EVROPSKÝ SOCIÁLNÍ FOND
Trojské
PRAHA & EU INVESTUJEME DO VAŠÍ BUDOUCNOSTI
t rumfy
BIOKATALYZÁTORY
Didaktický balíček č. 14
pražským školám projekt CZ.2.17/3.1.00/32718
A B ?
doplňte domácí úkol napište
?!
nápověda laboratorní práce prezentace úkol na výběr vyfoťte
DB = didaktický balíček PL = pracovní list PM = pracovní materiály
Členové realizačního týmu projektu: Manažer projektu Hlavní metodička Metodičky Metodik Odborné garantky Odborný garant Výtvarnice projektu
Mgr. Radim Jendřejas (Trojské gymnázium) Mgr. Zuzana Venclíková (Trojské gymnázium) Mgr. Ivana Motýlová (Trojské gymnázium) Mgr. Ada Hrstková (Trojské gymnázium) Mgr. Tereza Chýlová (Trojské gymnázium) Ing. Ludmila Horká (Trojské gymnázium) Ing. Lukáš Marek (Trojské gymnázium) Mgr. Věra Bidlová (Botanická zahrada hl. m. Prahy) PhDr. Eva Vítová (Botanická zahrada hl. m. Prahy) RNDr. Milena Peterová (Zoo Praha) Mgr. František Tymr (Zoo Praha) Bc.A. Eva Göndörová (Zoo Praha)
Enzymy
DB Č. 14 BIOKATALYZÁTORY
ŘEŠENÍ PL Č. 1
e škole ro práci v p t s li í n v Praco í práce laboratorn CHEMIE – u práci Určeno pro
skupinovo
Proč máme v puse sladko, když chvíli žvýkáme kousek chleba? Proč peroxid vodíku (lidově „kysličník“) šumí, když ho nalijeme na krvácející ránu? Díky čemu je potrava v našem těle trávena? Co zvyšuje účinnost pracích prášků? Jak je možné, že jedním práškem odstraníme z prádla zbytky tuků i bílkovin? V otázkách bychom mohli pokračovat a vždy by byla jediná odpověď – za průběh mnoha dějů kolem nás mohou enzymy. Např. ve slinách je enzym amyláza, který rozkládá škrob na disacharid maltózu. V krvi (a svalové hmotě) je enzym kataláza, který uvolňuje kyslík při rozkladu peroxidu vodíku. Každá buňka obsahuje desítky různých enzymů se specifickým účinkem, což znamená, že každý enzym katalyzuje jen určitou chemickou reakci. Trávicí šťávy obsahují 3 hlavní skupiny trávicích enzymů: sacharidy rozkládají amylázy, bílkoviny peptidázy a tuky lipázy. V pracích prášcích jsou bioaktivní přípravky získané činností různých mikroorganismů. Enzymy urychlují rozkladné reakce při metabolismu, snižují energii, kterou je třeba dodat pro průběh reakce, působí jako antioxidanty... Koncem 18. a začátkem 19. století se začalo tušit, že např. trávení masa probíhá díky žaludeční šťávě, že škrob se štěpí nějakou látkou ze slin, ale skutečná příčina těchto dějů známa nebyla. Věda se posunula vpřed díky výzkumům francouzského mikrobiologa Louise Pasteura.
A B ?
1. Vyberte ze slov pod ukázkou ta správná a doplňte je do textu o Louisi Pasteurovi.
Televizní film zachycuje podstatnou část ze života významného francouzského chemika a biologa, humanisty a jednoho ze zakladatelů moderní mikrobiologie Louise Pasteura (1822–1895). Jeho práci tvoří neúnavné experimenty, strádání a pochyby, zároveň ale i fenomenální objevy, které v 19. století posunuly lidské znalosti o struktuře mikroorganismů o obrovský kus vpřed. Pasteur položil základy preventivního očkování proti nakažlivým chorobám, jehož principy objevil při výzkumu psí vztekliny . Nikdo před ním totiž ještě nepopsal látky, které byly v mikroskopu neviditelné a kterými se tato nemoc šíří, tedy viry . K Pasteurovým objevům patří též proces zneškodňování škodlivých látek zahříváním, tzv. pasterizací. Pasteurovo jméno je dnes nedílnou součástí učebnic základních škol a skript chemie a mikrobiologie. Louis Pasteur patří k těm historicky významným osobnostem světové vědy, jako byli Alexander Fleming, Johannes Roentgen či Jan Janský, bez jejichž bádání a talentu by dnešní svět vypadal možná úplně jinak... (z upoutávky ČT na film Louis Pasteur; kráceno)
?!
Fleming – vztekliny – mikro – Janský – očkování – viry – pasterizace – biologa – nakažlivým
Ve větě „Pasteur položil základy …“ můžete najít nepřesnost. Za domácí úkol uveďte informaci na pravou míru. Princip očkování byl znám a uplatňoval se již o století dříve (očkování proti neštovicím).
1
2. Rozdělte se do skupin a zjistěte přítomnost enzymů v různých materiálech. K dispozici je video. POKUS Č. 1: JAKOU SÍLU MAJÍ SLINY ANEB DŮKAZ ÚČINKU ENZYMU AMYLÁZY VE SLINÁCH 1. Připravte si 3 malé kádinky a označte je samolepkami s písmeny S (sliny), N (nic přidaného) a K (kyselina). 2. Připravte škrobový maz tak, že 150 ml destilované vody zahřejete k varu a do vařící vody nalijete 1,5 g škrobového prášku rozmíchaného v troše studené vody. Za stálého míchání přiveďte znovu k varu a krátce povařte. Vychlaďte. 3. Důkladně si vypláchněte ústa, poslední výplach proveďte destilovanou vodou. Počkejte, než se začnou tvořit sliny a po chvíli je vyplivněte do 4. kádinky (neoznačené).
Potřebné pomůcky: • bramborový škrob • 10% kyselina sírová • destilovaná voda • kádinka na vaření škrobového mazu • tyčinka • 18 zkumavek (kapkovací destička, sklíčka) • 4 malé kádinky • teploměr • samolepky • jodová tinktura • 2% hydroxid sodný • Lugolův roztok* • Fehlingův roztok*
4. Do každé ze tří označených kádinek (S, N, K) nalijte cca 25 ml škrobového mazu. Do kádinky S přidejte sliny (cca 10 ml) a obsah promíchejte skleněnou tyčinkou. Do kádinky N nepřidávejte již nic dalšího (vzorek slouží pro porovnávání). Do kádinky K přilijte 2,5 ml 10% kyseliny sírové. 5. Připravte si 3 sady zkumavek po 6 kusech (celkem 18 zkumavek) nebo stejné množství malých hodinových sklíček, popř. kapkovací destičky. Označte je písmeny S, N, K. Do každé zkumavky (na sklíčko, destičku) dejte 1 ml Lugolova roztoku. 6. Malé množství vzorku z kádinky S přeneste do 1. zkumavky sady S, z kádinky N do 1. zkumavky sady N a z kádinky K do 1. zkumavky sady K . Zbarvení Lugolova roztoku s přeneseným vzorkem zapište do tabulky. 7. Kádinku S a N dejte do vodní lázně s teploměrem a udržujte na teplotě 37–38 ºC. Kádinku K dejte do vroucí vodní lázně a teplotu udržujte. 8. Po 5 minutách odeberte malé množství vzorku z každé kádinky a přeneste do 2. zkumavky s Lugolovým roztokem z každé sady. Postup opakujte – vždy po 5 minutách přeneste malé množství vzorku z kádinek S, N a K do 3. (4., 5. a 6.) zkumavky sady S, N a K. Zbarvení Lugolova roztoku s přeneseným vzorkem zapište do tabulky. Další pozorování a odběr bude po 15 minutách. Během této doby proveďte pokusy č. 2 a 3 uvedené níže. 9. Připravte si do sad další 2–4 zkumavky. Po 15 minutách k 1 ml vzorků z kádinek přidejte kapku jodové tinktury (JT, roztok jódu v ethanolu) a zjistěte, v jaké fázi je hydrolýza škrobu. Při červenohnědém zbarvení reakci ukončete. Konec hydrolýzy zjistěte také tím, že k 1 ml vzorků z kádinek přidáte po 5 ml činidla (ze směsi 2 ml 2% roztoku NaOH a 3 ml Fehlingova roztoku). Opakujte vždy po 15 minutách do pozitivního výsledku. Enzymatická (kyselá) hydrolýza škrobu je ukončena, když je škrob rozložený až na monosacharid glukózu. Výsledky průběžně zapisujte do tabulky. Závěrečné pozorování zkumavek s Fehlingovým roztokem proveďte po 24 hodinách.
* Příprava Lugolova roztoku: 1 g jodidu draselného a 0, 35 g jódu se rozpustí ve vodě a doplní další vodou na celkový objem 100 ml * Příprava Fehlingova roztoku: smíchejte roztok Fehling I (6, 9 g CuSO4 • 5H2O se rozpustí v cca 50 cm³ destilované vody a doplní na celkový objem 100 cm³) a Fehling II (34 g vinanu draselno-sodného a10 g NaOH se rozpustí v cca 50 cm³ destilované vody a doplní na celkový objem 100 cm³).
2
Nádoba
Čas [minuty]
Zbarvení sada S
Zbarvení sada N
Zbarvení sada K
1
0
okrové
modré
modré
2
3
okrové
modré
modré
3
6
okrové
modré
modré
4
9
okrové
modré
modré
5
12
okrové
modré
modré
6
15
okrové
modré
hnědočervené
7
30
JT – světle žluté
JT – modré
JT – hnědočervené
8
45
JT – světle žluté
JT – modré
JT – hnědočervené
9
60
Fehling – modré
Fehling – modré
Fehling – modré
10
75
Fehling – modré
Fehling – modré
Fehling – modré
11
24 h
na dně okrová sraženina
beze změny
na dně okrová sraženina
Vyvoďte závěr (rozdíly ve výsledcích u nádobek 1 až 6 a 7 až 12) a napište, co vás zaujalo. Dokud neproběhne hydrolýza škrobu, zbarvení se nemění. Rozklad škrobu na glukózu se dokázal Fehlingovým roztokem a okrovou sraženinou; u sady N k hydrolýze nedošlo.
?!
Věděli jste, že amyláza je enzym, který byl nalezen a izolován jako první? Že se nachází ve slinách a také je vytvářen slinivkou břišní? A že je v malém množství přítomen v krvi a v moči?
POKUS Č. 2: CO VŠECHNO MŮŽE BÝT V BRAMBOŘE ANEB DŮKAZ ENZYMU KATALÁZY K dispozici je video. 1. Rozkrojenou umytou bramboru položte na hodinové sklo a na řeznou plochu kápněte pár kapek koncentrovaného (35%) peroxidu vodíku (provede vyučující, je nutné pracovat v rukavicích). 2. Totéž proveďte s rozkrojenou vařenou bramborou.
3
Potřebné pomůcky: • syrová a vařená brambora • gumové rukavice • 2 hodinová skla • kapátko • 35% roztok peroxidu vodíku
3. Pozorujte, co se děje, a popište výsledek.
Na syrové bramboře se peroxid vodíku rozložil (šumění), na vařené ne => enzymy ničí vysoká teplota
A B ?
Na základě pozorování doplňte do věty vhodná slova. Peroxid vodíku se díky enzymu kataláze rozkládá za vzniku kyslíku a vody .
?!
Věděli jste, že kataláza působí jako antioxidant? Že je přítomna hlavně v játrech a že chrání organismus před peroxidem vodíku z metabolismu, před reaktivními formami kyslíku, že snižuje jeho koncentraci a zastavuje nežádoucí řetězové reakce?
POKUS Č. 3: CO V MOUCE NENÍ VIDĚT ANEB DŮKAZ ENZYMU KATALÁZY K dispozici je video. 1. Připravte si malou, dole rozšířenou baňku se zátkou s otvorem a vývodem; do ní dejte 1 lžíci pšeničných otrub. 2. Na vývod nasaďte hadičku, její volný konec zaveďte pod hladinu vody do kádinky naplněné vodou do tří čtvrtin objemu. 3. Vybaven rukavicemi přilije vyučující do baňky přiměřené množství koncentrovaného (35%) peroxidu vodíku. Rychle uzavřete zátkou. Obsah dobře protřepejte.
Potřebné pomůcky: • malá, dole rozšířená baňka s postranním vývodem, zátka (baňka bez vývodu, zátka s otvorem, odvodní trubička) • gumová hadička • kádinka • pšeničné otruby (obilné vločky) • gumové rukavice • 35% roztok peroxidu vodíku
4. Pozorujte, co se děje, a popište výsledek.
V kádince s vodou probublává plyn vznikající rozkladem H2O2.
?!
V kádince s vodou probublává plyn vznikající rozkladem H2O2.
Za domácí úkol splňte jedno ze dvou zadání. 1. Vypočtěte, jaké množství peroxidu vodíku potřebujete pro přípravu 300 g jeho 30% roztoku nutného pro tento pokus. Vycházejte ze 100% peroxidu vodíku. mS = wS • mR = 0,3 • 300 = 90 [g H2O2] 2. Zjistěte, kde všude se peroxid vodíku využívá. Využití peroxidu vodíku: desinfekce odřenin, oxidační i redukční činidlo, bělení vlny, hedvábí, odbarvování vlasů
4
ENZYMY
DOPORUČENÍ PRO UČITELE
• PL je určen pro práci ve škole s možnými doplňujícími domácími úkoly (samostatnými či skupinovými). K dispozici je video.
• PL začíná doplňováním textu – určeno pro jednotlivce, dvojice i skupiny, při nedostatku času je možné některé úkoly zadat na doma.
• Práce ve škole je v rozsahu 2 vyučovacích hodin, popř. pokud je k dispozici pouze 1 hodina, je vhodné, aby vyučující začal pokus č. 1 o hodinu dříve a žáci pak souběžně odebírali vzorky svého pokusu a zároveň i vzorky z předem zahájeného pokusu. Poslední odběry jsou za 24 (ale i za 48) hodin. Provedou žáci další den nebo vyučující přinese výsledky do třídy.
• Pro urychlení pokusu je vhodné, aby vyučující předem připravil škrobový maz a roztoky. • Příprava Lugolova roztoku: 1 g jodidu draselného a 0, 35 g jódu se rozpustí ve vodě a doplní další vodou na cel-
kový objem 100 ml. Fehlingovo činidlo připravte smísením roztoku Fehling I (6, 9 g CuSO4 • 5H2O se rozpustí v cca 50 cm³ destilované vody a doplní na celkový objem 100 cm³) a Fehling II (34 g vinanu draselno-sodného a10 g NaOH se rozpustí v cca 50 cm³ destilované vody a doplní na celkový objem 100 cm³).
• Pokus č. 1 lze rozdělit pro 3 skupiny – 1. skupina provádí odběry ze škrobového mazu se slinami (kádinka S), druhá se samotným škrobovým mazem (kádinka N) a třetí se škrobovým mazem a kyselinou (kádinka K). Skupiny pak se svými výsledky seznámí ostatní a společně se vyvodí závěry – za jakých podmínek hydrolýza škrobu probíhá.
• Pokus č. 2 se provádí se v mezičase pokusu 1. Vyučující předem připraví vařenou bramboru. • Pokus č. 3 se provádí se v mezičase pokusu 1. Může se použít baňka s postranním vývodem nebo malá baňka,
kterou uzavřete korkovou nebo gumovou zátkou (musí dobře těsnit) s otvorem, do kterého nasadíte odvodní trubičku. Na postranní vývod (odvodní skleněnou trubičku) nasadí žáci hadičku.
• Místo pšeničných otrub lze použít i dobře rozmixované obilné vločky. • Závěr PL je věnován výpočtu příkladu a vyhledání doplňujících informací.
