V EB_2 A
Thema: Katalase – ein Enzym zeigt seine Eigenschaften

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Material:
3 Erlenmeyerkolben (100 mL), 2 Messpipetten (10 mL), Pipettierhilfe, Spatel, Holzspan, Feuerzeug, Becherglas (500 mL) zur Entsorgung, Schutzbrille, Einmalhandschuhe

Chemikalien:
3%ige Wasserstoffperoxid-Lösung (H2O2), Trockenhefe, Leitungswasser

⇒ Schutzbrille aufsetzen
⇒ Einmalhandschuhe benutzen
⇒ Nur die angegebenen Chemikalien-Mengen verwenden
 Gebot_Handschuhe Gebot_Schutzbrille aetzend

Vorarbeiten:
Herstellung der 3%igen Wasserstoffperoxid-Lösung (siehe V EB_1)

Katalase Achtung: Die folgenden Durchführungen verlangen an einigen Stellen sehr genaues Lesen („Was kommt wann wohin?“).
Unmittelbar vor den Versuchsdurchführungen 1 – 3 werden drei Erlenmeyerkolben (100 mL) mithilfe der beiden Messpipetten folgendermaßen befüllt:
Ek 1: 10 mL Wasserstoffperoxid-Lösung
Ek 2: 10 mL Wasserstoffperoxid-Lösung
Ek 3: 10 mL Leitungswasser

Durchführung-1:

  1. Unter Verwendung eines Spatels wird etwas Trockenhefe (siehe Abb. rechts) in die Erlenmeyerkolben Ek 1 und Ek 3 gegeben.
    Beide Erlenmeyerkolben werden in Hinblick auf eine darin stattfindende Reaktion beobachtet. Die Beobachtungen werden notiert. Danach bitte gleich mit Durchführung-2 weitermachen.

Katalase

Trockenhefe

Beobachtung-1:

Ek 1 Ek 3
Beobachtungen
zu a.

Durchführung-2:

  1. Die Glimmspanprobe* wird durchgeführt, indem jeweils ein nur noch glimmender Holzspan ca. 2 cm über die Öffnung der Erlenmeyerkolben Ek 1 bzw. Ek 2  gehalten wird. Die Holzspanspitze wird beobachtet. Die Beobachtungen werden notiert.
*Glimmspanprobe – was ist das?

Entsteht bei einer Reaktion ein Gas, was man z.B. anhand von entstehenden Bläschen vermuten kann, dann gibt es eine Möglichkeit, zu prüfen, ob es sich dabei um Sauerstoff handelt. Diese Überprüfung wird „Glimmspanprobe“ genannt.
Zu diesem Zweck wird ein Holzstab zunächst entzündet und nach kurzer Zeit die Flamme wieder ausgepustet, aber so, dass noch Glut vorhanden ist. Die Glut wird in den Bereich gehalten, in dem Sauerstoff vermutet wird. Trifft die Annahme zu, entflammt der Holzspan erneut.
Sauerstoff ist neben dem eigentlichen Brennstoff – hier Holz – eine notwendige Voraussetzung für eine Verbrennung. Liegt er in konzentrierter Form vor, fördert er die Verbrennung stark und der glühende Holzspan flammt auf.

Beobachtung-2:

Ek 1 Ek 2
Beobachtungen
zu b.

Durchführung-3:

  1. Nach etwa 4 Minuten Wartezeit werden mit Hilfe der Messpipette weitere 10 mL 3%iges Wasserstoffperoxid in den Erlenmeyerkolben Ek 1 gegeben.
    Der Inhalt des Erlenmeyerkolbens wird in Hinblick auf die darin stattfindende Reaktion beobachtet. Die Beobachtung wird mit der unter b- verglichen und notiert.
  2. Etwa 2 Minuten nach der erneuten Zugabe von Wasserstoffperoxid wird der untere Teil bzw. der Boden des Erlenmeyerkolbens Ek 1 mit der Hand berührt. Die Wahrnehmung wird notiert.
Ek 1
Beobachtung
zu c.
Wahrnehmung
zu d.


Ergebnisse:
Es sind vier Ergebnisse in Zusammenhang mit den Durchführungen und den jeweils zugehörigen Beobachtungen zu formulieren.

Formuliere das 1.Ergebnis auf der Grundlage der Beobachtungen unter Punkt a.

Lösung / Ergebnis-1:

  • Die Katalase reagiert mit Wasserstoffperoxid aber nicht mit Wasser. Das zeigt, dass ein Enzym nur mit einem bestimmten Stoff zusammen reagiert. Diese Eigenschaft wird als substratspezifisch bezeichnet (siehe hier).

Formuliere das 2.Ergebnis auf der Grundlage der Beobachtungen unter Punkt b.
Hilfe: Wasserstoffperoxid zerlegt sich bei Zimmertemperatur auch ohne Katalase in seine Bestandteile Wasser und Sauerstoff. Allerdings verläuft diese Reaktion sehr langsam.

Lösung / Ergebnis-2:

  • Mit dem Enzym Katalase zersetzt sich das Wasserstoffperoxid schnell und es kommt zur Bläschenbildung bzw. Gasfreisetzung. Das entstehende Gas kann mittels Glimmspanprobe als Sauerstoff identifiziert werden.
    Ohne Katalase zersetzt sich das Wasserstoffperoxid so langsam, dass der entstehende Sauerstoff nicht zur Blasenbildung ausreicht und den glimmenden Span nicht entzünden kann. Man spricht davon, dass das Enzym Katalase die Aktivierungsenergie herabsetzt, so dass der Ablauf der Reaktion beschleunigt wird (siehe hier).

Formuliere das 3.Ergebnis auf der Grundlage der Beobachtungen unter Punkt c.

Lösung / Ergebnis-3:

  • Die Zugabe von Wasserstoffperoxid nach 4 Minuten führt zu einer Reaktion, die der ersten von der Intensität her sehr ähnelt. Das deutet darauf hin, dass die Katalase gar nicht verbraucht wird. Dieses weist auf die Eigenschaft der Enzyme hin, dass sie unverändert aus der Reaktion hervorgehen und erneut in eine Reaktion eintreten (siehe hier).

Formuliere das 4.Ergebnis auf der Grundlage der Wahrnehmung unter Punkt d.
Hilfe: Eine chemische Reaktion ist mit Stoff- und Energieumwandlungen verbunden. Dabei kann Energie aufgenommen oder abgegeben werden.

Lösung / Ergebnis-4:

  • Eine chemische Reaktion ist mit Stoff- und Energieumwandlungen verbunden. Dabei kann Energie aufgenommen oder abgegeben werden.
    Der Erlenmeyerkolben fühlt sich warm an. Im Rahmen der abgelaufenen Reaktion muss Wärme (= Energie) freigesetzt worden sein.

Fehlerdiskussion:

 

Entsorgung:

Der Inhalt aus dem Ansatz Ek1 wird in dem Becherglas (500 mL) gesammelt, mit Leitungswasser aufgefüllt und in das Abwassernetz gegeben.
Der Versuchsansatz Ek2 wird in das Abwassernetz gegeben.

  1. Begründe die Verwendung von Ek 3 / Durchführung-1 und Ek 2 / Durchführung-2.
  2. Begründe, warum man aus der Beobachtung des Holzspanes auf die ablaufende Reaktion schließen kann.
  3. Notiere den Reaktionsablauf mit Hilfe von Worten oder Formeln.

 

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