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 H₂O_2- 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.