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„Beeinflussung des Enzyms Amylase durch physi-sche und psychische Faktoren“

Arbeit zum Wettbewerb Jugend Forscht vorgelegt von: Chuin Yiu Loi Christian Dorn Schüler des Gymnasiums am Kattenberge in 21244 Buchholz

Betreuender Lehrer: Klaus Plitzko, StD

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Inhaltsverzeichnis: 1. Einleitung 2 2. Theoretische Grundlagen 3 2.1 Vorkommen der Amylase 3 2.2 Jod-Stärke-Komplex 4 2.3 Stärkespaltung durch Amylase 5

3. Material und Methode 6

3.1 Instrumentarium 6 3.2 Chemikalien 6 3.3 Untersuchungsmethode 7 3.4 Optimierungsprozesse 8 3.5 Untersuchungsbedingungen 8 3.5.1 Physische Bedingungen 9 3.5.1.1 Geschlecht 3.5.1.2 Alter 3.5.2.3 Sportliche Aktivität 3.5.2.4 Hunger 3.5.2 Psychische Bedingungen 9 3.5.2.1 Normalverfassung 3.5.2.2 Stresssituation 4. Auswertungen 10 5. Schlussbetrachtung 16 Literaturverzeichnis 17 Anlagen 18

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1. Einleitung Das Sprichwort: „Gut gekaut ist halb verdaut“ ist jedem geläufig. Uns stellt sich

jedoch die Frage, ob neben dem mechanischen Zerkleinern nicht noch andere Fakto-

ren auf die Verdauung einwirken können.

Die mechanische Zerkleinerung ist eigentlich nur die Voraussetzung für eine gute

Durchmischung des Nahrungsbreis mit dem Mundspeichel. Dieser enthält Wirkstoffe,

die die makromolekularen Nahrungsbestandteile in die Grundbausteine spalten,

Ebenfalls geläufig ist die Bemerkung: „Das ist mir so richtig auf den Magen ge-

schlagen“. Deutet diese Aussage nur auf ein allgemeines stimmungsbedingtes und

nervöses Missempfindung hin, welches so ohne weiteres nicht zu erklären ist? Die-

ser Frage wollen wir in unserer Arbeit nachgehen.

Es könnte auch sein, dass psychische Faktoren die Verdauung und die damit ver-

bundenen Enzym-Aktivitäten im Körper beeinflussen können.

Daher haben wir uns überlegt, welches Enzym leicht zugänglich ist und mit den Mit-

teln der Schulchemie gut erreichbar ist. Dabei sind wir auf das Enzym Amylase ge-

stoßen, welches neben Wasser und Mucin Bestandteil des Mundspeichels ist.

Mundspeicheluntersuchungen sind unproblematisch und lassen sich als Probe von

ausgewählten Personen schnell und unkompliziert erhalten.

Mithilfe der Entfärbung des blauen Jod-Stärke-Komplexes sollten wir in der Lage

sein, die Enzym-Aktivität im Bereich des Mundes unter verschiedenen Bedingungen

zu prüfen.

Uns stellt sich zum Beispiel die Frage, ob sich in Stresssituationen die Enzym-

Aktivität erhöht oder erniedrigt. Desgleichen wollen wir prüfen, ob durch die Optimie-

rung bestimmter Lebensumstände die Enzym-Ausschüttung gefördert werden kann

wird und damit auch unser Wohlbefinden.

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2. Theoretische Grundlagen

2.1 Vorkommen der Amylase

An einem Tag sondert der Mensch 1 bis 1,5 Liter Speichel ab. Dieser wird von meh-

reren Speicheldrüsen im Mund produziert.

In der Abbildung 1 erkennt man die Ohr-

speicheldrüse (Glandula parotis), die

Unterkieferspeicheldrüse (G. sub-

mandibularis) und die Unterzungendrüse

(G. sulingualis).

Die Menge und Zusammensetzung des

Speichels ändert sich mit der Beschaf-

fenheit der aufgenommenen Nahrung.

Bei trockenen Speisen kommt es zu ei-

ner starken Sekretion von dünnflüssi-

gem Speichel, bei flüssigkeitshaltiger

Nahrung bildet sich viskoser Verdau-

ungsspeichel. (Bild 1) *

Der Speichel enthält neben Wasser und Elektrolyten den

Schleimstoff Mucin und das Ptyalin, welches eine kohlenhyd-

ratspaltende -Amylase ist. Die -Amylase gehört zu der En-

zymgruppe der Hydrolasen und besteht aus einer Polypep-

tidkette mit Calzium- und Chloridionen als Co-Faktoren, die in

der dargestellten Struktur mit einer gelben bzw. grünen Kugel

symbolisiert sind.

(Bild 2) **

2.2 Jod-Stärke-Komplex

Eine Nachweisreaktion für die Stärke ist die Jod-Stärkereaktion. Versetzt man Stär-

kelösung mit Lugolscher Lösung (Jod-Jodkaliumlösung), so kommt es zu einer inten-

siven Blaufärbung. Diese ist darauf zurückzuführen, dass sich Jod-Jodidteilchen in

die Helix der Amylose einlagern. Diese Einschlussverbindung, die als Jod-Stärke-

Komplex bezeichnet wird, ist für die blaue Farbe verantwortlich.

(Bild 3) ***

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- * Literaturquelle [2] Abb 11-3 Lokalisation der Speicheldrüsen

** Internetquelle [2] *** Literaturquelle [3] Helixstruktur von Amylose S. 38

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2.3 Stärkespaltung durch Amylase

Die -Amylase spaltet die Stärke, die aus bis zu 1000 Glucose-Einheiten besteht, an

den 1-4-glycosidischen Bindungen. Als Produkte entstehen Disaccharide,

(Bild 3a Quelle [4])

Dadurch wird die Spiralstruktur der Amylose zerstört und die Jod/Jodidteilchen, die

sich in den Hohlräumen der Moelkülschrauben der Amylose eingelagert haben, fallen

heraus, und die Lösung entfärbt sich.

Bild 3b Quelle [3]

Da bei dieser Enzymreaktion eine Reaktion 2.Ordnung vorliegt, halten wir die

Substratkonzentration bei unseren Versuchen konstant, so dass die Reaktions-

geschwindigkeit nur von der Enzymaktivität abhängt.

Wie bei allen Enzymreaktionen spielt auch die Temperatur eine große Rolle. Nicht

nur die Reaktionsgeschwindigkeit verändert sich nach der RGT-Regel, sondern auch

die Enzymstruktur wird eventuell durch zu hohe Temperaturen zerstört.

Da die natürliche Reaktion im Mund bei Körpertem-

peratur abläuft, gehen wir davon aus, dass das Tem-

peraturoptimum der Speichelamylase bei 37°C liegt. Aus

diesem Grunde setzten wir bei unseren Reaktion ein

temperiertes Wasserbad ein.

Das pH-Optimum liegt im Mund bei pH = 7, so dass wir

ohne Probleme in einer wässerigen Lösung arbeiten

können. Bild 3 c Quelle [4]

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3. Material und Methode

3.1. Instrumentarium

Die Amylasekonzentration im Speichel sollte photometrisch durch die Intensität der

Blaufärbung des Jod-Stärkekomplexes ermittelt werden, da mit zunehmender Zeit

der Komplex durch die Speichelamylase zerstört wird und die Blaufärbung immer

mehr verblasst.

(Bild 4)

Die Farbveränderungen erfassten wir mit dem Photometer PhotoAlyt Light von

Omnilab, ein Single Beam UV/Vis-Photometer, welches leicht zu handhaben war. Die

Messergebnisse ließen sich mit der dazugehörigen PVC-Software auf den Computer

über einen USB-Anschluss in Form eines Graphen übertragen und ausdrucken.*

Außerdem verwendeten wir ein Wasserbad mit Thermostat, um unsere Probelösun-

gen auf Körpertemperatur zu halten, sowie eine oberschalige Waage, um unsere

Substanzen abzuwiegen.

3.2. Chemikalien

(Bild 5)

Für unsere Untersuchungen verwendeten wir lösliche Stärke der Firma Bolab, Lugol-

sche Lösung, 1-Octanol sowie das Pharma-Präparat NAC Akut mit Acetylcystein als

Wirkstoff.

* Einen großen Anteil unserer Vorbereitungen nahm die Auswahl eines geeigneten Photometers ein. Nachdem

unser analoges Photometer der Firma Varian einen Defekt aufwies, probierten wir das Photometer Biochrom

Libra S6 aus. Leider gelang es nicht, die Messergebnisse über eine serielle Schnittstelle auf den Computer zu

übertragen

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3.3 Untersuchungsmethode*

Zuerst stellten wir eine 0,1%-ige Stärkelösung her, indem wir 1g Stärke in 1 Liter Wasser bei 90° lösten. Diese Lösung diente uns auch als Referenz für die potometri-sche Messung, die schließlich in eine Küvette gefüllt worden ist.

Die Speichelproben wurden in ein 50 ml Becherglas abgegeben, welches mit einer Petrischale abgedeckt wurde. Die Proben stellten wir in den Kühlschrank**, sofern keine sofortige Photometrie erfolgen konnte. Die Amylase sollte außerdem erhalten werden, um den ZerfallspProzess zu verlangsamen.

Für die Messungen entnahmen wir mit einer Vollpipette 10 ml 0,1%-ige Stärkelö-sung. Diese füllten wir in ein Reagenzglas, welches wir im Wärmebad bei 37°C auf-bewahrten haben.

Direkt vor der Untersuchung gaben wir 2 Tropfen einer standardisierten Lugolschen

Lösung in das Reagenzglas, um den blauen Jod-Stärke-Komplex zu bilden. Von der Speichelprobe zweigten wir mit einer graduierten Kolbenpipette 0,5 ml Spei-chel ab, gaben diesen in das Reagenzglas und schüttelten um. Unmittelbar danach befüllten wir die Küvette des Photometers und starteten die Mes-sung. Zuvor wurde jedoch das Gerät mit der Referenzlösung geeicht.

Um Zeit-Konzentrationsdiagramme zu erstellen, mussten wir allerdings wissen, bei welcher Wellenlänge sich das Absorptionsmaximum des blauen Jod-Stär-

kekomplexes befindet. Aus diesem Grunde scannten wir den Komplex im Photome-ter durch und ermittelten die Extinktionswerte in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Dabei stellten wir fest, dass das Extinktionsmaximum bei 576 nm liegt.

(Bild 6: Absorptionsmaximum des Jod-Stärkekomplexes)

Diesen Wert stellten wir am Photometer für eine kinetische Messung ein, um die Ex-tinktion in Abhängigkeit von der Zeit zu ermitteln. ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- * die hier dargestellten Untersuchungsmethoden sind das Ergebnis zahlreicher Vorversuche, ** vergleiche die Haltbarkeitsuntersuchung auf Seite 15

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3.4 Optimierungsprozesse

Die Konzentration des Jod-Stärke-Komplexes musste angepasst werden. Eine zu schwache oder zu intensive Blaufärbung erschwerte die Messung am Photometer.

Die Farbintensität steuerten wir: a) durch die Konzentration der Stärkelösung b) durch die Anzahl der zugefügten Tropfen an Jod-Jodkalium Die von uns ermittelten Konzentrationen sind auch deshalb optimal, da Jod giftig ist und in höheren Konzentrationen die Amylase schädigen kann, so dass es nicht zum Abbau der Stärke kommt. Dies sieht man an der Abbildung 7. Bereits zwei Tropfen mehr an Lugolscher Lösung beeinflussten die Amylase-Aktivität negativ. In manchen Versuchsanleitungen wird eine 1%-ige Stärkelösung empfohlen. Bei die-

ser Konzentration kommt es bereits zu einer sehr deutlichen Trübung der Lösung, mit entsprechenden negativen Auswirkungen auf die Photometrie. Eine stärkere Verdün-nung als 0,1% führt eventuell dazu, dass eine eindeutige Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Enzymkonzentration nicht mehr gegeben ist. Das Substrat muss auf jeden Fall im Überschuss vorliegen.

(Bild 7: Zeit-Extiktionsdiagramm bei erhöhter Jodkonzentration) Im Speichel störten der Mucinanteil und auch Nahrungsteilchen. Eine Filtration

gelang auf Grund der Zähflüssigkeit des Speichels nicht. Die Pipetten verstopften. Aus diesem Grunde probierten wir Schleimlöser aus, die den Speichel flüssiger werden ließen. Wir stellten allerdings fest, dass das enthaltene Acetylcystein be-reits von sich aus den Jod-Stärke-Komplex zerlegt und damit zu einer Entfärbung der Lösung führt. Auch Octanol war nicht hilfreich, Auf Grund der Lipophilität ver-mischte es sich zwar mit dem

(Bild 8) Schleim, doch nicht mit der wässe-rigen Stärkelösung. Als Ausweg kam nur die Auswahl einer geeigneten Pipette in Frage. Die Auslauföff-nung durfte nicht zu schlank sein. Außerdem stellten wir nach der Kühlung fest, dass sich das störende Mucin zum Teil zusammenballte und damit eine leichtere Handhabung gegeben war. Anfangs befüllten wir die Küvette direkt im Photometer mit Speichel mit Hilfe einer Mikropipette. Durch Bildung von Schlieren kam es dabei zu störenden Peaks in den Extinktionskurven. Eine Lösung sahen wir daher in einem größeren Ansatz im Reagenzglas mit guter Durchmischung als Grundlage für die Küvettenfüllung. Dennoch zeigen unsere Kur-

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vernverläufe, dass eine völlige Homogenität der Lösung so nicht erreicht werden

konnte. Außerdem musste die Stärkelösung spätestens nach einer Woche neu angesetzt werden, da die Stärke ein labiles Makromolekül ist, welches nach einer gewissen Zeit nicht mehr in der Lage ist nach Hinzugabe von Jod-Jodkalium den gewünschten blauen Einschlusskomplex zu bilden.

3.5 Untersuchungsbedingungen

3.5.1 Physische Bedingungen 3.5.1 Geschlecht Eine der zu prüfenden Bedingungen, die in unserem Interesse lag, war, zu überprü-fen, ob das Geschlecht in bestimmter Weise die Verdauung und damit die Amylase-Aktivität beeinflusst. 3.5.2 Alter

Zudem wollen wir eine Messung bestimmter Altersgruppen durchführen, um zu schauen, ob das Alter eine Veränderung in der Amylase-Aktivität bewirkt. Es ist zu vermuten, dass diese abnehmen könnte, da durch das Altern eventuell Enzymreakti-onen nicht mehr so intensiv ablaufen. 3.5.3 Körperliche Aktivität

Des Weiteren stellten wir uns vor, die Aktivität bei körperlichen Anstrengungen zu messen, da dies eventuell Auswirkungen auf die Amylase-Aktivität hat. Dies lässt sich vermuten, da der Körper durch die Belastung sich auf den Abbau von bereits gespeicherten Stoffen konzentrieren wird und daher eventuell eine Veränderung in der Enzymaktivität messbar sein wird. Hierfür wird von den Probanden nach dem Sportunterricht eine Probe genommen, oder wir lassen einige Probanden extra sport-liche Aktivitäten verrichten, um danach die Speichelproben abzunehmen. 3.5.4 Hunger Ebenfalls zu prüfen wäre, ob sich bei Hungerzuständen die Amylase-Aktivität verän-dert, da der Körper angeregt werden könnte, sich Reservestoffe zu verschaffen was direkt nach einer Mahlzeit nicht mehr nötig ist, so dass sich die Enzymaktivität wieder normalisiert oder sogar verringert.

3.5.2 Psychische Bedingungen 3.5.2.1 Normalverfassung

Die Normalverfassung ist auf jeden Fall zu analysieren, da diese die Grundlage für alle anderen Situationen darstellt. Mithilfe dieser lässt sich der Vergleich mit den an-deren von uns zu untersuchenden Bedingungen durchführen, um auszumessen, in wie fern sich die Ergebnisse unterscheiden . 3.5.2.2 Stresssituation Die Psyche spielt bei der Chemie des Körpers ebenfalls eine große Rolle, weshalb wir auch einen Test bei Stress durchführen wollen, um festzustellen, ob durch psy-chische Belastung sich die Verdauung und damit die Enzymaktivität beeinflusst wird. Um Proben zu nehmen haben wir daher Probanden genommen die kurz davor waren

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eine Klausur zu schreiben, da dies der Zeitpunkt ist, wo meistens die größte Nervosi-tät herrscht, da man nicht weiß, welche Aufgabenstellung zu erwarten ist.

(Bild 9: Meldung freiwilliger Probanden) (Bild 10: Abgabe Speichelprobe)

Die Proben wurden in einem Zeitraum von 1 Monat gesammelt und nach und nach analysiert.

4. Auswertung In den folgenden beiden Diagrammen sehen wir die Abnahme der Absorption unter verschiedenen Bedingungen. Abbildung 9 zeigt die Aktivität der Amylase eines Pro-banden im Hungerzustand, Abbildung 10 im gesättigten Zustand. Die Amylase-Aktivität erkennen wir anhand der Konzentrationsabnahme des blauen Jod-Stärke-Komplexes pro Zeiteinheit. Die Aktivität offenbart sich in Größe der negativen Stei-gung der Absorptionskurve. Um jedoch beide Situationen zu vergleichen, arbeiteten wir immer mit identischen Komplex-Konzentrationen. Der Steigungsbereich muss also immer von gleichen Absorptionswerten ausgehend gewählt werden. Wir stellen die Berechnung beispielhaft anhand des Ergebnisses eines Probanden vor:

𝑚 =𝑦2−𝑦1

𝑥2−𝑥1 y2 = 0,065; 𝑦1 = 0,25; 𝑥2 = 4; 𝑥1 = 0,25

Die Rechnung ergibt m = -0,0493

(Bild 9: Amylaseaktivität, Hungerzustand)

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Im Vergleich dazu die Berechnung der Steigung im gesättigten Zustand:

y2 = 0,1125; 𝑦1 = 0,25; 𝑥2 = 4; 𝑥1 = 0,1

Die Rechnung ergibt m = -0,0352

(Bild 10: Amylaseaktivität, gesättigter Zustand)

Die Abbildung 10 offenbart also die geringere Amylase-Aktivität aufgrund der gerin-geren negativen Steigung. Bei allen anderen Probanden wird gleichermaßen verfahren. Die zahlreichen grafi-schen Ergebnisse der Photometerauswertung liegen bei der Präsentation vor, um den Umfang der Arbeit in Grenzen zu halten. Die Auswertung aller Messergebnisse am Photometer fassen wir nun in Balkendia-grammen zusammen, die wir in Excel angefertigt haben. Auf der Y-Achse ist die Steigung aufgetragen, die die Amylase-Aktivität repräsentiert. Dass die Substratkon-zentration konstant ist, hängt die Reaktionsgeschwindigkeit der Enzymreaktion nur von der Amylasekonzentration ab:

𝑣 = 𝑘 ∙ 𝑐(𝐴) Mit Hilfe unserer Messung ermitteln wir die zu c(A) proportionale Reaktionsge-schwindigkeit der Enzymreaktion nach:

𝑣 =∆𝑐

∆𝑡 .

Die gemessene Konzentrationsabnahme des Jod-Stärkekomplexes führt zu einem negativen Steigungswert, den wir allerdings als Absolutwert im Diagramm erfassen, um die Auswertung zu erleichtern.*

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- *vergl. Literaturstelle [5]

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(Bild 11: Vergleich Normalzustand, körperliche Aktivität u. Stress) Hierbei ist anzumerken das manche Ergebnisse durch eine zu hohe Konzentrations-differenz nicht zu vergleichen waren. Es war nicht immer leicht, in möglichst kurzer Zeit die mit Speichel versetzte Probe durchzuschütteln, sie in die Küvette zu füllen und in das Photometer einzuführen. Von Zehn Probanden waren somit nur noch sechs von Nutzen. Außerdem sind eini-ge Ergebnisse nicht vorhanden, da durch die Abwesenheit einiger Probanden keine Proben entnommen werden konnten und die benötigte Situation, wie Stress nicht wieder im selben Maße erzeugt werden konnte. Trotz allem lassen sich gewisse Muster in der Amylasen-Aktivität erkennen, wie zum Beispiel bei der körperlichen Aktivität. An den Werten lässt sich erkennen, dass bei jedem Probanden die Amylase-Aktivität bei körperlicher Tätigkeit geringer war, in den meisten Fällen sich sogar halbiert hat. Diesen Sachverhalt könnte man dadurch erklären, dass der Körper bei stärkerer Be-lastung anderen Stoffwechselvorgängen den Vorrang einräumt. So könnte man sich durchaus vorstellen, dass der Gykogenabbau in der Leber vorrangig betrieben wird, um durch die Glycolyse ATP für die Muskulatur bereit zu stellen. Gegenwärtig nicht zwingende Aktivtäten, wie die übermäßige Produktion von Amy-lase werden verringert, da bei stärkerer Aktivität keine Nahrungsaufnahme erfolgt und damit eine Stärkespaltung im Mund nicht erforderlich ist. Im Gegensatz dazu ist das Ergebnis bei der Stresssituation nicht einheitlich. So kommt es zum Beispiel beim Probanden 6 zu einer Zunahme in der Amylase-Aktivität, während die anderen Probanden eine Aktivitätsabnahme aufweisen. Die Abnahme könnte man damit erklären, dass bei geforderter geistiger Aktivität das Ge-hirn stärker durchblutet wird und Verdauungsprozesse im Darm und im Mund auf Sparflamme gehalten werden. Es könnten sich auch Steuerungen im Körper überlagern. Hat ein Proband nicht ge-nügend Reserven, zum Beispiel durch fehlendes Frühstück, so fordert der Körper eine Nahrungsaufnahme ein, denn auch das Gehirn benötigt bei Denkprozessen Glucose. Ist aber der Glycogenvorrat in der Leber gering, so wird die Nahrungsauf-nahme in Stresssituationen angemahnt.

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

Proband1

Proband2

Proband3

Proband4

Proband5

Proband6

Proband7

Normalzustand

körperl. Aktivität

Stress

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Aber auch andere Faktoren könnten das Ergebnis beeinflussen. So könnte es sein, dass die Probanden, je nach ihrer Vorbereitung auf die Klausur, in unterschiedli-chem Maße gestresst sind. So stellt man vor allem bei denjenigen Probanden eine geringere Enzymaktivität fest, die laut Umfrage eine gute Vorbereitung hatten und sich weniger gestresst fühlten. Bei einer Wiederholung des Versuchs müssten wir also nach eindeutigeren Stresssi-tuationen Ausschau halten.

(Bild 12: Komplexbildung ) (Bild 13: Herstellung der Substratlösung)

Auch der Hungerzustand wurde mit einer Probe aus dem gesättigtem Zustand ver-

glichen. Das Ergebnis war für uns zu erwarten, wie im folgenden Diagramm zu sehen ist.

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

Proband 1 Proband 2 Proband 3

Hungrig

Satt

(Bild 14: Vergleich Normalzustand und Hungerzustand)

Während des Hungerzustandes ist die Amylase-Aktivität hier erhöht, da der Körper sich auf eine Mahlzeit einstellt, um sie dann spalten zu können.

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Eventuell erhöht sich auch schon die Amylase-Aktivität dadurch, dass man an die bevorstehende Nahrungsaufnahme denkt. Am Pavlov-Reflex* sieht man, dass be-reits der Anblick einer Nahrung genügt, um verstärkt Speichel zu bilden. Man kann vermuten, dass sich im Speichel auch die Amylase-Konzentration erhöht, wie aus Bild 14 ersichtlich ist.

(Bild 15: Vergleich der Geschlechter)

Im weiteren Verlauf unserer Untersuchungen haben wir das Geschlecht analysiert, ob hier ein Unterschied im Normalzustand der Probanden bei der Amylase-Konzentration im Speichel vorliegt. Dabei ist uns keine direkte Tendenz aufgefallen, da es bereits bei den wenigen Untersuchungen keine Eindeutigkeit gibt. Die weibli-chen Probanden haben in den meisten Fällen eine höhere Amylase-Aktivität gezeigt, dennoch gibt es Ausnahmen. Dabei ist es durchaus vorstellbar, dass es Unterschiede bezüglich der Enzymaktivitä-ten bei den Geschlechtern gib, da zum Beispiel Frauen Alkohol langsamer abbauen. Sie produzieren weniger Alkoholdehydrogenase als Männer.* Es könnte sich aller-dings auch um einen Messfehler handeln, oder andere Faktoren haben auf den Pro-banden eingewirkt, die wir nicht erfassen konnten. Dies ist auch einer der Kritikpunkte, die wir im Nachhinein erkennen. Vielleicht hätten wir unser Untersuchungsthema viel enger wählen sollen und uns nur mit einer einzi-gen Bedingung beschäftigen sollen. Auf jeden Fall zeigt sich bei unseren Untersuchungen eine gewisse Tendenz, dass Frauen eine höhere Amylase-Aktivität aufweisen. Dies müsste man aber durch eine „Massenuntersuchung“ unter Ausschluss aller störenden Faktoren bestätigen. Gerne würden wir an diesem Problem weiter forschen, doch dazu müssten wir Berufsche-miker sein und keine Schüler, die noch viele andere Fächer zu bewältigen haben. Na, aber vielleicht können wir das aber noch werden ! * vergl. Literaturquelle [4] ** vergl. Internetquelle [5]

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

Probanden A Probanden B Probanden C

männlich

weiblich

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(Bild 16: Altersspezifität)

Unsere Vermutung, dass die Enzymaktivitäten mit zunehmendem Alter nachlassen, bestätigte sich in der folgenden Auswertung bei den drei ausgewählten Probanden-gruppen. Hier haben wir Schüler und deren Eltern im Vergleich untersucht. Bei allen drei Gruppen ergibt sich eine einheitliche Tendenz. Zum Schluss stellten wir uns noch die Frage nach der Haltbarkeit der Amylase auch ohne Kühlung, da wir alle zu untersuchenden Speichelproben gewissenhaft in den Kühlschrank stellten.

(Bild 17: Stabilität der Amylase)

Anhand dieses Diagrammes lässt sich erkennen, dass sich die Amylase nur langsam zu zersetzen beginnt, doch dies ist erst nach einem längeren Zeitraum merklich.

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12 Probanden D Probanden E Probanden F

jung

alt

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

Proband 1 Proband 2 Proband 3

sofort

nach 24 h

nach 1 Woche

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Nach einem Tag nimmt die Konzentration nur geringfügig ab. Somit ist eine unmittel-bare Analyse des Speichels, direkt nach Abgabe, nicht zwingend erforderlich.

5. Schlussbetrachtung Um dieses Projekt überhaupt erst anzugehen, haben wir sehr viel Zeit damit ver-bracht, ein geeignetes Photometer auszusuchen. Das Modell unserer Schule war bereits sehr alt und nach langer Phase ohne Inbetriebnahme nicht mehr funktions-tüchtig. Dieses konnte auch nach mehreren Wochen Tätigkeit von uns nicht mehr repariert werden. Danach probierten wir es mit einem neuen Photometer der Firma Biochrom (Modell Libra S6), welches in der Biologiesammlung vorlag.

Dieses wies aber ebenfalls einen Defekt auf, da es sich nicht mit der seriellen Schnittstelle verbinden ließ. Nachdem uns die Verbindung gelang, stellte sich heraus, dass ein Fehler in der Übertragungssoftware vorlag und wir die Daten nicht sinnvoll übernehmen konnten. Dieses Problem verbrauchte den größten Teil unserer Zeit. Schließlich hatten wir erste Erfolge beim Messen mit dem PhotoAlyt Light von Om-nilab, welches wir als Ersatz für das andere Photometer vom Lehrmittelhändler Klü-ver und Schulz aus Hamburg zur Verfügung gestellt bekamen. Danach planten wir, unter welchen Bedingungen wir die Amylase-Aktivität messen wollten und entschieden uns nicht nur für Selbstversuche, sondern eine Gruppe von Probanden hinzuzuziehen, um die Ergebnisse vergleichen und daraus eine Verall-gemeinerung ableiten zu können. Die Hauptfaktoren, die wir uns überlegt haben sind die Stresseinwirkung und die kör-perliche Aktivität. Dazu haben wir noch den Hungerzustand, Geschlecht und Alter hinzugezogen um eine größere Palette von Untersuchungsbedingungen analysieren zu können. Im Nachhinein bereuen wir diese Entscheidung. Es wäre besser gewesen, sich nur auf eine Untersuchungsbedingung zu konzentrieren und begleitend alle Rahmenbe-dingungen in der Psyche und im Umfeld der Probanden zum Beispiel durch einen Fragebogen abzuklären. Bei der nachträglichen Befragung unserer Probanden kam zum Beispiel heraus, dass diejenigen, die gut vorbereitet waren und ein gutes Gefühl bei der Arbeit hatten, kei-ne große Veränderung zeigten, aber diejenigen die eher ein Gefühl der Unsicherheit hatten, auch eine verringerte Amylase-Aktivität aufwiesen. Bei der körperlichen Aktivität haben wir den Probanden die Proben direkt nach dem Sportunterricht abgenommen. Bei diesen Proben war das Ergebnis von der Tendenz her eindeutig, da eine Halbierung der Amylase-Aktivität registriert werden konnte. Vermutlich legt der Körper bei stärkeren Belastungen den Fokus auf die Muskelver-sorgung. Daher lässt sich das Fazit ziehen, dass man direkt vor dem Sport wenig bis gar nichts essen sollte, da dieses den Körper mit Verdauungsprozessen unnötig belasten würde. Somit würde das Essen, wie auch in der Einleitung erwähnt, „auf den Magen schlagen“. Selbiges gilt für Stress, denn dort sollte ähnliches vermieden werden, da häufig in solchen Situationen ein hohes Maß an Konzentration gefordert wird und Verdau-ungsprozesse in so einem Fall nur stören würden. Alle weiteren Faktoren, die wir untersuchten, können nur Tendenzen aufzeigen, da hier eine zu geringe Anzahl an Probanden vorlag. Wir unterschätzen auch die Kom-

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plexität des Untersuchungsvorganges und den damit verbundenen Zeitaufwand,

zumal nicht jeder der Probanden erfreulich kooperativ war. Die Aufbereitung des Speichels war ein weiteres Problem, welches aber durch zu-

sätzlich Labortätigkeiten gelöst werden könnte. So wäre zum Beispiel eine Filterung des Speichels mit Watte oder durch Zentrifugie-ren eine Reinigung des Speichels von Schleim oder Essensresten zu überprüfen. Vielleicht wäre auch eine Extraktion des Speichels mit Wasser eine Lösung, da Amylase hydrophil ist. So würden die Absorptionskurven vermutlich „glatter“ ausfal-len und keine unvorhergesehenen Peaks auftreten.

Die von uns überprüfte Altersspezifität scheint von der Tendenz her eine weitere in-tensivere Untersuchung zu rechtfertigen. Doch leider mussten wir die Forschung an dieser Stelle aus zeitlichen Gründen beenden.

Andere Einflüsse wie der Druck im Arbeitsleben und auch die Angst bei einer Klausur oder einer Vorstellung sind vom Untersuchungsgegenstand viel komplexer. Doch angeregt durch unsere Untersuchungen geben wir den Rat, durch eine Pause oder tiefes Atmen zu versuchen, den psychischen Druck abzubauen und gegebenenfalls eine heiße Tasse Wasser oder Tee zu sich nehmen, da sich dies auf jeden Fall posi-tiv auf alle Enzymaktivitäten auswirken wird.

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Literaturverzeichnis

[1] Gottwald, Wolfgang; UV/VIS-Spektroskopie für Anwender, VILEY-VCH Verlag,

1998

[2] Thews, Gerhard; Anatomie, Physiologie und Pathophysiologie des Menschen,

Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, 3. Auflage 1989 S. 273- 275

[3] Arnold, Karin; Chemie Oberstufe, Cornelsen-Verlag, 1. Auflage, 2010, S. 384

[4] Markl, Jürgen; Biologie, Klett-Verlag, 1. Auflage 2010, S.447

[5] Asselborn, Wolfgang; Chemie heute, Schroedel, 2009 S. 79

Quellen aus dem Internet :

[1] www.chemieunterricht.de/dc2/mwg/g-iodsta.htm

[2] https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Salivary_alpha-amylase_1SMD.png [3] http://www.biokurs.de/skripten/bs11-14.htm [4] http://www.chemieunterricht.de/dc2/kh/kh-herst.htm

[5] https://de.wikipedia.org/wiki/Alkoholdehydrogenase

Anlagen In den Anlagen dokumentieren wir das Spektrum von vier ausgewählten Messungen von Speichelproben mit dem Photometer PhotoAlyt Light von Omnilab, Insgesamt wurden 52 Analysen durch-

geführt,

19

Anlage 1: Spektrum des Schülers C.D. im Hungerzustand

Anlage 2: Spektrum des Schülers C.L. im Hungerzustand

20

Anlage 3: Spektrum der Schülerin F.M. im Normalzustand

Anlage 4: Spektrum der Schülerin F.D im Normalzustand