Katalasens kinetik målt med tryksensor
Katalase findes i næsten alle levende celler og beskytter dem mod brintoverilte. Enzymet arbejder lynhurtigt, og iltudviklingen kan måles som en trykstigning i et lukket reagensglas. Eleverne bestemmer startreaktionshastigheden ved forskellige substratkoncentrationer og undersøger, om enzymet følger Michaelis-Menten-kinetik.
Hvordan afhænger katalasens reaktionshastighed af koncentrationen af brintoverilte?
Det skal I bruge
| Vare | Varenr. | Antal og formål |
|---|---|---|
| Tryksensor, trådløs | PS-3203 | 1 pr. gruppe |
| Reagensglas 20×150 mm (10 stk.) | 104000 | 6 pr. gruppe |
| Tryksensor tilbehørssæt | PS-3503 | 1 pr. gruppe, propper og slange til tryksensoren |
| Mikropipette, justerbar, 100-1000 µl | 308134 | 1 pr. gruppe |
| Hydrogenperoxid 3 % (175 ml) | 811100 | Brintoverilte 3 %, ca. 50 ml pr. gruppe |
| Måleglas 100 ml (2 stk.) | 103530 | 1 pr. gruppe |
| Beskyttelsesbriller, komfort | 910020 | 1 pr. elev |
Andet udstyr: tørgær eller frisk bagegær (opslæmmet i vand, fx 1 g i 100 ml); reagensglasstativ; stopur, hvis I ikke logger.
Sikkerhed
Brintoverilte 3 % irriterer øjne og hud. Brug beskyttelsesbriller, og skyl med vand ved stænk. Åbn reagensglasset forsigtigt efter hver måling, så trykket udlignes. Brug kun reagensglas, der passer til proppen, og lad aldrig trykket stige mere end ca. 20 kPa over start.
Sådan gør I
- Lav en fortyndingsrække af brintoverilte: 0,5 %, 1 %, 2 % og 3 % (fortynd 3 %-opløsningen med vand).
- Rør gæropslæmningen godt, og afpipettér 1,0 ml i et reagensglas.
- Tilsæt 4,0 ml af den svageste brintoverilte, sæt straks proppen i og start målingen.
- Mål i 60 sekunder. Åbn proppen, og skyl reagensglasset.
- Gentag med de andre koncentrationer, og lav mindst to målinger pr. koncentration.
- Find startreaktionshastigheden som hældningen af trykkurven de første 10-20 sekunder (kPa/s).
- Afbild startreaktionshastigheden mod substratkoncentrationen og vurdér, om kurven flader ud.
Med PASCO-sensor
Den trådløse tryksensor (PS-3203) logger trykket med høj opløsning, og i SPARKvue kan eleverne markere de første sekunder og få hældningen direkte. Med en temperatursensor (PS-3201) kan forsøget udvides til at undersøge temperaturens betydning.
Hvad sker der?
Katalase katalyserer reaktionen 2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂. Ilten samles i det lukkede reagensglas, og trykstigningen er et mål for, hvor meget ilt der er dannet.
Ved lave koncentrationer stiger reaktionshastigheden næsten proportionalt med substratkoncentrationen, fordi der er mange ledige enzymmolekyler. Ved høje koncentrationer er de fleste aktive sites optaget, og hastigheden nærmer sig en maksimal værdi, Vmax.
Sammenhængen kan beskrives med Michaelis-Menten-ligningen v = Vmax·[S] / (Km + [S]). Km er den koncentration, hvor hastigheden er halvdelen af Vmax, og den fortæller noget om enzymets affinitet for substratet.
Spørgsmål til eftertanke
- Hvordan ændrede startreaktionshastigheden sig med koncentrationen?
- Flader kurven ud, og hvad fortæller det om enzymet?
- Hvorfor bruger man startreaktionshastigheden og ikke hastigheden efter et minut?
- Hvilke fejlkilder har forsøget, og hvordan kunne I mindske dem?
Til læreren
Gæropslæmningen skal røres før hver udtagning, ellers bundfælder cellerne, og resultaterne spreder sig. Med 1 g tørgær i 100 ml og 3 % brintoverilte stiger trykket typisk 5-15 kPa på et minut.
Kurven flader sjældent helt ud ved 3 %, men tendensen ses. Til bioteknologi A kan eleverne lave en Lineweaver-Burk-afbildning (1/v mod 1/[S]) og bestemme Km og Vmax.
Alternativ enzymkilde: kartoffel eller lever giver også katalaseaktivitet, men gær er mest reproducerbar.
Vejledningen er udarbejdet af LabDidakt. Læreren skal altid selv vurdere sikkerheden ved forsøget i sin klasse og følge skolens retningslinjer og sikkerhedsdatabladene for de kemikalier, der bruges.
