Усі лабораторні роботи. 6-11 класи

Лабораторна робота № 2

Вивчення властивостей ферментів

Мета: ознайомитись із дією ферментів на перебіг біохімічних реакцій.

Обладнання і матеріали: штатив із пробірками, градуйовані піпетки, крапельниці, колба, скляні палички, водяна баня, розчин люголя, дистильована вода, стакан із льодом, 0,2 %-й водяний розчин крохмалю.

Хід роботи

Завдання 1. Вивчіть дію ферменту слини (амілази) на крохмаль.

1. Сполосніть ротову порожнину 2-3 рази водою, потім прополощіть 50 мл дистильованої води протягом 3-5 хв., після чого зберіть утворений розчин слини в колбу.

2. Пронумеруйте дві пробірки і засипте в них по 2 мл розчину крохмалю.

3. У пробірку № 1 додайте 0,5 мл розчину слини, який містить фермент амілазу, а в пробірку № 2 — 0,5 мл дистильованої води.

4. Пробірки № 1 і 2 після перемішування потримайте 15 хв. на водяній бані при температурі +38 °С (яка є оптимальною для дії амілази). Після цього додайте до їх вмісту 2-3 краплини розчину люголя та збовтайте до появи синьо-фіолетового забарвлення розчину.

5. У пробірці, де була слина, спостерігається знебарвлення розчину внаслідок розщеплення крохмалю ферментом слини амілазою, а де її не було — зберігається синьо-фіолетове забарвлення.

6. Результати дослідів запишіть у зошит. Зробіть висновки.

Завдання 2. Дослідіть вплив температури на активність ферменту слини (амілази) у реакції з крохмалем.

1. Пронумеруйте чотири пробірки і в усі додайте по 2 мл розчину крохмалю та по 0,5 мл розчину слини.

2. Пробірку № 1 залиште при кімнатній температурі, №2 — витримайте у водяній бані при температурі +38 °С, № 3 — кип’ятіть на водяній бані, №4 — поставте у склянку з льодом.

3. Через 10-15 хв. вилучіть пробірки з водяних бань та склянки з льодом. Потім в усі чотири пробірки додайте по 2-3 краплини розчину Люголя. У пробірці № 1 спостерігається утворення проміжних продуктів розщеплення крохмалю, які під час реакції з йодом мають жовтий, червоний або фіолетовий колір; № 2 — містить прозорий розчин, що свідчить про повне розщеплення крохмалю амілазою за оптимальної для цього ферменту температури; № 3 і 4 — позитивна реакція на крохмаль (розчини набувають синьо-фіолетового забарвлення), оскільки амілаза стає неактивного унаслідок кип’ятіння чи охолодження.

4. Результати дослідів запишіть у зошит. Зробіть висновки.

Виконання роботи

Каталітична функція притаманна особливим білкам — ферментам, або ензимам, що впливають на перебіг біохімічних реакцій. Каталіз — зміна швидкості перебігу хімічних реакцій під дією певних хімічних сполук. Каталітичну функцію в живих організмах — біокаталіз — здійснюють ферменти.

Відомо понад 2000 ферментів. Вони бувають простими та складними. Прості ферменти — це білкові молекули (пепсин, трипсин тощо), які складаються лише з амінокислотних залишків. Складні ферменти, крім білкової частини, містять ще й небілкову, яку називають кофактором. Кофакторами можуть бути неорганічні катіони або аніони, а також органічні речовини (коферменти), наприклад похідні вітамінів. Білковий компонент складних ферментів називають апоферментом; він визначає, яку саме реакцію каталізує певний складний фермент. Але активність складних ферментів проявляється лише тоді, коли білкова частина ферменту сполучається з небілковою.

Каталітична активність ферменту зумовлена не всією молекулою, а лише її невеликою ділянкою — активним центром. Його просторова структура відповідає хімічній будові речовин, які вступають у реакцію. Активний центр відповідає за приєднання та перетворення сполук, що вступають у реакцію. Саме тому дія ферменту специфічна. Часто до складу активного центру входять похідні вітамінів або атоми металів. В одній молекулі ферменту може бути кілька активних центрів.

Ферменти утворюють нестійкі комплекси з речовинами, які вступають у реакцію. Ферментативна реакція перебігає в 10⁶-10¹² разів швидше, ніж у середовищі без ферментів. За кілька секунд чи навіть частки секунди в організмі відбувається складна послідовність реакцій, для проведення якої із застосуванням звичайних хімічних каталізаторів потрібні дні, тижні або навіть місяці. Це пояснюють тим, що для здійснення будь-якої хімічної реакції необхідний контакт між реагентами. Аби відбулася реакція без участі ферментів потрібна висока концентрація реагентів у середовищі або підвищена температура, за якої прискорюється рух молекул і зростає ймовірність контактів молекул реагентних сполук. Але в організмах концентрація речовин часто дуже низька, а високі температури можуть бути небезпечними. Саме тому біохімічні реакції не можуть відбуватись без участі ферментів.

При контакті з ферментом субстрат орієнтується у безпосередній близькості від специфічних груп активного центру ферменту. При цьому зменшується стабільність хімічних зв’язків у молекулі субстрату. Відомо, що для перебігу хімічної реакції молекула субстрату повинна перейти у так званий перехідний стан, коли полегшується розрив хімічних зв’язків. Енергію, необхідну для переходу субстрату в активований стан, називають енергією активації (на розрив певного зв’язку витрачається енергії не менше, ніж витрачено на його утворення). Іншими словами, енергія активації — це енергія, потрібна для того, щоб розпочалася відповідна хімічна реакція. Утворюючи комплекс «фермент-речовини», які вступають у реакцію, ферменти знижують енергію активації. Такий комплекс швидко розпадається з утворенням продуктів реакції. Сам фермент при цьому не втрачає своєї активності і може каталізувати наступну подібну реакцію.

Одні з ферментів забезпечують розщеплення певних сполук. Наприклад, фермент целюлоза забезпечує розщеплення клітковини (целюлози). Якщо у реакції беруть участь дві сполуки або більше, кожна з них взаємодіє з ферментом. Фермент при цьому утримує їх близько одна від одної, забезпечуючи реакцію.

Активність ферменту проявляється лише за певних умов: тих чи інших значень температури, тиску, pH тощо. Існують і спеціальні речовини, здатні регулювати активність ферментів. Вони зв’язуються з активними центрами ферментів і блокують їх активність. У ролі таких речовин-інгібіторів можуть виступати йони важких металів: Свинцю (Рb), Арсену (As), Аргентуму (Ag). Ферментативні реакції відбуваються у вигляді низки послідовних етапів (до декількох десятків). Ланцюги взаємопов’язаних ферментативних реакцій загалом забезпечують обмін речовин і перетворення енергії в окремих клітинах й організмі в цілому.

Завдання 1

У пробірці № 1, у якій знаходився розчин крохмалю, слини та ферменту амілази, при нагріванні відбулося ферментативне розщеплення крохмалю, тому після додавання розчину Люголя розчин залишився знебарвленим. У пробірці № 2, яка містила лише розчин крохмалю, після додавання розчину Люголя з’явилося синє забарвлення.

Завдання 2

У пробірці № 1, де знаходились розчин крохмалю і слини та які перебували при кімнатній температурі, спостерігалося червоне забарвлення, що зумовило утворення проміжних продуктів розщеплення крохмалю. У пробірці № 2, де розчин крохмалю та слини нагрівався при температурі 38 °С, маємо прозорий розчин, що свідчить про повне розщеплення крохмалю амілазою за оптимальної для цього ферменту температурі. У пробірках № 3 та № 4 розчин набув синьо-фіолетового забарвлення, оскільки амілаза стає неактивною унаслідок кип’ятіння чи охолодження.