Zkoumání Enzymů

Klíčové pojmy
Biologie
Biochemie
Enzymy
Fyziologie
Chemie

Úvod
přemýšleli jste někdy, jak všechny potraviny, které jíte dostane stravitelné? Není to jen kyselina v žaludku, která rozkládá vaše jídlo-s tím také pomáhá mnoho malých molekul ve vašem těle, nazývaných enzymy. Enzymy jsou speciální typy proteinů, které urychlují chemické reakce, jako je trávení jídla v žaludku., Ve skutečnosti jsou ve vašem těle tisíce různých enzymů, které pracují nepřetržitě, aby vás udržely zdravé a aktivní. V této vědecké činnosti budete zkoumat jeden z těchto enzymů, nazývaný kataláza, abyste zjistili, jak pomáhá chránit vaše tělo před poškozením.

pozadí
enzymy jsou nezbytné pro naše přežití. Tyto proteiny, vyrobené našimi buňkami, pomáhají transformovat chemikálie v našem těle a fungují jako katalyzátor., Katalyzátor dostane reakce začalo a dělá jim stalo rychleji, tím, že zvyšuje rychlost reakce, které by jinak vůbec nedojde, nebo by trvalo příliš dlouho k udržení života. Katalyzátor se však neúčastní samotné reakce-jak to funguje? Každá chemická reakce potřebuje minimální množství energie, aby se to stalo. Tato energie se nazývá aktivační energie. Čím nižší je aktivační energie reakce, tím rychleji probíhá. Pokud je aktivační energie příliš vysoká, reakce se nevyskytuje.,

Enzymy mají schopnost snižovat aktivační energii chemické reakce v interakci s reaktanty (chemikálie dělá reaguje). Každý enzym má aktivní místo, kde probíhá reakce. Tato místa jsou jako speciální kapsy, které jsou schopny vázat chemickou molekulu. Sloučeniny nebo molekuly, se kterými enzym reaguje, se nazývají jejich substráty. Enzymová kapsa má zvláštní tvar, takže se na ni může vázat pouze jeden specifický substrát, stejně jako do konkrétního zámku zapadá pouze jeden klíč., Jakmile je molekula vázána na enzym, dochází k chemické reakci. Poté se reakční produkty uvolní z kapsy a enzym je připraven začít znovu s jinou molekulou substrátu.

kataláza je velmi běžný enzym, který je přítomen téměř ve všech organismech, které jsou vystaveny kyslíku. Účelem katalázy v živých buňkách je chránit je před oxidačním poškozením, ke kterému může dojít, když buňky nebo jiné molekuly v těle přicházejí do styku s oxidačními sloučeninami. Toto poškození je přirozeným důsledkem reakcí, které se dějí uvnitř vašich buněk., Reakce mohou zahrnovat produkty, jako jsou peroxid vodíku, který může být škodlivé pro tělo, stejně jako, jak vedlejší produkt pěkný táborák může být nežádoucí kouř, který dělá kašel nebo pálí oči. Aby se zabránilo takovému poškození, enzym katalázy pomáhá zbavit se těchto sloučenin rozdělením peroxidu vodíku (H2O2) na neškodnou vodu a kyslík. Chcete vidět katalyzovaný enzym v akci? Při této činnosti odzbrojíte peroxid vodíku pomocí katalázy z kvasinek.,nebo ochranné brýle

Příprava

• Vezměte jeden šálek a rozpustit droždí v asi jeden-polovina šálku teplé vody z vodovodu., Voda by neměla být příliš horká, ale blízká tělesné teplotě (37 Celsia). Nechte rozpuštěné kvasnice odpočívat nejméně pět minut.
• použijte permanentní značku k označení zbývajících čtyř šálků od jednoho do čtyř.
• do všech označených šálků přidejte jednu čajovou lžičku mýdla na nádobí.
• na pohár nikdo žádné další přírůstky jsou vyrobeny v tomto bodě.
• před použitím peroxidu vodíku si nasaďte ochranné brýle, abyste chránili oči. V případě, že vylijete peroxid vodíku, vyčistěte jej mokrým papírovým ručníkem. Pokud se dostanete na kůži, ujistěte se, že postiženou oblast opláchnete velkým množstvím vody.,
• na šálek dva, přidejte jednu lžíci 3% roztoku peroxidu vodíku. Použijte čerstvou lžičku pro peroxid vodíku.
• do šálku tři, přidejte dvě lžíce peroxidu vodíku.
• do šálku čtyři, přidejte tři lžíce peroxidu vodíku.
• Volitelně můžete do každé z označených šálků přidat kapku barvy jídla. (Můžete si vybrat jinou barvu pro každou z nich pro snadnou identifikaci)

Postup

• poháru číslo jedna, a umístit je před vámi na pracovní plochu., S čerstvou polévkovou lžící přidejte do šálku jednu polévkovou lžíci rozpuštěného kvasnicového roztoku a mírně jej otočte. Co se stane po přidání kvasnic? Vidíte reakci děje?
• umístěte pohár číslo dvě před sebe a znovu přidejte jednu lžíci kvasnicového roztoku do šálku. Jakmile přidáte enzym, reaguje kataláza s peroxidem vodíku? Vidíte, jak se vytvářejí reakční produkty?
• přidejte jednu polévkovou lžíci kvasnicového roztoku do šálku číslo tři. Vidíte stejnou reakci? Je výsledek jiný nebo stejný ve srovnání s pohárem číslo dvě?,
• nakonec přidejte jednu lžíci kvasnicového roztoku do šálku číslo čtyři. Vidíte více či méně reakčních produktů ve srovnání s předchozími výsledky? Můžete vysvětlit rozdíl?
• umístěte všechny čtyři šálky vedle sebe před sebe a sledujte své výsledky. Došlo k enzymatické reakci ve všech šálcích nebo existovala výjimka? Jak vypadají výsledky v každém poháru jinak? Proč si myslíte, že tomu tak je?
• nyní vezměte šálek číslo jedna a přidejte do šálku další lžíci 3% peroxidu vodíku. Mírně otočte šálek, aby se roztok promíchal., Co se stane teď? Při pohledu na všechny vaše výsledky, co myslíte, že je limitujícím faktorem pro katalázu reakce na vaše poháry?
• Extra: opakujte tuto aktivitu, ale tentokrát nepřidávejte mýdlo na všechny reakce. Co se liší, jakmile odstraníte mýdlo na nádobí? Stále vidíte tvorbu pěny?
• Extra: dosud jste pozorovali účinek koncentrace substrátu (H2O2) na katalázovou reakci. Co se stane, pokud udržíte koncentraci substrátu konstantní, ale změníte koncentraci enzymu?, Zkuste přidat různé množství kvasnicového roztoku na tři lžíce peroxidu vodíku, počínaje jednou čajovou lžičkou. Pozorujete nějaké rozdíly nebo nezáleží na koncentraci katalázy ve vaší reakci?
• Extra: co se stane, pokud se změní podmínky prostředí pro enzym? Opakujte kataláza reakce, ale tentokrát se liší podmínky, jako je pH přidáním octa (kyseliny) nebo jedlé sody (základní), nebo změnit reakční teploty zahříváním roztoku v mikrovlnné troubě. Můžete určit, které podmínky jsou optimální pro katalázovou reakci?, Existují nějaké podmínky, které eliminují katalázovou aktivitu?
• Extra: můžete najít další zdroje enzymu katalázy, které byste mohli použít při této aktivitě? Prozkoumejte, jaké další organismy, rostliny nebo buňky obsahují katalázu, a zkuste je použít pro vaši reakci. Fungují stejně jako kvasinky?

pozorování a výsledky
pravděpodobně jste v této činnosti viděli spoustu bublin a pěny. Co způsobilo, že se pěna objevila? Když se enzym kataláza dostane do kontaktu se substrátem, peroxidem vodíku, začne se rozpadat na vodu a kyslík., Kyslík je plyn, a proto chce uniknout kapalině. Mýdlo na nádobí, které jste přidali do všech svých řešení, však dokáže zachytit plynové bubliny, což vede k vytvoření stabilní pěny. Dokud je v roztoku přítomen enzym a peroxid vodíku, reakce pokračuje a vzniká pěna. Jakmile je jedna z obou sloučenin vyčerpána, tvorba produktu se zastaví. Pokud k reakci nepřidáte mýdlo na nádobí, uvidíte generované bubliny, ale žádnou stabilní tvorbu pěny.,

Pokud není přítomen peroxid vodíku, kataláza nemůže fungovat, což je důvod, proč jste v cup one neměli vidět žádnou produkci bublin nebo pěny. Pouze pokud je k dispozici peroxid vodíku, může dojít k katalázové reakci, jak jste pravděpodobně pozorovali v ostatních šálcích. Ve skutečnosti je katalázová reakce závislá na koncentraci substrátu. Pokud máte nadbytek enzymu, ale nedostatek substrátu, reakce bude omezena dostupností substrátu., Jakmile do roztoku přidáte další peroxid vodíku, rychlost reakce se zvýší, protože více molekul substrátu se může srazit s enzymem a vytvoří více produktu. Výsledkem je rostoucí množství pěny vyrobené v šálku, jak si zvýšit množství H2O2 v reakci. Měl jsi vidět více pěny vyrábí jakmile jste přidali další lžíci peroxidu vodíku na jeden šálek, což by mělo mít za následek podobné množství pěny v šálku dva. V určitém okamžiku však dosáhnete koncentrace substrátu, při které se enzym nasytí a stane se omezujícím faktorem., V tomto případě musíte přidat další enzym pro urychlení reakce znovu.

aktivitu enzymů ovlivňuje i mnoho dalších faktorů. Většina enzymů funguje pouze za optimálních podmínek prostředí. Pokud se pH nebo teplota příliš odchyluje od těchto podmínek, enzymová reakce se výrazně zpomaluje nebo vůbec nefunguje. Možná jste si všimli, že při provádění dalších kroků v postupu.

Cleanup
nalijte všechny roztoky do dřezu a vyčistěte všechny lžíce teplou vodou a mýdlem na nádobí., Otřete pracovní plochu mokrým papírovým ručníkem a umyjte si ruce vodou a mýdlem.

Více prozkoumat
Biologie pro Děti; Enzymy, z Ducksters
Enzymy: Malé Molekuly, Které Pečeme Chleba, ze Scientific American
Kataláza, z PDB-101
Enzymem Katalyzované Reakce—to, Co Ovlivňuje Jejich Sazby?, od vědeckých kamarádů
játra: pomoc enzymům vám pomůže!, od Vědecké americké
vědecké činnosti pro všechny věkové kategorie!, od Science Buddies

tato aktivita vám přinesla ve spolupráci s Science Buddies