Naturwissenschaften - Chemie - Lebensmittelchemie - 8 Zusatzstoffe (P788800) 8.7 Enzymatischer Eiweißabbau Experiment von: Anouch Gedruckt: 28.02.204 :9:40 intertess (Version 3.2 B24, Export 2000) Aufgabe Aufgabe Wie wird Eiweiß im Magen abgebaut? Prüfe die Wirkung verschiedener eiweißspaltender Enzyme. Raum für Notizen Wenn Sie als Lehrer angemeldet sind, finden Sie nachstehend eine Schaltfläche für Zusatzinformationen. - -
Zusätzliche Informationen Eiweiß gehört zu den wichtigsten Nährstoffen. Zur Lebenserhaltung sind jedoch nur ganz bestimmte Eiweißstoffe notwendig. Diese können aber nicht direkt aus der Nahrung gewonnen werden, sondern müssen in unserem Verdauungssystem aufbereitet und umgearbeitet werden. Dies gilt insbesondere für tierische Eiweiße. Inhalte und Lernziele Eiweiß wird im Magen durch das eiweißspaltende (=proteolytische) Enzym Pepsin zersetzt. Das Verdauungsenzym Pepsin, das in Mägen von Mensch und Tier vorkommt, zeigt seine größte Wirkung bei ph-werten zwischen und 3. Eiweißspaltende Enzyme werden u.a. zur Herstellung von Quark, als Fleischzartmacher und zur Verhinderung von Eiweißfällungen bei Getränken verwendet. Methodische Anmerkungen Zur Beantwortung der Frage 2 kann der Versuch "Gerinnung von Eiweiß" durchgeführt werden. Die Bedeutung von Enzymen als Biokatalysatoren sollte im Unterrichtsgespräch vertieft werden. Grundlagen und Hinweise Eiweiß kann durch proteolytische Enzyme in seine Bausteine, Oligopeptide und Aminosäuren, gespalten werden. Pepsin ist das wichtigste Enzym des Magensaftes. Seine optimale Wirkung hat das Verdauungsenzym bei ph-werten zwischen und 3, der durch die Magensäure entsprechend eingestellt wird. Papain in Fleischzartmachern wird aus dem Milchsaft des tropischen Melonenbaumes "Carica papaya" gewonnen. Es ist oxidationsempfindlich und wird deshalb häufig mit Reduktionsmitteln in den Verkehr gebracht. Andere eiweißspaltende Enzyme pflanzlicher Herkunft sind Bromelin (aus Ananas) und Ficin (aus Feigen). Hinweise zur Vertiefung Herstellung von Quark oder Käse aus Vollmilch mit Labtabletten. Die Wirkung von Enzymen bei der Umwandlung von Stärke in Traubenzucker. - 2 -
Hinweise zu Aufbau und Durchführung Vorbereitung Folgende Lösungen sollten zentral vorbereitet werden: Eiklarlösung Trennen sie vorsichtig von einem Hühnerei Eiklar und Eidotter. Das Eiklar wird in 00 ml %ige Kochsalzlösung ( g Natriumchlorid gelöst in 00 ml destilliertem Wasser) gerührt. Die Lösung sollte anschließend über Glaswolle filtriert werden. Die Eiweißlösung kann für weitere Versuche verwendet werden. %ige Pepsinlösung g Pepsin wird in 00 ml destillierten Wasser gelöst. 5 %ige wässrige Lösung eines Fleischzartmachers 5 g Fleischzartmacher werden in 00 ml destillierten Wasser gerührt. Falls die Mischung trüb ist, sollte sie über Glaswolle filtriert werden. Anmerkung zu den Schülerversuchen Die eiweißspaltende Wirkung von Pepsin und Papain (in Fleischzartmachern) kann auch an anderen Proteinen wie Fleischsaft oder Sojaeiweiß untersucht werden. Bei der Körpertemperatur von Säugetieren, also 30-40 C, ist die eiweißspaltende Wirkung von Pepsin besonders groß. H- und P-Sätze Pepsin - 3 -
H35: Verursacht Hautreizungen. H39: Verursacht schwere Augenreizung. H334: Kann bei Einatmen Allergie, asthmaartige Symptome oder Atembeschwerden verursachen. H335: Kann die Atemwege reizen. P302+P352: BEI KONTAKT MIT DER HAUT: Mit viel Wasser und Seife waschen. P304+P34: BEI EINATMEN: Bei Atembeschwerden an die frische Luft bringen und in einer Position ruhigstellen, die das Atmen erleichtert. P305+P35+P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen. P342+P3: Bei Symptomen der Atemwege: GIFTINFORMATIONS-ZENTRUM oder Arzt anrufen. Salzsäure H290: Kann gegenüber Metallen korrosiv sein. H34: Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. H335: Kann die Atemwege reizen. P234: Nur im Originalbehälter aufbewahren. P260: Staub/Rauch/Gas/Nebel/Dampf/Aerosol nicht einatmen. P303+P36+P353: BEI KONTAKT MIT DER HAUT (oder dem Haar): Alle beschmutzten, getränkten Kleidungsstücke sofort ausziehen. Haut mit Wasser abwaschen/duschen. P304+P340: BEI EINATMEN: An die frische Luft bringen und in einer Position ruhigstellen, die das Atmen erleichtert. P305+P35+P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen. P309+P3: BEI Exposition oder Unwohlsein: GIFTINFORMATIONS-ZENTRUM oder Arzt anrufen. P50: Inhalt/ Behälter einer anerkannten Abfallentsorgungsanlage zuführen. Gefahren Salzsäure wirkt ätzend. Kontakt der Chemikalie mit dem Körper vermeiden. Schutzbrille und Schutzhandschuhe tragen! Entsorgung Die Lösungen aus den Reagenzgläsern können in den Abfluss. - 4 -
Material Material Material aus "TESS advanced Chemie Set Lebensmittelchemie, FCH" (Bestellnr. 5306-88) Position Material Stativfuß, variabel Bestellnr. 0200-00 Menge 2 Stativstange Edelstahl 8/8, l = 370 mm, d = 0 mm 02059-00 3 Ring mit Muffe, verzinkt, Innendurchmesser 00 mm 3770-0 4 Drahtnetz mit Keramik, 60 x 60 mm 33287-0 5 Becherglas DURAN, niedrige Form, 400 ml 3604-00 6 Reagenzglasgestell, 2 Bohrungen, d = 22 mm, Holz 37686-0 7 Reagenzglas, d = 8 mm, l = 80 mm, Laborglas, 00 Stück 37658-0 (4) 8 Reagenzglashalter bis d = 22 mm 38823-00 9 Reagenzglasbürste, d = 20 mm, l = 270 mm 38762-00 0 Schülerthermometer, -0...+0 C, l = 80 mm 38005-02 Pipette mit Gummikappe 6470-00 4 2 Laborschreiber, wasserfest 387-00 3 Schutzbrille, farblose Scheiben 3936-00 4 Gummihandschuhe, Größe S (7) 39325-00 Chemikalien, Zusätzliches Material Position Material Bunsenbrenner mit Hahn, für Erdgas, DIN-Ausführung Bestellnr. 3268-05 Menge Sicherheits-Gasschlau, DVGW, lfd. Meter 3928-0 Pepsin, Pulver, löslich, 00 g 308-0 Wasser, destilliert, 5 l 3246-8 Salzsäure 25%ig, reinst, 000 ml 3822-70 Siedesteinchen, 200 g 36937-20 Ei Fleischzartmacher - 5 -
Für das Experiment benötigte Materialien - 6 -
Aufbau Aufbau Gefahren Salzsäure wirkt ätzend. Kontakt der Chemikalie mit dem Körper vermeiden. Schutzbrille und Schutzhandschuhe tragen! Aufbau Nummeriere vier Reagenzgläser von bis 4 und stelle sie in ein Reagenzglasgestell (Abb. ). Abb. Baue das Stativ mit Brenner entsprechend der Abbildungen 2-6 auf. Befestige an der Stativstange den Stativring und lege darauf das Drahtnetz. Verschiebe den Stativring in der Höhe so, dass die Brennerflamme gerade das Drahtnetz erreicht. Abb. 2 Abb.3-7 -
Abb. 4 Abb. 5 Abb. 6 Fülle ein 400 ml Becherglas bis zur Hälfte mit Wasser und gib einige Siedesteine dazu (Abb. 7). Erhitze es bis zum Sieden und stelle es zur Seite. Lösche die Bunsenbrennerflamme aus! Abb. 7-8 -
Durchführung Durchführung Ablauf Pipettiere in die vier Reagenzgläser bis zu einer Füllhöhe von 2 cm Eiklarlösung (Abb. 8). Stelle die Reagenzgläser mit der Eiklarlösung in das vorbereitete heiße Wasserbad bis die Eiweißlösungen trüb sind (Abb. 9). - 9 -
Abb. 8 Abb. 9-0 -
Gib in Reagenzglas und 2 bis zu einer Höhe von 6 cm Pepsinlösung ( %ig). In die Reagenzgläser 3 und 4 gib die gleiche Menge einer 5 %igen wässrigen Lösung eines Fleischzartmachers (Abb. 0). Abb. 0 Pipettiere zu den Lösungen in den Reagenzgläsern 2 und 4 je 0 Tropfen Salzsäure (25 %ig). Abb. Prüfe mit einem Schülerthermometer die Temperatur des Wasserbades, sie sollte 30-40 C betragen. Ist das Wasserbad heißer, so lass es für einige Zeit abkühlen, bis die Temperatur von 30-40 C erreicht ist, ist das Wasser jedoch kühler, so erwärme das Wasserbad erneut über der Bunsenbrennerflamme. Stelle die vier Reagenzgläser ca. 30 Minuten in ein Becherglas mit warmen Wasser (Abb. 2). - -
Abb. 2 Entsorgung Die Lösungen aus den Reagenzgläsern können in den Abfluss. - 2 -
Ergebnisse Ergebnisse Notiere deine Beobachtungen in folgender Tabelle: Tabelle Reagenzglas 2 3 4 Eiweißlösung mit Pepsin Pepsin und Salzsäure Fleischzartmacher Fleischzartmacher und Salzsäure Auflösung der Eiweißtrübung nnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nnnnnnnnnnnnnnnnnnnn Siehe Tabelle. Reagenzglas 2 3 4 Eiweißlösung mit Pepsin Pepsin und Salzsäure Fleischzartmacher Fleischzartmacher und Salzsäure Auflösung der Eiweißtrübung negativ positiv teilweise negativ - 3 -
Auswertung Auswertung Frage Ziehe Schlussfolgerungen aus deinen Beobachtunge. Beim Erhitzen von Eiklarlösung wird das Hühnereiweiß denaturiert, es fällt aus. Die Trübungen in Reagenzglas 2 und 3 sind ganz bzw. teilweise verschwunden. In Reagenzglas 2 befand sich das Verdauungsenzym Pepsin mit Salzsäure. Es hat nur im sauren Bereich eiweißspaltende Wirkung. In Reagenzglas 3 war der wässrige Auszug des Fleischzartmachers ohne Säurezusatz. Fleischzartmacher enthalten als eiweißspaltendes Enzym Papain. Papain wirkt im neutralen Bereich eiweißspaltend. - 4 -
Frage 2 Wie können Enzyme blockiert werden? Enzyme sind hochmolekulare Eiweißverbindungen. Sie können durch Hitze, Säuren, Schwermetallionen, Lösungsmittel, mechanische Beanspruchung und proteolytische Enzyme blockiert bzw. denaturiert werden. Frage 3 Wozu werden eiweißspaltende Enzyme bei der Herstellung von Lebensmitteln verwendet? - 5 -
Eiweißspaltende Enzyme werden u.a. zur Herstellung von Quark (Lab), als Fleischzartmacher, zur Verhinderung von Eiweißfällungen bei Getränken (Papain) sowie zur Veränderung von spezifischen Eigenschaften von Pflanzenproteinen, z.b. von Klebereiweiß in Weizenmehl verwendet. Frage 4 Vervollständige die folgenden Aussagen:. Das Verdauungsenzym nnnnnnnnnnnnnnnnnnnn in Verbindung mit nnnnnnnnnnnnnnnnnnnn spaltet Eiweiß auf. 2. Pepsin ist nur im nnnnnnnnnnnnnnnnnnnn Bereich wirksam. 3. Das Verdauungsenzym nnnnnnnnnnnnnnnnnnnn spaltet Eiweiß im nnnnnnnnnnnnnnnnnnnn Bereich. 4. Eiweißspaltende Enzyme werden bei der Herstellung von nnnnnnnnnnnnnnnnnnnn und nnnnnnnnnnnnnnnnnnnn verwendet.. Das Verdauungsenzym Pepsin in Verbindung mit Salzsäure spaltet Eiweiß auf. 2. Pepsin ist nur im sauren Bereich wirksam. 3. Das Verdauungsenzym Papain spaltet Eiweiß im neutralen Bereich. 4. Eiweißspaltende Enzyme werden bei der Herstellung von Quark und Käse verwendet. - 6 -