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Thema: Katalase – ein Enzym zeigt seine Eigenschaften

1. Die Katalase reagiert mit Wasserstoffperoxid aber nicht mit Wasser. Das zeigt, dass ein Enzym nur mit einem bestimmten Stoff zusammen reagiert. Diese Eigenschaft wird als substratspezifisch bezeichnet (siehe hier).
2. Mit dem Enzym Katalase zersetzt sich das Wasserstoffperoxid schnell und es kommt zur Bläschenbildung bzw. Gasfreisetzung. Das entstehende Gas kann mittels Glimmspanprobe* als Sauerstoff identifiziert werden. Ohne Katalase zersetzt sich das Wasserstoffperoxid so langsam, dass der entstehende Sauerstoff nicht zur Blasenbildung ausreicht und den glimmenden Span nicht entzünden kann. Man spricht davon, dass das Enzym Katalase die Aktivierungsenergie herabsetzt, so dass der Ablauf der Reaktion beschleunigt wird (siehe hier).
3. Eine weitere Zugabe von Wasserstoffperoxid nach ca. 5 Minuten führt zu einer Reaktion, die der Reaktion nach der ersten Zugabe von der Intensität her sehr ähnelt. Das deutet darauf hin, dass die Katalase gar nicht verbraucht wird. Dieses weist auf die Eigenschaft der Enzyme hin, dass sie unverändert aus der Reaktion hervorgehen und erneut in eine Reaktion eintreten können (siehe hier).
4. Eine chemische Reaktion ist mit Stoff- und Energieumwandlungen verbunden. Dabei kann Energie aufgenommen oder abgegeben werden. Nach Zugabe von Katalase zur Wasserstoffperoxid-Lösung fühlt sich der Erlenmeyerkolben warm an. Im Rahmen der abgelaufenen Reaktion muss Wärme (= Energie) freigesetzt worden sein.

Durch die Verwendung von zwei Messpipetten werden drei Erlenmeyerkolben (100 mL) folgendermaßen befüllt (Ansätze):
Ek 1: 10 mL Wasserstoffperoxid-Lösung
Ek 2: 10 mL Wasserstoffperoxid-Lösung
Ek 3: 10 mL Leitungswasser

Überlege dir ausgehend von den Ansätzen Ek 1 – Ek 3 und den oben genannten Materialien entsprechende Vorgehensweisen (=einfache Versuche).
Diese sollen die zuvor genannten vier Eigenschaften der Katalase zeigen bzw. nachweisen.
Orientiere dich an den aufgeführten Hilfen.

Hilfen:

• Es werden drei Teilversuche durchgeführt, bei denen einmal mit zwei und einmal nur mit einem Erlenmeyerkolben gearbeitet wird.
  Die dabei zu machenden Beobachtungen bestätigen die zuvor genannten vier Eigenschaften der Katalase.
• Es ist zu beachten, dass einer der Erlenmeyerkolbenansätze als Kontrollversuch dient.
• Die einzusetzende Katalase stammt aus der Trockenhefe. Ihre Verwendung erfolgt äußerst sparsam (siehe Abbildung rechts).
• Die Glimmspanprobe* dient als Nachweis für entstandenen Sauerstoff.

1. Fertige ein vollständiges Protokoll zu den von dir durchgeführten Versuchen an.
2. Notiere den Reaktionsablauf  beim Kontakt von Wasserstoffperoxid mit Katalase in Form von Worten oder Formeln.

Entsteht bei einer Reaktion ein Gas, was man z.B. anhand von entstehenden Bläschen vermuten kann, dann gibt es eine Möglichkeit, zu prüfen, ob es sich dabei um Sauerstoff handelt. Diese Überprüfung wird “Glimmspanprobe” genannt.
Zu diesem Zweck wird ein Holzstab zunächst entzündet und nach kurzer Zeit die Flamme wieder ausgepustet, aber so, dass noch Glut vorhanden ist. Dieses Glut wird in den Bereich gehalten, in dem Sauerstoff vermutet wird. Trifft die Annahme zu, entflammt der Holzspan erneut.
Sauerstoff ist neben dem eigentlichen Brennstoff – hier Holz – eine notwendige Voraussetzung für eine Verbrennung. Liegt er in konzentrierter Form vor, fördert er die Verbrennung stark und der glühende Holzspan flammt auf.