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Abhängigkeit der Enzymaktivität vom pH-Wert

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Inhaltsverzeichnis

Einleitung

Enzyme sind Proteine die aus (Poly-) Peptidketten bestehen, welche sich aus Aminosäuren zusammensetzen. Aminosäuren können über den Rest als schwache Säure oder Base reagieren und je nach pH – Wert in der Umgebung Ladungen aufnehmen oder abgeben (Protonierung oder Deprotonierung). Das kann zum einen Aminosäuren im aktiven Zentrum betreffen, aber auch Aminosäuren an anderen Stellen im Protein. Durch die Aufnahme oder Abgabe von Ladungen verändern sich die Kräfte und Wechselwirkungen die innerhalb des Proteins wirken. Das führt zu einer Veränderung der Struktur, die bis zu Denaturierung (Zerstörung) führen kann. Außerdem hat die Ladungsänderung eine Auswirkung auf die Aktivität des Enzyms, entweder wird diese optimiert (pH – Optimum) oder sie wird eingeschränkt.


Versuch

Wasserstoffperoxid in Wasser und Sauerstoff wird durch Katalase (Enzym) gespalten. In dem folgenden Versuch soll getestet werden, welchen Einfluss der pH-Wert (pH-Wert = Maß für den sauren oder basischen Charakter einer Lösung) auf die Enzymaktivität der Katalase hat.

Aufbau / Durchführung des Versuchs

Katalase

Katalase ist ein Enzym, welches in allen Zellen eines aeroben tierischen Organismus und in pflanzlichen Zellen vorkommt. Es spaltet das im Zellstoffwechsel anfallende giftige Wasserstoffperoxid in Sauerstoff und Wasser und ist somit wichtig für jede lebende Zelle. Wasserstoffperoxid wird durch Katalase (Enzym) in Wasser und Sauerstoff gespalten. In dem folgenden Versuch soll getestet werden, welchen Einfluss der pH-Wert (pH-Wert = Maß für den sauren oder basischen Charakter einer Lösung) auf die Enzymaktivität der Katalase hat.

Aufbau

Wir benötigen Wasserstoffperoxid (3%ig), aus geriebener Kartoffel selbsthergestellte Katalase-Lösung,sechs Reagenzgläser mit Reagenzglasständer, eine Pipette zum genauen Abfüllen und verschiedene Pufferlösungen (pH-Werte von 4 bis 9).

Durchführung

Die im Reagenzglasständer abgestellten Reagenzgläser werden mit je 2 ml einer Pufferlösung (pH-Werte von 4 bis 9) gefüllt. Anschließend wird 2ml Katalase-Lösung und ebenfalls 2 ml Wasserstoffperoxid hinzugefügt. Der anfängliche Flüssigkeitstand wird am Rand der einzelnen Reagenzgläser markiert. Nach einigen Minuten und erfolgter Reaktion wird der Anstieg (in Form von Schaum) abgemessen und notiert.

Erwartungen

Erwartungsgemäß sollte bei einem pH-Wert von 4 kaum eine Veränderung zu sehen sein. Bei einem pH-Wert von 5, 6 und 7 sollte ein starker Anstieg von weißem Schaum stattgefunden haben, welcher bei einem pH- Wert von 8 und 9 nicht so stark ist.

Ergebnisse

Bei unserem Versuch haben wir folgende Werte gemessen:

pH-Wert 4 5 6 7 8 9
Anstieg im Reagenzglas in cm 0 0,7 0,2 0,5 0,5 0,3

Diese Ergebnisse entsprechen in etwa unseren Erwartungen. Leichte Abweichungen sind wie bei jedem Versuch zu beobachten und zu berücksichtigen.

Deutung

Wie bereits beschrieben verändern sich durch die Abgabe oder Aufnahme der Ladungen die Kräfte und Wechselwirkungen eines Proteins. Das führt zu einer Veränderung der 3D-Struktur, die bis zu Denaturierung (Zerstörung) führen kann. Dies funktioniert schon bei moderaten pH-Werten unter 6 oder über 8. Bei diesen Werten tritt auch noch keine Hydrolyse der Peptidbindung auf, die erst bei höheren oder tieferen pH-Werten stattfinden. So hat sich bei der Mischung mit dem pH-Wert 4 gar nichts getan, der Flüssigkeitsstand bei 5 und 6 erhöht und bei 7, vor allem aber 8 und 9 stufend wieder herunter gebildet.

Katalase hat ein pH – Optimum von 6,2 – 6,9, also im leicht sauren Milieu.

Quellen