Glukosebestemmelse med Fehlings løsning og invertaseaktivitet

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Den tyske kjemikeren Hermann von Fehling utviklet en løsning som ble brukt for å påvise og estimere innholdet av glukose i en løsning – Fehlings løsning.

Fehlings løsning er sterkt basisk og inneholder blant annet kobberioner, $C u^{2 +}$ .

Kobberioner, $C u^{2 +}$ , i Fehlings løsning reagerer med glukose og gir produktene glukonsyre og kobber(I)oksid, $C u_{2} O$ . $C u_{2} O$ er et fast, rødbrunt stoff.

C_{6} H_{12} O_{6} (a q) + 2 C u^{2 +} (a q) + 4 O H^{-} (a q) \to C_{6} H_{12} O_{7} (a q) + C u_{2} O (s) + 2 H_{2} O (l)

For hånd

Hvor mange elektroner har hvert glukosemolekyl avgitt i denne reaksjonen?

En metode for å finne innholdet av glukose i en løsning er kolorimetrisk analyse ved å bruke Fehlings løsning. Kobberioner i Fehlings løsning absorberer ved $460 n m$ .

I en kolorimetrisk analyse av glukose ble løsninger med kjent konsentrasjon og en ukjent prøve behandlet og analysert som vist under:

Til $10,0 m L$ glukoseløsning ble det tilsatt $40,0 m L$ Fehlings løsning.
Etter endt reaksjon ble utfelt $C u_{2} O$ filtrert ut.
Absorbansen i den resterende løsningen ble målt.
Resultatet er oppført i tabell 1.

Tabell 1:

Absorbans	Glukose, mg/mL
0,63	0,00
0,58	0,07
0,48	0,15
0,39	0,27
0,33	0,34
0,26	0,40
0,17	0,56
0,45	Ukjent prøve

Krever PC

Beregn innholdet av glukose i den ukjente prøven i mmol/L.

Kalkulator

En annen metode for å finne innholdet av glukose i en løsning er gravimetrisk analyse. Gravimetrisk analyse innebærer å veie utfelt produkt. Denne metoden ble benyttet for å bestemme glukoseinnholdet i en ny løsning. Til cirka $100 m L$ Fehlings løsning ble det tilsatt $50,0 m L$ ukjent løsning med glukose. Utfelt $C u_{2} O$ ble filtrert ut, vasket, tørket og veid. Den veide $0,659 g$ . Beregn konsentrasjonen til glukose i den ukjente løsningen i g/L.

Det forskes mye på å finne nye metoder for å måle innholdet av glukose i blodet. I biosensorer brukes enzymet glukoseoksidase. Glukose blir oksidert til glukonsyre. Til slutt i reaksjonskjeden blir to elektroner levert til en elektrode.

Figur 1: Reaksjonssyklus der glukose(aq) omdannes til glukonsyre(aq) mens enzym med koenzym (A) omdannes til enzym med koenzym (B), koblet til en syklus der reagens (C) omdannes til reagens (D)

For hånd

Kombiner reagensene $O_{2}$ , $H_{2} O_{2}$ og riktig form av koenzymet $F A D / F A D H_{2}$ med riktig bokstav A, B, C og D, se figur 1.

For hånd

Gjær inneholder enzymet invertase, et enzym som spalter sukrose til glukose og fruktose. For å måle enzymaktiviteten til invertase kan man se på hvor mye glukose som dannes i løpet av en gitt tid. Stoffet 3,5-dinitrosalisylsyre, DNS, reagerer med glukose og gir et rødbrunt produkt som absorberer ved $540 n m$ , og er egnet til kolorimetrisk analyse. Enzymatisk spalting av sukrose stopper når det blir tilsatt DNS. Skisser hvordan du kan gjennomføre et eksperiment der målet er å finne forskjellen i enzymaktiviteten til invertase ved pH 6 og pH 8.

Fasit

Hvert glukosemolekyl avgir $2 elektroner$ .

$c (glukose) \approx 1,1 m m o l / L$ (avlest $0,20 m g / m L$ )

$c (glukose) = 16,6 g / L$

A: FAD, B: $F A D H_{2}$ , C: $H_{2} O_{2}$ , D: $O_{2}$

Lik sukroseløsning i buffer med pH 6 og pH 8, samme mengde gjær, temperatur og tid, stopp med DNS, mål absorbans ved $540 n m$ og les av glukose på en standardkurve.

LøsningsforslagKI-generert

Kobber går fra oksidasjonstall $+ 2$ i $C u^{2 +}$ til $+ 1$ i $C u_{2} O$ . Hvert kobberion tar altså opp ett elektron.

Likningen har to $C u^{2 +}$ per glukosemolekyl. Kobberionene tar opp til sammen to elektroner, og de kommer fra glukose.

Det stemmer med oksidasjonstallene i glukose: Karbonatomet i aldehydgruppen har oksidasjonstall $+ 1$ . I karboksylgruppen i glukonsyre har det $+ 3$ .

Hvert glukosemolekyl avgir $2 elektroner$ .

Glukose reduserer $C u^{2 +}$ til $C u_{2} O$ , som filtreres bort. Jo mer glukose, desto færre kobberioner er igjen, og desto lavere blir absorbansen.

Vi lager en standardkurve med absorbans mot glukosekonsentrasjon og finner lineær regresjon:

A = - 0,850 \cdot c + 0,623

Standardkurve: absorbans mot glukosekonsentrasjon med regresjonslinje og avlesning for den ukjente prøven

Vi setter inn $A = 0,45$ for den ukjente prøven:

c = \frac{0,45 - 0,623}{- 0,850} m g / m L = 0,204 m g / m L

Den ukjente prøven er behandlet på samme måte som standardløsningene. Konsentrasjonen gjelder derfor glukoseløsningen før tilsetting av Fehlings løsning.

0,204 m g / m L = 204 m g / L

Molar masse: $M (C_{6} H_{12} O_{6}) = 180,16 g / m o l$ .

c = \frac{204 m g / L}{180,16 m g / m m o l} = 1,13 m m o l / L

c (glukose) \approx 1,1 m m o l / L

Molar masse: $M (C u_{2} O) = 2 \cdot 63,55 g / m o l + 16,00 g / m o l = 143,10 g / m o l$ .

n (C u_{2} O) = \frac{0,659 g}{143,10 g / m o l} = 4,605 \cdot 10^{- 3} m o l

Reaksjonslikningen gir molforholdet 1 : 1 mellom glukose og $C u_{2} O$ . Vi antar at Fehlings løsning er i overskudd, så all glukose har reagert.

m (glukose) = 4,605 \cdot 10^{- 3} m o l \cdot 180,16 g / m o l = 0,8297 g

Denne massen var i $50,0 m L$ ukjent løsning. Volumet av Fehlings løsning spiller ingen rolle.

c = \frac{0,8297 g}{0,0500 L} = 16,6 g / L

c (glukose) = 16,6 g / L

Glukose oksideres til glukonsyre. Da må koenzymet reduseres. FAD tar opp to elektroner og to protoner og blir $F A D H_{2}$ . Altså er A = FAD og B = $F A D H_{2}$ .

$F A D H_{2}$ (B) oksideres tilbake til FAD (A). Samtidig omdannes D til C, så D må reduseres. Oksygen reduseres til hydrogenperoksid:

F A D H_{2} + O_{2} \to F A D + H_{2} O_{2}

Altså er D = $O_{2}$ og C = $H_{2} O_{2}$ .

Til slutt omdannes C til D. Hydrogenperoksid oksideres ved elektroden og leverer de to elektronene:

H_{2} O_{2} \to O_{2} + 2 H^{+} + 2 e^{-}

Det stemmer med opplysningen om at to elektroner leveres til en elektrode.

Standardkurve. Lag glukoseløsninger med kjent konsentrasjon. Tilsett DNS og behandle dem likt. Mål absorbansen ved $540 n m$ og lag en standardkurve med absorbans mot glukosekonsentrasjon.

Forsøk.

Lag to bufferløsninger, én med pH 6 og én med pH 8.
Løs like mye sukrose i like store volum av hver buffer. Sett begge i vannbad med samme temperatur.
Tilsett like mye gjærløsning (invertase) til hver løsning og start tiden.
Tilsett DNS etter nøyaktig like lang tid, for eksempel 5 minutter. Da stopper spaltingen.
Mål absorbansen ved $540 n m$ og finn glukosekonsentrasjonen fra standardkurven.

Kontroll. Lag en blindprøve ved hver pH der DNS tilsettes før gjæren. Den viser absorbansen uten enzymatisk spalting, for eksempel fra glukose som alt finnes i gjæren. Trekk den fra.

Variabler. Bare pH endres. Sukrosemengde, gjærmengde, volum, temperatur og tid holdes likt. Gjør minst tre parallelle forsøk ved hver pH.

Resultat. Enzymaktiviteten er mengde glukose dannet per tid. Den pH-verdien som gir mest glukose, gir høyest enzymaktivitet.

Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Kjemi 2 H2021. De kunne brukes på hele eksamen, også del 1 (om hjelpemidlene).

Åpne på egen side: Tabeller og formler i kjemi

Oppgavedata

Hentet fra: Kjemi 2 H2021, del 2, oppgave 3
Del: Del 2, alle hjelpemidler — les om hjelpemidler
Hjelpemidler: Kalkulator
CAS
Graftegner og regneark
Lærebok, formelsamling og egne notater
Ikke åpent internett, kommunikasjon med andre eller kunstig intelligens.
Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Redoksreaksjoner, Støkiometri, Enzymer, Karbohydrater

Glukosebestemmelse med Fehlings løsning og invertaseaktivitet

Innstillinger

Utseende

Oppgaver og visning

Utskrift

Synkronisering

Sync på tvers av enheter

Glukosebestemmelse med Fehlings løsning og invertaseaktivitet

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Forstå oppgaven med en KI

Tastatursnarveier

Navigasjon

I oppgave

Glukosebestemmelse med Fehlings løsning og invertaseaktivitet

Glukosebestemmelse med Fehlings løsning og invertaseaktivitet

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Temaer