Dienstag, 12. März 2013

Experimente mit Katalase



Ein weiteres Protokoll. Diesmal aus dem Biounterricht. Ich hab bisher noch keine Note drauf bekommen, freu mich aber über Verbesserungen :)


Protokoll
Thema: Enzymatik

Experimente mit Katalase

-     Eigenschaften von Enzymen
-     Die Wirkung von Katalase





Vorbetrachtung

Wirkung und Eigenschaften von Enzymen

-      Reagieren nur mit einem bestimmten Substrat (Substratspezifität)
-       Es entsteht immer das gleiche Reaktionsprodukt (Wirkungsspezifizität)
-      Enzym bleibt unverändert, wird nicht verbraucht (es wird nur Energie verbraucht)
-      Es gibt eine Enzymspezifische optimale Kurve
-      Bei zu hoher oder niedriger Temperatur/ PH-Wert wird das Enzym behindert/ denaturiert

Was ist Katalase?

-      Enzym, welches Wasserstoffperoxid zu Sauerstoff und Wasser umsetzt
-      Befindet sich in fast allen aeroben Lebewesen, z.B. in Leberzellen, roten Blutzellen oder Zellen der Kartoffelknolle
-      spaltet giftiges H2O2  , verhindert dadurch Schädigung von Genom und Proteinen
-      Reaktionsgleichung: H2O2 Katalase> O2 + 2H2O
-      Temperatur- und pH-Wert-abhängig




Geräte und Materialien

1.     Versuch

-      3 Reagenzgläser
-      3 mal 2 ml H2O2- Lösung, Sand, Braunstein, Katalasepräparat (Kartoffel + Sand)
-      Holzspan
-      Reibeschale mit Pistill
-      Pipette

2.    Versuch

-      2 Reagenzgläser
-      Katalasepräparat
-      1 ml Salzsäure, 1 ml Natronlauge, 2 ml H2O2- Lösung
-      Reibeschale mit Pistill
-      Pipette

3.    Versuch

-      1 Reagenzglas
-      Katalasepräparat
-      Kupfer-(II)-sulfatlösung, 2 ml H2O2- Lösung
-      Reibeschale mit Pistill
-      Pipette

4.    Versuch

-      1 Reagenzglas
-      1 Stückchen gekochte Kartoffel
-      2 ml Wasserstoffperoxid
-      Pipette



Durchführung

1.     Versuch

-      Katalasepräparat: Kartoffel zerreiben, in der Reibeschale mit Sand verreiben
-      1. Reagenzglas:
o   H2O2- Lösung + Sand
-      2. Reagenzglas:
o   H2O2- Lösung + Braunstein
-      3. Reagenzglas:
o   H2O2– Lösung + Katalasepräparat
-      Glimmspanprobe


2.    Versuch

-      Katalasepräparat: Kartoffel zerreiben, in der Reibeschale mit Sand verreiben
-      1. Reagenzglas:
o   Katalasepräparat + 1 ml Salzsäure
-      2. Reagenzglas:
o   Katalasepräparat + 1 ml Natronlauge
-      5 min einwirken lassen
-      Je 2 ml H2O2- Lösung dazugeben


3.    Versuch

-      Katalasepräparat: Kartoffel zerreiben, in der Reibeschale mit Sand verreiben
-      Reagenzglas:
o   Katalasepräparat + Kupfer-(II)-sulfatlösung
-      5 min einwirken lassen
-      2 ml H2O2- Lösung dazugeben

4.    Versuch

-      Reagenzglas:
o   1 Stück gekochte Kartoffel + 2 ml H2O2


Beobachtung
1.     Versuch

1.     Glas:
- keine Reaktion

2.    Glas:
- Bildung einer schwarzen Substanz, die nach oben schäumt
- Dampfbildung, Erwärmung
-leichtes Aufglimmen bei Glimmspanprobe

3.    Glas:
-schnelle Bildung weißen Schaums
-Auslöschen des Feuers

2.    Versuch

1.     Glas:
-gelbe Färbung

2.    Glas:
-hellgelb-weiße Färbung, mit H2O2- Lösung leichte Bläschenbildung



3.    Versuch

-weiße Färbung
-Bildung weißen Schaums

4.    Versuch

-keine Reaktion

Auswertung

1.     Versuch
Beim ersten Glas findet keine Reaktion statt, weil Sand nicht mit H2O2 reagiert und auch kein Katalysator ist.
Mit Braunstein reagiert die H2O2- Lösung dagegen sehr stark, weil der Zerfall des H2O2 (in Sauerstoff und Wasser) durch den Braunstein katalysiert und somit deutlich beschleunigt wird.
Auch Katalase dient als Katalysator für H2O2 und beschleunigt damit die Reaktion beträchtlich.


2.    Versuch
Die Reaktionsgeschwindigkeit ist pH-abhängig. Das pH-Optimum von Katalase liegt bei pH=7, also neutral. Da jedoch sowohl Salzsäure als auch Natronlauge den pH-Wert verändern (Lauge nach oben, Säure nach unten), wird bei beiden die Aktivität der Katalase gehemmt, sodass die Reaktion des H2O2 langsamer stattfindet als in 
Versuch 1.




3.    Versuch
Durch die Kupfer-(II)-sulfatlösung wird die Form des Enzyms geändert und dadurch irreversibel gehemmt. Deshalb dürfte die Katalase die H2O2- Lösung eigentlich nicht mehr katalysieren.

4.    Versuch
Katalase besteht größtenteils aus Proteinen, welche bei zu großer Hitze denaturieren und damit irreparabel zerstört werden. Dies ist bei der gekochten Kartoffel geschehen, sodass aus ihr keine funktionstüchtige Katalase mehr gewonnen werden kann.


Fehlerbetrachtung:        - unsaubere Materialien àReaktion bereits mit anderen Stoffen
                                     
                                    



Die Wirkung der Katalase

An der Kurve erkennt man, dass die Umsatzkapazität der Katalase begrenzt ist. Die Kurve steigt zuerst steil an, dann sinkt der Anstieg jedoch zunehmend. Sie nähert sich einer Asymptote. Ab ca. 8 g H2O2 ist die maximale Aktivität der Katalase erreicht. Auch mit mehr H2O2- Lösung kann nun nicht mehr O2 produziert werden.
Dies ist der typische Verlauf einer Enzymreaktion, da zu deren Eigenschaften die enzymspezifische optimale Kurve gehört, die von Temperatur und pH-Werten abhängt. Bei zu hoher oder zu niedriger Temperatur/ PH-Wert können die Enzyme nicht richtig arbeiten bzw. können sogar geschädigt (denaturiert) werden. Die obere Grenze der Kurve zeigt die Aktivität an, die bei den bestmöglichen Reaktionsbedingungen erreicht werden kann.

Sonntag, 10. März 2013

Nebengruppenelemente als chemische Multitalente



So, also hier ist jetzt mein erstes Protokoll.
Ich habe darauf 13 Punkte bekommen, es ist also nicht perfekt ;) In der Auswertung habe ich wohl etwas die Aufgabenstellung verfehlt... Also ich freue mich auf Ergänzungen :)



Nebengruppenelemente als chemische Multitalente

Aufgabe:
Kaliumpermanganat ist ein starkes Oxidationsmittel, das aufgrund dieser Eigenschaft auch als Desinfektionsmittel, z.B. bei bakteriellen Hautinfektionen, verwendet wird.
Untersuchen sie das Oxidationsvermögen von Permanganionen mit verschiedenen Reaktionspartnern!

Materialien
Reagenzgläser, Holzspan, Brenner Kaliumpermanganatlösung, verdünnte Schwefelsäure, Natriumsulfit, frisch bereitete Kupfersulfatlösung, Wasserstoffperoxidlösung

Durchführung
- 30 ml Kaliumpermanganatlösung mit 5 ml verdünnter Schwefelsäure versetzen
- Auf 3 Reagenzgläser aufteilen
- 1. Reagenzglas: + 1 Spatelspitze Natriumsulfit
- 2. Reagenzglas: + 3 ml Eisen(II)-sulfatlösung
- 3. Reagenzglas: + 2 ml Wasserstoffperoxidlösung

Beobachtung

1.      Reagenzglas
2.      Reagenzglas
3.      Reagenzglas
Wird sofort farblos
Wird orange-beige
Wird langsam farblos
Bläschenbildung

Auswertung
Redoxgleichungen:
KMnO4 + Na2SO3 + H2SO4 ----->MnSO4 + K2SO4 + H2O + Na2SO4
Redoxpaare:   MNO4/MN2+             SO32-/SO42-
--> 2MnO4- + 6H + 5SO32- -----> 2Mn2+ + 3 H2O + 5SO42-
KMnO4 + H2SO4 + FeSO4 -----> MnSO4 + Fe2(SO4)3 + H2O + K2SO4
            Redoxpaare:   MnO4-/Mn2+           Fe2+/Fe3+
-->  MnO4- + 8H+ + 5Fe2+   -----> Mn2+ + 4H2O + 5Fe3+
KMnO4 + H2SO4 + H2O2   ----->  K2SO4 + H2O + MnSO4 + O2
            Redoxpaare:   MnO4-/Mn2+           H2O2/O2

KMnO4 + H2SO4 + H2O2 -----> K2SO4 + H2O + MnSO4 + O2
            Redoxpaare:   MnO4-/Mn2+           H2O2/O2
-->  MnO4- + 5H2O2 -----> Mn2+ + 4H2O + 5O2 + 2H+ 

Manganionen:            Mn7+: Lila
                                   Mn6+: grün
                                   Mn4+: braun
                                   Mn2+: farblos


Die Farben der Lösungen verändern sich wegen der Elektronenabgabe des Permanganats. Anfangs hat dieses viele Elektronen àandere Farbe. Jedes Mangan hat eine andere Farbe (siehe oben). Deshalb kann man anhand der Farbe erkennen, um welches Mangan es sich  handelt.