Charakterisierung des Enzyms ß-Galactosidase vor dem Hintergrund der Lactose-Intoleranz
Beschreibung
Als Biokatalysatoren bewirken Enzyme eine Absenkung der für eine chemische Reaktion erforderlichen Aktivierungsenergie und damit eine beachtliche Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit bei Stoffwechselvorgängen. Die Fähigkeit zur Verstoffwechselung des Milchzuckers (Lactose) nimmt im Kindesalter ab, so dass in vielen Populationen im Erwachsenenalter die Aufnahme von Milch oder Milchprodukten zu Problemen führt. Ein Grund für eine Lactose-Intoleranz im Erwachsenenalter ist eine reduzierte bzw. fehlende Aktivität des Enzyms Lactase, welches zur Gruppe der ß-Galactosidasen gehört.
In unserem Experiment untersuchen wir beispielhaft die Enzymaktivität einer ß-Glalactosidase aus Escherichia coli in Abhängigkeit von der Zeit, der Substratkonzentration, dem pH-Wert und der Temperatur. Außerdem untersuchen wir auf Wunsch auch die Substratspezifität dieses Enzyms und die Wirkung von Hemmstoffen auf die Enzymaktivität. Das bei der Reaktion entstehende Produkt kann schon durch Gelbfärbung mit bloßem Auge gesehen werden, seine Menge wird mit dem Spektralfotometer genau gemessen. Die Messdaten werden in Form von Graphen dargestellt. Eine umfassende Interpretation der Messergebnisse schließt den Experimentaltag ab.
Die Messergebnisse aller Gruppen in Form von Diagrammen werden für jeden Teilnehmer ausgedruckt. Sie bilden somit eine Grundlage für den weiterführenden Unterricht.
Methoden
Teilexperiment (alle Gruppen):
- Messung der Enzymaktivität in Abhängigkeit von der Zeit
Teilexperimente (arbeitsteilig):
- Abhängigkeit der Enzymaktivität von der Temperatur
- Abhängigkeit der Enzymaktivität von der Substratkonzentration
- Abhängigkeit der Enzymaktivität vom pH-Wert
- Substratspezifität und Hemmbarkeit durch verschiedene Hemmstoffe
Wünschenswerte Vorkenntnisse
- Bau von Proteinen (somit auch einfache Grundlagen der Organischen Chemie, idealerweise chem. Aufbau eines Zuckers)
- Prinzip einer enzymatisch katalysierten Reaktion
- Beeinflussung enzymatisch katalysierter Reaktionen durch äußere Faktoren (Temperatur, pH-Wert, Substratkonzentration, Hemmstoffe) > nach telefonischer Absprache mit BioS kann auch ein entdeckender Ansatz gewählt werden
- Erstellen eines Graphen mit Hilfe von Messergebnissen
Dauer
ca. 7-8 h (einschließlich Mittagspause)
