Versuchsprotokoll 1.) Versuch 2a: Quantitative Bestimmung der Atmung 1.1. Einleitung: Bei der aeroben Atmung, also dem oxidativen Abbau der Kohlenhydrate, entsteht im Citratzyklus und bei der oxidativen Decarboxylierung der Brenztraubensäure Kohlendioxid. Das entstehende CO 2 kann mit der in diesem Versuch angewendeten Methode quantitativ nachgewiesen werden. 1.2. Material und Methode:. Der genaue Versuchsaufbau und ablauf ist im Skript ausführlich beschrieben. 1.3. Versuchsergebnisse: Verbrauch HCl in ml Ø Verbrauch HCl in ml Blindtitration 19,2 / 19,4 19,3 Titration 17,5 / 17,9 17,7 Minderverbrauch: Anzahl der Erbsen: Versuchsdauer: 1,5 ml 92 Erbsen 49 min Berechnung: Die Berechnung der folgenden Werte ist im Skript auf Seite 5 ausgiebig erklärt. 1,5 x 7 x 2,2 mg CO 2 = 23,1 mg CO 2 / 92 Erbsen 23,1 mg CO 2 / 92 = 0,251 mg CO 2 / Erbse * 49 min 0,307 mg CO 2 / Erbse * 60 min
2.) Versuch 2b: Sauerstoffverbrauch bei der aeroben Atmung 2.1. Einleitung: Wie beim vorangegangenen Versuch erwähnt wird bei der aeroben Atmung Sauerstoff verbraucht und Kohlendioxid sowohl im Citratzyklus als auch bei der oxidativen Decarboxylierung der Brenztraubensäure freigesetzt. Wenn man nun das freigesetzte Kohlendioxid chemisch an eine Lauge bindet kann man den Sauerstoffverbrauch der Atmung und die damit verbundene Abnahme des Gasvolumens im Reaktionsgefäß messen. Außerdem ist die Abnahme des Gasvolumens in diesem Versuch auch rein optisch zu erkennen. 2.2. Material und Methode: Die Durchführung des Versuches 2b ist im Skript niedergeschrieben. 2.3. Versuchsergebnisse: Nachdem der Hahn geschlossen ist, kann man nach einigen Minuten eine erste Veränderung der Steighöhe des Eosins im U-Rohr feststellen. Am Versuchsende ist eine Höhendifferenz von 3,6 cm zu erkennen. 2.4. Auswertung: Durch den Sauerstoffverbrauch bei der aeroben Atmung und dadurch, dass das dabei entstandene CO 2 durch Natronlauge gebunden wird, nimmt das Gasvolumen im Erlenmeyerkolben ab. Die Volumenabnahme sorgt dafür, dass das Eosin im U-Rohr nach oben gezogen wird und die oben genannte Höhendifferenz von 3,6 cm auftritt.
3.) Versuch 2c: Modell der Atmungskette 3.1. Einleitung: Die Atmungskette der aeroben Atmung besteht aus einer Reihe hintereinander geschalteter Redoxsysteme. Als Endakzeptor für die übertragenen Elektronen steht Sauerstoff zur Verfügung. Durch die Kombination von Redoxsystemen in freier Lösung können diese Abläufe in einem künstlichen System demonstriert werden. Der Wasserstoffdonator ist hier die Aminosäure Cystein (Cys-SH) die Elektronen an das Redoxsystem Eisen II/III abgibt. Am Ende der Elektronentransportkette werden von je 2 Fe 2+ -Ionen je ein Elektron an ein ½ O 2 abgegeben wird. Dadurch entsteht in Verbindung mit 2 Protonen Wasser. Der Versuch ist so oft wiederholbar, bis das ganze Cystein zu Cystin oxidiert oder der gesamte Sauerstoff im Gefäß verbraucht ist. Durch die Farbe der Lösung ist der aktuelle Redoxzustand des gekoppelten Systems zu erkennen (Cystein bildet mit Fe 3+ einen blauvioletten, mit Fe 2+ aber einen farblosen Komplex). Wird dieser Versuch in einem geschlossenen Raktionsgefäß durchgeführt, und wird durch mehrmaliges Schütteln immer wieder Sauerstoff in Lösung gebracht, dann nimmt das Gasvolumen im Behälter immer weiter ab. Durch den entstehenden Unterdruck kann der Sauerstoffverbrauch sichtbar gemacht werden. 3.2. Material und Methode: Material und Methode des Versuches sind in dem Kursskript zu finden. 3.3. Versuchsergebnisse: Nach dem Schütteln kann man nach Öffnen des Hahns beobachten, dass in das Rohr Flüssigkeit eingesaugt wird. 3.4. Auswertung: Nach Zugabe aller Substanzen der im Reagenzglas gebildeten Atmungskette kann man anhand des Einsaugens der Flüssigkeit erkennen, dass Sauerstoff verbraucht wurde. Der Versuch funktioniert nur solange bis sämtliches Cystein zu Cystin oxidiert wird, da sonst kein Elektronendonator mehr vorhanden wäre.
4.) Versuch 2d: Alkoholische Gärung 4.1. Einleitung: Gärung bezeichnet den unvollständigen Abbau organischer Substanzen, der in Abwesenheit von Sauerstoff Energie liefert. Als terminaler Wasserstoffakzeptor fungiert ein organisches Abbauprodukt des Substrates. Gärungen haben allgemein immer eine recht hohen Substratumsatz, da die entstehenden Endprodukte alle noch recht energiereich sind. Im ersten Versuchsteil wird die Vergärbarkeit verschiedener Zucker durch Saccharomyces cerevisiae (Bäckerhefe) untersucht. Das in der Glycolyse entstehende Pyruvat wird hier durch die Pyruvat-Decarboxylase zu Acetaldehyd decarboxyliert. Der Acetaldehyd fungiert hier als Akzeptor für Wasserstoff und wird hiermit zu Ethanol reduziert. Saccharomyces kann unter anderem nur D-Monosaccharide vergären. Disaccharide müssen erst enzymatisch gespalten werden. Außerdem fehlt diesem Bakterium auch die Lactase um Lactose zu spalten. Im zweiten Versuchsteil wird die Gärungsumlenkung untersucht. Wenn Acetaldehyd als Wasserstoffakzeptor blockiert wird fungiert das Dihydroxyacetonphosphat als Akzeptor für den Wasserstoff. Dann entsteht über Glycerinphosphat Glycerin. Man kann den blockierten Acetaldehyd im Anschluß freisetzen und nachweisen. Im dritten Versuchsteil geht es um die Herstellung und Destillation von Ethanol. Dabei werden zuckerhaltige Fruchtkonserven mit Wasser, Rohrzucker und Hefe versetzt Nach ein- bis zweiwöchiger Gärzeit ist der Versuch allerdings erst beendet. 4.2. Material und Methode:...sind im Skript zu finden. 4.3. Versuchsergebnisse: An den Gärröhrchen ist nach Ablauf der Versuchszeit folgende Gasproduktion zu erkennen: Glucose 4,4 Skalenteile (ST), Fructose 4,5 ST, Saccharose 4,4 ST und Lactose 0 ST. Im zweiten Versuchsteil ist nach Ablauf der Versuchszeit und Zugabe von Piperidin / Nitroprussidnatrium eine Blaufärbung des mit Natriumsulfit behandelten Röhrchens zu erkennen.
4.4. Auswertung: Aufgrund der Versuchsergebnisse kann man erkennen, das Saccharomyces die D- Monosaccharide Glucose und Fructose gleich gut vergären kann. Das Disaccharid Saccharose muss erst in zwei Monosaccharide zerlegt werden und wird dann ebenso gut vergärt. Die Lactose wird nicht vergärt, da Saccharomyces das Enzym Lactase nicht besitzt. Die Lactose kann demnach nicht im Monosaccharide zerlegt werden und steht nicht zur Gärung zur Verfügung. Im zweiten Versuchsteil erkennt man die Anwesenheit von Acetaldehyd durch die Blaufärbung des einen Kölbchens. Das Acetaldehyd wird erst durch das Natriumsulfit blockiert (Reaktion siehe Skript) und dann durch Zugabe von Piperidin / Nitroprussidnatrium freigesetzt und nachgewiesen. Im Vergleichskölbchen tritt keine Färbung auf, da hier das Vorhandene Acetaldehyd verstoffwechselt wird. Der dritte Versuchsteil ist noch nicht abgeschlossen und wird daher gesondert nachgeliefert. 3.) Literatur: CAMPELL, Biologie, 5. Auflage, 1997, Spektrum Verlag, Stichwort Photosynthese RICHTER, Biochemie der Pflanzen, 1996, Thieme Verlag BUSCHMANN + KRUMMBACH, Physiologie der Photosynthese, 1985, Springer Verlag LICHTENTHALER + PFISTER, Praktikum der Photosynthese, 1978, Quelle & Meyer HELDT, Pflanzenbiochemie, 2003, Spektrum Verlag