Enzymaktivität von Katalase

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1 Enzymaktivität von Katalase Versuchsziel Enzymatischer Abbau des Zellatmungsgiftes Wasserstoffperoxid in der Leber. 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 Messzylinder 100 ml, Glas Mörser mit Pistill 150 ml Sieb, d = 60 mm, engmaschig Becherglas 250 ml, hohe Form Gummistopfen 26/32, Bohrung 7 mm Gummischlauch, d i = 6 mm, 1 m Glasröhrchen, l = 80 mm, 1 Stk, aus Messpipette 1 ml Messpipette 10 ml Reagenzglas 100 mm, d = 12 mm, 1 Stk. aus Glycerin, 99%, 100 ml Tropfflasche, 50 ml, Kunststoff Wasserstoffperoxid 30 %, 250 ml Salzsäure-Maßlösung, 1 mol/l, 1 l Natronlauge 1 mol/l, 1 l Software measure für Cobra Zusätzlich wird benötigt PC mit USB-Schnittstelle, Windows XP oder höher Eiswürfel Wasserkocher Destilliertes Wasser Kleines Stück Hühner- oder Schweineleber Abb. 1: Versuchsaufbau P PHYWE Systeme GmbH & Co. KG All rights reserved 1

2 Enzymaktivität von Katalase Sicherheitshinweis Natronlaugen wirken je nach Konzentration stark ätzend oder reizend auf Haut, Augen und Schleimhäute. Nebel reizen die Atemorgane. Bei Verätzungen Gewebezerstörungen mit starken Schmerzen. Darf nicht in die Hände von Kindern gelangen. Salzsäure wirkt je nach Konzentration stark ätzend oder reizend. Dämpfe reizen die Atemorgane, wobei die Schleimhäute der oberen Atemorgane besonders betroffen sind. Konzentrierte Säuren zerstören Haut und Textilien. Dämpfe (Nebel) nicht einatmen. Hautkontakt vermeiden. Bei der Arbeit geeignete Schutzkleidung, Schutzhandschuhe und Schutzbrille tragen. Erste Hilfe: Betroffene Haut, Augen bei gut geöffnetem Lidspalt mit viel Wasser gründlich spülen. Bei Augenverletzungen unverzüglich Arzt konsultieren. Bei Unfall oder Unwohlsein sofort Arzt hinzuziehen. Nach dem Einatmen: Frischluft, Atemwege freihalten. Bei Atemnot: Transport zum Arzt in halbsitzender Stellung. Entsorgung: Lösungen mit Wasser verdünnen, neutralisieren (ph 6-8) und wegspülen. Da bei dem Versuch ein erheblicher Druck aufgebaut wird, sollte eine Schutzbrille verwendet werden. Aufbau Geräte gemäß Abb. 1 aufbauen. An der Stativstange an der Halterung den Cobra4 Wireless-Link mit der Cobra4 Sensor-Unit Thermodynamics (Druckmodul) befestigen. Den Erlenmeyerkolben auf den Magnetrührer stellen und mit der Universalklemme und der Doppelmuffe unterhalb des Druckmoduls arretieren. 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 Enzymaktivität von Katalase laden (Experiment > Experiment öffnen ). Es werden nun alle benötigten Voreinstellungen zur direkten Messwertaufnahme geladen. 2 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG All rights reserved P

3 Enzymaktivität von Katalase Abb. 2: Messparameter Durchführung Ein kleines Stück Leber (evtl. vorher in kleine Stücke schneiden) in den Mörser geben und etwas destilliertes Wasser hinzugeben. Mit Pistill zerkleinern und den Saft über ein Sieb in das Becherglas abgießen. Versuch 1: Zuerst eine knapp 0,5%ige Wasserstoffperoxidlösung herstellen: Hierzu eine 3%ige Wasserstoffperoxidlösung herstellen (10 ml 30%ige H 2 O 2 -Lösung und 90 ml destilliertes Wasser). Anschließend 15 ml der 3%ige Lösung in 100 ml Messzylinder geben und mit destilliertem Wasser auf 100 ml auffüllen. Lösung in den Erlenmeyerkolben geben, Rührstäbchen hinzufügen und auf den Magnetrührer stellen. 1 ml Lebersaft hinzugeben und den Erlenmeyerkolben sofort mit dem Gummistopfen verschließen. Kleine Rührstufe einstellen und Messung starten (Laufzeit 150 s). Versuch 2a+b: Durchführung wie in Versuch 1, jedoch noch 10 ml Natronlauge 1 mol/l oder 10 ml Salzsäure 1 mol/l hinzugeben. Versuch 3a+b: Durchführung wie in Versuch 1, Lebersaft jedoch vorher in ein Reagenzglas geben und 5 Minuten lang in Becherglas mit eiskaltem (Eiswürfel) bzw. kochendem Wasser stellen. P PHYWE Systeme GmbH & Co. KG All rights reserved 3

4 Enzymaktivität von Katalase Beobachtungen und Ergebnisse Abb. 3: Messergebnis normal Versuch 1: Beim ersten Versuch ist ein steiler Anstieg der Druckkurve zu erkennen (Abb. 3). (Im Verlauf der Messung fällt die Kurve senkrecht ab, da der Gummistopfen aus dem Erlenmeyerkolben gedrückt wurde.) Abb. 4: Messergebnis Lauge Versuch 2a: Bei Zugabe von Natronlauge ist im Vergleich zu den Normalbedingungen ein geringerer Anstieg der Druckkurve zu erkennen (Abb. 4). 4 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG All rights reserved P

5 Enzymaktivität von Katalase Abb. 5: Messergebnis Säure Versuch 2b: Bei Zugabe von Salzsäure ist kein Anstieg der Druckkurve zu erkennen (Abb. 5). Abb. 6: Messergebnis Kälte Versuch 3a: Nach einem ca. 5-minütigen Eisbad steigt der Druck fast ebenso schnell an wie unter Normalbedingungen (Abb. 6). (Im Verlauf der Messung kommt es zu einem plötzlichen Druckabfall, da der Gummistopfen aus dem Erlenmeyerkolben heraus gedrückt wurde.) P PHYWE Systeme GmbH & Co. KG All rights reserved 5

6 Enzymaktivität von Katalase Abb. 7: Messergebnis Hitze Versuch 3b: Nach einer ca. 5-minütigen Hitzebehandlung bleibt der Druck im Erlenmeyerkolben konstant (Abb. 7). Hinweise Katalase ist ein Enzym, das beim Menschen vor allem in der Leber und in den Erythrozyten vorkommt. Es baut Wasserstoffperoxid (H 2 O 2 ), ein giftiges Nebenprodukt der Zellatmung, zu Wasser und Sauerstoff ab. Mischt man z.b. Blut mit H 2 O 2, so sieht man Sauerstoffbläschen ausperlen. Enzyme sind abhängig vom ph-wert. Versuch 2 zeigt, dass Katalase den alkalischen Bereich vorzieht. Auf saures Milieu reagiert das Enzym empfindlicher und ist nicht mehr aktiv. Enzyme bestehen aus Eiweißen. Eiweiße denaturieren bei hohen Temperaturen (Katalase ab ca. 40 C). Deshalb kommt es in Versuch 3b nach 5-minütiger Hitzeeinwirkung zu keinem Druckanstieg mehr. Die Eiweiße des Enzyms wurden durch die Hitze zerstört. Ein Kälteschock hingegen inaktiviert die Katalase nur vorübergehend. Nach dem Ansteigen der Temperatur arbeiten die Enzyme wieder normal. 6 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG All rights reserved P

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