kluczowe pojęcia
Biologia
Biochemia
enzymy
fizjologia
Chemia
wprowadzenie
Czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, w jaki sposób cała żywność, którą jesz, zostaje strawiona? Nie tylko kwas w żołądku rozkłada jedzenie—wiele małych cząsteczek w organizmie, zwanych enzymami, również w tym pomaga. Enzymy to specjalne rodzaje białek, które przyspieszają reakcje chemiczne, takie jak trawienie pokarmu w żołądku., W rzeczywistości istnieją tysiące różnych enzymów w organizmie, które działają przez całą dobę, aby zachować zdrowie i aktywność. W tym ćwiczeniu naukowym zbadasz jeden z tych enzymów, zwany katalazą, aby dowiedzieć się, jak pomaga chronić organizm przed uszkodzeniem.
Białka te, wytwarzane przez nasze komórki, pomagają przekształcić chemikalia w naszym organizmie, funkcjonując jako katalizator., Katalizator dostaje reakcje rozpoczął i sprawia, że dzieje się szybciej, zwiększając szybkość reakcji, które w przeciwnym razie może nie zdarzyć się w ogóle, lub zajęłoby zbyt długo, aby utrzymać życie. Jednak katalizator nie bierze udziału w samej reakcji—jak to działa? Każda reakcja chemiczna potrzebuje minimalnej ilości energii, aby do niej doszło. Energia ta nazywana jest energią aktywacji. Im niższa energia aktywacji reakcji, tym szybciej ma miejsce. Jeśli energia aktywacji jest zbyt wysoka, reakcja nie zachodzi.,
enzymy mają zdolność obniżania energii aktywacji reakcji chemicznej poprzez interakcję z jej reagentami(chemikaliami wykonującymi reakcję). Każdy enzym ma aktywne miejsce, w którym zachodzi reakcja. Miejsca te są jak specjalne kieszenie, które są w stanie związać cząsteczkę chemiczną. Związki lub cząsteczki, z którymi reaguje enzym, nazywane są ich substratami. Kieszeń enzymatyczna ma specjalny kształt, dzięki czemu tylko jeden konkretny substrat jest w stanie się z nią związać, tak jak tylko jeden klucz pasuje do konkretnego zamka., Po związaniu cząsteczki z enzymem zachodzi reakcja chemiczna. Następnie produkty reakcji są uwalniane z kieszeni, a enzym jest gotowy do rozpoczęcia od nowa z inną cząsteczką substratu.
katalaza jest bardzo powszechnym enzymem występującym w prawie wszystkich organizmach narażonych na kontakt z tlenem. Celem katalazy w żywych komórkach jest ochrona ich przed uszkodzeniem oksydacyjnym, które może wystąpić, gdy komórki lub inne cząsteczki w organizmie wchodzą w kontakt ze związkami oksydacyjnymi. To uszkodzenie jest naturalnym wynikiem reakcji zachodzących wewnątrz komórek., Reakcje mogą obejmować produkty uboczne, takie jak nadtlenek wodoru, który może być szkodliwy dla organizmu, podobnie jak produkt uboczny fajnego ogniska może być niechciany dym, który powoduje kaszel lub użądlenie oczu. Aby zapobiec takim uszkodzeniom, enzym katalazy pomaga pozbyć się tych związków poprzez rozbicie nadtlenku wodoru (H2O2) na nieszkodliwą wodę i tlen. Chcesz zobaczyć enzym katalizowany w akcji? W tej aktywności rozbroisz nadtlenek wodoru za pomocą katalazy z drożdży.,lub okulary ochronne
li>
przygotowanie
- weź jedną szklankę i rozpuść suche drożdże w około pół szklanki ciepłej wody z kranu., Woda nie powinna być zbyt gorąca, ale zbliżona do temperatury ciała (37 stopni Celsjusza). Odstawić rozpuszczone drożdże na co najmniej pięć minut.
- użyj markera permanentnego, aby oznaczyć pozostałe cztery kubki od jednej do czterech.
- do wszystkich oznaczonych filiżanek dodaj jedną łyżeczkę mydła do naczyń.
- do cup one nie są w tym momencie dodawane.
- przed użyciem nadtlenku wodoru załóż gogle ochronne, aby chronić oczy. Jeśli rozlejesz nadtlenek wodoru, wyczyść go mokrym ręcznikiem papierowym. Jeśli pojawi się na skórze, upewnij się, że opłucz dotknięty obszar dużą ilością wody.,
- do filiżanki drugiej dodaj jedną łyżkę 3-procentowego roztworu nadtlenku wodoru. Użyj świeżej łyżki do nadtlenku wodoru.
- do szklanki trzeciej dodać dwie łyżki nadtlenku wodoru.
- do szklanki czwórki dodać trzy łyżki nadtlenku wodoru.
- opcjonalnie możesz dodać kroplę koloru spożywczego do każdej z oznaczonych kubków. (Możesz wybrać inny kolor dla każdego z nich w celu łatwej identyfikacji)
procedura
- weź Puchar numer jeden i umieść go przed sobą na obszarze roboczym., Ze świeżą łyżką dodać jedną łyżkę rozpuszczonego roztworu drożdży do filiżanki i lekko zawirować. Co się dzieje po dodaniu drożdży? Widzisz reakcję?
- umieść kubek numer dwa przed sobą i ponownie dodaj jedną łyżkę roztworu drożdżowego do filiżanki. Czy po dodaniu enzymu katalaza reaguje z nadtlenkiem wodoru? Czy widzisz, że powstają produkty reakcji?
- dodaj jedną łyżkę roztworu drożdżowego do kubka numer trzy. Widzisz tę samą reakcję? Czy wynik jest inny czy taki sam w porównaniu z drugim Pucharem?,
- na koniec dodaj jedną łyżkę roztworu drożdżowego do filiżanki numer cztery. Czy widzisz więcej lub mniej produktów reakcji w porównaniu do poprzednich wyników? Możesz wyjaśnić różnicę?
- Umieść wszystkie cztery kubki obok siebie i obserwuj swoje wyniki. Czy reakcja enzymatyczna miała miejsce we wszystkich filiżankach, czy był wyjątek? W jaki sposób wyniki w każdej filiżance wyglądają inaczej? Jak myślisz, dlaczego tak jest?
- teraz weź kubek numer jeden i dodaj jedną dodatkową łyżkę 3 procent nadtlenku wodoru do kubka. Lekko obrócić kubek, aby wymieszać roztwór., Co teraz? Patrząc na Twoje wyniki, Co Twoim zdaniem jest czynnikiem ograniczającym reakcję katalazy w Twoich kubkach?
- Extra: powtórz tę czynność, ale tym razem nie dodawaj mydła do wszystkich reakcji. Co się różni po usunięciu mydła do naczyń? Nadal widzisz powstawanie piany?
- Extra: do tej pory zaobserwowano wpływ stężenia substratu (H2O2) na reakcję katalazy. Co się stanie, jeśli utrzymasz stężenie substratu na stałym poziomie, ale zmienisz stężenie enzymu?, Spróbuj dodać różne ilości roztworu drożdży do trzech łyżek nadtlenku wodoru, zaczynając od jednej łyżeczki. Czy zauważasz jakieś różnice, czy stężenie katalazy nie ma znaczenia w twojej reakcji?
- Extra: co się stanie, jeśli warunki środowiskowe dla enzymu zostaną zmienione? Powtórz reakcję katalazy, ale tym razem zmieniają warunki, takie jak pH, dodając ocet (kwas) lub sody oczyszczonej (zasada), lub zmienić temperaturę reakcji przez ogrzewanie roztworu w kuchence mikrofalowej. Czy możesz określić, które warunki są optymalne dla reakcji katalazy?, Czy są jakieś warunki, które eliminują aktywność katalazy?
- Extra: czy można znaleźć inne źródła enzymu katalazy, które można wykorzystać w tej aktywności? Zbadaj, jakie inne organizmy, rośliny lub komórki zawierają katalazę i spróbuj użyć ich do swojej reakcji. Czy działają tak dobrze jak drożdże?
obserwacje i wyniki
prawdopodobnie widziałeś w tym działaniu dużo bąbelków i piany. Co sprawiło, że pojawiła się pianka? Kiedy enzym katalaza wchodzi w kontakt z jego substratem, nadtlenkiem wodoru, zaczyna rozkładać go na wodę i tlen., Tlen jest gazem i dlatego chce uciec z cieczy. Jednak mydło do naczyń, które dodałeś do wszystkich roztworów, jest w stanie wychwycić pęcherzyki gazu, co powoduje powstanie stabilnej piany. Dopóki w roztworze znajduje się enzym i nadtlenek wodoru, reakcja trwa i powstaje piana. Gdy jeden z obu związków jest wyczerpany, tworzenie produktu zatrzymuje się. Jeśli nie dodasz mydła do naczynia do reakcji, zobaczysz pęcherzyki generowane, ale nie stabilne tworzenie piany.,
Jeśli nie ma nadtlenku wodoru, katalaza nie może funkcjonować, dlatego w cup one nie powinno się widzieć wytwarzania pęcherzyków ani piany. Tylko wtedy, gdy nadtlenek wodoru jest dostępny, reakcja katalazy może mieć miejsce, jak prawdopodobnie zaobserwowano w innych kubkach. W rzeczywistości reakcja katalazy zależy od stężenia substratu. Jeśli masz nadmiar enzymu, ale za mało substratu, reakcja będzie ograniczona przez dostępność substratu., Gdy dodasz więcej nadtlenku wodoru do roztworu, szybkość reakcji wzrośnie, ponieważ więcej cząsteczek substratu może zderzyć się z enzymem, tworząc więcej produktu. Rezultatem jest zwiększenie ilości piany wytwarzanej w filiżance, ponieważ zwiększa się ilość H2O2 w reakcji. Trzeba było zobaczyć więcej piany są produkowane po dodaniu innej łyżki nadtlenku wodoru do filiżanki pierwszej, co powinno spowodować podobną ilość piany jak w filiżance drugiej. Jednak w pewnym momencie osiągniesz stężenie substratu, w którym enzym zostanie nasycony i stanie się czynnikiem ograniczającym., W tym przypadku musisz dodać więcej enzymu, aby ponownie przyspieszyć reakcję.
na aktywność enzymów wpływa również wiele innych czynników. Większość enzymów funkcjonuje tylko w optymalnych warunkach środowiskowych. Jeśli pH lub temperatura zbytnio odbiegają od tych warunków, reakcja enzymatyczna znacznie spowalnia lub w ogóle nie działa. Być może zauważyłeś to podczas wykonywania dodatkowych kroków w procedurze.
Cleanup
wlać wszystkie roztwory do zlewu i wyczyścić wszystkie łyżki ciepłą wodą i mydłem do naczyń., Wytrzyj miejsce pracy mokrym ręcznikiem papierowym i umyj ręce wodą z mydłem.
Więcej do zbadania
Biologia Dla Dzieci; Enzymy, z Kaczorów
enzymy: małe cząsteczki, które pieką chleb, z Scientific American
Catalase, z PDB-101
reakcje katalizowane enzymami-co wpływa na ich szybkość?, od kumpli Nauki
wątroba: pomaga enzymom!, z Scientific American
działalność naukowa dla wszystkich grup wiekowych!, od kumpli Nauki
ta aktywność przyniosła ci we współpracy z kumplami Nauki
