Enzyme, klein - aber oho! Praktikum für Leistungskurse Versuchsanleitungen. Skriptum

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1 Enzyme, klein - aber oho! Praktikum für Leistungskurse Versuchsanleitungen Skriptum Gläsernes Labor, Helmholtz Zentrum München Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt Skriptversion:

2 Enzymatikpraktikum für die gymnasiale Oberstufe Kenntnisse über Funktion und Bau der Enzyme sind unerlässlich für das Verständnis des Stoffwechsels. Als Stoffwechsel bezeichnet man die Summe aller chemischen Vorgänge, die in Lebewesen ablaufen. Bei Zimmertemperaturen laufen diese chemischen Reaktionen aber extrem langsam ab, so dass sie durch Katalysatoren (Biokatalysatoren = Enzyme) beschleunigt werden müssen. Die Enzymkinetik ist ein Fachbereich der Biochemie. Sie beschreibt, wie schnell und effizient chemische Reaktionen verlaufen, bei denen Enzyme wirken. Experimente 1. Katalytische Zersetzung des Zellgiftes Wasserstoffperoxid 2. Hitzewirkung auf Urease 3. Sind Enzyme wirklich Eiweiße? 4. Amylasenachweis im Speichel 5. Temperatur-Abhängigkeit der Urease-Aktivität 6. Abbau von Harnstoff bei verschiedenen Substratkonzentrationen 7. Hemmung von Katalase durch Bleiionen 8. Hemmung von Urease durch Kupferionen 2

3 1 Katalytische Zersetzung 1 Katalytische Zersetzung des Zellgiftes Wasserstoffperoxid Eine verdünnte Lösung von Wasserstoffperoxid ist bei Raumtemperatur relativ stabil. Allerdings ist Wasserstoffperoxid ein energiereicher Stoff, so dass er sich auch bei Raumtemperatur langsam zersetzt. Thermisch und katalytisch kann dieser Prozess beschleunigt werden. Wasserstoffperoxid entsteht bei vielen Stoffwechselschritten als Zwischenprodukt, aufgrund seiner oxidativen Wirkung ist es ein Zellgift. Katalase, ein Enzym, katalysiert den Abbau von Wasserstoffperoxid und findet sich in fast allen aerob lebenden Mikroorganismen, in Pflanzen und allen tierischen Organen, dort vor allem in den Peroxisomen (Katalase kann als Oxidase wirken). Material: Reagenzgläser, Spatel, Reagenzglasgestell, Glimmspan, Stopfen, Skalpell, Pinzette, Petrischalen Wasserstoffperoxid-Lösung (3 %), Braunstein, Kartoffel, Leber, Muskelfleisch, Fettgewebe, Katalaselösung 1. Überlegen Sie sich zu erst einmal was die Gefährlichkeit von Wasserstoffperoxid bedingt! 2. Welche Reaktion katalysiert die Katalase? Falls Sie nicht weiterkommen schauen sie sich die Formel von Wasserstoffperoxid einmal genauer an, welche Stoffe könnten entstehen? Denken Sie dabei daran, dass diese Reaktion auch bei uns im Körper passiert. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung. 3. Welche Stoffe, die bei der Umsetzung von Wasserstoffperoxid entstehen, können Sie einfach nachweisen? Wenn Sie diese Fragen beantwortet haben (oder nicht weiterkommen), holen Sie sich einen Kursbetreuer zur Hilfe. Sie haben jetzt eine Methode kennen gelernt mit der Sie ein Endprodukt der Katalsereaktion nachweisen können. Katalase befindet sich eigentlich in fast allen tierischen und pflanzlichen Zellen. Planen Sie ein Experiment, mit dem Sie den Katalasegehalt verschiedener Stoffe qualitativ bestimmen können. Sie haben verschiedene Stoffe zur Verfügung (s. Tabelle nächste Seite). Wie würden Sie vorgehen? Machen Sie sich Stichpunkte. geplanter Versuchsablauf: 3

4 1 Katalytische Zersetzung Wenn Sie fertig sind, holen Sie sich einen Kursbetreuer zur Hilfe. Überlegen Sie sich vor Durchführung des Experiments in welchen Stoffen Sie viel Katalase erwarten (z.b. durch + und -) Führen Sie dann das Experiment durch und tragen Sie die Ergebnisse ein. Kartoffel Leber Muskelfleisch Fettgewebe Katalase Braunstein Erwartung An dieser Stelle wird das Experiment durchgeführt... Beobachtung Auswertung: Entsprechen alle Beobachtungen ihren Erwartungen? Versuchen Sie zu interpretieren. Welches Gewebe enthält besonders viel Katalase und warum? Aufräumen: Entsorgen Sie die Feststoffe in den Abfall (mit dem Spatel aus dem Reagenzglas holen). Bringen Sie die verbrauchten Reagenzgläser in den Waschkorb im Waschbecken und ersetzen Sie sie durch neue (stehen neben dem Waschbecken!). 4

5 2 Hitzewirkung auf Urease 2 Hitzewirkung auf Urease Die Urease war eines der ersten Enzyme, die entdeckt wurden (1930) und ist von entscheidender Bedeutung beim Abbau von Harnstoff, z. B. von Bodenbakterien. Ohne Urease wäre es z.b. Bodenbakterien nicht möglich Harnstoff als Stickstoffquelle zu nutzen. Harnstoff befindet sich zum Beispiel in Jauche, wird aber auch künstlich als Stickstoffdüngemittel eingesetzt. Vor allem in Pflanzensamen und Bakterien, aber auch bei Krebse und Meeresmuscheln kommt die Urease vor. O C NH 2 NH 2 Harnstoff Die Umsetzung von Harnstoff durch Urease kann auch außerhalb von Zellen stattfinden, z.b. im Reagenzglas. Material: Reagenzgläser, Spatel, Reagenzglasgestell, Reagenzglasklammer, Bunsenbrenner, Waage, Wägetrichter Harnstoff, Phenolphthalein, destilliertes Wasser, Urease Überlegen Sie sich erst einmal, was bei der Umsetzung des Harnstoffs (H2N-CO-NH2) passiert. Welche Stoffe könnten entstehen? Ein kleiner Tipp: es entsteht auch CO2 Reaktionsgleichung: H 2 N-CO-NH 2 + H 2 O + CO 2 CO2 ist eine schwache Säure, der andere Stoff, der bei der Umsetzung von Harnstoff entsteht ist in wässriger Lösung stark basisch. Wie könnten Sie diesen basischen Stoff nachweisen? Phenolphthalein ist ein Indikator, der bei ph < 7 farblos ist, in basischem Milieu ist er pink. Überlegen Sie sich einen Versuch mit dem Sie testen können, ob die Reaktion so stattfindet wie in der Reaktionsgleichung beschrieben. Entscheidend für die Funktion von Enzymen ist die Proteinstruktur, wenn diese gestört ist, geht die katalytische Funktion von Enzymen verloren. Nennen Sie Beispiele wie Sie die Aktivität von Enzymen heruntersetzen, bzw. auslöschen können. Planen Sie ein Experiment, mit dem Sie die Einwirkung von moderater Hitze (knapp 100 C) auf Urease qualitativ bestimmen können. geplanter Versuchsablauf: 5

6 2 Hitzewirkung auf Urease Was wird passieren? Holen Sie sich einen Kursbetreuer um ihm den Ablauf des Versuches darzustellen. Führen Sie dann das Experiment durch. Beobachtung: Auswertung: Aufräumen: Bringen Sie die verbrauchten Reagenzgläser in den Waschkorb im Waschbecken (Flüssigkeiten ins Waschbecken leeren) und ersetzen Sie sie durch neue (stehen neben dem Waschbecken!). 6

7 3 Enzyme sind Eiweiße 3 Enzyme sind Eiweiße Enzyme sind Katalysatoren, die Stoffwechselreaktionen in Lebewesen beschleunigen. Diese Katalysatoren werden von den Organismen nach genetisch verankerter Bauanleitung hergestellt. Material: Reagenzgläser, Bunsenbrenner, Tropfpipetten, Spatel Urease, Hühnereiweißlösung, Öl, Zucker, Salz, dest. Wasser, 1%-Ninhydrin-Lösung Enzyme kann man u.a. mit der sog. Ninhydrinreaktion nachweisen. Führen Sie die Nachweisreaktion durch: 1. Nehmen Sie dazu eine kleine Spatelspitze Enzym und lösen es in ca. 2ml dest. Wasser 2. Geben 1ml Ninhydrinreagenz dazu. 3. Füllen Sie eine Spatelspitze Siedesteinchen dazu um beim Erhitzen Siedeverzug zu vermeiden. 4. Erhitzen Sie das Reagenzglas vorsichtig im Bunsenbrenner. Wenn Sie das noch nie gemacht haben, lassen Sie sich von einem Kursbetreuer einweisen. 5. Lassen Sie die Probe sieden und halten Sie es dann bis zum Farbumschlag heiß (immer wieder rein und raus aus der Flamme Siedeverzug. Überlegen Sie sich nun aus welchen Stoffen unser Körper hauptsächlich aufgebaut ist Enzyme müssen zu einer dieser Stoffklassen gehören. 7

8 3 Enzyme sind Eiweiße Führen Sie nun mit diesen Stoffen die Ninhydrinreaktion durch. Versuchsablauf Bemerkungen 1. Herstellen der fünf Probelösungen: a, ca. 2ml dest. Wasser b, 2 ml Hühnereiweiß c, 1 Tr. Öl d, 1 Spatelspitze Zucker e, 1 Spatelspitze Salz c, - e, in je ca. 2 ml dest. Wasser lösen bzw. emulgieren. Sauber arbeiten! Keine Verunreinigungen verschleppen! 2. geben Sie in jedes Reagenzglas eine Spatelspitze Siedesteinchen 3. in jedes Reagenzglas 1ml Ninhydrin-Lösung zugeben. Achtung: Ninhydrin färbt die Finger, gegebenenfalls Handschuhe anziehen. 3. Alle Proben bis zum Sieden erhitzen und kurz heiß halten. Vorsicht vor Siedeverzügen! Sauber arbeiten! Besonders auf die Pipettenspitze achten! Wärme über 80 C erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit und verkürzt so die Dauer von 24 h auf wenige Sekunden. Welche Art von Stoffen konnten Sie mit der sog. Ninhydrinreaktion nachweisen? Um welche Stoffe handelt es sich also bei Enzymen? Aufräumen: Entsorgen Sie die Flüssigkeiten in den Ninhydrinabfall. Bringen Sie die verbrauchten Reagenzgläser in den Waschkorb im Waschbecken und ersetzen Sie sie durch neue (stehen neben dem Waschbecken!). 8

9 4 Amylasenachweis im Speichel 4 Amylasenachweis im Speichel Im menschlichen Körper beginnt die Verdauung bereits im Mund. Die Aufspaltung der Stärke wird durch α-amylase im Speichel gestartet. Dabei werden die 1,4 glykosidischen Bindungen zwischen Glucosemolekülen gespalten. Material: Chemikalien: Bunsenbrenner, Reagenzglasklammer, Reagenzgläser, Pasteurpipetten, kleines Becherglas, Messzylinder (10mL), Spatel Stärke-Lösung, Lugol sche Lösung (I2/KI), Fehling I, Fehling II, Aqua dest. a, Führen Sie zunächst Blindproben mit Stärke-Lösung und Glucose zum Kennen lernen der Methoden durch. Versuchsablauf Bemerkungen Herstellen der drei Probelösungen: a, Eine Spatelspitze Glucose wird in ca. 6 ml Wasser gelöst, die Lösung auf zwei Reagenzgläser aufgeteilt. b, Zwei Reagenzgläser mit Stärkelösung. c, Zwei Reagenzgläser mit dest. Wasser. 1. Geben Sie zu je einem Reagenzglas der Glucose- Lösung, der Stärkelösung und dem Wasser einen Tropfen Lugol sche Lösung geben. 2. Vermischen Sie je 3 ml Fehling I und Fehling II in einem neuen Reagenzglas 3. Geben Sie nun je 2 ml des gemischten Fehling-Reagenz zu dem zweiten Satz Glucose-Lösung, Stärkelösung und Wasser 4. Geben Sie zu jedem Reagenzglas im zweiten Satz eine Spatelspitze Siedesteinchen. 5. Erwärmen Sie die Reagenzgläser des zweiten Satzes. Wenn Sie das noch nie gemacht haben holen Sie einen Kursbetreuer, damit er Sie einweist. Lösung muss frisch hergestellt werden. Größte Gefahrenquelle im Kurs!! Vorsicht! Alle Gruppenmitglieder Schutzbrille aufsetzen! Sehr leicht Siedeverzug! Die Reagenzglasmündung nicht auf Menschen richten!!! Reagenzglas immer wieder aus der Flamme nehmen! bitte wenden! 9

10 4 Amylasenachweis im Speichel Notieren Sie hier ihre Beobachtungen: Beobachtung: + Lugol sche Lösung + Fehling-Reagenz Glucose-Lösung Stärke-Lösung dest. Wasser Mit welchem Reagenz können Sie welchen Stoff nachweisen? Aufräumen: Entsorgen Sie die Abfälle (Fehling in den Kupferabfall, Lugol in den Iodabfall). Die verbrauchten Reagenzgläser in den Waschkorb im Waschbecken und ersetzen Sie sie durch neue (stehen neben dem Waschbecken!). b, Führen Sie nun den experimentellen Nachweis, dass in Ihrem Speichel Amylase enthalten ist! Überlegen Sie sich noch mal welche Reaktion die Amylase katalysiert. Machen Sie sich Stichpunkte und stellen dann einem Kursbetreuer ihren Versuchsablauf vor. geplanter Versuchsablauf: Erwartung: An dieser Stelle wird das Experiment durchgeführt... (Tipp: Funktioniert nur mit viel Speichel gut. Dazu nicht wenig Speichel durch zuzeln aufschäumen, sondern längere Zeit meditieren und möglichst intensiv eine quietschsaure Zitrone vorstellen. Den Speichel in das Falconröhrchen laufen lassen. Sie können auch Speichel von mehreren Personen vermischen). Achtung: Siedesteine nicht vergessen! Beobachtung: Auswertung: Frage: Warum ist es wichtig die Nahrung gut zu kauen? 10

11 5 Temperaturabhängigkeit von Urease 5. Temperatur-Abhängigkeit der Urease-Aktivität Chemische Reaktionen verlaufen immer mit einem Energieumsatz. Mit steigender Umgebungstemperatur steigen auch die Energien von Substrat und Enzym und damit auch die Kollisionswahrscheinlichkeit der Teilchen. Entsprechend wird die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflusst. Bei der Harnstoffzersetzung entstehen Ionen, diese werden bei der Leitfähigkeitsmessung erfasst. Ziel dieses Versuches ist es, die Temperatur-Abhängigkeit der Aktivität der Urease quantitativ zu bestimmen. Lesen Sie sich den gesamten Versuchsablauf durch, dann können Sie die verschiedenen Ansätze schon vorbereiten. Material: Wasserbäder, Leitfähigkeitselektroden, Magnetrührer, Thermometer, Timer, Mikroliterpipette, Eppendorfgefäße, 50ml-Vollpipette mit Peläusball, 5x 100ml Bechergläser hoch, großes Becherglas frisch bereitete Harnstoff-Lösung (w 0,1 %), Urease-Lösung (w 2 %), dest. Wasser Versuchsablauf Bemerkungen 1. Machen Sie sich mit dem Leitfähigkeitsmessgerät vertraut. Schalten Sie es am ON/OFF Schalter ein. Nach kurzer Wartezeit erzeigt die Anzeige. Der obere Wert ist die Leitfähigkeit in µs, der untere Wert die Temperatur in C. 2. Das Messgerät ist mit einer Elektrode verbunden, auf der eine durchsichtige Plastikkappe sitzt. In der Vertiefung der Elektrode sitzt das Messelement. Dieses Element sollte nicht zu lange trocken sein. 3. Füllen Sie ein Becherglas mit destilliertem Wasser und stellen Sie die Elektrode dort (ohne Kappe!) hinein! 4. Die Elektrode muss vor jeder Messung mit destilliertem Wasser gespült werden. 5. Füllen Sie nun 50 ml der Harnstofflösung (0,1%), die bei Raumtemperatur (Plastikgefäß mit blauem Deckel) steht in ein Becherglas. Bestimmen Sie die Leitfähigkeit (als Leitwert L). Das Messelement in der Elektrode soll dabei völlig von Flüssigkeit bedeckt sein. Lesen Sie auch die Temperatur an der Elektrode ab. 6. Geben Sie einen Rührfisch dazu und lassen Sie langsam rühren. Stellen Sie sich einen Timer auf 2 Minuten ein. Geben Sie 1 ml der Urease-Lösung zu. Starten Sie den Timer bei der Zugabe der Lösung und lassen Sie den Ansatz 2 Minuten unter Rühren laufen. weiter nächste Seite Wenn sich das Messgerät ausschaltet einfach wieder einschalten! L RTHarnstoff = T= Die Ureaselösung ist vorbereitet in kleinen Gefäßen, jeweils bei der Temperatur, die Sie gerade messen. Achten Sie darauf den kompletten Inhalt des Gefäßes zu benutzen (Pipette!) 11

12 5 Temperaturabhängigkeit von Urease 7. Nach 2 min das Rühren stoppen(!), Leitfähigkeitselektrode in das Becherglas stellen und den Leitwert messen. Lesen Sie den Wert sofort nach dem Eintauchen ab (der Wert ist nicht stabil, da sich die Leitfähigkeit ja ständig ändert) und notieren Sie ihn. 8. Füllen Sie das Falconröhrchen (blauer Deckel) wieder mit 50ml 0,1%iger Harnstofflösung, entsorgen Sie das leere Eppendorfgefäß L RTUrease =. 9. Reaktionsschritte 2-4 bei folgenden Temperaturen wiederholen: ca. 5 C, ca. 45 C, ca. 65 C, ca. 75 C Die Harnstoff-Lösungen befinden sich in Falconröhrchen, die Urease in Eppendorfgefäßen im entsprechenden Wasserbad. Nehmen Sie den Harnstoff und die Urease aus dem Wasserbad (Achtung heiß benutzen Sie eine Tiegelzange) 10. Bitte füllen Sie die Falconröhrchen wieder mit 50ml 0,1%iger Harnstofflösung und geben das Röhrchen zurück ins Wasserbad! Thermometer und Elektroden zwischen jeder Messung gründlich mit destilliertem Wasser reinigen! Rühren nicht vergessen! Tragen Sie die Werte in folgende Tabelle ein Temperatur L Harnstoff L Urease L korrigiert Raumtemp./ C L korrigiert = L Urease - L Harnstoff Mit diesem Werten erstellen Sie ein Temperatur/Leitfähigkeitsdiagramm (s. nächste Seite). Aufräumen: Bitte alle verwendeten Gefäße mit destilliertem Wasser (vorne am Waschbecken, orangener Hahn) abspülen und mit Küchenpapier abtrocknen. Die Leitfähigkeitselektrode in der Plastikkappe mit destilliertem Wasser aufbewahren. Überprüfen Sie ob alle Falconröhrchen wieder mit Harnstofflösung gefüllt sind. 12

13 5 Temperaturabhängigkeit von Urease Auswertung: 1. Erstelle ein Temperatur-Leitfähigkeits-Diagramm 2. Diskutieren Sie die Kurve, indem Sie sie in zwei Bereiche einteilen und diesen bestimmte Ursachen zuweisen. 13

14 6 Abbau von Harnstoff 6. Abbau von Harnstoff bei verschiedenen Substratkonzentrationen Die Umsetzungsgeschwindigkeit eines Substrates durch ein Enzym hängt hauptsächlich davon ab, wie schnell sich der Enzym-Substrat-Komplex bildet. Diese Eigenschaft des Enzyms stellt eine charakteristische Größe dar und wird als Michaelis-Menten-Konstante bezeichnet. Sie hat die Dimension einer Konzentration [mol/l] und ist als diejenige Substratkonzentration zu verstehen, bei der die halb-maximale Reaktionsgeschwindigkeit erreicht wird. Bei der Harnstoffzersetzung entstehen Ionen, diese werden bei der Leitfähigkeitsmessung erfasst. Ziel dieses Versuches ist es, die Abhängigkeit der Aktivität der Urease von der Substratkonzentration quantitativ zu bestimmen. Versuchsablauf Bemerkungen 1. Machen Sie sich mit dem Leitfähigkeitsmessgerät vertraut. Schalten Sie es am ON/OFF Schalter ein. Nach kurzer Wartezeit erzeigt die Anzeige. Der obere Wert ist die Leitfähigkeit in µs, der untere Wert die Temperatur in C. 2. Das Messgerät ist mit einer Elektrode verbunden, auf der eine durchsichtige Plastikkappe sitzt. In der Vertiefung der Elektrode sitzt das Messelement. Dieses Element sollte nicht zu lange trocken sein. 3. Füllen Sie ein Becherglas mit destilliertem Wasser und stellen Sie die Elektrode dort (ohne Kappe!) hinein! 4. Die Elektrode muss vor jeder Messung mit destilliertem Wasser gespült werden. 3. Geben Sie 20 mg Urease (steht bereits am Arbeitsplatz in Eppendorfgefäßen, beschriftet mit U in ein Becherglas und vermischen Sie es mit 20 ml destilliertem Wasser. Beschriften Sie das Becherglas. 4. Geben Sie 10 ml destilliertes Wasser in ein Becherglas, bestimmen sie den Leitwert mit dem Messgerät. Das Messelement in der Elektrode soll dabei völlig von Flüssigkeit bedeckt sein (Glas etwas schräg halten). L Wasser = 5. Geben Sie 1ml der Ureasesuspension (U) hinzu und messen Sie erneut. 6. Geben Sie 10 ml Harnstofflösung (beschriftet mit 1/6, 1 g in 6 l) in ein frisches Becherglas. Messen Sie den Leitwert der Lösung (L Lösung ) und tragen Sie ihn unten in die Tabelle ein. L Ureasesusp. = Achten Sie darauf, dass der Magnetrührer aus ist, bevor Sie das Glas daraufstellen. 14

15 6 Abbau von Harnstoff 7. Geben Sie einen Rührfisch dazu und stellen das Glas auf den Magnetrührer und fangen Sie an zu rühren. 8. Stellen Sie ihren Timer auf 2 Minuten. Mit der Zugabe von 1 ml Ureaselösung setzen Sie die Stoppuhr in Gang. Nach 2 Minuten messen Sie den Leitwert (L 120 ) und tragen ihn in die Tabelle ein. 9. Schritt 5-8 mit den anderen 5 Harnstoffkonzentrationen (s. Tabelle) in aufsteigender Konzentration wiederholen und die Werte in die Tabelle eintragen. Denken Sie daran die Leitfähigkeitselektrode zwischen den Messungen immer mit destilliertem Wasser abzuspülen. L Wasser = L Ureasesusp. = L Ureasesusp. - L Wasser = L Urease Als (grobes) Maß der Anfangsreaktionsgeschwindigkeit dient folgende Differenz: ΔL 120 = L (L Lösg. + L Wasser + L Urease ) Harnstoffkonz. [g/l] L Lösg. L 120 ΔL 120 1/6 1/5 1/4 1/3 1/2 1/1 Tragen Sie die Substratkonzentration gegen ΔL 120 (als Maß für die Anfangsgeschwindigkeit der Reaktion) auf (Diagramm nächste Seite). Diskutieren Sie den Kurvenverlauf mit einem Kursbetreuer. Aufräumen: Bitte alle verwendeten Gefäße mit destilliertem Wasser (vorne am Waschbecken, orangener Hahn) abspülen und mit Küchenpapier abtrocknen. Die Leitfähigkeitselektrode in der Plastikkappe mit destilliertem Wasser aufbewahren. 15

16 6 Abbau von Harnstoff Auswertung: 16

17 7 Hemmung von Katalase 7. Hemmung von Katalase durch Bleiionen Katalase besteht aus vier Untereinheiten, jede enthält eine Häm-Gruppe in der Form des Ferriprotoporphyrins IX (eisenhaltig). Zur Funktion der Katalase siehe Versuch 1. Ziel dieses Versuches ist es, den Einfluss eines Schwermetallions auf die Aktivität der Katalase qualtitativ zu bestimmen. Material: Reagenzgläser, Pipetten, 10ml-Messzylinder, Messer, Mörser mit Pistill Bleinitrat-Lösung (1%), Wasserstoffperoxid-Lösung (3%),dest. Wasser, Katalase-Lösung, Kartoffeln Versuchsablauf Bemerkungen 1. Handschuhe anziehen! Bleiverbindungen sind giftig! 2. Zwei Reagenzgläser mit 5 ml destilliertem Wasser bzw. 5 ml Bleinitratlösung (1%) füllen. 3. Zugabe je eines Stückes frisch geschnittener, gequetschter (mit Mörser und Pistill) Kartoffel, 5 Minuten warten. 4. Je ca. 2 ml Wasserstoffperoxidlösung (3%) in die beiden Reagenzgläser geben. 5. Wiederholen Sie den Versuch, verwenden Sie aber statt der Kartoffel die Katalase-Lösung. Vergleichen Sie die beiden Lösungen vor der Zugabe der Wasserstoffperoxidlösung! Wartezeit entfällt. Beobachtung: Fragen: 1. Welche Reaktion der Blei-Ionen mit dem Enzym ist denkbar? 2. Auf welche Struktur der Enzyme nehmen die Bleiionen Einfluß? 3. Warum wurden die früher häufig verwendet Bleirohre abgeschafft? Aufräumen: Geben Sie die Flüssigkeiten in den Abfall am Platz. Bringen Sie die verbrauchten Reagenzgläser in den Waschkorb im Waschbecken und ersetzen Sie sie durch neue (stehen neben dem Waschbecken!) 17

18 8 Hemmung von Urease 8. Hemmung von Urease durch Kupferionen Die Urease aus Schwertbohnen war eines der ersten Enzyme überhaupt,, die um das Jahr 1930 durch James Batcheller Sumner gereinigt und kristallisiert werden konnte. Sehr viel später konnte aufgeklärt werden, dass die Urease aus Schwertbohnen ein Metalloenzym ist und Nickel enthält. Wenn Urease Harnstoff umsetzt entsteht Ammoniak, der das Gemisch alkalisch werden lässt. Phenolphthalein ist ein Indikator der auf alkalisches Milieu mit Rotfärbung reagiert. Ziel dieses Versuches ist es, den Einfluss eines Schwermetallions auf die Aktivität der Urease qualtitativ zu bestimmen. Material: Reagenzgläser, Pasteurpipetten, 10ml-Messzylinder Kupfersulfat-Lösung, Harnstoff-Lösung (5 %), Urease, Phenolphthalein Versuchsablauf Bemerkungen 1. Füllen Sie zwei Reagenzgläser mit je ca. 5 ml Harnstofflösung (5%) 2. Geben Sie zu jedem Reagenzglas 5 Tropfen Phenolphthalein. 3. Lösen Sie in zwei weiteren Reagenzgläsern jeweils eine Spatelspitze Urease in 1ml dest. Wasser. Geben Sie zu einem Reagenzglas zusätzlich noch einen Tropfen Kupfersulfatlösung. Das andere Reagenzglas dient zur Kontrolle. Warten Sie 2-3 Minuten! 1. Gießen Sie die Harnstofflösungen zu den beiden Ansätzen. Beobachten Sie für einige Minuten. Was beobachten Sie? Warum kommt es zur Färbung (siehe auch Versuch 2) in einem Reagenzglas im anderen aber nicht? Warum hemmen die Kupferionen das Enzym? Aufräumen: Geben Sie die Flüssigkeiten in den Abfall am Platz. Bringen Sie die verbrauchten Reagenzgläser in den Waschkorb im Waschbecken und ersetzen Sie sie durch neue (stehen neben dem Waschbecken!) 18

19 >Das Helmholtz-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit Das Helmholtz-Zentrum konzentriert die Forschungsarbeiten auf eine der wichtigsten Fragen unserer Gesellschaft, die Gesundheit des Menschen in seiner Umwelt. Ziel ist es, Risiken für die menschliche Gesundheit durch Umweltfaktoren zu erkennen, Mechanismen der Krankheitsentstehung zu entschlüsseln sowie Konzepte zu entwickeln, um die Gesundheit des Menschen und seine natürlichen Lebensgrundlagen auch für die Zukunft zu schützen. Als Forschungseinrichtung des Bundes und des Freistaats Bayern mit Sitz in Neuherberg, im Norden Münchens, sind wir Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten öffentlichen Forschungsorganisation Deutschlands. > Über das Gläserne Labor Das Gläserne Labor wurde speziell für Schülerinnen und Schüler eingerichtet. Hier sollen sie zu bestimmten naturwissenschaftlichen Themen möglichst eigenständig, aber natürlich nach Anleitung, experimentieren und dabei entdecken, wie faszinierend naturwissenschaftliche Phänomene sind und Spaß haben an der Experimentier- und Forschertätigkeit. Zusätzlich sollen die Schülerinnen und Schüler das Helmholtz-Zentrum als Forschungseinrichtung kennenlernen und verstehen, wie Grundlagenforschung funktioniert und warum sie wichtig bzw. nötig ist. Je nach Thema werden aktuelle Forschungsprojekte des Helmholtz-Zentrums vorgestellt. Das Helmholtz-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit übernimmt als Mitglied der Helmholtz- Gemeinschaft Verantwortung für die Qualität der naturwissenschaftlich-technischen Bildung unserer Kinder. Das Gläserne Labor dient als Institution, um dieser Anforderung durch unterrichtsergänzende Angebote gerecht zu werden. Es wurde am Helmholtz Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit mit großzügiger finanzieller Unterstützung der Helmholtz-Gemeinschaft eingerichtet. > Weitere Informationen Besuchen Sie uns im Internet. Dort finden sie aktuelle Informationen und das Anmeldeformular: Bei Fragen stehen wir telefonisch unter zur Verfügung. Auf ein baldiges Wiedersehen freut sich ihr Team vom Gläsernen Labor! Gläsernes Labor Abteilung Öffentlichkeitsarbeit Helmholtz-Zentrum München Deutsches Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit Ingolstädter Landstrasse Neuherberg 19