Усі лабораторні роботи. 6-11 класи

Лабораторні досліди та практичні роботи до підручника «Біологія» 9 клас

Тема 1. Хімічний склад клітини та біологічні молекули

Лабораторне дослідження № 1

Тема: Властивості ферментів

Робота може виконуватися за одним з двох варіантів - з вивченням ферменту амілази слини або з вивченням ферменту каталази, що міститься у живих клітинах тварин та рослин.

ВАРІАНТ 1. Вивчення ферменту каталази

Мета: вивчити основні властивості ферментів на прикладі ферменту каталази; дослідити дію ферменту каталази на гідроген пероксид; з’ясувати умови, потрібні для здійснення каталітичної функції ферменту.

Обладнання і матеріали: мікроскопи, штатив з пробірками, фільтрувальний папір, піпетка, скляна паличка, пінцет, термометр, лійка, лабораторні піпетки, водяна баня, предметні та покривні скельця, препарувальна голка, дистильована вода Н₂О, склянка зі снігом або льодом, 3 % розчин гідроген пероксиду Н₂О₂, 5 % спиртовий розчин йоду І₂, рідкий 2 % крохмальний клейстер, сухий крохмаль, сира й варена картопля, листки елодеї (бальзаміну, пеларгонії або ін.), шматочки сирого і вареного м’яса (або печінки), пісок.

Хід роботи:

Гідроген пероксид (перекис водню) Н₂О₂ є токсичним для живих клітин. Він накопичується в клітинах внаслідок окисно-відновних процесів.

Накопиченню гідроген пероксиду перешкоджає фермент каталаза, який прискорює розщеплення цієї речовини на воду Н₂О та кисень О₂↑.

Про активність каталази можна робити висновки на підставі того, наскільки інтенсивним є виділення кисню з тканин.

Дослід 1. Дослідження активності каталази в клітинах листка рослини

1. Приготуйте мікропрепарат витриманого на світлі 8-10 годин листка елодеї (бальзаміну, пеларгонії) і розгляньте його під мікроскопом. Зверніть увагу на форму клітин, їхнє прилягання одна до одної та наявність або відсутність клітинних включень.

2. Нанесіть піпеткою на край покривного скла розчин гідроген пероксиду Н₂О₂, а з протилежного боку відтягніть воду фільтрувальним папером (до тих пір, доки розчин не опиниться під накривним скельцем).

3. Розгляньте мікропрепарат під мікроскопом. Опишіть стан клітин до додавання гідроген пероксиду та після нього. Результати занесіть до таблиці.

При додаванні гідроген пероксиду до клітин листка рослини відбувається бурхливе виділення бульбашок кисню.

Це свідчить про наявність ферменту каталази в живих рослинних клітинах.

Дослід 2. Дослідження активності каталази в клітинах запасної тканини рослини

1. Пронумеруйте п’ять пробірок. Дві з них будуть задіяні у досліді 2, три інші - у дослідах 3 та 4.

2. До пробірки № 1 помістіть цілий шматочок сирої картоплі, а до пробірки № 2 - шматочок вареної картоплі.

3. У кожну пробірку прилийте по 2 мл гідроген пероксиду Н₂О₂. Спостерігайте, в якій з пробірок відбудуться зміни. Результати занесіть до таблиці.

У досліді зі шматочками вареної картоплі розщеплення гідроген пероксиду не відбувається (кисень не виділяється), тому що під час приготування картоплі відбулася денатурація білка-ферменту каталази, порушилася третинна і вторинна структури молекули, і це привело до руйнування активного центру ферменту.

У досліді зі шматочками сирої картоплі відбувається бурхливе виділення кисню, що свідчить про наявність в клітинах картоплі ферменту каталази.

Дослід 3. Дослідження активності каталази в клітинах тваринних тканин

1. До пробірки № 3 помістіть шматочок сирого м’яса (або печінки), а до пробірки № 4 - шматочок вареного.

2. У кожну пробірку прилийте по 2 мл гідроген пероксиду. Спостерігайте, в якій з пробірок відбудуться зміни. Результати занесіть до таблиці.

У досліді зі шматочками вареного м’яса (печінки), як і в попередньому досліді, не було розщеплення гідроген пероксиду (кисень не виділяється), тому що під час термічної обробки м’яса (печінки) також відбулася денатурація білка-ферменту каталази, порушилася третинна і вторинна структури молекули, і це привело до руйнування активного центру ферменту.

У досліді зі шматочками сирого м’яса (печінки) відбувається бурхливе виділення кисню, що свідчить про наявність в клітинах м’яса (печінки) ферменту каталази.

Можете провести такі сам дослідження з іншими об’єктами - сирими та вареними фруктами або овочами.

Дослід 4. Дослідження наявності каталази в неживих об’єктах

1. В пробірку № 5 помістіть невелику кількість піску.

2. Прилийте 2 мл гідроген пероксиду. Чи спостерігаєте виділення газу?

Вміст пробірки залишається без змін. Розкладання гідроген пероксиду не відбувається. Пісок є неживим об’єктом і не містить ферменту каталази.

Результати дослідів занесіть до таблиці:

Вміст мікропрепарату, пробірки	Що спостерігали	Висновки
Листок рослини + кілька крапель Н2О2	Утворення бульбашок газу.	Клітини листа рослини містять фермент каталазу.
Шматочок сирої картоплі + 2 мл Н2О2	Утворення бульбашок газу.	Клітини сирої картоплі містять фермент каталазу.
Шматочок вареної картоплі + 2 мл Н2О2	Розкладання гідроген пероксиду не відбувається.	Під час приготування вареної картоплі відбулася денатурація ферменту.
Шматочок сирого м’яса (печінки) + 2 мл Н2О2	Утворення бульбашок газу.	Клітини сирого м’яса (печінки) містять фермент каталазу.
Шматочок вареного м’яса (печінки) + 2 мл Н2О2	Розкладання гідроген пероксиду не відбувається.	Під час приготування вареного м’яса (печінки) відбулася денатурація ферменту.
Пісок + 2 мл Н2О2	Розкладання гідроген пероксиду не відбувається.	Пісок є неживим об’єктом і не містить ферментів.

Отже, каталаза міститься лише в живих клітинах (листки рослин, сирі м’ясо, печінка) і відсутня в об’єктах неживої природи (пісок). За кип’ятіння молекули каталази змінюють свою структуру, фермент піддається денатурації і втрачає каталітичні властивості.

Висновки:

1. Фермент каталаза є біологічним каталізатором, міститься в живих клітинах тварин та рослин. Вона прискорює хімічні реакції і має білкову природу.

2. Каталаза виявляє свою дію лише за певних умов (кімнатна температура). За різкої зміни умов (кип’ятіння) піддається денатурації і втрачає каталітичні властивості.

3. Дія ферменту є специфічною: в дослідах відбувається розкладання лише однієї речовини - гідроген пероксиду.

ВАРІАНТ 2. Вивчення ферменту амілази

Мета: вивчити дію та основні властивості ферментів на прикладі ферментів слини; з’ясувати умови, потрібні для здійснення каталітичної функції ферменту.

Обладнання та матеріали: штатив, 5 пробірок, рідкий 2 % крохмальний клейстер, сухий крохмаль, дистильована вода Н₂О, розчин калій йодиду КІ, 10 % розчин купрум(ІІ) сульфату CuSO₄, 1 % розчин хлоридної кислоти НСl, термометр, лійка, лабораторні піпетки, склянка зі снігом або льодом, водяна баня, годинник, маркер.

Хід роботи:

Завдання № 1. Приготування розчину слини

1. Ополосніть питною водою ротову порожнину 2-3 рази.

2. Відміряйте 30 мл дистильованої води і продовжуйте нею ополіскування протягом 3-5 хвилин.

3. Зберіть розчин слини в колбу. Слина містить ферменти амілазу та мальтазу, що розщеплюють вуглеводи до оліго- та моносахаридів. Цей розчин застосовуватиметься у наступних дослідах.

4. Пронумеруйте п’ять пробірок.

Завдання № 2. Вивчення пливу температури на активність амілази слини

1. У пробірку № 1 додайте 3 мл крохмального клейстеру та поставте її на водяну баню за температури +37-38 °C. В цьому досліді умови для дії ферментів будуть максимально наближені до умов живого організму.

2. У пробірку № 2 долийте 3 мл крохмального клейстеру і поставте її в сніг. Вона перебуватиме за температури 0 °C. В цьому досліді можна з’ясувати, як зниження температури вплине на активність ферменту.

3. У пробірці № 3 закип’ятіть слину (температура +100 °C) і додайте 3 мл крохмального клейстеру. В цьому досліді можна визначити вплив високої температури на дію ферменту.

Завдання № 3. Вивчення пливу pH середовища на активність амілази слини

1. У пробірку № 4 долийте 2 мл крохмального клейстеру та 1 мл 1% розчину хлоридної кислоти НСl. За допомогою цього досліду можна дослідити вплив реакції середовища на активність ферменту.

2. У пробірку № 5 додайте 0,5 г сухого крохмалю і трохи води - для порівняння швидкості розщеплення сухого і вареного крохмалю.

3. Перевірте реакцію середовища у пробірках № 1 та № 4 за допомогою кислотно-лужного індикатора (універсального індикаторного паперу). В пробірці № 4 середовище буде кислим, в пробірці № 1 - нейтральним.

4. Пробірки № 3, 4, 5 помістіть на водяну баню за температури 37-38 °C. Стежте за зовнішніми змінами крохмалю, щоб відмітити розщеплення крохмалю слиною. За розщеплення крохмалю помутніння буде зникати і вміст пробірок стане прозорим.

Завдання № 4. Визначення ступеню розщеплення крохмалю за різних умов

1. Через 10-15 хвилини зберіть усі пробірки. Вміст пробірок № 1, 3, 5 поділіть на дві частини: 1-А, 3-А, 5-А та 1-Б, 3-Б, 5-Б.

2. В усіх пробірках частини А проведіть кольорову реакцію з йодом: крохмаль, що не розщепився, змініть свій колір на синій. За інтенсивністю забарвлення можна визначити ступінь розщеплення крохмалю.

3. Для визначення появи продуктів розщеплення крохмалю (дисахаридів та моносахаридів) у пробірках частини Б проведіть реакцію Троммера.

Для цього:

- до вмісту кожної пробірки додайте по 4 мл 10 % розчину натрій гідроксиду NaOH;

- потім додайте 2-3 краплі 10 % розчину купрум(II) сульфату CuSO₄ (до появи синього забарвлення);

- вміст пробіркок нагрівайте до кипіння.

За наявності моносахариду (глюкози) - випадає осад купрум(II) оксиду СuО цегельно-червоного кольору. За наявності дисахариду (мальтози) - осад купрум(І) оксиду Сu₂О жовтого кольору.

4. Занесіть результати спостережень та висновки до таблиці:

№ проб.	Вміст	Температура	Спостереження	Висновки
1	Крохмальний клейстер + слина	+38 °C	Реакція на йод відсутня. У реакції на ди- та моносахариди - цегельно-червоний осад (наявна глюкоза)	Крохмаль повністю розщепився до глюкози
2	Крохмальний клейстер + слина	0 °C	У реакції з йодом - фіолетове забарвлення. Реакція на ди- та моносахариди відсутня	Незначне розщеплення крохмалю до амілодекстрину
3	Крохмальний клейстер + слина	Кип’ятіння, +38 °C	У реакції з йодом - синє забарвлення. Реакція на ди- та моносахариди відсутня	Крохмаль не розщепився
4	Крохмальний клейстер + слина + хлоридна кислота	+38 °C	У реакції з йодом - синє забарвлення. Реакція на ди- та моносахариди відсутня	Крохмаль не розщепився
5	Сухий крохмаль + слина	+38 °C	У реакції з йодом - фіолетове забарвлення. У реакції на ди- та моносахариди - сліди жовтого осаду (наявна мальтоза)	Незначне розщеплення крохмалю

Отже, оптимальною температурою для дії ферменту слини амілази є температура, близька до температури тіла (+38 °С). За зниженої температури (близько 0 °С) реакція відбувається дуже повільно, активність ферменту низька, розщеплення крохмалю незначне. Кисле середовище є несприятливим для дії амілази - фермент стає неактивним і розщеплення крохмалю не відбувається. За підвищеної температури (+100 °C) фермент піддається денатурації і втрачає свої каталітичні властивості, розщеплення крохмалю також не відбувається. Сухий, нерозварений крохмаль погано розщеплюється ферментами слини.

Висновок:

1. Фермент слини амілаза є біологічним каталізатором і розщеплює полісахарид крохмаль до моносахариду - глюкози.

2. Ферменти виявляють свою дію лише за певних умов (певна температура, рівень pH тощо): амілаза та мальтаза слини діють у слабко лужному та нейтральному середовищі за температури, близької до температури тіла. У кислому середовищі реакція не відбувається.

3. За різкої зміни умов (збільшення температури, за присутності концентрованих розчинів кислот, лугів, солей тощо) ферменти піддаються денатурації і втрачають свої каталітичні властивості.