Temperaturabhängigkeit der Katalaseaktivität

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Proteine, auch Eiweißstoffe, sind MakromoleküleWikipedia-logo.png und die Grundlage unseres Lebens. Enzyme sind Proteinmoleküle mit katalytischer Wirkung, das heißt, sie beschleunigen die Stoffwechselreaktionen. Sie bestehen aus Aminosäuren. Aminosäuren sind Bestandteile von Proteinen, sie verkörpern die einfachste Bauweise der Proteine und stellen somit auch die kleinsten Bausteine der Proteine dar. Sie werden zur Bildung von Hirn-Botenstoffen, Muskeln, Hormonen und Enzymen benötigt.

Katalase ist ein Enzym, das WasserstoffperoxidWikipedia-logo.png in Wasser und Sauerstoff spaltet. Als Proteine sind alle Enzyme auch temperaturabhängig. Ein typisches menschliches Enzym ist bei 37°C optimal aktiv und beginnt bei 42°C zu denaturieren.


Inhaltsverzeichnis

RGT-Regel

Die RGT-RegelWikipedia-logo.png (ReaktionsGeschwindigkeitsTemperatur-Regel) ist eine einfache Faustregel:

Bei einer Temperaturerhöhung von ca. 10°C verdoppelt sich die Geschwindigkeit einer biochemischen Reaktion.

http://www.u-helmich.de/bio/stoffwechsel/reihe2/reihe21-Katalysatoren/Katalysatoren.html; 30. März 2012

Die Temperaturkurve erreicht zuerst ein Optimum, fällt danach jedoch schneller ab, als sie angestiegen ist. Diese sogenannte "Temperaturoptimumskurve" ist asymmetrisch. Der Grund für den Aktivitätsverlust ist die allmähliche Auflösung der räumlichen Proteinstruktur durch thermische Denaturierung. Die Zerstörung ist hierbei irrevasibel.


Versuch zur Überprüfung der Temperaturabhängigkeit der Katalaseaktivität

In diesem Versuch soll überprüft werden, welchen Einfluss die Umgebungstemperatur auf die Aktivität der Katalase hat.

Hypothese:

Um so kälter das Wasser ist, desto niedriger ist die Schaumkrone. Das würde bedeuten, dass die Schaumkrone mit steigender Temperatur größer wird.

Material:

Es werden 3%iges Wasserstoffperoxid, eine Katalase-Lösung, 8 Reagenzgläser, einen Reagenzglasständer, eine Pipette, ein Thermometer und ein Gasbrenner verwendet

Durchführung:

Man füllt in jedes Reagenzglas 2ml der Katalase-Lösung. Nun stellt man eine Reihe verschieden temperierter Wasserbäder (10°C bis 60°C) auf und gibt jeweils eines der Reagenzgläser mit der Katalase-Lösung in ein Wasserbad. Es werden einige Minuten gewartet, bis die Lösung die entsprechende Temperatur angenommen hat und gibt anschließend 2 ml der Wasserstoffperoxid-Lösung hinzu. Man sollte nun den Flüssigkeitsspiegel am Rand des Glases markieren. Durch den freiwerdenden Sauerstoff kommt es zu einer Schaumbildung auf der Lösung. Bestimme nach einiger Zeit die Höhe der Schaumkrone in den Reagenzgläsern. Die Höhe der Schaumkrone dient als Maß für die Aktivität der Katalase.

Zur Veranschaulichung nun eine zusammenfassende Tabelle: Die Enzymaktivität ist Temperaturabhängig.jpg

Hypothese:

Um so kälter das Wasser sein wird, desto niedriger die Schaumkrone. Das würde bedeuten, dass die Schaumkrone mit steigender Temperatur größer wird.

Ergebnis:

Durch den Bezug auf die RGT-Regel kann man feststellen, dass sich die Reaktionsgeschwindigkeit bei einer Temperaturerhöhung um 10°C verdoppelt. Des geht jedoch nicht unbegrenzt. Nach raschem Anstieg bis die Enzymaktivität das Optimum erreich. Danach fällt die Kurve schneller ab, als sie angestiegen ist. Diese Kurve verhält sich meistens asymmetrisch.


Quellen

Prof. Dr. Jürgen Markl: Markl Biologie Oberstufe, 1. Auflage, 2010; Ernst Klett Verlag GmbH Stuttgart 2010. ISBN 978-3-12-150010-9

Siehe auch