FORSCHUNGSAUFGABE: Untersuchen Sie einen Faktor der die Enzymaktivität beeinflusst. |
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ENTWURF:
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Einfluss der Temperatur auf die Reaktionsgeschwindigkeit von Amylase.
Einleitung:
Enzyme sind biologische Katalysatoren. Es sind Proteine mit katalytischen Fähigkeiten. Jedes Enzym hat eine Wirkstelle, das heißt, an der Oberfläche des Enzyms gibt es eine Stelle mit der das Enzym eine Bindung mit dem Substrat eingeht. Das Substrat ist ein Molekül, welches umgesetzt wird, also eine Reaktion durchmacht. Weil sich Enzym und Substrat wegen ihrer chemischen Eigenschaften anziehen und genau zu einander passen, sind Enzyme spezifisch für nur ein bestimmtes Substrat oder wenige strukturell sehr ähnliche Substrate. Dies funktioniert nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip bzw. Induced-Fit-Modell.

Da Enzyme in Lebewesen arbeiten, brauchen sie ganz spezifische Bedingungen, damit sie wirksam sind. Enzyme sind Proteine, das heißt, dass ihre Funktion von der Tertiärstruk-tur abhängt. Somit darf die Temperatur zum Beispiel nicht einen bestimmten Bereich überschreiten, weil sonst eine Denaturierung eintritt.
Amylase ist ein Enzym, das man in unserem Speichel findet, darum ist dieses Enzym leicht zu bekommen und man kann damit arbeiten. Amylase hydrolisiert Stärke zu Maltose. Diese Hydrolyse kann man mit einem Indikator sichtbar machen:
* Wenn Stärke (das heißt Amylose und Amylopektin) im Untersuchungsobjekt vorhanden ist, kann man diese Stärke mit Hilfe von Jod nachweisen: Es tritt eine blau-violette Färbung auf. Beispielsweise enthält Lugol’sche Lösung Jod, mankann sie also als Indikator für den Nachweis von Stärke verwenden.
* Maltose hingegen färbt sich nicht mit Hilfe von Jod. Wenn das Untersuchungsobjekt keine Stärke enthält, das heißt wenn es also bereits durch Amylase hydrolytisch gespalten wurde, so färbt es sich nicht blau-violett, es bleibt bei Zugabe von Lugol farblos bzw. ändert seine Farbe nicht.
Die Enzymaktivität hängt von verschiedenen Faktoren ab. Diese sind: Temperatur, Substratkonzentration und pH–Wert.
Bei diesem Versuch soll die Abhängigkeit der Enzymaktivität von der Temperatur untersucht werden.

Hypothese
Homoiotherme (gleichwarme) Lebewesen regulieren die Körpertemperatur auf einen konstanten Wert. Die normale Körpertemperatur des Menschen liegt zwischen 36 und 37 oC. Deshalb ist zu erwarten, dass die beste Enzymaktivität der Speichel-Amylase bei dieser Temperatur liegt. Wenn die Temperatur zu tief ist, sollte die Reaktionsgeschwindigkeit sinken (nach der RGT-Regel) und wenn sie zu hoch ist, sollte auch keine Reaktion stattfinden, weil das Enzym (da es ein Protein ist) denaturiert.

Veränderliche / Variabel:
Abhängige : Reaktionsgeschwindigkeit, gemessen als Zeit bis zum vollständigen Farbumschlag der Enzym-Stärkelösung mit Lugol als Indikator
Unabhängige : verschiedene Temperaturen im Bereich von 5 bis 69°C
Kontrollierte : pH-Wert, Substratkonzentration, Enzymkonzentration, Menge der
Lösung in jedem Versuchsansatz (Reagenzglas), Konzentration der
verwendeten Stärkelösung, Raumtemperatur, Tageszeit.

Materialien:
6 Reagenzgläser
6 Gummistopfen
1 Reagenzglasständer
1 Thermometer
1 Becherglas 100 ml
1 Wasserbad
1 Heizplatte
1 Uhroder Stoppuhr
Eiswürfel
Stärkelösung
Lugol’sche Lösung
Mundspeichel (mit Amylase)


Methode zur Versuchsdurchführung:
1 g wasserlösliche Stärke wird in 100 ml Wasser gelöst (man erhält so eine 1%ige Stärkelösung). In 5 verschiedene Reagenzgläser füllt man je 5 ml von dieser Lösung und gibt jeweils 3 Tropfen Lugol’sche Lösung dazu.
In einem anderen Reagenzglas sammelt man ca. 5 ml Mundspeichel (Spucke), um in jedes Reagenzglas später 1ml Speichel mit Amylase hinzuzufügen.
Die 5 Reagenzgläser mit Stärkelösung und Lugol werden in folgender Weise vorbereitet

Reagenzglas (RG) 1: wird in ein Eisbad gestellt bis die Temperatur auf 5oC steht. In diesem Augenblick gibt man 1 ml Speichel (mit Amylase) dazu - ¡genau dann beginnt man die Zeit zu messen! - und schüttelt leicht bis die Färbung verschwindet - ¡hier endet man die Zeitmessung!

RG 2: man wartet bis die Temperatur im Wasserbad auf 21oC steigt. Nun geht man genauso vor wie bei Reagenzglas 1 (RG 1).

Heizplatte
RG 3: man stellt nun das Wasserbad auf die Heizplatte und wartet bis die Temperatur auf 37oC steigt. Dann geht man genau wie bei RG 1 vor.

RG 4: das RG wird in dem Wasserbad so weit erhitzt, bis die Temperatur auf ca. 53oC steigt. Genau wie bei RG 1 vorgehen.

RG 5: das fünfte RG wird bis zu ca 69oC erhitzt und wie bei RG1 vorgegangen.

Die gemessenen Zeiten werden gesammelt und in eine Datentabelle eingetragen, aus der eine Grafik zu erstellen ist. Alle weiteren Beobachtungen sollen ebenfalls notiert werden. Um eine ausreichende Menge an Daten zu erhalten, die statistisch auszuwerten sind, sollte der Versuch mehrmals (mindestens 5-10 mal) wiederholt werden.