Влияние на температурата върху ензимната активност
Раздел
Клетката - основна структурно-функционална единица на организмите; Биологични катализатори; Фактори на ензимната активност.
Времетраене
45 минути
Цели по предметно знание:
Учениците:
- дефинират понятията активатор и инхибитор;
- описват факторите, които влияят върху скоростта на каталитичните реакции;
- анализират получените резултати.
Необходими материали:
- Хладилник, печка или котлон;
- Малка хладилна чанта;
- Термос с ледено студена вода (около 0-1 градуса Целзий);
- Кубчета лед (достатъчни, за да напълнят хладилната чанта с дълбочина около 10 см.);
- Градуиран цилиндър с капацитет 100 мл.;
- Голяма бехерова чаша;
- Разтвор на ензим каталаза, прясно приготвен;
- Малко бурканче от бебешка храна/малка бехерова чаша;
- Водороден пероксид – 3 %, нов или наскоро отворен (най-малко 1000 мл.);
- Хронометър или таймер;
- Щипки или пинсети;
- Термометър за измерване на температурата във въздуха и водата;
- Лабораторни ръкавици;
- Технологична карта “Фактори на ензимна активност”;
- Работен лист за изследване на ензимната активност.
Ако не разполагате с фризер, хладилник или печка, може да използвате алтернативни варианти, като хладилна чанта, бързовар, термос с гореща вода, електрическа кана или ледени кубчета.
Направете кратка дискусия по темата “Защо температурата би повлияла на протичането на каталитичните реакции?” Задайте насочващи въпроси на учениците, които да им помогнат сами да достигнат до правилните изводи и заключения:
- Каква е ролята на ензимите в каталитичните реакции?
- Какво представляват ензимите?
- Какво се случва с белтъчните молекули при силно нагряване?
Генерирайте идеи, на базата на които оформете аргументирани предположения за влиянието на температурата върху каталитичните реакции.
Инструкции
“Вече разбрахме, че скоростта на каталитичната реакция може да бъде повлияна от концентрацията на ензимния разтвор. Смятате ли, че понижаването или повишаването на температурата също може да окаже влияние? Направете аргументирани предположения, като вземете предвид същността на ензимните молекули.”
Обобщение
“Тъй като ензимите са протеини, активността им често зависи от температурата на средата. Например лекото нагряване на ензимите може да повиши тяхната активност, но силното нагряване може да ги накара да променят формата си и да спрат да работят (процес, наречен денатуриране).”
Важно!
Насърчете учениците да проявяват уважение един към друг и да се изслушват.
Материали за дейността
След като учениците вече са приготвили своите разтвори на ензима каталаза и са направили прогнозен анализ на влиянието на температурата върху скоростта на реакцията, всяка група трябва да провери дали направените предположения са верни.
За целта деветокласниците изстудяват водородния пероксид до 0-1 градуса, след което постепенно го затоплят до 10, 20, 30 и 40 градуса. Скоростта на каталитичния процес се измерва при всяка от посочените температури по вече познатата методика - парче филтър, напоено с каталазен разтвор, се пуска ниско над повърхността на водородния пероксид и се засича след колко време ще изплува отново над повърхността. Получените резултати се записват в работните листове.
Инструкции
“Сега всяка работна група ще изследва активността на ензима каталаза при различни температури - приблизително 0 градуса, 10 градуса, 20 градуса, 30 градуса и 40 градуса. Както и в предходния час, ще трябва да накиснете квадратен филтър за кафе в разтвора на каталаза и след това да засечете колко време е необходимо за потъването и издигането му над повърхността на водородния пероксид. Запишете получените резултати в работните си листове. Не забравяйте да почиствате бурканчетата с водородния пероксид преди всеки тест, защото ако в него е останала каталаза от предишния опит, това може да повлияе на резултатите от следващия. Следвайте внимателно стъпките в технологичната карта, която ви раздадох, като спазвате правилата за безопасност при работа с химически реактиви и електрически уреди.”
Обобщение
“С помощта на този научен експеримент влязохме в ролята на биотехници и установихме, че температурата на ензимния разтвор може да повиши или да забави скоростта на биохимичните реакции. Това е един от методите за контролиране на ензимната активност при производството на голяма част от медикаментите и хранителните продукти на пазара.”
Важно!
- Отново направете кратък инструктаж за работа с реактивите и електроуредите и раздайте на всяка работна група по една технологична карта “Фактори на ензимна активност”.
- Каталазният разтвор трябва да се използва непосредствено след приготвянето му и в моментите, в които не се използва от учениците (междучасие, дискусия, изстудяване или затопляне на водородния пероксид), трябва да се поставя в хладилник или хладилна чанта с лед, за да се запази активността на ензима по-дълго време.
В края на часа отделете няколко минути, за да обобщите получените резултати. Учениците от всяка работна група трябва да попълнят в работните листове наблюденията си по отношение на следните въпроси:
- Как се променя активността на ензима каталаза с увеличаване на температурата?
- При каква температура на водородния пероксид реакцията протича най-бързо?
- При каква температура на субстрата ензимът показва най-слаба активност?
- На какво се дължат направените наблюдения?
Инструкции
“Сега всеки от вас трябва да отбележи в работния си лист направените наблюдения по време на експеримента. Отговорете на поставените въпроси и направете изводи за факторите, които влияят на скоростта на каталитичната реакция.”
Обобщение
“Днес видяхме как функционират на практика ензимите и изследвахме как различни фактори могат да повлияят на тяхната активност, като я активират или инхибират. Наблюдаваните закономерности се дължат на особеностите в структурата и строежа на ензимните молекули. В практиката те се използват за контролиране на концентрацията на различни вещества и протичането на определени реакции в производствените процеси, както и за синтезиране и контрол на действието на някои видове медикаменти.”
Важно!
Следете работата на учениците и им помагайте с насочващи въпроси, ако срещат затруднения.
