Het enzym katalase uit een aardappel

Inleiding Wat is de invloed van de PH op de werking van het enzym katalase uit aardappel? Om vervolgens tot een hypothese te komen hebben we gebruik gemaakt van de volgende theorie. De activiteit van een enzym is afhankelijk van de zuurgraad van de oplossing waarin het enzym zich bevind. Elk enzym werkt optimaal bij een bepaalde PH-waarde. De ruimtelijke structuur van een enzymmolecuul blijft alleen bij een bepaalde zuurgraad in stand. Bij een toenemende PH stijgt de enzymactiviteit tot het optimum, daarna daalt de activiteit. Het enzym katalase is in staat om waterstofperoxide af te breken tot water en zuurstof. 2 H2O2   2 H2O + O2 Dus onze hypothese is, bij een te lage en te hoge PH werkt de katalase niet optimaal. Als onze hypothese correct is, dan zal bij een te hoge of te lage PH de ontleding van waterstofperoxide in water en zuurstof niet optimaal verlopen. Materiaal en methode Materiaal. - 20 reageerbuizen en een reageerbuisrek. - Een watervaste stift om de reageerbuizen te nummeren. - 20 aardappelstaafjes. - 0,1 M citroenzuur - 0,2 M K2HPO4. - 0,2 M boorzuur. - 0,2 M NaOH. - PH-papier - Een spuit. - Stopwatch. - Gedestilleerd water. Methode. We voeren deze proef uit in een klaslokaal bij  kamertemperatuur. Om de betrouwbaarheid van de proef te vergroten voeren we de proef per zuurgraad twee keer uit (dus 2 reageerbuizen per PH-waarde). Als eerste nummeren we de buizen (twee keer van 1 -10), die we in een reageerbuisrek plaatsen. Daarna maken we bufferoplossingen (volgens onderstaande tabel) door met behulp van een spuit exact de juiste hoeveelheden (in ml) bij elkaar te voegen waardoor de juiste PH ontstaat, dit controleren we (voor de zekerheid) met PH-papier. Vervolgens doen we  de bufferoplossingen in de juiste reageerbuizen (zie tabel); De 10 ml bufferoplossing met  een PH van 2,8 verdelen we over de twee buizen 1 (elk 5 ml),de 10 ml bufferoplossing met een PH van 3,6 verdelen we over de twee buizen 2 (elk 5 ml), enzovoorts tot we alle tien de PH-waarden gehad hebben. Dan doen we bij elke buis 5 ml gedestilleerd water, waardoor de vloeistof per buis dus 10 ml wordt. Als alle bufferoplossingen in de juiste buizen zitten en het gedestilleerde water toegevoegd is doen we in alle buizen (tegelijk) de aardappelstaafjes (dus in elke buis 1 aardappelstaafje). Vijf minuten nadat we de aardappelstaafjes erin gedaan hebben bekijken we het resultaat, en om de resultaten (per PH-waarde)  het best te kunnen vergelijken meten we van elke buis de schuimlaag die is ontstaan. We noteren dit. Vervolgens rekenen we per buis de gemiddelde lengte van de schuimlaag uit, en dit is ons eindresultaat. De toegevoegde bufferoplossingen om de gewenste PH-waarden te bereiken zijn:   Zuurgraad (PH) 0,1 M citroenzuur (ml) 0,2 M K2HPO4 (ml) Buis   1          2,8          8,5          1,5 Buis   2          3,6          7,0          3,0 Buis   3          4,4          5,5          4,5 Buis   4          5,2          4,5          5,5 Buis   5          6,0          3,5          6,5 Buis   6          6,8          2,5          7,5 Buis   7          7,6          0,5          9,5           Zuurgraad (PH) 0,2 M boorzuur (ml) 0,2 M NaOH (ml) Buis   8          8,4          8,5          1,5 Buis   9          9,2          6,5          3,5 Buis 10        10,0          5,0          5,0
Resultaten Resultaten verkregen vijf minuten na het toevoegen van de aardappelstaafjes in waterstofperoxide bij verschillende PH-waarden. Zuurgraad (PH) Schuimlaag buis 1 (cm) Schuimlaag buis 2 (cm) Gemiddelde schuimlaag (cm)          2,8          1,4               1,0          1,2          3,6          1,3          1,4          1,4          4,4          2,0          1,0          1,5          5,2          1,5          2,4          2,0          6,0          2,0          2,1          2,1          6,8          3,0          2,9          3,0          7,6          3,0          3,2          3,1          8,4          4,8          5,2          5,0          9,2          4,5          4,7          4,6        10,0          2,9          2,7          2,8 Discussie Onze hypothese was niet geheel juist, bij een lagere pH steeg de gemiddelde hoogte van het schuim wel, maar bij pH 9,2 is het omslagpunt: de gemiddelde aantal centimeters zijn daar kleiner. Tussen pH 2,8 en pH 7,6 stijgen het aantal centimeters wel geleidelijk, maar bij pH 8,4 is er opeens een grote stijging. Vanaf pH 9,2 wordt de gemiddelde aantal centimeters weer kleiner. Onze hypothese klopte niet helemaal, daar kunnen 2 redenen voor zijn. De eerste mogelijkheid is dat de resultaten van de laatste drie proeven niet kloppen. Maar het is zo dat iedere groep het experiment twee keer heeft uitgevoerd, en daar is het gemiddelde van genomen, dus die kans is niet erg groot. Maar het zou natuurlijk altijd kunnen.  Een tweede mogelijkheid is dat onze hypothese gewoon (gedeeltelijk) verkeerd was. Bij een hogere pH is het milieu voor het enzym katalase waarschijnlijk gewoon te basisch geworden voor het enzym om gewoon zijn werk te doen. Dit enzym werkt optimaal bij pH 8,4. 'Bij een hogere of lagere pH waarde wordt het actieve centrum van de enzymmoleculen vervormd, zodat er geen enzym-substraatcomplex meer kan worden gevormd'*. 'Tijdens de afbraak van glucose in de mitochondriën van de cellen van bijvoorbeeld een aardappel, worden waterstofatomen losgemaakt van glucose en overgedragen aan zuurstof (O2). Als tussenproduct ontstaat het agressieve waterstofperoxide (H2O2)'^. 'Het waterstofperoxide is erg schadelijk, dus het moet snel worden afgebroken. Alle cellen bevatten het enzym katalase (peroxidase), dat een snelle afbraak van waterstofperoxide tot water en zuurstof mogelijk maakt'*. Het schuim dat ontstaat, wordt veroorzaakt door het zuurstof dat ontsnapt. We wisten niet precies bij welke pH de ruimtelijke structuur van katalase in stand zou blijven, dus ik denk niet dat we wat dat betreft onze hypothese veel beter hadden kunnen maken. Maar als we de tekst beter hadden gelezen, hadden we zeker kunnen weten dat het aantal centimeters eerst zou stijgen en dan weer zou dalen. Tenzij het de optimale resultaten bij pH 2,8 of bij pH 10,0 zouden zijn. Ook waren we niet goed voorbereid op deze proef, wat het inhield en hoe we hem moesten uitvoeren. Samenvatting en literatuur Samenvatting. We doen een aardappelstaafje in een reageerbuis met een bepaalde pH. Na 5 minuten meten we de ontstane schuimkraag. Uit de resultaten kun je aflezen bij welke pH de ruimtelijke structuur van katalase geheel in stand blijft. Literatuur - website: http://www.xsuall.nl/~scholmar/kaartenenzymen.nl - biologie boek: 'biologie voor jou' blz. 108 en 109.