Die Temperaturabhängigkeit der Urease sollte untersucht werden. Der Aufbau musste aufwändiger sein, weil wir die Reaktionen bei definierten Temperaturen testen wollten (ca. 22, 35 und 55 Grad Celsius). Außerdem ist der Indikator nicht graduiert genug, er zeigt mit seiner Farbänderung (farblos nach pink) nur an, ob der pH-Wert oberhalb von 8 oder darunter liegt. Deshalb haben wir den pH-Wert, ein Zahlenwert der die Säurekonzentration angibt (je kleiner der Zahlenwert, desto saurer), mittels pH-Messgerät kontinuierlich in Abhängigkeit von der Zeit aufgezeichnet.






Nachdem die Substratlösungen und die Enzymsuspensionen jeweils getrennt und unterschiedlich temperiert wurden, starteten wir die einzelnen Ansätze durch das Zusammengeben der Flüssigkeiten. Zunächst alle 15 Sekunden, nach einigen Minuten alle 60 Sekunden wurde der pH-Wert in einer Wertetabelle festgehalten. Die Auftragung des pH-Wertes gegen die Zeit bei den unterschiedlichen Temperaturen erbrachte folgendes Diagramm.



Von den drei Temperatur-Messreihen ist die bei Raumtemp. die mit dem höchsten pH-Wert, d.h. dort hat die Urease am schnellsten gearbeitet. Über 50 Grad Celsius ist nahezu keine Veränderung des pH-Wertes zu erkennen. Das spiegelt die Zerstörung der Proteinstruktur durch zu hohe Temperaturen und damit die Inaktivierung des Enzyms Urease wieder.

In ähnlicher Weise verhällt sich auch die zuvor mit Schwermetallionen versetzte Urease, wenn auch der Weg zur Inaktivierung eine anderer ist. Hier lagern sich die Ionen fest an das Enzym und blockieren die Bindungsstellen zum Substrat. Demzufolge gibt es einen Warnhinweise auf der Verpackung.



Ich wünsche allen TeilnehmerInnen ein schönes zweites Halbjahr und freue mich ggf. auf ein Wiedersehen im nächten Schuljahr.

T. Johnen

Die Fähigkeit von Lebewesen hängt von der Arbeitsweise ihrer Enzyme ab. Was wäre schöner, als einzelne Enzyme ohne ihre organismischen Rahmenbedingunegn untersuchen zu können?

UREASE, ein käufliches, reines Enzym!

Die Endsilbe -ase kennzeichnet dieses Protein als Enzym. Dieses Enzym katalysiert die Umsetzung:

Harnstoff + Wasser --> Ammoniak + Kohlenstoffdioxid


Doch wie kann man sehen, ob eine Reaktion stattgefunden hat? Drei Hypothesen dazu:

1. es enttsteht ein Gas, Kohlenstoffdioxid
2. es entsteht ein typ. Geruch, Ammoniak riecht stechend
3. Ammoniak ist eine Base, die Lösung wird alkalisch

Ein qualitatives Experiment verdeutlichte, dass nur die Änderung des pH-Wertes mittels Indikatorpapier zur Beobachtung der Reaktion herangezogen werden kann.

Ohne Enzym muss man drastisch mit dem Bunsenbrenner erhitzen



D.h. Enzyme beschleunigen die Reaktion durch Herabsetzung der Aktivierungsenergie. Kein Organismus hält Bunsenbrenner Temperaturen aus.

Nach einem Ausflug in die Welt der Pilze mit dem Mikroskop (ja, in Trüffelleberwurst sind Trüffel!) haben wir uns die Eigenschaften von Pilzen angeschaut.
Sie mit einer desinfizierenden Lösung (Wasserstoffperoxid) zu töten, klappt nicht; was man nach einer Woche sehen konnte - der Pilz war unverändert.
Also sind wir dem Phänomen des "Sprudels" auf den Grund gegangen. Schüttet man nämlich eine 3%ige Wasserstoffperoxidlösung über den Pilz, dann schäumt es.



Welches Gas ist das und wie entsteht es? Das waren Fragen, die und beschäftigt haben.



Der Nachweis auf Sauerstoff war durch die Glimmspanprobe schnell erbracht. Doch wer war für die Gasbildung verantwortlich? Drei Kandidaten standen zur Auswahl:

1. der Agar
2. generell eine Oberfläche
3. es ist eine Eigenschaft des Pilzes

Den Agar konnten wir ausschließen, nachdem wir ihn alleine mit der Lösung getestet hatten:



Auch der Test auf die Oberfäche viel negativ aus, wie uns die Behandlung mit Sand zeigte.



Ein Stück Kartoffel zeigte auch Gasbildung und steht symbolisch für das Vermögen der meisten Lebewesen, kleinere Konzentrationen des Giftes Wasserstoffperoxid unschädlich zu machen.

2 H2O2 --> 2 H2O + O2

Diese Fähigkeit werden den Lebewesen durch den Besitz von Enzymen verliehen. Enzyme sind Biokatalysatoren, d.h. sie bestehen aus Proteinen und beschleunigen Reaktionen, ohne sich zu verbrauchen. Damit sind sie echte Werkzeuge der Zelle, die "jede" chemische Reaktion in unserem Körper erst ermöglichen. Eine Übersicht über die Mannigfaltigkeit bietet dieser Ausschnitt der enzymatischen Reaktionen aus Rattenleberzellen hier.

ForscherInnentagebuch der Hellen Köpfe 2012/13

Wir wollten an diesem Tag zuerst heraus finden mit welchen Stoffen Hefe überhaupt wirkt, um in den kommenden Wochen erforschen können, wo die Unterschiede bei den unterschiedlichen Hefen liegen. In späteren Experimenten wollen wir dann nach dem Mastermind-Prinzip nach und nach die Bedingungen für die Experimente ändern und beobachten was passiert.

Wir haben die Gasentwicklung mit folgenden Stoffen getestet:



1. Haushaltszucker, 2. Albumin, 3. Stärke, 4. Palmitinsäure, 5. Mehl (als Kontrolle), 6. Glucose, 7. Glycin, 8. Lactose

Zwar sind Glucose, Haushaltszucker und Lactose alles Zuckerarten, jedoch wollten wir auch hier testen ob Unterschiede auftreten.

Um die Gefahr von Messfehlern zu verkleinern setzten wir gleich 50 mL von jeder Lösung an, da 1. die Auswirkung der Messfehler nicht ganz so groß wäre und 2. bei einer späteren Verwendung die gleichen Lösungen verwendet werden und deswegen die Messfehler bei gleichen Lösungen gleich groß wäre.

Da wir auch andere zu große Fehler vermeiden wollten verwendeten wir zum Abmessen des Wassers einen Messzylinder. Dieser ist durch die Eichung seiner Skalierung wesentlich genauer:





Füllt man Wasser in ein Gefäß, so wölbt sich die Oberfläche nach unten, bei einem Messzylinder muss deshalb die genaue Füllmenge durch das Ablesen am unteren Rand dieser Wölbung bestimmt werden (Miniskus).
Zuerst wurden nun 5 mL von jeder Lösung in ein Reagenzglas gefüllt und dies dann mit einer Hefesuspension (Frischhefe) auf 10 mL aufgefüllt:



Der Inhalt dieser Reagenzgläser wurde nun in Gährröhrchen gefüllt und die wurden bei
30° C in einen Brutschank gestellt:




Nach 24 Stunden:





Wie hier sichtbar wird, hat sich bei Haushaltszucker (1) und Glucose (6) Gas gebildet.

Text von Freddy B.

ForscherInnentagebuch der Hellen Köpfe 2012/13



Einstiegsprojekt, oder:

Was unterscheidet Trocken- von frischer Hefe?
Was unterscheidet preiswerte und teure Hefe?

Nach der Betrachtung der beiden Hefesorten war klar, dass das noch keinen Aufschluss gibt. Es kam die Idee auf:

Ob die verschiedenen Hefen etwas Unterschiedliches verbrauchen?

Mit Hilfe von Büchern wurde schnell klar, was in Mehl drin ist (Hefen braucht man zum Backen): Stärke, Fette, Proteine. Diese wiederum bestehen aus:

• Stärke ist ein kettenförmiges Ding, dessen Baustein Glucose ist
• Fette bestehen aus drei Fettsäuren und Glycerin
• Proteine sind Ketten aus mindestens 100 Aminosäuren

Doch wie soll man sehen, ob die Hefen diese Stoffe verarbeiten? Hier erinnerten sich einige, dass beim Weinherstellen oben auf dem Gährgefäß ein Verschluss ist, durch den es blubbert. Beim Verarbeiten von geeigneten Stoffen entsteht also ein Gas!

Die Gasentwicklung kann in einem Gährröhrchen (Siehe Bild) einfach bestimmt werden. Füllt man 10ml eines Gemisches (10% Substanz plus geeigneter Hefeaufschlämmung) blasenfrei in das Gährröhrchen, dann sammelt sich das Gas in dem senkrechten Röhrchen und verdrängt die Flüssigkeit in den kurzen Schenkel.


Nun können wir in der nächsten Stunde untersuchen, ob die verschiedenen Hefetypen, frisch versus trocken, unterschiedliche Stoffe verarbeiten.