24.09.2024 Neozoa und Neophyta
24.09.2024 Atmung, Blut und Kreislaufsystem
07.09.2024 Bewertungskompetenz: Impulse für den Unterricht

Informationen und Materialien zum Fach Biologie in allen Schulformen und für alle Schulstufen


Station 1:

Anorganischer Katalysator und Biokatalysator "Katalase"

Grundlagen:

Katalasen sind Enzyme, die das bei der Zellatmung anfallende Zellgift Wasserstoffperoxid in Wasser und Sauerstoff spalten und damit eliminieren. Das Enzym kommt in allen pflanzlichen und tierischen Organen vor, besonders in der Leber und in den Erythrozyten.

Aufgaben:

  1. Führen Sie den Versuch durch. Vorsicht: Wasserstoffperoxid ist ätzend! Bei Hautkontakt sofort mit Wasser spülen. Protokollieren Sie die Beobachtungen.
  2. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für die Zersetzung von Wasserstoffperoxid.
  3. Veranschaulichen Sie ihre Versuchsergebnisse, indem Sie den Reaktionsverlauf unter Verwendung verschiedener Farben in ein Energiediagramm einzeichnen. Ordinate: Energie Abszisse: Reaktionsverlauf
  4. Stellen Sie Ihre Ergebnisse und Erkenntnisse dem Plenum vor.

Materialien:

5 Reagenzgläser (RG), RG-Ständer, Knoblauchpresse, kleines Becherglas, Spatel, Messer, Glimmspan, Brenner, Schutzbrille,Wasserstoffperoxid-Lösung (w = 10 %), Braunstein MnO2, Kartoffel, Trockenhefe

Durchführung:

  • Schutzbrille aufsetzen. Anschließend in jedes der 5 RG etwa 2 ml (eine Daumenbreite) Wasserstoffperoxid-Lösung einfüllen.
  • RG 1: Dient zum Vergleich.
  • RG 2: Spatelspitze MnO2 zufügen und umschütteln.
  • RG 3: Kartoffelstückchen zufügen und umschütteln.
  • RG 4: Frisch gepressten Kartoffelbrei (Knoblauchpresse) zufügen und umschütteln.
  • RG 5: Spatelspitze Trockenhefe zufügen und umschütteln.
  • Weisen Sie das entstehende Gas nach! (Wie?)

Station 2:

Die pH-Abhängigkeit der Enzymwirkung

Grundlagen:

Sie arbeiten mit Trockenhefe. Diese enthält Katalase. Katalasen sind Enzyme, die das bei der Zellatmung anfallende Zellgift Wasserstoffperoxid in Wasser und Sauerstoff spalten und damit eliminieren.Das Enzym kommt in allen pflanzlichen und tierischen Organen vor, besonders in der Leber und in den Erythrozyten.

Aufgaben:

  1. Führen Sie den Versuch durch. Vorsicht: Wasserstoffperoxid ist ätzend! Bei Hautkontakt sofort mit Wasser spülen. Protokollieren Sie Ihre Beobachtungen.
  2. Was schließen Sie aus den Versuchsergebnissen?
  3. Stellen Sie Ihre Ergebnisse und Erkenntnisse dem Plenum vor.

Material:

3 Reagenzgläser (RG), RG-Ständer, Spatel, Trockenhefe, verd. Salzsäure, verd. Natronlauge, Wasserstoffperoxid-Lösung (w = 10 %), Universalindikatorpapier.

Durchführung:

  • Schutzbrille aufsetzen und 3 RG mit je einer Spatelspitze Trockenhefe versehen.
  • RG 1: + ca. 2 mL (eine Daumenbreite) verdünnte Salzsäure, umschütteln und etwa 5 min lang einwirken lassen
  • RG 2: + ca. 2 mL verdünnte Natronlauge, umschütteln und etwa 5 min lang einwirken lassen
  • RG 3: + ca. 2 mL Leitungswasser, umschütteln und etwa 5 min lang einwirken lassen.
  • Prüfen Sie zwischenzeitlich den pH-Wert von Salzsäure, Natronlauge und Leitungswasser.
  • Fügen Sie dann zu allen 3 RG je 1 mL Wasserstoffperoxid-Lösung zu.

Zusatzaufgabe:

Amylase, Pepsin und Trypsin sind Verdauungsenzyme, die an verschiedenen Stellen (Mund, Magen, Dünndarm) unseres Verdauungstraktes vorkommen und unterschiedliche Nahrungsbestandteile abbauen.

Ordnen Sie die drei Enzyme den entsprechenden Kurven im Diagramm (s. unten) zu. Bedenken Sie dabei, in welchem Milieu die Enzyme jeweils ihre optimale Wirkung entfalten.

Diagramme zur Enzymaktivität

Station 3:

Die Temperaturabhängigkeit der Enzymwirkung

Grundlagen:

Sie arbeiten mit Trockenhefe. Diese enthält Katalase. Katalasen sind Enzyme, die das bei der Zellatmung anfallende Zellgift Wasserstoffperoxid in Wasser und Sauerstoff spalten und damit eliminieren.[1] Das Enzym kommt in allen pflanzlichen und tierischen Organen vor, besonders in der Leber und in den Erythrozyten.

Aufgaben:

  1. Führen Sie den Versuch durch. Vorsicht: Wasserstoffperoxid ist ätzend! Bei Hautkontakt sofort mit Wasser spülen. Protokollieren Sie die Beobachtungen.
  2. Was schließen Sie aus den Versuchsergebnissen?
  3. Stellen Sie Ihre Ergebnisse und Erkenntnisse dem Plenum vor.

Materialien:

4 Reagenzgläser (RG), RG-Ständer, Spatel, Schutzbrille, 3 x 400-mL-Bechergläser (für Wasserbäder 0° C, 20 °C, 37 °C), 3 Thermometer, Brenner, RG-Klammer, Trockenhefe, Wasserstoffperoxid-Lösung (w = 10 %), verd. Salzsäure, verd. Natronlauge, Eis, Universalindikatorpapier.

Durchführung:

Setzen Sie eine Schutzbrille auf und bereiten Sie 4 RG vor:

  • RG 1: + Spatelspitze Trockenhefe + ca. 1 mL (halbe Daumenbreite) Leitungswasser. Kochen Sie den RG-Inhalt kurz auf und lassen Sie es danach abkühlen.
  • RG 2: + ca. 1 mL Leitungswasser + ca. 2 mL Wasserstoffperoxid-Lösung, 5 min lang in Eiswasser stellen.
  • RG 3: + ca. 1 mL Leitungswasser + ca. 2 mL Wasserstoffperoxid-Lösung, 5 min lang in Wasserbad mit der Temperatur des Leitungswassers stellen.
  • RG 4: + ca. 1 mL Leitungswasser + ca. 2 mL Wasserstoffperoxid-Lösung, 5 min lang in Wasserbad mit 37 °C stellen.
  • Fügen Sie zu RG 1 ca. 2 mL Wasserstoffperoxid-Lösung und zu den RG 2-4 je 1 Spatelspitze Trockenhefe hinzu und vergleichen Sie nach kurzem Schütteln die Intensität der Gasentwicklung.

Zusatzaufgabe:

Bei welcher Temperatur "arbeiten" die Enzyme unseres Körpers wohl am besten?

Die Reaktionsgeschwindigkeit chemischer Reaktionen nimmt mit steigender Temperatur entsprechend der RGT-Regel zu. Wie lautet diese Regel?
Bei biochemischen Reaktionen (Enzymreaktionen) verhält sich die Reaktionsgeschwindigkeit ab einer bestimmten Temperatur anders. Dies geht aus der folgenden Grafik hervor.

Begründen Sie den Sachverhalt!

Zeichnen Sie den Kurvenverlauf nach der RGT-Regel in das Schaubild ein.

 Enzymaktivität

Station 4:

Substratspezifität der Urease

Grundlagen:

Urease kommt in vielen Pflanzen, Schimmelpilzen und Bodenbakterien vor. Der Ammoniakgeruch von Gülle hat seinen Grund im bakteriellen, enzymatischen Harnstoffabbau nach folgenden Reaktionen:

Reaktionsgleichung für den Harnstoffabbau

CO2 + 2 NH3 + 2 H2O Reaktionsgleichung für den Harnstoffabbau 2 NH4+ + HCO3- + OH-

Aufgaben:

  1. Führen Sie den Versuch durch und protokollieren Sie die Beobachtungen.
  2. Was schließen Sie aus den Versuchsergebnissen?
  3. Stellen Sie Ihre Ergebnisse und Erkenntnisse dem Plenum vor.

Materialien:

3 Reagenzgläser (RG), RG-Ständer, Armbanduhr oder Stoppuhr. Frische Lösungen von Harnstoff (w = 2 %) und N-Methylharnstoff (w = 2%), Phenolphthalein-Lösung, Urease-Suspension (w = 0,1 %) in Tropfflaschen

Durchführung:

Bereiten Sie 3 RG vor:

  • RG 1: Ca. 2 mL (eine Daumenbreite) Harnstoff-Lösung + 2 Tr. Phenolphthalein
  • RG 2: Ca. 2 mL Harnstoff-Lösung + 2 Tr. Phenolphthalein
  • RG 3: Ca. 2 mL N-Methylharnstoff-Lösung + 2 Tr. Phenolphthalein
  • Geben Sie zu den Versuchsansätzen in RG 2 und RG 3 je 1 mL Urease-Suspension und schütteln Sie kurz um. Stoppen Sie die Zeit bis zur Pinkfärbung des Inhalts.

Station 5:

Substrathemmung der Urease

Grundlagen:

Urease kommt in vielen Pflanzen, Schimmelpilzen und Bodenbakterien vor. Durch einen bakteriellen, enzymatischen Harnstoffabbau riecht Gülle intensiv nach Ammoniak. Diesem Abbau liegende folgenden Reaktionen zu Grunde:

Reaktionsgleichung für Harnstoffabbau

CO2 + 2 NH3 + 2 H2O Reaktionsgleichung für Harnstoffabbau 2 NH4+ + HCO3- + OH-

Aufgaben:

  1. Führen Sie den Versuch durch und protokollieren Sie die Beobachtungen.
  2. Was schließen Sie aus den Versuchsergebnissen?
  3. Stellen Sie Ihre Ergebnisse und Erkenntnisse dem Plenum vor.

Materialien:

3 Reagenzgläser (RG), RG-Ständer, Armbanduhr oder Stoppuhr. Frische Harnstofflösung (w = 2 %), gesättigte Harnstofflösung (w = 50 %), Phenolphthalein-Lösung, Urease-Suspension (w = 0,1 %) in Tropfflaschen.

Durchführung:

Bereiten Sie 3 RG vor:

  • RG 1: Ca. 2 ml (eine Daumenbreite) Harnstoff-Lösung (w = 2 %) + 2 Tr. Phenolphthalein
  • RG 2: Ca. 2 ml Harnstoff-Lösung (w = 2 %) + 2 Tr. Phenolphthalein
  • RG 3: Ca. 2 ml Harnstoff-Lösung (w = 50 %) + 2 Tr. Phenolphthalein

Geben Sie zu den Versuchsansätzen in RG 2 und RG 3 je 1 ml Urease-Suspension und schütteln Sie kurz um. Stoppen Sie die Zeit bis zur Pinkfärbung des Inhalts.