Udforskning Enzymer

Centrale begreber
Biologi
Biokemi
Enzymer
Fysiologi
Kemi

Indledning
Har du nogensinde undret dig over, hvordan al den mad, du spiser, bliver fordøjet? Det er ikke kun syren i din mave, der nedbryder din mad—mange små molekyler i din krop, kaldet en .ymer, hjælper også med det. En .ymer er specielle typer proteiner, der fremskynder kemiske reaktioner, såsom fordøjelsen af mad i din mave., Faktisk er der tusindvis af forskellige en .ymer i din krop, der arbejder døgnet rundt for at holde dig sund og aktiv. I denne videnskabsaktivitet vil du undersøge et af disse en .ymer, kaldet katalase, for at finde ud af, hvordan det hjælper med at beskytte din krop mod skader.

baggrund
En .ymer er afgørende for vores overlevelse. Disse proteiner, der er lavet af vores celler, hjælper med at omdanne kemikalier i vores krop og fungerer som katalysator., En katalysator får reaktioner i gang og får dem til at ske hurtigere, ved at øge hastigheden af en reaktion, der ellers måske slet ikke sker, eller det ville tage for lang tid at opretholde livet. Imidlertid deltager en katalysator ikke i selve reaktionen-så hvordan fungerer dette? Hver kemisk reaktion har brug for en minimal mængde energi for at få det til at ske. Denne energi kaldes aktiveringsenergien. Jo lavere aktiveringsenergien af en reaktion er, jo hurtigere finder den sted. Hvis aktiveringsenergien er for høj, forekommer reaktionen ikke.,

en .ymer har evnen til at sænke aktiveringsenergien af en kemisk reaktion ved at interagere med dens reaktanter (kemikalierne, der reagerer). Hvert en .ym har et aktivt sted, hvor reaktionen finder sted. Disse steder er som specielle lommer, der er i stand til at binde et kemisk molekyle. De forbindelser eller molekyler, som en .ymet reagerer med, kaldes deres substrater. En .ymlommen har en speciel form, så kun et specifikt substrat er i stand til at binde til det, ligesom kun en nøgle passer ind i en bestemt lås., Når molekylet er bundet til en .ymet, finder den kemiske reaktion sted. Derefter frigives reaktionsprodukterne fra lommen, og en .ymet er klar til at starte igen med et andet substratmolekyle.

katalase er et meget almindeligt en .ym, der er til stede i næsten alle organismer, der udsættes for ilt. Formålet med katalase i levende celler er for at beskytte dem mod oxidative skader, som kan opstå, når cellerne eller andre molekyler i kroppen, som kommer i kontakt med oxidative stoffer. Denne skade er et naturligt resultat af reaktioner, der sker inde i dine celler., Reaktionerne kan omfatte biprodukter såsom brintpero .id, som kan være skadeligt for kroppen, ligesom hvordan et biprodukt af et dejligt bål kan være uønsket røg, der får dig til at hoste eller Svir dine øjne. For at forhindre sådanne skader hjælper katalaseen .ymet med at slippe af med disse forbindelser ved at nedbryde hydrogenpero .id (H2O2) i ufarligt vand og ilt. Vil du se cataly ?e en ?ymet i aktion? I denne aktivitet vil du afvæbne hydrogenpero .id ved hjælp af katalase fra gær.,eller beskyttende briller

Forberedelse

• Tag en kop, og opløse den tørre gær i omkring en halv kop varmt vand fra hanen., Vandet skal ikke være for varmt, men tæt på kropstemperaturen (37 Celsius). Lad den opløste gær hvile i mindst fem minutter.
• brug den permanente markør til at mærke de resterende fire kopper fra en til fire.
• til alle de mærkede kopper, tilsæt en teskefuld opvaskesæbe.
• til cup one der er ikke foretaget yderligere tilføjelser på dette tidspunkt.
• før du bruger hydrogenpero .idet, skal du tage beskyttelsesbriller på for at beskytte dine øjne. Hvis du spilder hydrogenpero .id, skal du rense det op med et vådt papirhåndklæde. Hvis du får det på din hud, skal du sørge for at skylle det berørte område med rigeligt vand.,
• til kop to, tilsæt en spiseskefuld 3 procent hydrogenpero .idopløsning. Brug en frisk ske til hydrogenpero .idet.
• til kop tre, tilsæt to spiseskefulde af hydrogenpero .idet.
• til kop fire, tilsæt tre spiseskefulde af hydrogenpero .idet.
• eventuelt kan du tilføje en dråbe madfarve til hver af de mærkede kopper. (Du kan vælge en anden farve for hver enkelt for nem identifikation)

Procedure

• tag kop Nummer et og læg den foran dig på arbejdsområdet., Med en frisk spiseskefuld tilsættes en spiseskefuld af den opløste gæropløsning til koppen og hvirvler den lidt. Hvad sker der, når du tilføjer gæren? Ser du en reaktion der sker?
• Placer kop nummer to foran dig og tilsæt igen en spiseskefuld gæropløsning til koppen. Når du har tilføjet en ?ymet, reagerer katalasen med hydrogenpero ?idet? Kan du se reaktionsprodukterne blive dannet?
• tilsæt en spiseskefuld gæropløsning til kop nummer tre. Ser du den samme reaktion, der finder sted? Er resultatet anderledes eller det samme sammenlignet med kop nummer to?,
• til sidst tilsættes en spiseskefuld gæropløsning til kop nummer fire. Ser du mere eller mindre reaktionsprodukter sammenlignet med dine tidligere resultater? Kan du forklare forskellen?
• Placer alle fire kopper ved siden af hinanden foran dig og observer dine resultater. Fandt den en ?ymatiske reaktion sted i alle kopperne, eller var der en undtagelse? Hvordan ser resultaterne i hver kop anderledes ud? Hvorfor tror du, det er tilfældet?
• tag nu kop Nummer et og tilsæt en ekstra spiseskefuld 3 procent brintpero .id til koppen. Sirlirl koppen lidt for at blande opløsningen., Hvad sker der nu? Ser du på alle dine resultater, Hvad synes du er den begrænsende faktor for katalasereaktionen i dine kopper?
• ekstra: Gentag denne aktivitet, men denne gang skal du ikke tilføje opvaskesæbe til alle reaktionerne. Hvad er anderledes, når du fjerner opvaskesæben? Ser du stadig skumdannelse?
• ekstra: indtil videre har du observeret effekten af substratkoncentration (H2O2) på katalasereaktionen. Hvad sker der, hvis du holder substratkoncentrationen konstant, men ændrer koncentrationen af en ?ymet?, Prøv at tilføje forskellige mængder gæropløsning til tre spiseskefulde hydrogenpero .id, begyndende med en teskefuld. Observerer du nogen forskelle, eller betyder koncentrationen af katalase ikke noget i din reaktion?
• ekstra: Hvad sker der, hvis miljøforholdene for en ?ymet ændres? Gentag katalasereaktionen, men denne gang varierer forhold som pH ved at tilsætte eddike (en syre) eller bagepulver (en base) eller ændre reaktionstemperaturen ved at opvarme opløsningen i mikrobølgeovnen. Kan du identificere, hvilke betingelser der er optimale for katalasereaktionen?, Er der nogen betingelser, der eliminerer katalaseaktiviteten?
• ekstra: kan du finde andre kilder til katalase en ?ym, som du kan bruge i denne aktivitet? Undersøg, hvad andre organismer, planter eller celler indeholder katalase, og prøv at bruge disse til din reaktion. Arbejder de såvel som gær?

observationer og resultater
Du har sikkert set masser af bobler og skum i denne aktivitet. Hvad fik skummet til at fremstå? Når en .ymkatalasen kommer i kontakt med dets substrat, hydrogenpero .id, begynder det at bryde det ned i vand og ilt., O .ygen er en gas og ønsker derfor at undslippe væsken. Den opvaskesæbe, som du føjede til alle dine løsninger, er imidlertid i stand til at fange gasboblerne, hvilket resulterer i dannelse af et stabilt skum. Så længe der er en .ym og hydrogenpero .id til stede i opløsningen, fortsætter reaktionen, og der produceres skum. Når en af begge forbindelser er udtømt, stopper produktdannelsen. Hvis du ikke tilføjer opvaskesæbe til reaktionen, vil du se bobler genereret, men ingen stabil skumdannelse.,

hvis der ikke er hydrogenpero .id til stede, kan katalasen ikke fungere, hvorfor du i kop en ikke skulle have set nogen boble-eller skumproduktion. Først når hydrogenpero .id er tilgængeligt, kan katalasereaktionen finde sted, som du sandsynligvis har observeret i de andre kopper. Faktisk er katalasereaktionen afhængig af substratkoncentrationen. Hvis du har et overskud af en .ym, men ikke nok substrat, vil reaktionen være begrænset af substratets tilgængelighed., Når du tilføjer mere hydrogenpero .id til opløsningen, vil reaktionshastigheden stige, da flere substratmolekyler kan kollidere med en .ymet og danne mere produkt. Resultatet er en stigende mængde skum produceret i din kop, da du Øger mængden af H2O2 i din reaktion. Du skulle have set mere skum, der produceres, når du har tilføjet en anden spiseskefuld brintpero .id til kop en, hvilket burde have resulteret i en lignende mængde skum som i kop to. På et tidspunkt vil du imidlertid nå en substratkoncentration, hvor en .ymet bliver mættet og bliver den begrænsende faktor., I dette tilfælde skal du tilføje mere en .ym for at fremskynde reaktionen igen.

mange andre faktorer påvirker også en .ymernes aktivitet. De fleste en .ymer fungerer kun under optimale miljøforhold. Hvis pH eller Temperatur afviger fra disse betingelser for meget, sænker en .ymreaktionen betydeligt eller virker slet ikke. Du har måske bemærket, at når du gør de ekstra trin i proceduren.

oprydning
hæld alle opløsninger i vasken og rengør alle skeer med varmt vand og opvaskesæbe., Tør dit arbejdsområde af med et vådt papirhåndklæde og vask dine hænder med vand og sæbe.

Mere at udforske
Biologi for Børn; Enzymer, fra Ducksters
Enzymer: De Små Molekyler, Der Bages Brød, fra Scientific American,
Katalase, fra FBF-101
Enzym-Katalyseret Reaktioner—Hvad der Påvirker Deres Priser?, fra Videnskabskammerater
leveren: hjælper en !ymer hjælper dig!, fra Scientific American
Science Activity for alle aldre!, fra Science Buddies

denne aktivitet bragt til dig i partnerskab med Science Buddies