Concetti chiave
Biologia
Biochimica
Enzimi
Fisiologia
Chimica
Introduzione
Vi siete mai chiesti come tutto il cibo che si mangia viene digerito? Non è solo l’acido nello stomaco che rompe il cibo—molte piccole molecole nel tuo corpo, chiamate enzimi, aiutano anche in questo. Gli enzimi sono tipi speciali di proteine che accelerano le reazioni chimiche, come la digestione del cibo nello stomaco., In realtà, ci sono migliaia di diversi enzimi nel tuo corpo che lavorano tutto il giorno per mantenerti sano e attivo. In questa attività scientifica studierai uno di questi enzimi, chiamato catalasi, per scoprire come aiuta a proteggere il tuo corpo dai danni.
Background
Gli enzimi sono essenziali per la nostra sopravvivenza. Queste proteine, prodotte dalle nostre cellule, aiutano a trasformare le sostanze chimiche nel nostro corpo, funzionando come un catalizzatore., Un catalizzatore fa iniziare le reazioni e le fa accadere più velocemente, aumentando la velocità di una reazione che altrimenti potrebbe non accadere affatto, o richiederebbe troppo tempo per sostenere la vita. Tuttavia, un catalizzatore non prende parte alla reazione stessa—quindi come funziona? Ogni reazione chimica ha bisogno di una quantità minima di energia per farlo accadere. Questa energia è chiamata energia di attivazione. Più bassa è l’energia di attivazione di una reazione, più velocemente avviene. Se l’energia di attivazione è troppo alta, la reazione non si verifica.,
Gli enzimi hanno la capacità di abbassare l’energia di attivazione di una reazione chimica interagendo con i suoi reagenti (le sostanze chimiche che reagiscono). Ogni enzima ha un sito attivo, che è dove avviene la reazione. Questi siti sono come tasche speciali che sono in grado di legare una molecola chimica. I composti o le molecole con cui l’enzima reagisce sono chiamati loro substrati. La tasca enzimatica ha una forma speciale in modo che solo un substrato specifico sia in grado di legarsi ad esso, proprio come solo una chiave si inserisce in una serratura specifica., Una volta che la molecola è legata all’enzima, avviene la reazione chimica. Quindi, i prodotti di reazione vengono rilasciati dalla tasca e l’enzima è pronto per ricominciare tutto da capo con un’altra molecola di substrato.
La catalasi è un enzima molto comune presente in quasi tutti gli organismi esposti all’ossigeno. Lo scopo della catalasi nelle cellule viventi è quello di proteggerle dal danno ossidativo, che può verificarsi quando le cellule o altre molecole nel corpo entrano in contatto con composti ossidativi. Questo danno è il risultato naturale delle reazioni che si verificano all’interno delle cellule., Le reazioni possono includere sottoprodotti come il perossido di idrogeno, che può essere dannoso per il corpo, proprio come come un sottoprodotto di un bel falò può essere fumo indesiderato che ti fa tossire o punge gli occhi. Per prevenire tali danni, l’enzima catalasi aiuta a sbarazzarsi di questi composti rompendo il perossido di idrogeno (H2O2) in acqua e ossigeno innocui. Vuoi vedere l’enzima catalizza in azione? In questa attività disarmerai il perossido di idrogeno con l’aiuto della catalasi dal lievito.,o occhiali di protezione
Preparazione
- Prendete una tazza e sciogliere il lievito secco in circa una mezza tazza di acqua calda di rubinetto., L’acqua non dovrebbe essere troppo calda ma vicina alla temperatura corporea (37 gradi Celsius). Lasciare riposare il lievito sciolto per almeno cinque minuti.
- Utilizzare il pennarello indelebile per etichettare le restanti quattro tazze da uno a quattro.
- A tutte le tazze etichettate, aggiungere un cucchiaino di sapone per piatti.
- A cup one non vengono fatte ulteriori aggiunte a questo punto.
- Prima di utilizzare il perossido di idrogeno, indossare gli occhiali di sicurezza per proteggere gli occhi. In caso di fuoriuscita di perossido di idrogeno, pulirlo con un tovagliolo di carta bagnato. Se lo si ottiene sulla pelle, assicurarsi di risciacquare l’area interessata con abbondante acqua.,
- Per tazza due, aggiungere un cucchiaio di soluzione di perossido di idrogeno al 3 per cento. Utilizzare un cucchiaio fresco per il perossido di idrogeno.
- Per tazza tre, aggiungere due cucchiai di perossido di idrogeno.
- Per tazza quattro, aggiungere tre cucchiai di perossido di idrogeno.
- Opzionalmente, è possibile aggiungere una goccia di colore alimentare a ciascuna delle tazze etichettate. (È possibile scegliere un colore diverso per ciascuno di essi per una facile identificazione)
Procedura
- Prendere tazza numero uno e posizionarlo di fronte a voi sulla zona di lavoro., Con un cucchiaio fresco, aggiungere un cucchiaio della soluzione di lievito disciolto alla tazza e girarla leggermente. Cosa succede dopo aver aggiunto il lievito? Vedi una reazione in corso?
- Metti la tazza numero due di fronte a te e aggiungi di nuovo un cucchiaio di soluzione di lievito alla tazza. Una volta aggiunto l’enzima, la catalasi reagisce con il perossido di idrogeno? Riesci a vedere i prodotti di reazione che si formano?
- Aggiungere un cucchiaio di soluzione di lievito alla tazza numero tre. Vedete la stessa reazione in atto? Il risultato è diverso o uguale rispetto alla coppa numero due?,
- Infine, aggiungere un cucchiaio di soluzione di lievito alla tazza numero quattro. Vedi più o meno prodotti di reazione rispetto ai risultati precedenti? Puoi spiegare la differenza?
- Metti tutte e quattro le tazze l’una accanto all’altra di fronte a te e osserva i tuoi risultati. La reazione enzimatica ha avuto luogo in tutte le tazze o c’è stata un’eccezione? In che modo i risultati in ogni tazza sembrano diversi? Perché pensi che questo sia il caso?
- Ora, prendi la tazza numero uno e aggiungi un cucchiaio aggiuntivo di perossido di idrogeno al 3% alla tazza. Ruotare leggermente la tazza per mescolare la soluzione., Che succede adesso? Guardando tutti i tuoi risultati, quale pensi sia il fattore limitante per la reazione della catalasi nelle tue tazze?
- Extra: Ripeti questa attività, ma questa volta non aggiungere sapone per i piatti a tutte le reazioni. Cosa c’è di diverso una volta rimosso il sapone per i piatti? Vedi ancora la formazione di schiuma?
- Extra: Finora avete osservato l’effetto della concentrazione del substrato (H2O2) sulla reazione della catalasi. Cosa succede se si mantiene costante la concentrazione del substrato ma si modifica la concentrazione dell’enzima?, Prova ad aggiungere diverse quantità di soluzione di lievito a tre cucchiai di perossido di idrogeno, iniziando con un cucchiaino. Osservi delle differenze o la concentrazione di catalasi non ha importanza nella tua reazione?
- Extra: Cosa succede se le condizioni ambientali per l’enzima vengono modificate? Ripetere la reazione di catalasi, ma questa volta variare condizioni come il pH con l’aggiunta di aceto (un acido) o bicarbonato di sodio (una base), o modificare la temperatura di reazione riscaldando la soluzione nel forno a microonde. Puoi identificare quali condizioni sono ottimali per la reazione della catalasi?, Ci sono delle condizioni che eliminano l’attività della catalasi?
- Extra: Puoi trovare altre fonti di enzima catalasi che potresti usare in questa attività? Ricerca ciò che altri organismi, piante o cellule contengono catalasi e provare a utilizzare questi per la vostra reazione. Funzionano così come il lievito?
Osservazioni e risultati
Probabilmente avete visto un sacco di bolle e schiuma in questa attività. Cosa ha fatto apparire la schiuma? Quando l’enzima catalasi entra in contatto con il suo substrato, il perossido di idrogeno, inizia a scomporlo in acqua e ossigeno., L’ossigeno è un gas e quindi vuole sfuggire al liquido. Tuttavia, il sapone per piatti che hai aggiunto a tutte le tue soluzioni è in grado di intrappolare le bolle di gas, il che si traduce nella formazione di una schiuma stabile. Finché c’è enzima e perossido di idrogeno presenti nella soluzione, la reazione continua e si produce schiuma. Una volta che uno di entrambi i composti è esaurito, la formazione del prodotto si ferma. Se non aggiungi sapone per piatti alla reazione, vedrai bolle generate ma nessuna formazione di schiuma stabile.,
Se non è presente perossido di idrogeno, la catalasi non può funzionare, motivo per cui in cup one non dovresti aver visto alcuna produzione di bolle o schiuma. Solo quando il perossido di idrogeno è disponibile, la reazione catalasi può avvenire come probabilmente osservato nelle altre tazze. Infatti, la reazione della catalasi dipende dalla concentrazione del substrato. Se si ha un eccesso di enzima ma non abbastanza substrato, la reazione sarà limitata dalla disponibilità del substrato., Una volta aggiunto più perossido di idrogeno alla soluzione, la velocità di reazione aumenterà man mano che più molecole di substrato possono scontrarsi con l’enzima, formando più prodotto. Il risultato è una quantità crescente di schiuma prodotta nella vostra tazza come si aumenta la quantità di H2O2 nella vostra reazione. Avresti dovuto vedere più schiuma prodotta una volta aggiunto un altro cucchiaio di perossido di idrogeno alla tazza, che avrebbe dovuto portare a una quantità simile di schiuma come nella tazza due. Tuttavia, ad un certo punto si raggiunge una concentrazione di substrato in cui l’enzima si satura e diventa il fattore limitante., In questo caso è necessario aggiungere più enzima per accelerare nuovamente la reazione.
Molti altri fattori influenzano anche l’attività degli enzimi. La maggior parte degli enzimi funziona solo in condizioni ambientali ottimali. Se il pH o la temperatura si discosta troppo da queste condizioni, la reazione enzimatica rallenta in modo significativo o non funziona affatto. Potreste aver notato che quando si eseguono i passaggi aggiuntivi nella procedura.
Cleanup
Versare tutte le soluzioni nel lavandino e pulire tutti i cucchiai con acqua tiepida e sapone per i piatti., Pulire l’area di lavoro con un tovagliolo di carta bagnato e lavarsi le mani con acqua e sapone.
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