Dienstag, 12. März 2013

Experimente mit Katalase



Ein weiteres Protokoll. Diesmal aus dem Biounterricht. Ich hab bisher noch keine Note drauf bekommen, freu mich aber über Verbesserungen :)


Protokoll
Thema: Enzymatik

Experimente mit Katalase

-     Eigenschaften von Enzymen
-     Die Wirkung von Katalase





Vorbetrachtung

Wirkung und Eigenschaften von Enzymen

-      Reagieren nur mit einem bestimmten Substrat (Substratspezifität)
-       Es entsteht immer das gleiche Reaktionsprodukt (Wirkungsspezifizität)
-      Enzym bleibt unverändert, wird nicht verbraucht (es wird nur Energie verbraucht)
-      Es gibt eine Enzymspezifische optimale Kurve
-      Bei zu hoher oder niedriger Temperatur/ PH-Wert wird das Enzym behindert/ denaturiert

Was ist Katalase?

-      Enzym, welches Wasserstoffperoxid zu Sauerstoff und Wasser umsetzt
-      Befindet sich in fast allen aeroben Lebewesen, z.B. in Leberzellen, roten Blutzellen oder Zellen der Kartoffelknolle
-      spaltet giftiges H2O2  , verhindert dadurch Schädigung von Genom und Proteinen
-      Reaktionsgleichung: H2O2 Katalase> O2 + 2H2O
-      Temperatur- und pH-Wert-abhängig




Geräte und Materialien

1.     Versuch

-      3 Reagenzgläser
-      3 mal 2 ml H2O2- Lösung, Sand, Braunstein, Katalasepräparat (Kartoffel + Sand)
-      Holzspan
-      Reibeschale mit Pistill
-      Pipette

2.    Versuch

-      2 Reagenzgläser
-      Katalasepräparat
-      1 ml Salzsäure, 1 ml Natronlauge, 2 ml H2O2- Lösung
-      Reibeschale mit Pistill
-      Pipette

3.    Versuch

-      1 Reagenzglas
-      Katalasepräparat
-      Kupfer-(II)-sulfatlösung, 2 ml H2O2- Lösung
-      Reibeschale mit Pistill
-      Pipette

4.    Versuch

-      1 Reagenzglas
-      1 Stückchen gekochte Kartoffel
-      2 ml Wasserstoffperoxid
-      Pipette



Durchführung

1.     Versuch

-      Katalasepräparat: Kartoffel zerreiben, in der Reibeschale mit Sand verreiben
-      1. Reagenzglas:
o   H2O2- Lösung + Sand
-      2. Reagenzglas:
o   H2O2- Lösung + Braunstein
-      3. Reagenzglas:
o   H2O2– Lösung + Katalasepräparat
-      Glimmspanprobe


2.    Versuch

-      Katalasepräparat: Kartoffel zerreiben, in der Reibeschale mit Sand verreiben
-      1. Reagenzglas:
o   Katalasepräparat + 1 ml Salzsäure
-      2. Reagenzglas:
o   Katalasepräparat + 1 ml Natronlauge
-      5 min einwirken lassen
-      Je 2 ml H2O2- Lösung dazugeben


3.    Versuch

-      Katalasepräparat: Kartoffel zerreiben, in der Reibeschale mit Sand verreiben
-      Reagenzglas:
o   Katalasepräparat + Kupfer-(II)-sulfatlösung
-      5 min einwirken lassen
-      2 ml H2O2- Lösung dazugeben

4.    Versuch

-      Reagenzglas:
o   1 Stück gekochte Kartoffel + 2 ml H2O2


Beobachtung
1.     Versuch

1.     Glas:
- keine Reaktion

2.    Glas:
- Bildung einer schwarzen Substanz, die nach oben schäumt
- Dampfbildung, Erwärmung
-leichtes Aufglimmen bei Glimmspanprobe

3.    Glas:
-schnelle Bildung weißen Schaums
-Auslöschen des Feuers

2.    Versuch

1.     Glas:
-gelbe Färbung

2.    Glas:
-hellgelb-weiße Färbung, mit H2O2- Lösung leichte Bläschenbildung



3.    Versuch

-weiße Färbung
-Bildung weißen Schaums

4.    Versuch

-keine Reaktion

Auswertung

1.     Versuch
Beim ersten Glas findet keine Reaktion statt, weil Sand nicht mit H2O2 reagiert und auch kein Katalysator ist.
Mit Braunstein reagiert die H2O2- Lösung dagegen sehr stark, weil der Zerfall des H2O2 (in Sauerstoff und Wasser) durch den Braunstein katalysiert und somit deutlich beschleunigt wird.
Auch Katalase dient als Katalysator für H2O2 und beschleunigt damit die Reaktion beträchtlich.


2.    Versuch
Die Reaktionsgeschwindigkeit ist pH-abhängig. Das pH-Optimum von Katalase liegt bei pH=7, also neutral. Da jedoch sowohl Salzsäure als auch Natronlauge den pH-Wert verändern (Lauge nach oben, Säure nach unten), wird bei beiden die Aktivität der Katalase gehemmt, sodass die Reaktion des H2O2 langsamer stattfindet als in 
Versuch 1.




3.    Versuch
Durch die Kupfer-(II)-sulfatlösung wird die Form des Enzyms geändert und dadurch irreversibel gehemmt. Deshalb dürfte die Katalase die H2O2- Lösung eigentlich nicht mehr katalysieren.

4.    Versuch
Katalase besteht größtenteils aus Proteinen, welche bei zu großer Hitze denaturieren und damit irreparabel zerstört werden. Dies ist bei der gekochten Kartoffel geschehen, sodass aus ihr keine funktionstüchtige Katalase mehr gewonnen werden kann.


Fehlerbetrachtung:        - unsaubere Materialien àReaktion bereits mit anderen Stoffen
                                     
                                    



Die Wirkung der Katalase

An der Kurve erkennt man, dass die Umsatzkapazität der Katalase begrenzt ist. Die Kurve steigt zuerst steil an, dann sinkt der Anstieg jedoch zunehmend. Sie nähert sich einer Asymptote. Ab ca. 8 g H2O2 ist die maximale Aktivität der Katalase erreicht. Auch mit mehr H2O2- Lösung kann nun nicht mehr O2 produziert werden.
Dies ist der typische Verlauf einer Enzymreaktion, da zu deren Eigenschaften die enzymspezifische optimale Kurve gehört, die von Temperatur und pH-Werten abhängt. Bei zu hoher oder zu niedriger Temperatur/ PH-Wert können die Enzyme nicht richtig arbeiten bzw. können sogar geschädigt (denaturiert) werden. Die obere Grenze der Kurve zeigt die Aktivität an, die bei den bestmöglichen Reaktionsbedingungen erreicht werden kann.

Kommentare:

  1. Das hat mir sehr geholfen.
    Wir haben im Biounterricht unteranderem das hier aufgeführte 4. und das 1. (verändert) Experiment gemacht.
    Ich habe alles einwenig genauer beschrieben, aber das allgemeine in der Vorbetrachtung war nochmal ein super Pluspunkt :D

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  2. So weit finde ich alles ganz okay, nur bei der Auswertung von Versuch 3 ist es so, dass es in seltenen Fällen sein kann, dass das Kupfersulfat nicht als Gift, sondern auch als Katalysator fungiert, sodass es gut sein kann, dass sich trotzdem Schaum gebildet hat.

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