V EB_1
Thema: Katalase-Wasserstoffperoxid-Versuche – Vorbemerkungen und Hilfen

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  1. Grundsätzliches zu den hier angebotenen Versuchen mit Katalase und Wasserstoffperoxid

Alle Versuche sind erprobt und von der Vorbereitung und der Durchführung her bewusst so einfach wie möglich gestaltet worden.
Die Ergebnisse haben deshalb allerdings nur qualitativen Charakter (siehe auch FW 5). Für quantitativ verwertbare Ergebnisse  müssen andere Versuche gewählt werden .

Folgende Versuche werden angeboten:
V EB_2  Katalase – ein Enzym zeigt seine Eigenschaften
V EB_3 Katalase – Nachweis der Aktivität in Kartoffel- und Hefezellen
V EB_4 Katalase im Boden – wie geht das?
V EB_5 Katalase – Kälte und Hitze nicht erwünscht
V EB_6 Katalase – Zitrone oder Waschmittel bevorzugt?
V EB_7 Katalase – „Hunger“ auf mehr!

  1. Herkunft bzw. Herstellung einer Katalase-Lösung für die Versuche mit Wasserstoffperoxid (3%)
    Katalase aus genetisch veränderten Hefen für den Lebensmittelbereich oder Katalase, die mithilfe von Bakterien hergestellt wurde, reagiert häufig anders – meistens intensiver – als Katalase, die aus Kartoffeln oder Leber gewonnen wurde. So sind z.B. für den Backbereich Hefen gezüchtet worden, die noch bei wesentlich höheren Temperaturen aktiv sind, das wirkt sich u.a. im Versuch  V_EB 5  „Katalase – Kälte und Hitze nicht erwünscht!“ aus.
  • gekaufte Katalase-Lösung

Zu kaufende Katalase-Lösung ist sehr teuer! Außerdem ist die Aktivität der gekauften Katalase sehr unterschiedlich, abhängig von der Quelle, aus der sie gewonnen wurde (Leber, pflanzliches Material, spez. Bakterien).
Erprobt wurde die aus Rinderleber gewonnene Katalase. Ein Gemisch von 0,5 mL Katalase-Lösung in 100 mL dest. Wasser führt zu einer für schulische Versuche noch immer sehr reaktiven Katalase-Lösung.

Für die hier aufgeführten Versuche ist gekaufte Katalase-Lösung nicht erforderlich.
Bei den Versuchen, in denen es darum geht, die entstehenden Schaumhöhen als Maß heranzuziehen, ist ihr Einsatz sogar unpraktisch. Der Grund liegt in ihrer Reinheit, die dazu führt, dass der entstehende „Schaum“ sehr schnell wieder in sich zusammenfällt. Es bedarf eines „schnellen Blickes“ und etwas Übung, um die Höhe der kurzfristig auftretenden Schaumhöhen zu bestimmen.

Achtung: Eine zu konzentrierte Katalase-Lösung kann zusammen mit Wasserstoffperoxid zu sehr heftigen Reaktionen führen!
  • Katalase aus Kartoffelpresssaft

Etwa 150 – 200 g Kartoffeln werden mit dem Messer geschält. Mithilfe einer nicht zu groben Reibe werden die Kartoffeln über einem tiefen Teller o.ä. gerieben. Auf die Fingerkuppen achten!!!!
Sofern man eine Küchenmaschine mit Raspel-/Reibeaufsatz zur Verfügung hat, kann man auch diese benutzen.

Die hergestellte Masse wir in ein Becherglas (600 mL) gegeben und 100 mL Leitungswasser hinzugegeben. Das Gemisch wird mit einem Löffel gut durchgerührt.
Auf einen Erlenmeyerkolben (100 mL) wird ein Trichter mit Filterpapier gesetzt.
Mithilfe eines leeren Erlenmeyerkolbens (200 mL) wird der Inhalt des Becherglases vorsichtig etwas gepresst und die dabei austretende Flüssigkeit portionsweise in den Trichter gegeben. Das Filterpapier muss in der Regel einmal erneuert werden.

Aus der angegebenen Menge Kartoffeln gewinnt man 60 – 100 mL Kartoffelsaft. Dieser enthält die zu nutzende Katalase.
Der Erlenmeyerkolben wird mit einem Gummistopfen verschlossen. Im Kühlschrank bleibt diese Katalase-Lösung ca. 1-2 Tage funktionsfähig.

Die so gewonnene Flüssigkeit enthält neben Katalase auch eine Reihe anderer Stoffe, z.B. Proteine und Salze. Diese wirken sich aber nicht störend auf den Einsatz als Kartoffel-Katalase-Lösung aus. Im Gegenteil, sie führen dazu, dass bei den Versuchen, in denen es darum geht, entstehende Schaumhöhen als Maß für die Enzymaktivität heranzuziehen, ein einfacheres Ablesen möglich wird.

Achtung: Der Katalasegehalt einer Kartoffel ist stark abhängig von der Kartoffelsorte sowie von der Art der Lagerung und dem Lagerzeitraum. Dementsprechend kann es zu sehr unterschiedlicher Reaktionsintensität kommen.
Katalase

Abb. V EB_1-1 Kartoffeln reiben

Katalase

Abb. V EB_1-2 Kartoffelsaft pressen und filtrieren
  • Katalase aus Trockenhefe

Trockenhefe (= Instanthefe) besteht aus lebenden Zellen von Saccharomyces cerevisiae, die einem speziellen Trocknungsverfahren unterzogen wurden. Es entstehen zylinderförmige Teilchen. Die Hefe ist sofort nach der Zugabe von Wasser aktiv. Ihre Treibkraft ist deutlich höher als die von frischer Hefe oder Kartoffel.

Einsatz /Variante-a

Grundsätzlich kann die Katalase enthaltende Trockenhefe direkt in die Probe, die Wasserstoffperoxid enthält, gegeben werden. Dieses sollte aber immer mit großer Vorsicht geschehen! Eine Spatelspitze Trockenhefe in einen Erlenmeyerkolben mit 3%ige Wasserstoffperoxid-Lösung gegeben (siehe V EB_2), führt bereits zu einer starken Reaktion.
Für Versuche, bei denen sich die Probe, die Wasserstoffperoxid enthält, in einem Reagenzglas befindet, wird von der Verwendung von Trockenhefe abgeraten. Es sei denn man kann mit kleinsten Mengen umgehen und ist äußerst behutsam und geübt!

Einsatz /Variante-b

Ein Päckchen Trockenhefe (7 g) wird in ein Becherglas (300 mL) / einen Erlenmeyerkolben (300 mL) gegeben. Es werden 200 mL Leitungswasser hinzugefügt.
Durch Schwenken – ca. 2 Minuten – wird die Trockenhefe aufgelöst. Die volle Aktivität der Hefezellen bzw. der Katalase in dieser Suspension ist nach wenigen Minuten erreicht. Im Kühlschrank bleiben die Hefezellen 1 – 2 Tage aktiv.
Für Versuche im Reagenzglas gilt das gleiche, wie unter Variante 1 gesagt.

Achtung: Vor allem wenn der Ansatz bei Zimmertemperatur aufbewahrt wird, vermehren sich die Hefezellen recht schnell – auch ohne dass ein Nährsubstrat hinzugegeben wird. Die Aktivität steigert sich noch.
  • Katalase aus frischer Hefe

Ein Erlenmeyerkolben (200 mL) wird mit 150 mL dest. Wasser befüllt. Von der frischen Hefe wird ein etwa bohnengroßes Stück hinzugegeben. Der Erlenmeyerkolben wird so lange geschwenkt, bis die Hefe sich aufgelöst hat. Nach wenigen Minuten ist das Gemisch einsatzfähig.
Ansonsten gilt das zu der Trockenhefe gesagte. Allerdings ist die frische Hefe nicht ganz so reaktiv wie die Trockenhefe.
  1. Herstellung einer 3%igen Wasserstoffperoxid-Lösung

Im Lehrmittelhandel gekaufte Wasserstoffperoxid-Lösung hat in der Regel eine Konzentration von 30%.
Um aus einer 30%igen Wasserstoffperoxid-Lösung eine 3%ige herzustellen, wird folgendermaßen vorgegangen: In einem Erlenmeyerkolben (200 mL) werden mithilfe einer Messpipette 90 mL dest. Wasser gegeben.
Dann werden 10 mL der Ausgangslösung mithilfe einer weiteren Messpipette hinzugefügt. Der Erlenmeyerkolben wird mit einem Gummistopfen verschlossen.
Im Kühlschrank bleibt die 3%ige Wasserstoffperoxid-Lösung 1-2 Wochen funktionsfähig.
In der Apotheke kann man fertige 3%ige Wasserstoffperoxid-Lösung kaufen.
Bei Zimmertemperatur zerfällt Wasserstoffperoxid auch ohne Enzym langsam in Wasser und Sauerstoff.

  1. Alternative zur Arbeit mit den Messpipetten und Pipettierhilfen

Mit Messpipetten und Pipettierhilfe können Flüssigkeitsmengen genau abgemessen werden. Häufig sind diese Geräte nicht in ausreichender Menge verfügbar.
Da es bei den Katalase-Wasserstoffperoxid-Versuchen zum einen nur um kleine Mengen geht und es zum anderen nicht darauf ankommt, ob die Flüssigkeitsmenge nun 2 mL oder 2,2 mL beträgt kann man sich folgendermaßen behelfen:

  1. In ein Reagenzglas werden z.B. 2 mL Wasser mit der Messpipette und der Pipettierhilfe gegeben. Die Flüssigkeitshöhe wird mit einem Filzstift eingezeichnet. Dieses Maß gilt als Orientierungshilfe bei weiteren Befüllungen mit Flüssigkeiten.
  2. In ein kurzes Reagenzglas werden z.B. 2 mL Wasser mit der Messpipette und der Pipettierhilfe gegeben. Diese Menge wird mit einer Tropfpipette aufgenommen und die Flüssigkeitshöhe in der Tropfpipette mit einem Filzstift markiert. Dieses Maß gilt als Orientierungshilfe bei weiteren Befüllungen mit Flüssigkeiten.

 

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