S Verdauungsenzyme - Experimente Biologie

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S Verdauungsenzyme

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Verdauungsenzyme                 

Unter Verdauung versteht man die Nutzbarmachung von Nahrungsmitteln für den eigenen Körper. Verdauung ist ein sehr komplexer Vorgang:
Die meisten Enzyme wirken innerhalb von Zellen. Merkmal der Verdauungsenzyme ist, dass die außerhalb von Zellen aktiv sind. Die Schwierigkeit ist, dass sie innerhalb der Zelle nicht aktiv sein dürfen und außerhalb der Zellen auch wieder inaktiviert werden müssen. Dies geschieht im Verdauungstrakt durch Änderung der pH-Werte.
Mund: Zerkleinerung der Nahrung zur Schaffung von großen Oberflächen, erste enzymatische Spaltung von Kohlenhydraten Amylase;
Magen: starke Ansäuerung zur Zerstörung der Einweißstrukturen (gleichzeitig Abtötung von Keimen). Erste enzymatische Spaltung von Eiweißen.
Zwölfingerdarm: Zugabe von Salzen in den Speisebrei von einem  pH- Wert von 2 auf 8-9 bringen.
Dünndarm: Zugabe von Enzymgemischen in den Nahrungsbrei, weitere enzymatische Aufspaltung von Eiweißen in einzelne Aminosäuren, weitere einzymatische Aufspaltung von Kohlenhydraten, Emulgierung von Fetten zur Oberflächenvergrößerung der Teilchen, enzymatische Aufspaltung der Fette in Fettsäuren und Glyzerin Lipasen,
Resorption der Nahrungsbestandteile auf Molekülebene.
Dickdarm: Rücksesorption von rund 9 Litern Wasser und Salzen aus dem Speisebei; Endverdauung von noch verwertbaren Nahrungsbestandteilen, z T. durch symbiotische Bakterien.
 
Denaturierung und Eiweißverdauung:
Eiweiße werden durch Säuren (Magensäure) und in der Hitze irreversibel denaturiert, dh. Sie verlieren ihre Funktionsstruktur. Die Hitzedenaturierung und der Funktionsverlust  ist ein sicherer Nachweis dafür, dass bei der Reaktion Enzyme beteiligt waren. Der Mensch hat zwei Enzymgruppen zur Spaltung von denaturiertem Eiweiß in Aminosäuren.
Pepsin (im Magen) mit einem Wirkoptimum bei pH 1-2,
Pankreatin(im Dünndarm) mit einem Wirkoptimum bei pH 8-9. Pankreatin ist ein Enzymgemisch, das von der Bauchspeicheldrüse in den Dünndarm abgegeben wird. Als Medikament zur Verbesserung bei Verdauungsstörungen wird das Enzymgemisch aus Bauchspeicheldrüsen von Schweinen gewonnen.
Die hier vorgeschlagenen Versuche beziehen sich auf Versuche mit Pankreatin- Präparaten, die in Tablettenform als Verdauungshilfe in Apotheken zu beschaffen sind. Man kann alle angegebenen Versuche mit derselben Tablettenform durchführen.
Die Versuche: Amylase im Mundspeichel   Amylase im Darm -  Pankreatin  Eiweissverdauung  Fettverdauung   

Nachweis von Eiweißen: 
Es müssen einzelne Aminosäuren nachgewiesen werden. Dies gelingt mit 
1: Ninhydrin-Lösung, die mit freien Aminosäuren einen blauen Komplex bildet, mit Eiweißen aber nicht.
2: Nicht verdaute Eiweiße (feste Eiweiße wie gekochte Eier) lassen sich als Gelbfärbung durch erhitzte Salpetersäure nachweisen 
(nicht für die Schule geeignet) 

Nachweis von Stärke: 
 In der Molekülstruktur der Stärke baut sich Jod ein. Durch vielfältige Elektronenübergänge zwischen der Wasserstoff Atomen der 
Stärke und den Außenelektronen der Jodmoleküle finden vielfach Übergänge statt. Diese bewirken die blaue Farbe. 
Durch die Wirkung der Amylase entstehen einzelne Zuckermoleküle. Die blaue Farbe verschwindet bzw. wird je nach den noch 
vorhandenen Stärkemolekülen schwächer. 
Diese Reaktion ist hitzereversibel: Durch Erhitzen einer Jod-Jodkalium lösung mit Stärke verschwindet die Blaufärbung. Bei Abkühlen bildet sich die Molekülstruktur der Stärke neu und Blaufärbung tritt wieder ein. 
http://www.zum.de/Faecher/Materialien/beck/chemkurs/12/cs12-53.htm  http://www.scheffel.og.bw.schule.de/faecher/science/biologie/proteine_enzyme/3enzymaktiv/enzymaktivi.htm
http://de.wikipedia.org/wiki/Trypsin ; http://www.chemieunterricht.de/dc2/milch/v-pepsin.htm
http://www.wilmnet.de/schule/uni/fsem4/fsem4-biochemie/Biochemie-Seminar%2013.pdf
 
 
Verdauungsenzyme Arbeitsunterlage 1--------------------------------------------------------------------
Amylase im Mundspeichel 
Beispiel für ein lebenswichtiges Enzym, das außerhalb einer Zelle wirkt.
 
Lösungen:
1.    1g lösliche Stärke in 1000ml Wasser aufschlämmen, davon 20ml aufkochen und abkühlen. Es muss sich eine klare Lösung ergeben.
2.    10 ml verdünnte Schwefelsäure (durch die Lehrperson) Vorsicht: ätzend!
3.    10 ml Mundspeichel, ohne Blasen im Reagenzglas sammeln, mit etwas Kochsalz versetzt.
4.    Jod-Jodkalium Lösung (Lugolsche Lösung, fertig verdünnt)
5.    Fehling Lösungen (fertig zu kaufen)
Alle Nachweisreagentien vorher mit der Stärkelösung und einer Zuckerlösung bzw Glucoselösung ausprobieren!
 
Geräte: Bechergläser, starkwandige Reagenzgläser, Heizplatte, Wasserbad
 
Versuchsansätze in starkwandigen  Reagenzgläsern:
 

Interpretation:
Ist Amylase ein Enzym?         Begründung:
 
 
Fragen
Welche Reaktion katalysiert der Mundspeichel?
Es gibt viele unterschiedliche Amylasen. An welchen Stellen in der Zelle oder außerhalb von Zellen werden Amylasen gebraucht? 
 
 

Verdauungsenzyme Arbeitsunterlage 2----------------------------------------------------------------------
Fettspaltung durch Lipase     

Material:
Olivenöl, Wasser, Reagenzgläser, Phenolphthaleinlösung (fertig),
Natriumhydrocarbonat, Lipase (Verdauungshilfetabletten, die Lipase enthalten - aus der Apotheke).
Versuch:
  1. Man gibt 2ml Speiseöl und 5ml Wasser in ein Reagenzglas,
  2. Dann fügt man 3 Tropfen Phenolphthalein zu,
  3. Zugabe von Natriumcarbonatlösung, bis zu einer leichten Rotfärbung;  
  4. Zugabe einer Spatelspitze Lipase (zerdrückte Tablette zur Fettverdauung).
  5. Man schüttelt gut um und nach wenigen Minuten entfärbt sich die Mischung.

Kontrollversuch: Man führt denselben Versuch mit 2ml Oktanol durch und erhitzt auf etwa 60 Grad und beobachtet, ob sich eine Entfärbung zeigt.
 
Protokoll: 


Info: Durch die Fettspaltung entstehen Glycerin und Fettsäuren. Da Phenolphthalein in saurer Lösung die Farbe verliert, wird durch den Farbumschlag die Entstehung von Säuren (Fettsäuren) angezeigt. (Der Nachweis von Glycerin ist wesentlich schwieriger. Ein durchsichtiger Belag am Glasrand deutet auf die Entstehung von Glycerin hin.
Die Reaktion:


Aufgabe: Wo spielen Lipasen im Stoffwechsel der Zelle und im Körper eine Rolle?
 
 
 
Verdauungsenzyme Arbeitsunterlage 3--------------------------------------------------------------------
Eiweißverdauung im Darm mit Pepsin       

Material und Geräte: 1 Spiegelei ohne Fett oder Salz:  feste Eiweissmasse, mit Kongorot gefärbtes Gelatine-Stück,
Reagenzgläser, Wasserbad auf 38 Grad erwärmbar, Kühlschrank, Watte, käufliches Pepsin
 
Lösungen:
1)    Pepsin-Lösung: Löffelspitze Pepsin (Merk) in 10ml Wasser lösen. Oder gut zerstoßene Pepsin-Tablette in Wasser lösen. Mit einer Plastikpipette  einfüllen! 
Nicht mit den Händen oder dem Mund berühren! 
2)    Salzsäure  (konz, Vorsicht!)
3)    Salpetersäure (konz, Vorsicht!) Bei Zusatz von wenigen Tropfen zur eiweißhaltigen Lösung tritt Gelbfärbung ein.
5)    2%ige Ninhydrinlösung in Wasser:   Ninhydrin-Lösung ist farblos, bei Anwesenheit von Aminosäuren tritt Blau-Färbung ein. 
Test: der Hautschweiß enthält immer auch einige wenige Aminosäuren, deswegen färbt Ninhydrinlösung intensiv blau! Ninhydrin ist nicht giftig. 
 6) Gelatinestück: Man löst ein wenig Trockengelatine in warmem Wasser und lässt abkühlen. Es sollte sich eine gallertartige Masse bilden. Davon kann man ein kleines Stück für den Versuch verwenden. 

Versuchsdurchführung:
 
Interpretation:
 
 
 
 
Informieren Sie sich über: Denaturierung, Aminosäuren, Körpereinweiße (globuläre Eiweiße wie Albumin oder Enzyme, Struktureiweiße wie Haare, Fingernägel, Hautschuppen!)
Führe weitere Versuche mit Pepsin Lösungen durch! Wähle: Apfelstücke, Fleischstücke, Kartoffelstücke, Kuchenstückchen aus – oder andere Nahrungsmittel, in denen man Eiweiß vermuten kann. Alle Materialien vorher aufkochen, um die Eiweiße zu denaturieren! 
Weisen Sie nach, dass die Pepsin- Reaktion pH-abhängig ist!  Stellen Sie eine geeignete Tabelle zusammen, mit deren Hilfe der Nachweis geführt werden kann!
 

Verdauungsenzyme Arbeitsunterlage 4--------------------------------------------------------------------
Eiweißverdauung mit Pankreatin-präparat  
(Verdauungshilfe-Medikament)                                

Material:
Eiweiß frisch, oder Albumin (2g in 40ml Wasser), Wasser
2 Tabletten Pankreatin (Apotheke) trocken mörsern, dann in 20ml Wasser aufnehmen; Messpipetten, Reagenzgläser; HNO3   ,2%ige Ninhydrinlösung
Bunsenbrenner
 
Versuch:
 


Verdauungsenzyme Arbeitsunterlage 5--------------------------------------------------------------------
Stärkeverdauung im Darm mit Pakreatinpräparat:                                     

Lösungen:
5%ige Stärkelösung ( „Mondamin“) langsam in Wasser einrühren, aufkochen und abkühlen;
Pankreatin: 2 Tabletten mörsern, in 20 ml Wasser aufnehmen,
Jod-Jodkalium- Lösung (Lugolsche Lösung) (hell gelb - Blaufärbung zeigt Stärke an)
Fehlingsche Lösungen (Test: 1ml zu untersuchende Lösung, 1ml Fehling1 und 1ml Fehling 2 mischen, erwärmen, 
Rotfärbung (zeigt in diesem Fall Maltose an)
 
 
  
Deutung:

Frage: Warum braucht der Körper zwei Enzyme für den Stärkeabbau (Mund und Darm)? 

 

 
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