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26.05.2023 Biologie

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


Station 6:

Kompetitive Hemmung 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:

5 Reagenzgläser (RG), RG-Ständer, weiße Unterlage (z.B. Heft), Frische Lösungen von Harnstoff (w = 1 %) und N-Methylharnstoff (w = 5 %), Phenolphthalein-Lösung, Urease-Suspension (w = 0,1 %) und dest. Wasser in Tropfflaschen.

Durchführung:

Bereiten Sie 5 RG vor:

  • RG 1: Ca. 2 mL (eine Daumenbreite) Harnstoff-Lösung + 3 Tr. Phenolphthalein
  • RG 2: Ca. 2 mL Harnstoff-Lösung + 2 mL dest. Wasser + 3 Tr. Phenolphthalein
  • RG 3: Ca. 2 mL Harnstoff-Lösung + 2 mL N-Methylharnstoff-Lösung + 3 Tr. Phenolphthalein
  • RG 2’ und RG 3’: Je ca. 1 mL Urease-Suspension.

Gießen Sie die Urease-Suspensionen (RG 2’ und RG 3’) zeitgleich zu den Versuchsansätzen von RG 2 und RG 3 und schütteln Sie kurz um. Beobachten Sie beide Versuchsansätze über einer weißen Unterlage.

Station 7:

Vergiftung der Urease durch Schwermetallsalze

Grundlagen:

Urease kommt in vielen Pflanzen, Schimmelpilzen und Bodenbakterien vor. Der Ammoniak-geruch 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:

10 Reagenzgläser (RG), RG-Ständer, Lösungen in Tropfflaschen, Harnstoff-Lösung (w = 2 %), Schwermetallsalz-Lösungen (c = 0,1 mol/l) von z.B. Kupfersulfat, Zink(II)-sulfat usw., Kochsalzlösung (c = 0,1 mol/l), Phenolphthalein-Lösung, Urease-Suspension (w = 0,1 %).

Zur Herstellung von 100 ml Salzlösung (c = 0,1 mol/l) benötigt man:

  • 2,50 g CuSO4 � 5 H2O [Xn, N]
  • 2,37 g NiCl2 � 6 H2O [T]
  • 2,88 g ZnSO4 � 7 H2O [Xi, N]
  • 0,58 g NaCl

Durchführung: Bereiten Sie 5 RG vor:

  • RG 1: Ca. 1 ml (halbe Daumenbreite) Urease-Suspension
  • RG 2: Ca. 1 ml Urease-Suspension + 3 Tr. Kupfersalzlösung
  • RG 4: Ca. 1 ml Urease-Suspension + 3 Tr. Zinksalzlösung
  • RG 5: Ca. 1 ml Urease-Suspension + 3 Tr. Kochsalzlösung

Lassen Sie die Salzlösungen 2-3 min lang einwirken!

Während dieser Einwirkzeit bereiten Sie 5 weitere RG mit je 2 ml Harnstofflösung (eine Daumenbreite) und 2 Tr. Phenolphthalein vor.

Danach gießen Sie die Harnstofflösungen zu den Urease-Suspensionen und schütteln kurz um.

Station 8:

Gegenmaßnahmen bei Schwermetallvergiftungen

Grundlagen:

Urease kommt in vielen Pflanzen, Schimmelpilzen und Bodenbakterien vor. Der Ammoniak-geruch 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:

8 Reagenzgläser (RG), RG-Ständer, Lösungen in Tropfflaschen, Harnstofflösung (w = 5 %), Kupfer(II)-sulfatlösung (c = 0,01 mol/l), Phenolphthalein-Lösung, EDTA-Lösung (c = 0,1 mol/l, Dinatriumsalz), Cystein-Lösung (c = 0,1 mol/L), Urease-Suspension (w = 0,1 %).

Zur Herstellung von 100 mL Lösung mit oben angegebener Konzentration benötigt man:

  • 0,25 g CuSO4 � 5 H2O [Xn, N]
  • 3,72 g EDTA-Dinatriumsalz
  • 1,21 g Cystein

Durchführung:

Bereiten Sie 4 RG vor:

  • RG 1: Ca. 1 ml (halbe Daumenbreite) Urease-Suspension .
  • RG 2: Ca. 1 ml Urease-Suspension + 3 Tr. Kupfer(II)-sulfatlösung.
  • RG 3: Ca. 1 ml Urease-Suspension + 3 Tr. Kupfer(II)-sulfatlösung.
  • RG 4: Ca. 1 ml Urease-Suspension + 3 Tr. Kupfer(II)-sulfatlösung.

Lassen Sie die Kupfer(II)-sulfatlösungen 2-3 min lang einwirken!

Während dieser Einwirkzeit werden 4 weitere RG vorbereitet:

  • RG 1’: Ca. 2 ml (eine Daumenbreite) Harnstofflösung + 3 Tr. Phenolphthalein + 1 mL H2O.
  • RG 2’: wie RG 1’.
  • RG 3’: Ca. 2 mL Harnstofflösung + 3 Tr. Phenolphthalein + 1 ml EDTA-Lösung.
  • RG 4’: Ca. 2 mL Harnstofflösung + 3 Tr. Phenolphthalein + 1 ml Cysteinlösung.

Dann gießen Sie die Harnstofflösungen zu den Urease-Suspensionen (RG 1’ à RG 1, RG 2’à RG 2, usw.).

Notieren Sie die Beobachtungen nach 5, 15 und 30 Minuten. (Nehmen Sie den RG-Ständer der Station 8 für die weitere Beobachtung zur nächsten Station mit).

Station 9 a:

Enzymatischer Abbau von Harnstoff

Messwerterfassung mit dem Computer

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-

Der Verlauf des Harnstoffabbaus kann durch die Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit der Lösung verfolgt werden.

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:

20-ml-Schnappdeckelglas, Rührfisch, Magnetstab, Stativmaterial, Magnetrührer, Leitfähigkeitsmesszelle, Messwandler (z.B. ALL-CHEM-MISST), Computer mit geeigneter Software (z.B. Uni-Mess-Light vom "AK-Computer"), Drucker, 2-ml- und 10-ml-Pipette, Pipettierhilfe, 100-ml-Becherglas (zum Spülen der Messzelle).

Bei Messung der Temperaturabhängigkeit der Enzymaktivität (siehe Hinweis): Kristallisierschale für Wasserbad, Kontaktthermometer.

Harnstoff-Lösung (w = 2 %), Urease-Suspension (w = 0,1 %), dest. Wasser.

Versuchsaufbau:

PC und Leitfähigkeitsmessfühler mit Meßwandler verbinden. Messfühler so an einem Stativ befestigen, dass die Elektroden vollständig in die vorgelegten Lösungen eintauchen.

Voreinstellungen am ALL-CHEM-MISST:

  • Leitfähigkeitsmesszelle anschließen und Messbereich 200 �S und PC einstellen
  • Messgröße: Leitfähigkeit
  • Wandler / Kanal: ACM L 2 mS
  • Darstellung: Grafik- und Digitalanzeige
  • X-Achse: Zeit, Zeitintervall: 1 s, x-Bereichsobergrenze: 300 s
  • Y-Achse: Leitwert, Einheit: mS
  • Y-Bereichsobergrenze: 2
  • Y-Nachkommastellen: 3

Durchführung:

  • Pipettieren Sie 10 mL Harnstofflösung in das Schnappdeckelglas mit Rührfisch.
  • Schalten Sie dann den Magnetrührer ein und prüfen die Leitfähigkeit mit dem Leitfähigkeitsprüfer. Der Computer zeigt die Leitfähigkeit digital in mS (Millisiemens) an.
  • Wenn die Leitfähigkeit konstant bleibt, geben Sie 2 mL Urease-Suspension zu und klicken mit der Maustaste das grüne Feld "Start" an.
  • Die Änderung der Leitfähigkeit wird sowohl grafisch in einem Diagramm als auch digital auf dem Monitor aufgezeichnet. Klicken Sie nach Ablauf der Messzeit von 300 s mit der Maustaste das Feld "beenden" an.
  • Daten speichern
  • Falls Ausdruck gewünscht: à Extras (UNI-AUS mit Werten starten) à Daten aus der Zwischenablage anklicken à "Werte aus der Zwischenablage geholt" à OK à Druckersymbol
  • Gehen Sie mit der Maustaste auf die Symbolleiste und klicken Sie unter "Messen" "Messreihe aufnehmen" an.
  • Spülen Sie die Leitfähigkeitsmesszelle mit dest. Wasser, damit sie für den nächsten Versuch einsatzbereit ist.

Hinweis:

Der Versuch kann bei verschiedenen Temperaturen (40 °C, 60 °C, 80 °C, 100 °C) wiederholt werden.

Station 9b:

Enzymatischer Abbau von Harnstoff

Grundlagen:

Urease kommt in vielen Pflanzen, Schimmelpilzen und Bodenbakterien vor. Der Ammoniak-geruch 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-

Der Verlauf des Harnstoffabbaus kann durch die Veränderung des pH-Wertes der Lösung verfolgt werden.

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:

20-ml-Schnappdeckelglas, Rührfisch, Magnetstab, Stativmaterial, Magnetrührer, Stativmaterial, pH-Meter, 2-ml- und 10-ml-Pipette, Pipettierhilfe, Stoppuhr oder Armbanduhr, Harnstoff- Lösung (w = 2 %), Urease-Suspension (w = 0,1 %), dest. Wasser, Pufferlösungen zum Eichen des pH-Meters.

Durchführung:
Reaktionsgleichung für den Harnstoffabbau
  • Pipettieren Sie 10 mL Harnstofflösung in das Glasgefäß mit Rührfisch.
  • Schalten Sie den Magnetrührer ein und protokollieren Sie vor der Zugabe der Urease-Suspension den pH-Wert der Lösung à Wertetabelle: pH bei t = 0.
  • Nach Zugabe von 2 mL Urease-Suspension starten Sie die Stoppuhr.
  • Protokollieren Sie alle 10 s den pH-Wert. Gesamtzeit: 3-4 min.
  • Lassen Sie nach dem Spülen die pH-Elektrode im dest. Wasser stehen, damit sie für den nächsten Versuch einsatzbereit bleibt. pH-Meter bitte nicht ausschalten!

Zeit t in s

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

pH

Zeit t in s

 130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250

pH

Station 10:

Was haben Enzyme mit Käse zu tun?

Grundlagen:

Das Enzym Chymosin (auch Labferment oder Rennin genannt) aus Kälbermagen wird biotechnologisch zur Gerinnung von Milch verwendet. Chymosin ist eine Protease. Es spaltet vom Hauptprotein der Milch, dem löslichen Casein, an einer bestimmten Stelle ein Peptid ab, so dass unlösliches Casein entsteht. Das Casein fällt aus, die Milch gerinnt. Diese Reaktion ist im Kälbermagen der erste Schritt zur Verdauung der Milchproteine. In der Nahrungsmittelindustrie wird er zur Käseherstellung genutzt. Heute wird überwiegend gentechnisch hergestelltes Chymosin eingesetzt.

Aufgaben:

  1. Führen Sie den Versuch durch und protokollieren Sie die Beobachtungen.
  2. Was schließen Sie aus den Versuchsergebnissen?
  3. Wenn man bei diesem Versuch neben pasteurisierter Milch H-Milch einsetzt, erkennt man deutlich, dass H-Milch sehr viel schlechter gerinnt als pasteurisierte Milch. H-Milch ist in der Molkerei 2-5 Stunden lang auf 85 °C erhitzt worden. Erklären Sie dieses Versuchsergebnis!
  4. Stellen Sie Ihre Ergebnisse und Erkenntnisse dem Plenum vor.

Materialien:

3 Reagenzgläser (RG), RG-Ständer, 37 °C-Wasserbad, Thermometer, 5-mL-Pipette, Pipettierhilfe, 2 Tropfpipetten, Mörser + Pistill, Brenner, RG-Klammer, Armbanduhr oder Stoppuhr, frische pasteurisierte Milch, Hobbythek-Labtabletten.

Durchführung:

    • Schutzbrille aufsetzen und 3 RG wie folgt beschriften: "Lab", "Lab erhitzt" und "K" für Kontrolle.
    • Stellen Sie diese 3 RG mit 2 mL (eine Daumenbreite) frischer, pasteurisierter Milch in ein Wasserbad mit 37 °C.
    • RG 4: Eine halbe, im Mörser zerriebene Hobbythek-Labtablette in 2 mL (eine Daumenbreite) Leitungswasser auflösen und den Inhalt von RG 4 auf RG 4 und RG 5 verteilen.
    • RG 5: Die Enzymlösung etwa 1 min lang aufkochen.
    • Geben Sie zum RG "Lab" 3 Tr. der nicht erhitzten "Lab-Lösung" (RG 4) und ins RG "Lab erhitzt" 3 Tr. der aufgekochten "Lab-Lösung" (RG 5). Stellen Sie beide RG nach dem Vermischen der Inhalte für 10 min in ein 37 °C-Wasserbad und notieren Sie alle 2 min ihre Beobachtungen.

      - = keine Gerinnung + = schwache Gerinnung ++ = starke Gerinnung

Zeit

Chymosin "Lab"

Chymosin erhitzt

Kontrolle

2 min

4 min

6 min

8 min

10 min