Biologieexperimente für Lehrer – Enzyme: Katalase

Sicherheit. Obwohl die Gefahren in den folgenden Experimenten vernachlässigbar sind, wird empfohlen, vor Beginn eines Experiments die neueste Ausgabe von „Schutzmaßnahmen im Schullabor“ zu konsultieren, die von der Association for Science Education (ase.org.uk) veröffentlicht wurde.

Gliederung. Katalase ist ein Enzym, das in den Zellen vieler lebender Organismen vorkommt. Bestimmte Energiefreisetzungsreaktionen in der Zelle produzieren Wasserstoffperoxid als Endprodukt. Diese für die Zelle toxische Verbindung wird durch die Einwirkung von Katalase in Wasser und Sauerstoff gespalten. 2H2O2 = 2H2O + O2

Leber- und Hefeproben werden in Wasserstoffperoxid getropft. Sauerstoff wird entwickelt und der Student wird gebeten, das Experiment zu erweitern, um zu entscheiden, ob ein Enzym im Gewebe verantwortlich ist. Die Experimente und Fragen dauern ungefähr eine Stunde.

Vorherige Kenntniss. Die Existenz anorganischer Katalysatoren; beim Kochen denaturierte Enzyme; Sauerstoff entzündet eine leuchtende Schiene.

Vorbereitungen und Materialien – pro Gruppe

20 Volumen Wasserstoffperoxid 50 cm3

Schiene

Leber, ca. 1 cm Würfel

destilliertes Wasser 20 cm3

Trockenhefe ca. 1 g

sauberen Sand ca. 1 g

Aktivkohlegranulat, ca. 1 g

Gerät – pro Gruppe

Reagenzglasgestell und 4 Reagenzgläser

Pinzette oder Sucher, um die Leber in das Reagenzglas zu drücken

4 Etiketten oder Spirit Marker

Filter Trichter

Bunsenbrenner

Filterpapier

Reagenzglashalter

Mörser und Stößel

Experiment

Die folgende Untersuchung ist eine ziemlich kritische Untersuchung von pflanzlichen und tierischen Geweben, um festzustellen, ob

Sie enthalten Katalase.

(a) Beschriften Sie drei Reagenzgläser 1-3.

(b) Gießen Sie etwa 20 mm (Tiefe) Wasserstoffperoxid in jedes Röhrchen.

(c) Schneiden Sie die Leber in 3 Stücke.

(d) In Röhrchen 1 ein kleines Stück Leber und in Röhrchen 2 eine Prise Trockenhefe geben.

(e) Führen Sie eine leuchtende Schiene in die Röhrchen 1 und 2 ein und bringen Sie sie nahe an die Flüssigkeitsoberfläche oder in den oberen Teil des Schaums.

1 Beschreiben Sie, was Sie gesehen haben und wie sich dies auf die leuchtende Schiene auswirkt.

2 Wie interpretieren Sie diese Beobachtungen?

3 Gibt es bisher Hinweise aus diesem Experiment, die darauf hinweisen, ob das Gas aus dem Wasserstoffperoxid oder aus dem Feststoff stammt?

4 Gibt es derzeit Hinweise darauf, dass bei dieser Reaktion ein Enzym an der Gasproduktion beteiligt ist?

(f) In Röhrchen 3 einige Körnchen Holzkohle geben und die Reaktion beobachten.

5 Könnte Holzkohle ein Enzym sein? Erkläre deine Antwort.

6 Unter der Annahme, dass (i) das Gas in (f) das gleiche wie zuvor ist und (ii) dass die Holzkohle fast reiner Kohlenstoff ist, hilft Ihnen das Ergebnis mit Holzkohle bei der Entscheidung über die Gasquelle in diesem und den vorherigen Experimenten ?

(g) Angenommen, die Hypothese wird aufgestellt, dass es in Leber und Hefe ein Enzym gibt, das Wasserstoffperoxid in Sauerstoff und Wasser zersetzt; Entwerfen und führen Sie ein Kontrollexperiment durch, um diese Hypothese zu testen.

7 Notieren Sie (i) das Experiment, (ii) die Gründe, aus denen Sie es durchgeführt haben, (iii) die beobachteten

Ergebnisse und (iv) Ihre Schlussfolgerungen.

(h) Waschen Sie die Reagenzgläser aus. Entwerfen und führen Sie ein Experiment durch, um festzustellen, ob das angebliche Enzym im pflanzlichen und tierischen Material extrahiert werden kann und dennoch seine Eigenschaften beibehält. Das Experiment sollte eine Kontrolle enthalten.

8 Beschreiben Sie kurz Ihr Verfahren, Ihre Ergebnisse und Ihre Schlussfolgerungen.

9 Gibt es unter der Annahme, dass Leber und Hefe jeweils ein Enzym enthalten, das Wasserstoffperoxid spaltet, Hinweise darauf, dass es sich um dasselbe Enzym handelt? Was müsste getan werden, um dies sicher herauszufinden?

Diskussion – Antworten

1 In jedem Fall sollte ein Aufbrausen beobachtet werden, das jedoch bei Hefen stärker ist als bei Leber. Die leuchtende Schiene sollte wieder aufleuchten.

2 Es wird Sauerstoff erzeugt.

3 Es gibt keine Hinweise darauf, ob die Flüssigkeit oder der Feststoff das Gas abgibt. Wenn die Schüler der Meinung sind, dass ein Feststoff wahrscheinlich kein Gas abgibt, könnten sie an Marmor und Salzsäure erinnert werden, in denen es sich um den Feststoff handelt, der das Kohlendioxid produziert. Es scheint jedoch weniger wahrscheinlich, dass Hefe und Leber bei Behandlung mit Wasserstoffperoxid Sauerstoff abgeben, als dass Wasserstoffperoxid bei Behandlung mit verschiedenen Substanzen Sauerstoff abgeben sollte.

4 Bisher gibt es keine Hinweise darauf, dass ein Enzym beteiligt ist.

5 Ein Gas tritt aus, jedoch nicht schnell genug, um eine glühende Schiene wieder anzuzünden. Holzkohle konnte nicht

ein Enzym sein, weil (a) es ein Element ist und (b) es durch sehr hohe Temperaturen erzeugt wurde, die Enzyme zerstören würden.

6 Holzkohle als Element konnte keinen Sauerstoff abgeben. Das Gas muss aus dem kommen

Wasserstoffperoxid.

7 (i) Das Experiment sollte das Kochen der Gewebe und das anschließende Einbringen in Wasserstoffperoxid beinhalten.

(ii) Wenn ein Enzym beteiligt ist,

(iii) es wird kein Gas erzeugt.

8 Der Schüler sollte die Proben mit etwas Sand und destilliertem Wasser mahlen, filtrieren und das Filtrat mit Wasserstoffperoxid testen. Sauerstoff wird mit einer Kraft entwickelt, die proportional zu der ist, die bei der Prüfung der ursprünglichen Substanzen beobachtet wurde.

Der Schüler sollte die Hälfte jedes Extrakts kochen und zeigen, dass er seine Aktivität verliert.

9 Es scheint keinen fundamentalen Grund zu geben, warum Hefe und Leber keine unterschiedlichen Enzyme haben sollten, die die Zersetzung von Wasserstoffperoxid katalysieren. Um diesbezüglich sicher zu sein, müssten die Enzyme extrahiert und ihre chemische Zusammensetzung bestimmt werden.

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