Biologieexperimente für Lehrer – Enzyme: Katalase

Sicherheit. Obwohl die Gefahren bei den folgenden Experimenten vernachlässigbar sind, wird Ihnen empfohlen, die neueste Ausgabe von „Safeguards in the School Laboratory“ von The Association for Science Education (ase.org.uk) zu konsultieren, bevor Sie mit einem Experiment beginnen.

Umriss. Katalase ist ein Enzym, das in den Zellen vieler lebender Organismen vorkommt. Bestimmte energiefreisetzende Reaktionen in der Zelle produzieren als Endprodukt Wasserstoffperoxid. Diese für die Zelle giftige Verbindung wird durch Katalase in Wasser und Sauerstoff gespalten. 2H2O2 = 2H2O + O2

Proben von Leber und Hefe werden in Wasserstoffperoxid getropft. Sauerstoff wird entwickelt und der Schüler wird gebeten, das Experiment zu verlängern, um zu versuchen, zu entscheiden, ob ein Enzym im Gewebe dafür verantwortlich ist. Die Experimente und die Fragen dauern etwa eine Stunde.

Vorherige Kenntniss. Die Existenz anorganischer Katalysatoren; beim Kochen denaturierte Enzyme; Sauerstoff entzündet eine leuchtende Schiene.

Vorbereitung und Materialien – pro Gruppe

20 Volumen Wasserstoffperoxid 50 cm3

Schiene

Leber, ca. 1 cm Würfel

destilliertes Wasser 20 cm3

Trockenhefe ca. 1 g

sauberer Sand ca. 1 g

Aktivkohle-Granulat, ca. 1 g

Geräte – pro Gruppe

Reagenzglasständer und 4 Reagenzgläser

Pinzette oder Sucher zum Einschieben der Leber in das Reagenzglas

4 Etiketten oder Spiritusmarker

Filter Trichter

Bunsenbrenner

Filterpapier

Reagenzglashalter

Mörser und Stößel

Experiment

Die folgende Untersuchung ist eine ziemlich kritische Untersuchung von Pflanzen- und Tiergewebe, um zu sehen, ob

sie enthalten Katalase.

(a) Beschriften Sie drei Reagenzgläser 1-3.

(b) Gießen Sie etwa 20 mm (Tiefe) Wasserstoffperoxid in jedes Röhrchen.

(c) Schneiden Sie die Leber in 3 Stücke.

(d) Geben Sie in Röhrchen 1 ein kleines Stück Leber und in Röhrchen 2 eine Prise Trockenhefe.

(e) Führen Sie eine glühende Schiene in die Röhrchen 1 und 2 ein und bringen Sie sie nahe an die Flüssigkeitsoberfläche oder in den oberen Teil des Schaums.

1 Beschreiben Sie, was Sie gesehen haben und wie sich die glühende Schiene auswirkt.

2 Wie interpretieren Sie diese Beobachtungen?

3 Gibt es aus diesem Experiment bisher Hinweise darauf, ob das Gas aus dem Wasserstoffperoxid oder aus dem Feststoff stammt?

4 Gibt es zum jetzigen Zeitpunkt Hinweise darauf, dass ein Enzym an der Gasproduktion bei dieser Reaktion beteiligt ist?

(f) Geben Sie einige Körnchen Holzkohle in Röhrchen 3 und beobachten Sie die Reaktion.

5 Könnte Holzkohle ein Enzym sein? Erkläre deine Antwort.

6 Unter der Annahme (i) dass das Gas in (f) das gleiche ist wie zuvor und (ii) dass die Holzkohle fast reiner Kohlenstoff ist, hilft Ihnen das Ergebnis mit Holzkohle bei der Entscheidung über die Gasquelle in diesem und den vorherigen Experimenten? ?

(g) Angenommen, die Hypothese wird aufgestellt, dass es ein Enzym in der Leber und Hefe gibt, das Wasserstoffperoxid in Sauerstoff und Wasser zerlegt; Entwerfen und führen Sie ein Kontrollexperiment durch, um diese Hypothese zu überprüfen.

7 Notieren Sie (i) das Experiment, (ii) die Gründe, die Sie dazu veranlasst haben, (iii) die beobachteten

Ergebnisse und (iv) Ihre Schlussfolgerungen.

(h) Waschen Sie die Reagenzgläser aus. Entwerfen und führen Sie ein Experiment durch, um zu sehen, ob das vermeintliche Enzym aus dem pflanzlichen und tierischen Material extrahiert werden kann und trotzdem seine Eigenschaften behält. Das Experiment sollte eine Kontrolle beinhalten.

8 Beschreiben Sie kurz Ihr Verfahren, Ihre Ergebnisse und Ihre Schlussfolgerungen.

9 Angenommen, Leber und Hefe enthalten jeweils ein Enzym, das Wasserstoffperoxid spaltet, gibt es dann Beweise dafür, dass es sich um dasselbe Enzym handelt? Was müsste getan werden, um dies mit Sicherheit herauszufinden?

Diskussion – Antworten

1 Aufbrausen sollte in jedem Fall beobachtet werden, ist aber bei Hefe stärker als bei Leber. Die leuchtende Schiene sollte wieder aufleuchten.

2 Sauerstoff wird produziert.

3 Es gibt keine Hinweise darauf, ob die Flüssigkeit oder der Feststoff das Gas abgeben. Wenn die Schüler denken, dass ein Feststoff wahrscheinlich kein Gas abgibt, könnten sie an Marmor und Salzsäure erinnert werden, in der es der Feststoff ist, der das Kohlendioxid produziert. Es scheint jedoch weniger wahrscheinlich, dass Hefe und Leber beide Sauerstoff abgeben, wenn sie mit Wasserstoffperoxid behandelt werden, als dass Wasserstoffperoxid Sauerstoff abgeben sollte, wenn sie mit verschiedenen Substanzen behandelt werden.

4 Bisher gibt es keine Hinweise auf die Beteiligung eines Enzyms.

5 Ein Gas wird entweichen, aber nicht schnell genug, um eine leuchtende Schiene wieder zu entzünden. Holzkohle konnte nicht

ein Enzym sein, weil (a) es ein Element ist und (b) es durch sehr hohe Temperaturen produziert wurde, die Enzyme zerstören würden.

6 Holzkohle als Element konnte keinen Sauerstoff abgeben. Das Gas muss aus dem kommen

Wasserstoffperoxid.

7 (i) Das Experiment sollte darin bestehen, die Gewebe zu kochen und sie dann in Wasserstoffperoxid zu legen.

(ii) Wenn ein Enzym beteiligt ist,

(iii) es wird kein Gas produziert.

8 Der Schüler soll die Proben mit etwas Sand und destilliertem Wasser vermahlen, filtrieren und das Filtrat mit Wasserstoffperoxid testen. Sauerstoff wird mit einer Stärke entwickelt, die proportional zu der ist, die beim Testen der Originalsubstanzen beobachtet wurde.

Der Schüler sollte die Hälfte jedes Extrakts kochen und zeigen, dass er seine Aktivität verliert.

9 Es scheint keinen grundlegenden Grund zu geben, warum Hefe und Leber nicht unterschiedliche Enzyme haben sollten, die den Abbau von Wasserstoffperoxid katalysieren. Um hier Gewissheit zu haben, müssten die Enzyme extrahiert und ihre chemische Zusammensetzung bestimmt werden.

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