nyckelbegrepp
biologi
biokemi
enzymer
fysiologi
kemi
introduktion
har du någonsin undrat hur all mat du äter blir smält? Det är inte bara syran i magen som bryter ner din mat—många små molekyler i din kropp, kallade enzymer, hjälper till med det också. Enzymer är speciella typer av proteiner som påskyndar kemiska reaktioner, såsom matsmältningen i magen., Faktum är att det finns tusentals olika enzymer i din kropp som arbetar dygnet runt för att hålla dig frisk och aktiv. I denna vetenskapsaktivitet kommer du att undersöka en av dessa enzymer, som kallas katalas, för att ta reda på hur det hjälper till att skydda din kropp mot skador.
bakgrund
enzymer är viktiga för vår överlevnad. Dessa proteiner, gjorda av våra celler, hjälper till att omvandla kemikalier i vår kropp, fungerar som en katalysator., En katalysator får reaktioner igång och gör dem hända snabbare, genom att öka graden av en reaktion som annars inte kan hända alls, eller skulle ta för lång tid att upprätthålla livet. En katalysator deltar emellertid inte i själva reaktionen—så hur fungerar det här? Varje kemisk reaktion behöver en minsta mängd energi för att få det att hända. Denna energi kallas aktiveringsenergin. Ju lägre aktiveringsenergin för en reaktion desto snabbare sker den. Om aktiveringsenergin är för hög uppstår inte reaktionen.,
enzymer har förmågan att sänka aktiveringsenergin för en kemisk reaktion genom att interagera med dess reaktanter (kemikalierna som gör reaktionen). Varje enzym har en aktiv plats, vilket är där reaktionen äger rum. Dessa platser är som speciella fickor som kan binda en kemisk molekyl. Föreningarna eller molekylerna enzymet reagerar med kallas deras substrat. Enzymfickan har en speciell form så att endast ett specifikt substrat kan binda till det, precis som bara en nyckel passar in i ett specifikt lås., När molekylen är bunden till enzymet sker den kemiska reaktionen. Sedan frigörs reaktionsprodukterna från fickan, och enzymet är redo att börja om igen med en annan substratmolekyl.
katalas är ett mycket vanligt enzym som finns i nästan alla organismer som utsätts för syre. Syftet med katalas i levande celler är att skydda dem mot oxidativ skada, vilket kan uppstå när celler eller andra molekyler i kroppen kommer i kontakt med oxidativa föreningar. Denna skada är ett naturligt resultat av reaktioner som händer inuti dina celler., Reaktionerna kan innefatta biprodukter som väteperoxid, vilket kan vara skadligt för kroppen, precis som hur en biprodukt av en fin brasa kan vara oönskad rök som gör att du hostar eller sticker dina ögon. För att förhindra sådan skada hjälper katalasenzymet att bli av med dessa föreningar genom att bryta upp väteperoxid (H2O2) i ofarligt vatten och syre. Vill du se katalyzeenzymet i aktion? I denna aktivitet kommer du att avväpna väteperoxid med hjälp av katalas från jäst.,eller skyddsglasögon
förberedelse
- ta en kopp och lös upp torrjästen i ungefär en halv kopp varmt kranvatten., Vattnet ska inte vara för varmt men nära kroppstemperaturen (37 Celsius). Låt den upplösta jästen vila i minst fem minuter.
- använd den permanenta markören för att märka de återstående fyra kopparna från en till fyra.
- till alla märkta koppar, lägg till en tesked diskmedel.
- till cup one inga ytterligare tillägg görs vid denna tidpunkt.
- innan du använder väteperoxid, sätta på dina skyddsglasögon för att skydda dina ögon. Om du spiller väteperoxid, rengör den med en våt pappershandduk. Om du får det på din hud, se till att skölja det drabbade området med mycket vatten.,
- till kopp två, tillsätt en matsked av 3 procent väteperoxidlösning. Använd en ny sked för väteperoxid.
- till kopp tre, tillsätt två matskedar av väteperoxid.
- till kopp fyra, tillsätt tre matskedar av väteperoxid.
- eventuellt kan du lägga till en droppe matfärg till var och en av de märkta kopparna. (Du kan välja en annan färg för var och en för enkel identifiering)
procedur
- ta kopp Nummer ett och placera det framför dig på arbetsområdet., Med en ny matsked, tillsätt en matsked av den upplösta jästlösningen till koppen och snurra den något. Vad händer när du lägger till jästen? Ser du en reaktion?
- placera kopp nummer två framför dig och lägg igen en matsked jästlösning till koppen. När du lägger till enzymet reagerar katalas med väteperoxid? Kan du se reaktionsprodukterna bildas?
- Lägg till en matsked jästlösning till kopp nummer tre. Ser du samma reaktion? Är resultatet annorlunda eller detsamma jämfört med kopp nummer två?,
- slutligen, tillsätt en matsked jästlösning till kopp nummer fyra. Ser du mer eller mindre reaktionsprodukter jämfört med dina tidigare resultat? Kan du förklara skillnaden?
- placera alla fyra kopparna bredvid varandra framför dig och observera dina resultat. Ägde den enzymatiska reaktionen rum i alla kopparna eller var det ett undantag? Hur ser resultaten i varje kopp annorlunda ut? Varför tror du att så är fallet?
- ta nu kopp Nummer ett och tillsätt ytterligare en matsked med 3 procent väteperoxid till koppen. Vrid koppen något för att blanda lösningen., Vad händer nu? Titta på alla dina resultat, Vad tycker du är den begränsande faktorn för katalasreaktionen i dina koppar?
- Extra: upprepa denna aktivitet, men den här gången inte lägga diskmedel till alla reaktioner. Vad är annorlunda när du tar bort skålen tvål? Ser du fortfarande skumbildning?
- Extra: hittills har du observerat effekten av substratkoncentrationen (H2O2) på katalasreaktionen. Vad händer om du håller substratkoncentrationen konstant men ändrar koncentrationen av enzymet?, Försök att lägga till olika mängder jästlösning till tre matskedar väteperoxid, från och med en tesked. Observerar du några skillnader, eller spelar koncentrationen av katalas ingen roll i din reaktion?
- Extra: Vad händer om miljöförhållandena för enzymet ändras? Upprepa katalasreaktionen men den här gången varierar förhållanden som pH genom att tillsätta ättika (en syra) eller bakpulver (en bas) eller ändra reaktionstemperaturen genom att värma lösningen i mikrovågsugnen. Kan du identifiera vilka villkor som är optimala för katalasreaktionen?, Finns det några villkor som eliminerar katalasaktiviteten?
- Extra: kan du hitta andra källor till katalasenzym som du kan använda i denna aktivitet? Forskning vilka andra organismer, växter eller celler innehåller katalas och försök använda dessa för din reaktion. Fungerar de såväl som jäst?
observationer och resultat
du såg förmodligen massor av bubblor och skum i denna aktivitet. Vad gjorde skummet visas? När enzymet katalas kommer i kontakt med dess substrat, väteperoxid, börjar det bryta ner det i vatten och syre., Syre är en gas och vill därför Fly vätskan. Skålen tvål som du lagt till alla dina lösningar kan dock fånga gasbubblorna, vilket resulterar i bildandet av ett stabilt skum. Så länge det finns enzym och väteperoxid närvarande i lösningen fortsätter reaktionen och skum produceras. När en av båda föreningarna är utarmad stannar produktbildningen. Om du inte lägger till disktvål till reaktionen ser du bubblor genererade men ingen stabil skumbildning.,
om det inte finns någon väteperoxid närvarande kan katalaset inte fungera, varför i cup one borde du inte ha sett någon bubbla eller skumproduktion. Endast när väteperoxid är tillgänglig kan katalasreaktionen ske som du förmodligen observerade i de andra kopparna. Faktum är att katalasreaktionen är beroende av substratkoncentrationen. Om du har ett överskott av enzym men inte tillräckligt substrat, kommer reaktionen att begränsas av substratets tillgänglighet., När du lägger till mer väteperoxid till lösningen kommer reaktionshastigheten att öka eftersom fler substratmolekyler kan kollidera med enzymet och bilda mer produkt. Resultatet är en ökande mängd skum som produceras i din kopp när du Ökar mängden H2O2 i din reaktion. Du borde ha sett mer skum produceras när du lagt till en annan matsked väteperoxid till kopp en, vilket borde ha resulterat i en liknande mängd skum som i kopp två. Men någon gång kommer du att nå en substratkoncentration där enzymet blir mättat och blir den begränsande faktorn., I det här fallet måste du lägga till mer enzym för att påskynda reaktionen igen.
många andra faktorer påverkar aktiviteten hos enzymer också. De flesta enzymer fungerar endast under optimala miljöförhållanden. Om pH eller temperaturen avviker från dessa förhållanden för mycket, saktar enzymreaktionen signifikant eller fungerar inte alls. Du kanske har märkt att när du gör de extra stegen i proceduren.
rengöring
Häll alla lösningar i diskbänken och rengör alla skedar med varmt vatten och diskmedel., Torka arbetsområdet med en våt pappershandduk och tvätta händerna med vatten och tvål.
mer att utforska
Biologi för barn; enzymer,från Ducksters
enzymer: de små molekyler som bakar bröd, från Vetenskapliga amerikanska
katalas, från PDB-101
enzymkatalyserade reaktioner – Vad påverkar deras priser?, från Science Buddies
levern: hjälpa enzymer hjälpa dig! från Scientific American
Vetenskap Aktivitet för Alla Åldrar!, from Science Buddies
denna aktivitet kom till dig i samarbete med Science Buddies
