Glykolyse (Druckmessung)

Transkript

1 Glykolyse (Druckmessung) Versuchsziel Nachweis der Glykolyse durch Messung der CO 2 -Produktion unter verschiedenen Versuchsbedingungen (Temperatur, ph). Material 1 Cobra4 Wireless Manager Cobra4 Wireless-Link Cobra4 Sensor-Unit Thermodynamics Halter für Cobra4 mit Stativstange Stativfuß variabel Stativstange, l = 500 mm Doppelmuffe Universalklemme mit Gelenk Magnetrührer mini Magnetrührstäbchen, l = 50 mm Erlenmeyerkolben 250 ml, SB Becherglas 250 ml, hohe Form Becherglas 1000 ml, niedrige Form Messpipette 10 ml Gummistopfen 26/32, Bohrung 7 mm Gummischlauch, d i = 6 mm, 1 m Glasröhrchen, l = 80 mm, d i = 8 mm, 10 Stück Bunsenbrenner, Erdgas Sicherheitsgasschlauch, 1 m Schlauchschelle, d = 8 12 mm Dreibein Drahtnetz Glasrührstab, l = 200 mm, d = 3 mm Laborthermometer, C Puffertabletten, ph 4,00, 100 Stk Puffertabletten, ph 10,00, 100 Stk Glycerin, 100 ml Tropfflasche, 50 ml, Kunststoff Waage MXX-212R, 210 g / 0,01 g, RS232, 230 V Software measure für Cobra Zusätzlich wird benötigt PC mit USB-Schnittstelle, Windows XP oder höher Traubensaft Frische Bäckerhefe (Saccharomyces cerevisiae) Eiswürfel Abb. 1: Versuchsaufbau P PHYWE Systeme GmbH & Co. KG All rights reserved 1

2 Glykolyse (Druckmessung) Aufbau Geräte gemäß Abb. 1 aufbauen. An der Stativstange an der Halterung den Cobra4 Wireless-Link mit der Cobra4 Sensor-Unit Thermodynamics befestigen. Den Erlenmeyerkolben auf den Magnetrührer stellen und mit der Universalklemme und der Doppelmuffe unterhalb des Druckmoduls positionieren. Das Glasröhrchen mit ein wenig Glycerin in den Gummistopfen eindrehen. Anschließend mit einem möglichst kurzen Schlauchstück das Druckmodul mit dem Glasröhrchen verbinden. Cobra4 Wireless Manager in die USB-Schnittstelle des PCs stecken. Die Software measure Cobra4 starten, das Messgerät wird automatisch erkannt. Messdaten wie in Abb. 2 dargestellt einstellen, oder einfach Versuch Glykolyse (Druckmessung) laden (Experiment > Experiment öffnen ). Es werden nun alle benötigten Voreinstellungen zur direkten Messwertaufnahme geladen. Abb. 2: Messparameter Durchführung Versuch 1: 150 ml Traubensaft mit dem Bunsenbrenner auf C erwärmen. 10 g Bäckerhefe abwiegen, in ein 250 ml-becherglas geben, bis 100 ml mit warmem Leitungswasser auffüllen und mit dem Glasstab verrühren. Den erwärmten Fruchtsaft, 10 ml der Hefesuspension und das Rührstäbchen in den 250 ml- Erlenmeyerkolben geben. Erlenmeyerkolben mit Gummistopfen verschließen, auf Magnetrührer stellen und mit der Universalklemme fixieren. Kleine Rührstufe einstellen und an Druckmodul anschließen. Messung starten (Laufzeit auf 5000 s begrenzt). 2 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG All rights reserved P

3 Glykolyse (Druckmessung) Versuch 2: (Vorbereitung siehe Versuch 1) 1000 ml-becherglas zur Hälfte mit Leitungswasser füllen. Erlenmeyerkolben in Becherglas stellen und einige Eiswürfel hinzugeben. Erlenmeyerkolben mit Stopfen verschließen und Messung starten (Laufzeit auf 5000 s begrenzt). Versuch 3: (Vorbereitung siehe Versuch 1) 1000 ml-becherglas zur Hälfte mit heißem Leitungswasser füllen (verschiedene Temperaturen probieren, z.b. 50/70/90 C). Erlenmeyerkolben in Becherglas stellen, mit Stopfen verschließen und Messung starten (Laufzeit auf 5000 s begrenzt). Versuch 4: (Vorbereitung siehe Versuch 1) Unterschiedliche Pufferlösungen hinzugeben (z.b. 20 ml Pufferlösung ph 4,01 bzw. ph 10,01). Hierzu eine Puffertablette in 20 ml Wasser geben. Erlenmeyerkolben mit Stopfen verschließen und Messung starten (Laufzeit auf 5000 s begrenzt). Beobachtungen und Ergebnisse Versuch 1 (Normalbedingungen): Die Kurve steigt stark an. Nach ungefähr 40 Minuten bei einem Druck von ca hpa wurde der Gummistopfen aus dem Erlenmeyerkolben gedrückt (Abb. 3). Versuch 2 (Temperatur erniedrigt): Der Druck steigt zunächst kaum, dann aber stärker an, insgesamt aber weniger stark als bei der Messung bei Zimmertemperatur. Nach ungefähr 74 min bei einem Druck von 1200 hpa wurde der Gummistopfen aus dem Erlenmeyerkolben gedrückt (Abb. 4). Versuch 3 (Temperatur erhöht): Die Kurve fällt zunächst ab, erholt sich dann nach ca. 17 Minuten und steigt dann immer stärker an (Abb. 5). Versuch 4 (ph-wert des Nährmediums erniedrigt): Die Kurve steigt steil an, bis nach ca. 25 Minuten bei einem Druck von ca hpa der Gummistopfen aus dem Erlenmeyerkolben gedrückt wird (Abb. 6). Abb. 3: Messergebnis bei Raumtemperatur P PHYWE Systeme GmbH & Co. KG All rights reserved 3

4 Glykolyse (Druckmessung) Abb. 4: Messergebnis im Eisbad Abb. 5: Messergebnis im 70 C-Bad Abb. 6: Messergebnis bei Zugabe einer sauren Pufferlösung 4 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG All rights reserved P

5 Glykolyse (Druckmessung) Hinweise Um die Effekte der verschiedenen Versuchsbedingungen zu zeigen, ist es nicht erforderlich, die Teilversuche durchzuführen, bis der Gummistopfen aus dem Erlenmeyerkolben herausgedrückt wird. Eine Versuchsdauer von 5, besser 10 Minuten pro Teilversuch ist ausreichend. Zu Versuch 1: Hefen vergären Zucker. Dabei durchläuft die im Traubensaft enthaltene Glukose die Glykolyse. Hierbei wird ein Molekül Glukose in zehn enzymatisch katalysierten Reaktionen in zwei Pyruvat-Moleküle umgewandelt. Nebenprodukt dieser Reaktionskette ist CO 2. Zu Versuch 2: Durch den Einfluss der Kälte kommt es zu einer Verlangsamung des Stoffwechsels der Hefen, der besonders am Anfang deutlich ist. Hier wird kaum Kohlenstoffdioxid abgegeben. Wenn das Eis schmilzt, und die Temperatur langsam wieder ansteigt, kommt es auch wieder zur CO 2 -Produktion. Der Versuch zeigt, dass die Glykolyse temperaturabhängig ist (Abb. 4). Zu Versuch 3: Bei zu hohen Temperaturen kommt es zur Stoffwechseleinstellung der Hefen, steigt die Temperatur langfristig über 45 C, stirbt sie ab. Temperaturen, die im Optimumbereich der Hefe liegen (ca. 32 C), fördern hingegen die Stoffwechselaktivität. Zu Versuch 4: Da Hefen einen Bereich von ph 3,8-5,2 bevorzugen, kommt es bei Zugabe einer sauren Pufferlösung zu einem signifikanten Anstieg der Stoffwechselaktivität. Gibt man dagegen basische Pufferlösung hinzu, sind die Lebensbedingungen der Hefe nicht mehr optimal. Die Stoffwechselaktivität sinkt in der Folge. P PHYWE Systeme GmbH & Co. KG All rights reserved 5

6 Glykolyse (Druckmessung) Raum für Notizen 6 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG All rights reserved P