San Francisco Frontiers - Schüler des Heisenberg-Gymnasiums erforschen Enzymkinetik am KIT

Enzyme sind als biologische Katalysatoren in allen Lebewesen tätig und spielen eine zentrale Rolle in der Biochemie. Darüber hinaus finden sie breite Anwendung in der Industrie, etwa in der Textil- und Chemiebranche sowie in der Lebensmittelherstellung. Um den praktischen Nutzen dieser Proteine zu verstehen, haben Schülerinnen und Schüler des Heisenberg-Gymnasiums Karlsruhe das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) besucht. Dort führte der Biologie-Leistungskurs 11 einen Versuch zur Enzymkinetik durch.

Ziel des Experiments war die Bestimmung des pH-Optimums eines spezifischen Enzyms. Dazu wurden die Enzyme in Alginatperlen eingeschlossen, um sie unter kontrollierten Bedingungen arbeiten zu lassen. Die Schülerinnen und Schüler setzten die Perlen verschiedenen Umgebungsbedingungen aus und maßen anschließend mit Hilfe einer Photometrie den Umsatz der Reaktion. Dieses methodische Vorgehen vermittelte den Teilnehmern nicht nur theoretisches Wissen, sondern auch praktische Einblicke in die Arbeitsweise wissenschaftlicher Labore.

Neben der reinen Biochemie verknüpfte das Experiment die akademische Forschung mit alltäglichen Phänomenen. Die Schüler gewannen dadurch ein besseres Verständnis dafür, wie Enzyme bei der Herstellung von Lebensmitteln wie Bubble Tea eingesetzt werden. Zudem lernten sie den Umgang mit einer Kalibrierungskurve, einem essenziellen Werkzeug in der analytischen Chemie zur Quantifizierung von Substanzen.

Der Besuch am KIT diente somit der Brückenschlag zwischen Schulunterricht und universitärer Forschung. Durch die direkte Konfrontation mit wissenschaftlichen Methoden und Geräten konnten die Schülerinnen und Schüler den abstrakten biologischen Konzepten eine greifbare Form geben. Die Kombination aus theoretischer Vorbereitung und praktischer Anwendung im Labor ermöglichte es den Jugendlichen, komplexe biochemische Prozesse nachzuvollziehen.

Die Enzymkinetik beschreibt die Geschwindigkeit enzymatischer Reaktionen und deren Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren wie Temperatur, Substratkonzentration und pH-Wert. Die Bestimmung des pH-Optimums ist dabei ein klassisches Experiment in der Biochemie, da Enzyme als Proteine nur in einem bestimmten Säure-Basen-Bereich ihre maximale Aktivität entfalten. Außerhalb dieses Bereichs kann es zu einer Denaturierung kommen, die die Funktion des Enzyms beeinträchtigt.

Die Verwendung von Alginatperlen als Trägermaterial für die Enzyme ist eine gängige Technik in der immobilisierten Enzymtechnologie. Sie ermöglicht es, die Enzyme wiederzuverwenden und die Reaktion besser zu steuern. Die anschließende photometrische Messung erlaubt eine präzise Quantifizierung der Reaktionsprodukte, was für die Validierung der experimentellen Ergebnisse entscheidend ist.

Solche Praxisprojekte tragen dazu bei, das Interesse von Schülerinnen und Schülern an naturwissenschaftlichen Fächern zu wecken und sie auf ein mögliches Studium vorzubereiten. Der direkte Kontakt mit Forschern und Laborumgebungen am KIT bietet einen einzigartigen Einblick in die wissenschaftliche Arbeit und zeigt die Relevenz der Biochemie für verschiedene Lebensbereiche auf.

L.Lopez--SFF