ...°C<br />
aufbewahren (vom Hersteller anzugeben<br />
S 20/21 Bei der Arbeit nicht essen, trinken, rauchen<br />
S 24/25 Berührung mit den Augen vermeiden<br />
S 27/28 Bei Berührung mit der Haut beschmutzte Kleidung sofort ausziehen<br />
und sofort abwaschen mit viel ... (vom Hersteller anzugeben)<br />
S 29/35 Nicht in die Kanalisation gelangen lassen. Abfälle und Behälter<br />
müssen in gesicherter Weise beseitigt werden<br />
S 29/56 Nicht in die Kanalisation gelangen lassen<br />
S 36/37 Bei der Arbeit geeignete Schutzhandschuhe und Schutzkleidung<br />
tragen<br />
S 36/37/39 Bei der Arbeit geeignete Schutzkleidung, Schutzhandschuhe und<br />
Schutzbrille/Gesichtsschutz tragen<br />
S 36/39 Bei der Arbeit geeignete Schutzkleidung und<br />
Schutzbrille/Gesichtsschutz tragen<br />
S 37/39 Bei der Arbeit geeignete Schutzhandschuhe und<br />
Schutzbrille/Gesichtsschutz tragen<br />
S 47/49 Nur in Originalbehälter bei einer Temperatur von nicht über ...°C<br />
(vom Hersteller anzugeben) aufbewahren<br />
66
10 Literaturverzeichnis<br />
• H.W. Baer:<br />
Biologische Versuche im Unterricht, Aulis Verlag Deubner & Co KG,<br />
Köln, 1985.<br />
• H.Bannwarth, B.P. Kremer, D.Massing:<br />
Stoffe und Stoffwechsel-Grundlagen, Abläufe, Experimente, Biologische<br />
Arbeitsbücher- Quelle und Meyer, Wiesbaden, 1995.<br />
• F. Füller:<br />
Biologisches Praktikum, C. C. Buchner Verlag, Bamberg, 1984.<br />
• M. Just, A. Hradetzky:<br />
Chemische Schulexperimente – Organische Chemie, Verlag Harri<br />
Deutsch, Thun, Frankfurt am Main, 1997.<br />
• K. Klein:<br />
Praktische Biochemie, Biologische Arbeitsbücher - Quelle und Meyer,<br />
Heidelberg, 1979.<br />
• J. Knoll, G. Demmer, M. Thies:<br />
Stoffwechsel, Westermann Schulbuchverlag, Braunschweig,1994.<br />
• K. Kuhn, W. Probst:<br />
Biologisches Grundpraktikum Band I, 4. Auflage, Gustav Fischer<br />
Verlag, Stuttgart, 1983.<br />
• W. Pilhofer:<br />
Biochemische Grundversuche, Praxis Schriftenreihe Chemie, Band 25,<br />
Aulis Verlag Deubner & CO KG, Köln, 1982.<br />
• G. Schwedt:<br />
Noch mehr Experimente mit Supermarktprodukten - Das<br />
Periodensystem als Wegweiser, Wiley-VCH-Verlag, Weinheim, 2003.<br />
• G.Wagner, T.Angermeier:<br />
Unterricht Chemie, Rund um die Waschmittel, Nr.63, Erhard Friedrich<br />
Verlag, Berlin, 2001.<br />
67
11 Index<br />
A<br />
Aktivierungsenergie 3, 4, 5<br />
Aktivität 34, 40<br />
Alkoholdehydrogenase 1<br />
Amylase 25, 40, 50, 51<br />
Carboanhydrase 6, 7<br />
Coenzym 46<br />
Dehydrase 23<br />
Gelatine 47<br />
GOD-Test 13<br />
Gummibärchen 53<br />
Harnstoff 5, 6, 12<br />
Hemmung 39, 43<br />
C<br />
D<br />
G<br />
H<br />
K<br />
Katalase 1, 2, 5, 10, 11, 12, 13, 14, 25, 28<br />
Katalysator 4<br />
Lipase 8, 9, 10, 16, 54<br />
Millon 9, 10<br />
Pankreatin 55<br />
Pepsin 37<br />
Peroxidase 5, 23<br />
Phosphatase 20<br />
Protease 47, 54<br />
L<br />
M<br />
P<br />
S<br />
Schwefelsäure 24<br />
Stärke 22, 24, 25, 33, 51, 56, 57, 58<br />
Thrombin 14<br />
Trypsin 37<br />
T<br />
U<br />
Urease 5, 8, 9, 10, 11, 12, 18, 19, 29, 38, 42<br />
Wasserstoff 3, 4, 8<br />
W<br />
68