Experimente mit Enzymen: Amylasen. Lustige Chemieexperimente für zu Hause

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Enzyme beschleunigen viele chemische Reaktionen, tun dies jedoch selektiv. Jeder von ihnen hat seine eigene enge „Spezialität“, der gleiche Prozess wird manchmal durch mehrere Enzyme beschleunigt. Das werden wir nun überprüfen.

Betrachten wir die Enzyme, die Stärke zerstören, indem sie ihren „Fragmenten“ Wassermoleküle hinzufügen, d.h. hydrolytische Enzyme. Darunter sind Amylasen, über die wir bereits im Kapitel „Experimente mit Kohlenhydraten". Da Sie die Essenz der Wirkung solcher Enzyme bereits kennen, werden wir sofort Vergleichsexperimente durchführen: Wir werden prüfen, wie menschliche und tierische Amylasen auf Stärke wirken.

Die Quelle der menschlichen Amylase wird nach wie vor Speichel sein. Im Bienenhonig kommen Amylasen tierischen Ursprungs vor.

Bereiten Sie zunächst fünf Lösungen vor. Erste Lösung: Etwa 0,5 ml Speichel in einem Reagenzglas auffangen und zwanzigmal mit kaltem kochendem Wasser verdünnen. Zweite Lösung: sehr flüssige Stärkepaste (ein viertel Teelöffel Stärke in einem Glas Wasser). Die dritte Lösung: Jodtinktur aus der Apotheke, zwanzigfach mit Wasser verdünnt. Vierte Lösung: zwei oder drei Tropfen Bienenhonig zehnmal mit Wasser verdünnt und gründlich vermischt. Fünfte Lösung: ein halber Teelöffel Backpulver auf zehn Esslöffel Wasser.

Diesmal benötigen Sie neun Reagenzgläser. In alle Reagenzgläser etwa 5 ml Paste füllen. Geben Sie in die Röhrchen 1, 4 und 7 mit einer Pipette 5 Tropfen Essig hinzu und in die Röhrchen 2, 5 und 8 die gleiche Menge Sodalösung. Geben Sie 5 Tropfen reines Wasser in die restlichen Röhrchen. Mischen Sie den Inhalt aller Reagenzgläser und geben Sie jeweils 10 Tropfen verdünnten Speichel hinzu.

Geben Sie nach 10 Minuten ein oder zwei Tropfen Jodlösung in die Reagenzgläser 1, 2 und 3 und mischen Sie die Mischung. Achten Sie auf Farbveränderungen. Geben Sie nach weiteren 15 Minuten die gleiche Menge Jod in die Röhrchen 4, 5 und 6 und nach weiteren 10 Minuten in die restlichen Röhrchen. Wie Sie sich erinnern, ergeben Stärke und Dextrine beim Herd eine andere Farbe, und wenn die Amylase die Stärke abbaut, ändert sich die Farbe. So können Sie nicht nur den Stärkeabbau beurteilen, sondern auch, welches Milieu – sauer, neutral oder alkalisch – für diesen Prozess günstiger ist.

Der Versuch mit Bienenhonig ist genauso aufgebaut. Die Aktivität von Amylasen in verschiedenen Proben kann stark schwanken, daher muss möglicherweise die Hydrolysezeit verkürzt oder verlängert werden. Beispielsweise enthält der Speichel starker Raucher sehr wenig Amylase.

Für das nächste Experiment benötigen Sie Gerstenmalz – gekeimte Gerstenkörner. Tauchen Sie die Körner einige Stunden lang in Wasser und lassen Sie sie 4-5 Tage lang auf einer Untertasse keimen. Geben Sie dabei täglich etwas Wasser hinzu. Die Sprossen trennen, mit Wasser abspülen und mit einem Holzstößel oder Löffel gründlich verreiben. Verdünnen Sie den Brei mit der doppelten Menge destilliertem Wasser und drücken Sie ihn durch ein dichtes Tuch in ein Glas. Dieser Extrakt enthält zwei Enzyme: Alpha-Amylase und Beta-Amylase. Durch zusätzliche Verarbeitung kann einer von ihnen zerstört werden, um die Aktion des anderen zu beobachten. Alpha-Amylase wird durch Erhitzen zerstört. Geben Sie zu einem Teil des Gerstenextrakts drei Teile Wasser hinzu, rühren Sie die Mischung um und erhitzen Sie sie unter gründlichem Rühren 20 Minuten lang in einem Wasserbad bei 70 °C. Die abgekühlte Lösung enthält Beta-Amylase.

Um nun eine Lösung von Alpha-Amylase zu erhalten, müssen Sie die Beta-Amylase mit Säure zerstören. Kühlen Sie etwa 5 ml des Extrakts im Kühlschrank oder auf Eis auf 2-3 °C ab, geben Sie einen unvollständigen Teelöffel gekühlten Essig hinzu und füllen Sie das Reagenzglas fast bis zum Rand mit kaltem Wasser. Mischen Sie die Mischung und lassen Sie sie 15 bis 20 Minuten lang stehen. Neutralisieren Sie die Lösung dann durch Zugabe von Kreidepulver, bis die Blasen aufhören. Rühren Sie die Mischung erneut um, verdünnen Sie sie zweimal mit Wasser, lassen Sie sie stehen und lassen Sie die Flüssigkeit über dem Niederschlag in ein sauberes Reagenzglas abtropfen. Damit ist die Vorbereitung für das Experiment abgeschlossen.

In zehn Reagenzgläser füllen 1 ml Stärkelösung und 9 ml Wasser. Geben Sie zehn Tropfen Alpha-Amylase-Lösung mit einer Pipette in die Reagenzgläser 1-5, geben Sie die gleiche Menge Beta-Amylase-Lösung in die restlichen Reagenzgläser und mischen Sie den Inhalt aller Reagenzgläser. Nach 3 Minuten einen Tropfen Jodlösung in die Reagenzgläser 1 und 6 geben und umrühren. Machen Sie dasselbe mit den Reagenzgläsern 2 und 7 nach 5 Minuten, 3 und 8 nach 10 Minuten, 4 und 9 nach 20 Minuten, 5 und 10 nach 30 Minuten.

Sie werden feststellen, dass sich die Farbe in Gegenwart von Alpha-Amylase schnell ändert: blau-violett – rosa-gelb: In diesem Fall entstehen Dextrine – Fragmente von Stärkemolekülen. Beta-Amylase wirkt anders: Sie scheint Stücke von Stärkemolekülen „abzubeißen“, und daher bleibt die Farbe mit Jod blau, aber mit der Zersetzung der Stärke nimmt ihre Helligkeit ab.

Die Ergebnisse dieses Experiments zeigen deutlich die Vielfalt der Eigenschaften auch für ähnliche Enzyme. In lebenden Organismen wirken Enzyme normalerweise zusammen. Die stattfindenden Transformationen sind viel komplizierter als die relativ einfachen Reaktionen, die Sie in Reagenzgläsern beobachtet haben. Aber die Kenntnis des Einfachen ist der erste Schritt zur Erkenntnis des Komplexen.

Autor: Olgin O.M.

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Im Gegensatz zu Säugetieren und Vögeln sind Insekten stark von der Umgebungstemperatur abhängig: Je heißer es in der Umgebung ist, desto höher ist ihre Temperatur – und umgekehrt. Wenn sich das Insekt erwärmt, beschleunigt sich auch sein Stoffwechsel. Je schneller es Energie verbrennt, desto schneller bekommt es wieder Hunger; und je mehr es frisst, desto schneller vermehrt es sich. Laut den Forschern unterscheiden sich die Beschleunigungsraten zwischen verschiedenen Insekten nicht stark. Daher haben Wissenschaftler ein mathematisches Modell entwickelt, mit dem sich berechnen lässt, wie stark die Zahl der Insekten zunimmt, wie schnell sie sich vermehren und Getreide bei wärmeren Klimabedingungen vernichten.

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