Тестване на 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 понятието каталитична реакция;
- описват принципа на работа на каталитичните реакции;
- изследват влиянието на различни фактори върху ензимната активност.
Необходими материали:
- Дестилирана вода (поне 400 мл.);
- Хладилник, фризер, печка или котлон;
- Филтърна хартия или филтри за кафе;
- Ножици;
- Линийка или рулетка;
- Малка хладилна чанта;
- Кубчета лед (достатъчни, за да напълнят хладилната чанта с дълбочина около 10 см.);
- Плик с цип и вместимост около два-три литра;
- Дървен чук;
- Сурови картофи;
- Белачка за картофи;
- Нож и дъска за рязане;
- Парче хартия за печене;
- Електронна кухненска везна;
- Градуиран цилиндър с капацитет 100 мл.;
- Блендер или пасатор;
- Голям буркан (трябва да побира най-малко 400 мл.);
- Фуния;
- Малко бурканче от бебешка храна/малка бехерова чаша;
- Водороден пероксид – 3 %, нов или наскоро отворен (най-малко 740 мл.);
- Хронометър или таймер;
- Щипки или пинсети;
- Термометър за измерване на температурата във въздуха и водата;
- Тенджера;
- Лабораторни ръкавици;
- Технологична карта “Ензимен разтвор”;
- Примерни твърдения “Правилно-грешно”;
- 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 или ледени кубчета.
В началото на часа проверете до каква степен учениците са усвоили необходимите за изпълнението на проекта понятия. Направете кратка игра на “Правилно-грешно”. Прочетете твърдение, свързано с изследваните понятия. Учениците, които смятат, че то е вярно, стават прави. Останалите, които смятат, че твърдението е грешно, остават седнали. Посочете няколко ученици от изправените и няколко от седналите, които да обяснят защо са посочили даден отговор като правилен или грешен. Задайте насочващи въпроси, с помощта на които да достигнете до верния отговор. Ето няколко примерни твърдения:
- Белтъците са ензими;
- В една и съща биохимична реакция могат да участват различни ензими;
- Биохимичните реакции могат да протичат и без ензими;
- Инхибиторите са вещества, които потискат активността на ензимите;
- Само ензимите имат активен център;
- Ензимната активност се повлиява от различни външни фактори.
Инструкции
“Ще ви кажа няколко твърдения. Някои от тях са правилни, други - грешни. Тези от вас, които смятат, че даденото твърдение е вярно, трябва да се изправят, а онези, които вярват, че то е грешно, трябва да останат седнали. Помислете за доводи в подкрепа на позицията, която сте избрали. Ще посоча някои от вас, които да споделят аргументите си, след което заедно ще дискутираме какъв е правилният отговор.”
Обобщение
“Установихме, че ензимите са белтъчни молекули, които притежават специфична структура и ускоряват многократно протичането на различни реакции в човешкото тяло. Всеки ензим участва в конкретна каталитична реакция и активността му може да бъде повлияна от различни външни фактори.”
Важно!
Насърчете учениците да използват работния лист за изследване на ензимната активност, за да формират аргументирани предположения.
В следващите няколко минути проучете основните характеристики на ензима каталаза. Проверете каква информация са открили учениците във връзка с поставената им домашна работа в предходния час.
Дискутирайте какви са функциите на този ензим и защо е важен за хората:
- Каталазата е белтък, който ускорява химичната реакция на разграждане на водородния пероксид в клетките до крайните продукти вода и кислород, като намалява количеството енергия, необходимо за протичане на реакцията.
- Водородният пероксид (H2O2) е страничен продукт на много химически реакции, протичащи в живите клетки. Например, когато някои аминокиселини или мастни киселини се разграждат на други полезни молекули, като страничен продукт се отделя водороден пероксид. Той обаче е изключително токсичен за клетките. Може да увреди ДНК, протеини и липидни мембрани, дори може да бъде фактор за появата на ракови образувания.
Инструкции
“Сега ще проверим какво представлява ензима каталаза, чиято активност ще изследваме днес. За домашна работа всеки от вас трябваше да потърси информация за неговия строеж, състав и функции в организма. Нека заедно да обсъдим отговорите на поставените задачи.”
Обобщение
“Разбрахме, че ензимът каталаза е изключително важен за здравето на нашия организъм. Той ускорява разграждането на водородния пероксид, като едновременно с това намалява количеството енергия, необходимо за протичане на реакцията. След малко ще проверим на практика как се случва този процес.”
Важно!
Насърчете учениците да проявяват уважение един към друг и да се изслушват.
Материали за дейността
Преди да започнете същинската работа по проекта, трябва да запознаете учениците с правилата за безопасност при работата с химически реактиви, електрически уреди и режещи инструменти. Уверете се, че всички разбират добре необходимостта от спазване на правилата и демонстриране на добра дисциплина в условията на лабораторни упражнения.
Раздайте на учениците по един чифт лабораторни ръкавици и по една технологична карта.
Инструкции
“Днес ще работим с водороден пероксид, който е токсичен за клетките, затова сложете ръкавиците, които ви раздадох и работете много внимателно с предоставените реактиви и химическа стъклария.”
Обобщение
“Спазването на правилата за работа в лабораторни условия е изключително важно за вашата безопасност. Работете с повишено внимание и следвайте стриктно стъпките от технологичната карта, която ви раздадох.”
Важно!
- Демонстрирайте правилния начин на употреба на опасните лабораторни материали;
- Разделете класа в четири работни групи;
- Подберете учениците във всяка група по такъв начин, че всяка от тях да има равни шансове за реализиране на задачите по проекта.
Всяка работна група трябва сама да приготви разтвор на ензима каталаза и да наблюдава как на практика работят ензимите. За целта се използва суров картоф, който се обелва, нарязва и смила с блендер/пасатор. Приготвеният разтвор се филтрира през филтър за кафе. Парче филтърна хартия се напоява с филтрата, след което се поставя в малка чашка/бурканче с водороден пероксид. Отчита се за колко време хартията ще изплува на повърхността на течността при стайна температура.
В идеалния случай, филтърът за кафе трябва да се издигне отново над повърхността за около 20 секунди при стайна температура. Ако това се случва за по-малко от 15 секунди или повече от 25 секунди, учениците ще трябва да модифицират разтвора на каталазата така, че отчетеното време да бъде между 15 и 25 секунди.
Ако ензимът каталаза “работи” твърде бързо при стайна температура, ще бъде трудно да се измери активността му при различни температури. Ако пък работи твърде бавно, измерването ще отнеме много време.
На база на направените наблюдения, учениците правят изводи за влиянието на концентрацията на ензимния разтвор върху скоростта на реакцията. В работния лист всеки трябва да запише:
- схема на протичащата химическа реакция;
- температурата на разтвора;
- времето за протичане на биохимичната реакция;
- влиянието на концентрацията на ензимния разтвор върху каталитичния процес.
Инструкции
“Сега всяка работна група трябва да приготви разтвор на ензима каталаза и да провери каква е неговата активност при нормална температура. Следвайте внимателно стъпките в технологичната карта, която ви раздадох, като спазвате правилата за безопасност при работа с химически реактиви, режещи инструменти и електрически уреди.”
Обобщение
“С помощта на тази дейност видяхме как на практика работят ензимите. Установихме също, че реакцията протича с различна скорост ако променим концентрацията на ензимния разтвор.”
Важно!
- Пригответе хладилна чанта, а на дъното ù поставете около 5-сантиметров слой ледени кубчета. Поставете дестилираната вода в хладилника, за да се охлади, докато сте готови да я използвате.
- Преди началото на експерименталната част се уверете, че по-голямата част от водородният пероксид е на стайна температура поне един час, преди да го използвате. Останалото количество (около един литър) трябва да бъде изстудено до температура около 0-1 градус.
- Най-добре е разтворът на каталаза да бъде направен точно преди използването му, тъй като ензимите в разтвора ще започнат да денатурират (или ще спрат да работят) в рамките на няколко часа.
Като завършек на часа учениците трябва да направят анализ на получените резултати за ензимната активност при различни концентрации на разтвора.
Дискутирайте с класа:
- Как концентрацията на даден ензим влияе върху скоростта на каталитичната реакция?
- Защо парченцето филтър се издига на повърхността на водородния пероксид?
Инструкции
“Сега ще обсъдим накратко направените наблюдения. Обмислете и дайте аргументирани отговори на следните въпроси:
- Как разбрахме, че в разтвора има ензими?
- Влияе ли концентрацията на ензимните молекули върху скоростта на биохимичната реакция?
- С какво ни помага ензимът каталаза в конкретната реакция?
- Може ли реакцията да протече без участието на ензими?”
Обобщение
“Видяхме как на практика работи ензима каталаза. Той помага за разграждането на водородния пероксид до вода и кислород, а образуваните кислородни молекули издигат филтъра от кафе на повърхността на течността. Освен това видяхме как скоростта на биохимичната реакция се повлиява от концентрацията на ензимния разтвор. Когато той е по-концентриран, реакцията протича по-бързо, защото броят на ензимните молекули, които взаимодействат с молекулите на водородния пероксид, е по-голям.”
Важно!
Насърчете учениците да проявяват уважение към мнението на другите и да се изслушват.
