Proteinverdauung mit Pepsin-Versuchsergebnis unklar [GELÖST]

Tonoplast · Anmeldungsdatum: 28.12.2010 Beiträge: 6 Wohnort: Norddeutschland

Zunächst einmal geht es um einen Versuch der Proteinverdauung mittels des Enzyms Pepsin bei dem, vermutlich einigen bereits bekannten, Quarkexperiment, Stichwort "pH-Optimum".
Unterm Strich soll also gezeigt werden, dass bei einem pH-Wert von 3, also in stark saurer Umgebung, das Pepsin, da ein Magenenzym, am besten arbeitet und insbesondere in stark basischer Umgebung(NaOH(aq)) seine Arbeit einstellt.

Was dort eigentlich passieren soll ist mir klar, auch hatte ich eigentlich eine klare Erwartung an den Versuch, aber das Ergebnis macht mich doch etwas stutzig.

Zunächst kurz etwas zum Versuchsaufbau:
Stammlösung: 1 kl. Teelöffel Quark vermischt mit 20ml Wasser im Erlenmeyerkolben
Pepsinlösung: 1 (kl.) Spatelspitze Pepsin(Pulver) in 7ml Wasser gelöst
Es werden 8 Reagenzgläser vorbereitet, mit folgendem Inhalt(von links nach rechts, wie auf den Bildern im Anhang)

1. 2ml Stammlösung(Nur Quarklösung, kein Pepsin -> Kontrollreagenzglas)
2. 2ml Stammlösung + 1ml Pepsinlösung
3. 2ml Stammlösung + 1ml Pepsinlösung + 1 Tropfen (verdünnte) Salzsäure
4. 2ml Stammlösung + 1ml Pepsinlösung + 1 Tropfen (verdünnte) Natronlauge
5. 2ml Stammlösung + 1ml Pepsinlösung + 3 Tropfen (verdünnte) Salzsäure
6. 2ml Stammlösung + 1ml Pepsinlösung + 3 Tropfen (verdünnte) Natronlauge
7. 2ml Stammlösung + 1ml Pepsinlösung + 5 Tropfen (verdünnte) Salzsäure
8. 2ml Stammlösung + 1ml Pepsinlösung + 5 Tropfen (verdünnte) Natronlauge

Soweit so gut, nun hier meine Erwartungen(wieder von links nach rechts):

1. Es passiert nichts(ist ja auch kein Enyzm vorhanden)
2. Es passiert ein wenig was, aber nicht allzu viel, da der pH-Wert von Quark und Wasser eigentlich ein Stück über dem Optimum von 3 liegt
3. Es wird mehr Substrat durch das Enzym umgesetzt werden als in RG 2, da durch die Salzsäure der pH-Wert näher an 3 kommt.
4. Es wird weniger passieren als in RG 2, da durch die Natronlauge der pH-Wert weiter in den basischen Bereich verschoben wird.
5. Ergebnis wie RG 3, jedoch deutlicher
6. Ergebnis wie RG 4, jedoch deutlicher(also noch weniger Aktivität als in RG 4)
7. Ergebnis wie RG 3, jedoch am deutlichsten in der ganzen Versuchsreihe, da hier eine sehr saure Umgebung im RG vorhanden ist
8. Ergebnis wie RG 4, jedoch sollte praktisch keine Aktivität des Pepsins mehr vorhanden sein

Hier nun das tatsächliche Ergebnis(wieder von links nach rechts):

1. Es tat sich wie erwartet nichts.
2. Es wurde eine gewisse Menge des Quarksubstrats umgesetzt
3. ab hier lasse ich besser einige Bilder sprechen...

Die Reihenfolge der RGs(Reagenzgläser) entspricht der der Aufzählungen hier, wie immer von links nach rechts), der Bild "1.jpg"(78,2KB) ist als erstes entstanden, 2 und 3.jpg jeweils etwas später, wobei beim letzten Bild(3.jpg), die RGs verrührt wurden, natürlich mit jeweils getrennten Spachteln.

Nun kommt gewissermaßen der Kasus Knacktus der ganzen Sache, wie erklärt sich der tatsächliche Ausgang des Versuchs?
Eigentlich hatte ich erwartet, dass sich in den RGs mit der Natronlauge nicht viel tut, eigentlich sogar noch weniger als in dem RG, in dem sich nur Quark und Pepsin befanden, schießlich wird der pH-Wert ja vom Optimum weg verschoben. Tatsächlich tat sich jedoch sehr viel in den RGs mit Natronlauge, sogar mehr als in dem ohne bzw. in denen mit Salzsäure, dabei hätten doch eigentliche die RGs mit Salzsäure die RGs sein müssen, in denen das Pepsin am aktivsten ist.

Einige Erklärungsversuche von mir:

1. Bei der Versuchsdurchführung wurden Fehler gemacht(eher unwahrscheinlich, da 2. Person anwesend, aber natürlich nicht auszuschließen)
2. Hier passierte irgendetwas, dass ich schlichtweg noch nicht in Betracht gezogen habe(irgendein Effekt, Reaktionsverlauf, ...)
3. Ein sehr wackeliger Ansatz: Das Pepsin entsteht ja im Magen aus dem Pepsinogen und der Salzsäure im Magen, wird jedoch erst im (basischen) Darmteil "hinter" dem Magen aktiv, daher wird in den basischeren RGs mit der Natronlauge am meisten Quarksusbtrat umgesetzt. Dieser These steht jedoch das pH-Optimum des Pepsins von 3 entgegeben, die These wurde von einer Biologielehrkraft in einem Halbsatz erwähnt, der Zusammenhang ist mir jedoch nicht ganz klar
4. Die Salzsäure und die Natronlauge waren nicht verdünnt genug, so dass sie schlichtweg den Quark weggeätzt haben, was auch erklären würde, warum es mit mehr Tropfen HCl bzw. NaOH(aq) immer "besser" klappte. Sollte aber eigentlich nicht sein, da beide Konzentrationen von einer Lehrkraft überprüft wurden.

Eine Lehrkraft, die die RGs am Ende gesehen hat sagte, dass das so sein solle, dass sei so alles in Ordnung...

Wie erklärt sich nun das Ergebnis dieses Versuchs oder gab es durch irgendwo noch andere Fehler? Ich bin etwas verwirrt...

Auch Ansätze und Vermutungen sind gerne willkommen! Wenn noch irgendetwas unklar ist oder eine entscheidene Information fehlt, einfach posten oder PM.

PaGe · Moderator Anmeldungsdatum: 19.03.2007 Beiträge: 3549 Wohnort: Hannover

Den wichtigsten Punkt hast du mE schon angesprochen. Säure und Laugen können Eiweiße auch zersetzen.

Der pH-Wert deiner Lösungen wäre auch interessant. Hast du den mit pH-Messstreifen bestimmt. Pepsin hat ja ein relativ schmalen Bereich, in dem es richtig aktiv ist. Wenn du den verpasst, spielt der enzymatische Verdau kaum eine Rolle.

Den Hinweis deines Lehrers verstehe ich auch nicht ganz. Es könnte höchstens gemeint sein, dass im Magen eher ein Vorverdau des Eiweiß stattfindet und im Magen andere Enzyme das Eiweiß dann weiter spalten, sodass es dann aufgenommen wird. Pepsin hat dabei aber sicherlich keine Funktion mehr.

Tonoplast · Anmeldungsdatum: 28.12.2010 Beiträge: 6 Wohnort: Norddeutschland

Nein, der pH-Wert wurde (leider) nicht bestimmt, der Versuch wurde anhand einer angeblich "bewährten" Anleitung durchgeführt, eine pH-Wert Bestimmung war auch nicht vorgesehen.

Was mich jedoch stutzig macht, ist die Aussage meines Lehrers nach Beendigung des Versuchs, dass das alles so sein solle, wie es ist(und auf den Bildern aussieht). Für mich sieht es eher nach einem Systemfehler bei der Versuchsdurchführung aus, da in den Ergebnissen ja durchaus eine gewisse Regelmäßigkeit zu erkennen ist.

Andererseits kann bei der Dosierung eigentlich kein Fehler passiert sein, da die Salzsäure und Natronlauge bereits verdünnt waren und das Abzählen von z.B. 3 Tropfen eigentlich keine Probleme gemacht hat. Auch die Mengen an Quark und Wasser sollten stimmen, wobei hier am ehesten ein Fehler liegen könnte. Hier gäbe es höchsten die Möglichkeit, dass evtl. die Menge an Quark zu gering war, wäre so eine meiner (möglichen) Erklärungen.

Hier nochmal der mich so stutzig machende Hinweis meines Lehrers, dass das so in Ordnung seie, dass die Reaganzgläser mit der Natronlauge klarer sind als die mit der Salzsäure.

Noch als kleine Zusatzinfo, falls es jemandem hilft: Das Pepsin, bevor es in Wasser gelöst wurde, lag als trockenes Pulver aus dem Kühlschrank vor, als Herkunft "dog stomach", also Hundemagen.

Wie ist also nun dieser, für mich etwas merkwürdige, Versuchsausgang zu erklären? grübelnd

2. (wichtige) Frage:
Passen meine Erwartungen denn jeweils zu den Reaganzgläsern bzw. sind meine Erwartungen/Mutmaßungen, was eigentlich hätte passieren sollen, korrekt?

Last but not least, schonmal ein dickes dickes Danke. Smile

PaGe · Moderator Anmeldungsdatum: 19.03.2007 Beiträge: 3549 Wohnort: Hannover

Deine Vermutungen sind alle richtig. Vetl. sollst du sogar die Unzulänglichkeit des Versuchs thematisieren.

Die Pulverform des Pepsins ist eigentlich stabil, kann aber natürlich auch schon denaturiert sein. Falsche Lagerungen sind möglich.

Interessant wäre auch noch ein Kontrollansatz mit Säure/Lauge und ohne Pepsin gewesen. Kannst du den Versuch noch einmal durchführen?

Tonoplast · Anmeldungsdatum: 28.12.2010 Beiträge: 6 Wohnort: Norddeutschland

Ein Kontrollansatz ohne Pepsin existiert leider nicht, da eigentlich auch nicht vorgesehen. Nocheinmal durchführen könnte ich den Versuch frühestens am 11. Januar, so auf die schnelle ist das leider nicht möglich. Ich werde es aber, soweit möglich, evtl. am 11.1.11(was für ein Omen oO) nocheinmal durchführen und das Ergebnis hier dann mal posten.

Eine weitere Frage existiert da noch: Warum sind die RGs mit Natronlauge durchweg noch einen Tick klarer als die mit Salzsäure?

Also der Wegätz-Ansatz ist zwar eigentlich schlüssig, aber mich verwirrt nach wie vor die Aussage, dass, auch auf explizite Nachfrage, ob das so richtig sei, dass die NaOH RGs klarer sind als die HCl RGs, ein ja kam.

Hmm... Was wären denn alternative Ideen zum Wegätz-Ansatz?

Das das Pepsin denaturiert war, denke ich eher nicht, da der Ansatz mit Quark+Pepsin(2. RG von links) ja geklappt hat, gegenüber dem 1.RG von links, in dem nur Quark ist. grübelnd

PaGe · Moderator Anmeldungsdatum: 19.03.2007 Beiträge: 3549 Wohnort: Hannover

Salzsäure und Natronlauge zersetzen die Proteine auf unterschiedliche Weise. Mit NaOH geht einfach schneller.

Alternative Ideen gibt es nicht mE nicht. Nur Fehler mit den Chemikalien oder Durchführungsfehler sind noch denkbar.

Tonoplast · Anmeldungsdatum: 28.12.2010 Beiträge: 6 Wohnort: Norddeutschland

Hmm, vermutlich ist es tatsächlich so, dass bei der Durchführung irgendetwas nicht geklappt hat, möglicherweise waren Salzsäure und Natronlauge nicht verdünnt genug.
Trotzdem schonmal ein Danke Thumbs up!

, sollte es was Neues geben, melde ich mich nochmal. Smile

Tonoplast · Anmeldungsdatum: 28.12.2010 Beiträge: 6 Wohnort: Norddeutschland

Also die einzige Möglichkeit wäre da höchstens, dass die Natronlauge zu hoch konzentriert war. Dass würde meines Erachtens nach das Ergebnis ja durchaus erklären, in den HCl RGs ist (natürlich) alles weg, schließlich konnte das Pepsin ja gut arbeiten, insbesondere in denen, in den viel HCl vorhanden war.
Und in den RGs mit NaOH wurde schlichtweg geätzt und dadurch hat sich der Quark gewissermaßen aufgelöst. Das sollte doch soweit korrekt sein, oder?

PaGe · Moderator Anmeldungsdatum: 19.03.2007 Beiträge: 3549 Wohnort: Hannover

Tonoplast · Anmeldungsdatum: 28.12.2010 Beiträge: 6 Wohnort: Norddeutschland

Ein kleiner Nachtrag zu der (nun endgültig gelösten) Problemstellung:

Die Schlussfolgerungen sollten wie hier im Forum geschrieben korrekt sein, also es hat eigentlich alles geklappt bis auf die etwas zu hoch konzentrierte Natronlauge.

Die betreuende Lehrkraft hatte in ihren Aussagen Proteasen(wie Pepsin) und Lipasen wohl etwas durcheinandergebracht, damit macht nun also alles soweit Sinn und das Problem sollte gelöst sein. Smile

Danke und viele liebe Grüße! Grins