Dieser Teil des Praktikums schließt sich in vielem an die Biologischen Übungen I an. Ihnen werden vielleicht manche der Versuche einfacher vorkommen als die, die Sie im ersten Semester durchgeführt haben. "Einfacher" ist jedoch allenfalls die praktische Durchführung; die dahinterstehende Theorie ist alles andere als trivial.
Auch in diesem Semester können wir Ihnen versichern, daß wir Ihnen nur solche Versuche zum Nacharbeiten anbieten,`die wir mit Erfolg durchprobiert haben. Bei der Auswahl wurden wiederum speziell die Interessen von Lehramtsstudenten berücksichtigt. Die Logistik des Praktikumsaufbaus und der Kosten entnehmen Sie bitte der Liste: Kosten (III).
Sie werden erwarten dürfen, daß sich ein bestimmtes Thema als roter Faden durch die Versuchsnachmittage hindurchzieht und die Versuche in logischer Hintereinanderfolge angeboten werden. Wir haben uns um dieses Ziel bemüht, dennoch gibt es einige scheinbar unlogische Abweichungen von diesem Vorsatz. Begründung hierfür: Einige Versuche wurden aus rein praktischen Gründen an "falscher Stelle" platziert.
Die Isolierung des Hämins am ersten Versuchsnachmittag ist ein gutes Beispiel dafür. Wir haben das Experiment mit aufgenommen, weil uns an diesem Tage genügend Ausgangsmaterial (z. B. Rinderblut) zur Verfügung steht und wir mit relativ geringem Aufwand zu einem sinnvollen und befriedigenden Ergebnis kommen können.
Wenn man heute ein Praktikum über Stoffwechselvorgänge konzipiert, ist es unausweichlich, die Enzyme zum zentralen Thema zu machen. Sie sind biologische Katalysatoren, die im Gegensatz zu vielen Katalysatoren, die man aus der Chemie kennt, außerordentlich spezifisch sind und was somit entscheidend ist: Es fallen bei enzymatischen Reaktionen keine unnötigen Nebenprodukte an. Dies äußert sich u.a. darin, daß eine Zelle normalerweise keine funktionslosen Moleküle enthält. Es treten vielmehr nur die einfachst möglichen Molekülklassen und innerhalb einer jeden solchen Klasse (Aminosäuren, Nukleotide, Zucker, Lipide ...etc.) die minimal erforderliche Anzahl verschiedener Typen auf.
Uns steht an den Praktikumsnachmittagen leider nur sehr wenig Zeit zur Verfügung, es wird somit nicht möglich sein, ein Enzym in reiner Form zu isolieren. Wir werden uns deshalb damit begnügen müssen, entweder Enzymaktivitäten in leicht erhältlichen und leicht aufzuarbeitenden Gewebeextrakten nachzuweisen, oder mit gekauften reinen Enzymen zu arbeiten. Wiederum aus rein praktischen Erwägungen heraus werden wir die Nachweise von Aktivitäten meist mit Reaktionen koppeln, bei denen ein sichtbarer Farbumschlag auftritt.
Sie werden in dlesem Praktikum mit einem Problem konfrontiert werden, was auf den ersten Blick wenig Anschaulichkeit vermittelt, somit nicht verständnisfördernd scheint und Ihnen sicherlich einiges Unbehagen bereiten wird. Wir stellen Ihnen nämlich eine Vielzahl von Lösungen zur Verfügung, die zu einem überwiegenden Teil farblos sind und die Sie primär nur durch das Etikett auf der Flasche identifizieren können. Es wird Ihnen im Augenblick nichts anderes übrig bleiben, als sich auf die Beschriftung zu verlassen. Auch wir sind auf die Angaben des Herstellers dieser Substanzen angewiesen, denn eine Detailanalyse oder -synthese (bei vielen Produkten Isolation aus biologischem Material) würde in jedem Einzelfall Wochen oder gar Monate dauern.
Zum Verständnis der Wirkungsweise von Enzymen sollen im Praktikum die folgenden Gesichtspunkte herausgearbeitet werden:
Enzyme als Proteinmoleküle: Eigenschaften von Proteinen und Aminosäuren.
Große Moleküle - kleine Moleküle.
Ein Enzym katalysiert eine spezifische Reaktion.
Enzymaktivitäten sind spezifisch hemmbar.
Die Richtung des Reaktionsablaufs hängt von den Konzentrationen
der Reaktionspartner ab.
Enzymaktivitäten sind temperatur - und pH- abhängig.
Der Umsatz einer Substanz durch ein Enzym ist eine Funktion der Zeit
und den Konzentrationen der Reaktionspartner.
Unabhängig von dieser Betrachtungsweise werden wir im Praktikum die folgenden Themen anschneiden:
Atmung
Photosynthese
Energieumsatz , Energieumwandlung
Strukturen
Zellen sind offene Systeme. Sie sind auf ihre Umgebung angewiesen, um Energie und Nährstoffe aufzunehmen. Zellen gehen mit diesen Rohstoffen sehr effizient um. Die für sie nutzbare Energie ist die sogenannte freie Energie. Diese Energieform kann bei konstantem Druck Arbeit leisten. Zellen sind daher als isotherme chemische Maschinen zu klassifizieren, mit thermischer Energie kann eine Zelle nichts anfangen.
Es glbt für eine Zelle grundsätzlich nur zwei Möglichkeiten, Energie zu gewinnen.
Reaktionen in der Zelle sind an oft sehr komplexe Strukturen gebunden. Komplexität und Spezifität sind unmittelbar miteinander korreliert. Sie sollen im Praktikum die Bedeutung großer Moleküle erkennen. Sie sollen aber auch die Funktion mikroskopisch sichtbarer Molekülkomplexe betrachten. Als Beispiel hierfür haben wir den quergestreiften Muskel herausgegriffen, weil man hieran einmal sehen kann, wie sich Strukturen in funktioneller Weise verändern, zum anderen weil das ein klassisches Beispiel für Energieumwandlung ist.
Im zweiten Teil dieses Praktikums setzt sich diese Betrachtungsweise konsequent fort. Sinnes- und Nervenphysiologie beruhen auf einem geregelten Zusammenspiel vieler gleichartiger, hochspezialisierter Zellen.
An der Vorbereitung der Versuche waren beteiligt:
A. FRICKE, K. STEGELMANN, K. WEIGEL, I. und W. MÜLLER, H. BÜNEMANN
Betreuter im Praktikum:
N.N.
Koordination:
Peter .v. SENGBUSCH
AEBI, H.: Einführung in die praktische Biochemie. Basel 1971
WALD, HOPKINS, ALBERTSHEIM, DOWLING, DENEARD: Twenty-six Afternoons of Biology. An Introductory Laboratory Manual
Addison-Wesley, Publ.: London, 1968
SCHOPFER, P.: Experimente zur Pflanzenphysiologie. rombach, Freiburg 1970
BRAUNER - BUKATSCH: Das kleine pflanzenphysiologische Praktikum. G. Fischer, Stuttgart 1973
FLOREY, E. : Lehrbuch der Tierphysiologie. G. Thieme, Stuttgart 1970
LEHNINGER , A.: Biochemistry. Worth, Publ. New York 1970
MOHR, H. Lehrbuch der Pflanzenphysiologie. Heidelberg: Springer Verlag 1971
| VORSICHT | |
|---|---|
| Bei einigen Experimenten wird mit gefährlichen Chemikalien umgegangen, die gesundheitsgefährdend oder umweltgefährlich sind. Die an den entsprechenden Stellen dieser Kursanleitung gegebenen Hinweise sind unbedingt zu befolgen. |
Unabhängig von den besonderen Gefahrenhinweisen ist bei jeglichem Umgang mit Chemikalien Vorsicht am Platz. Jede (Original-) Chemikalienflasche enthält gegebenenfalls Gefahrensymbole (orangefarbenes Quadrat mit entsprechendem Piktogramm) sowie Hinweise für den Umgang in Form der R- und S-Sätze. Die Bedeutung dieser Hinweise ist dem im Kursraum ausliegenden Gefahrstoffverzeichnis zu entnehmen.
Die persönlichen Schutzmaßnahmen sind in den Unfallverhütungsvorschriften festgelegt: Bei der Arbeit im Labor ist Schutzkleidung zu tragen (Laborkittel). Im Labor darf nicht gegessen/getrunken/geraucht werden. Beim Umgang mit gefährlichen Chemikalien sind zusätzliche Schutzmaßnahmen notwendig: Benutzung von Handschuhen, Schutzbrillen bei ätzenden Chemikalien; Arbeit unter einem Abzug, wenn Chemikalien die Atemwege reizen. Im Zweifelsfalle immer die Kursbetreuer fragen, wenn die Bedeutung von Gefahrenhinweisen unklar ist! Weitere Einzelheiten erfahren Sie an anderer Stelle
Die in den Kursexperimenten verwendeten Organismen gelten als nicht pathogen. Trotzdem ist Vorsicht angebracht, da z. B. bei Infektion offener Wunden allergische Reaktionen auftreten können. Direkter Hautkontakt mit biologischem Material, insbesondere lebenden Mikroorganismen, ist daher zu vermeiden. Vor Verlassen des Kursraumes empfiehlt es sich, die Hände mit Desinfektionslösung zu waschen.