Известно что реакции катализируемые неорганическими катализаторами
«Обнаружение ферментов. Изучение условий протекания ферментативных реакций»
Онлайн-конференция
«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Тема работы:
Обнаружение ферментов.
Изучение условий протекания
ферментативных реакций.
Подготовила ученица9 класса
Руководитель проекта: учитель химии
2.2.1. Открытие фермента уреазы в арбузных семечках……………………….10
2.2.2.Открытые фермента пероксидазы. Исследование действия пероксидазы капустного сока на гидрохинон…………………………………………………..11
Цель исследования: выявление специфических особенностей
ферментативных реакций, отличающих их от химических реакций, которые протекают в неживой природе, освоение методики экспериментального обнаружения ферментов в природном материале.
Объект исследования:растительные ферменты.
Предмет исследования: реакции катализируемые пероксидазой и уреазой.
Гипотеза исследования: ферментативные реакции отличаются от химических реакций, протекающих при участии неорганических катализаторов.
Реализация поставленной цели и проверка выдвинутой гипотезы исследования предполагают решения следующих задач:
подбор и анализ литературы по данной теме;
выделение ферментов из растительного материала и проведение реакций с их участием;
обобщение результатов эксперимента.
изучение и анализ научной и научно-популярной литературы по проблеме исследования;
эксперимент: физико-химические способы получения растительных ферментов, исследование реакции окисления гидрохинона катализируемой пероксидазой сока растения;
обработка и анализ данных эксперимента.
1.1 Что такое ферменты.
Ферменты или энзимы[1] (от лат. fermentum, греч.ζύμη, ἔνζυμον — закваска) — обычно белковые молекулы или молекулы РНК (рибозимы) или их комплексы, ускоряющие (катализирующие) химические реакции в живых системах. Реагенты в реакции, катализируемой ферментами, называются субстратами, а получающиеся вещества — продуктами.
Термин фермент предложен в XVII веке химиком Ван Гельмонтом при обсуждении механизмов пищеварения. В кон. ХVIII — нач. XIX вв. уже было известно, что мясо переваривается желудочным соком, а крахмал превращается в сахар под действием слюны. Однако механизм этих явлений был неизвестен. В XIX в. Луи Пастер, изучая превращение углеводов в этиловый спирт под действием дрожжей, пришел к выводу, что этот процесс (брожение) катализируется некой жизненной силой, находящейся в дрожжевых клетках. Термин энзим (от греч. ἐν- — в- и ζύμη — дрожжи, закваска) был предложен в 1876 году.
Первый кристаллический фермент (уреаза) выделен американским биохимиком Д. Самнером в 1926 г.
Термины «фермент» и «энзим» давно используют как синонимы (первый в основном в русской и немецкой научной литературе, второй — в англо- и франкоязычной).Наука о ферментах называется энзимологией, а не ферментологией (чтобы не смешивать корни слов латинского и греческого языков).
Ферменты присутствуют во всех живых клетках и способствуют превращению одних веществ (субстратов) в другие (продукты).Ферменты выступают в роли катализаторов практически во всех биохимических реакциях, протекающих в живых организмах — ими катализируется более 4000 разных биохимических реакций.Ферменты играют важнейшую роль во всех процессах жизнедеятельности, направляя и регулируя обмен веществ организма.Подобно всем катализаторам, ферменты ускоряют как прямую, так и обратную реакцию, понижая энергию активации процесса. Химическое равновесие при этом не смещается ни в прямую, ни в обратную сторону.
Отличительной особенностью ферментов по сравнению с небелковыми катализаторами является их высокая специфичность — константа связывания некоторых субстратов с белком может достигать 10−10 моль/л и менее. Каждая молекула фермента способна выполнять от нескольких тысяч до нескольких миллионов «операций» в секунду.Например, одна молекула фермента ренина, содержащегося в слизистой оболочке желудка теленка, створаживает около 106 молекул казеиногена молока за 10 мин при температуре 37 °C.При этом эффективность ферментов значительно выше эффективности небелковых катализаторов — ферменты ускоряют реакцию в миллионы и миллиарды раз, небелковые катализаторы — в сотни и тысячи раз.
На первых этапах развития энзимологии названия ферментам давали их первооткрыватели по случайным признакам (тривиальная номенклатура). Например, к тривиальным относятся названия ферментов: пепсин, трипсин, химотрипсин. Первая попытка ввести правило для названий ферментов была предпринята Е. Дюкло в 1898 г. (рациональная номенклатура). Согласно рациональной номенклатуре, простой фермент называли по названию субстрата с добавлением окончания -аза (ДНКаза, РНКаза, амилаза, уреаза). Для названия холофермента по рациональной номенклатуре использовали название кофермента (пиридоксальфермент, геминфермент). Позднее в названии фермента стали использовать название субстрата и тип катализируемой реакции (алкогольдегидрогеназа).
В настоящее время известно более 2000 ферментов. Все ферменты разделены на шесть классов, каждый из которых имеет строго определенный номер.
Оксидоредуктазы катализируют окислительно-восстановительные процессы.
Трансферазы катализируют реакции переноса функциональных групп и молекулярных остатков с одной молекулы на другую.
Гидролазы катализируют реакции гидролиза.
Лиазы катализируют реакции отщепления (кроме атомов водорода) с образованием двойной связи либо присоединения по двойной связи, а также негидролитический распад органических соединений либо синтез без участия макроэргических веществ.
Изомеразы катализируют процессы изменения геометрической или пространственной конфигурации молекул.
Лигазы катализируют реакции синтеза, сопровождающиеся гидролизом богатой энергией связи (как правило, АТФ).
Классы ферментов делятся на подклассы, а подклассы, в свою очередь, на подподклассы. Подкласс уточняет действие фермента, так как указывает в общих чертах на природу химической группы субстрата. Подподкласс еще более конкретизирует действие фермента, уточняя природу атакуемой связи субстрата или природу акцептора, который участвует в реакции.
По строению ферменты делятся на:
— простые или однокомпонентные;
— сложные или двухкомпонентные (холоферменты).
Простые ферменты представляют собой простые белки и при гидролизе распадаются только на аминокислоты. К числу простых ферментов относятся гидролитические ферменты (пепсин, трипсин, уреаза и др.).
Сложные белки являются сложными белками и, помимо, полипептидных цепей содержат небелковый компонент (кофактор). К сложным белкам относится большинство ферментов.
Вещества, вступающие ферментативную реакцию, называют субстратами. В результате ферментативных превращений получают продукты реакции. В трехмерной структуре фермента выделяют несколько участков, несущих определенную функцию. В молекуле фермента выделяют активный центр, т.е. участок, с которым связывается субстрат и где протекает каталитическая реакция.Кроме активного центра имеется регуляторный или аллостерический(от греч. Allos-иной, чужой) центр, который в молекуле фермента, как правило, пространственно отделён от активного вещества
— эффекторы, которые делятся на активаторы и ингибиторы. Присоединение эффектора к аллостерическому центру приводит к изменению типичной и/или четвертичной структуры молекулы фермента и соответственно конфигурации активного центра, вызывая снижение или повышение ферментативной активности. Ферменты, имеющие аллостерический центр, называются аллостерическими.
Чтобы катализировать реакцию, фермент должен связаться с одним или несколькими субстратами. Белковая цепь фермента сворачивается таким образом, что на поверхности глобулы образуется щель, или впадина, где связываются субстраты. Эта область называется центром связывания субстрата.
Методы выделения ферментов
При выделении ферментов из тканей живых организмов, в том числе растительных, необходимо соблюдать условия, не вызывающие денатурацию белка. Все работы проводят при пониженной температуре (4 0 С) и при оптимальных для данного фермента значениях pH среды буферного раствора.
После перевода ферментов из ткани в растворенное состояние гомогенат подвергают центрифугированию для отделения нерастворимой части материала, а затем в отдельных фракциях экстрата-центрифугата выделяют следуемые ферменты.
Так как большинство ферментов являются белками, то для получения очищенных препаратов ферментов применяются те же способы выделения, что и при работе с белками.
осаждение белка органическими растворителями;
метод ионообменной хроматографии;
метод аффинной хроматографии, или метод хроматографии по сродству;
1.2 Применение ферментов
Изготовление алкогольных напитков также не обходится без участия ферментов. В этом случае широко применяются ферменты, которые находятся в дрожжах. Разнообразие сортов пива получают именно различными комбинациями комплексных соединений ферментов. Ферменты, также участвуют в растворении осадков в спиртных напитках, например, чтобы в пиве не появлялся осадок, в него добавляют протеазы (папаин, пепсин), которые растворяют выпадающие в осадок белковые соединения.
Производство сыра тоже связано с ферментами. Молоко содержит белок — казеин, который в процессе химической реакции под действием протеаз изменяется, и в результате реакции выпадает в осадок.
Применение ферментов в медицине связано с их способностью заживлять раны, растворять образующиеся тромбы. Иногда ферменты умышленно вводят в организм для их активизации, а иногда из-за излишней активности ферментов, могут вводить вещества, которые действуют как ингибиторы (вещества, замедляющие протекание химических реакций). Например, под действием отдельных ингибиторов, бактерии теряют способность размножаться и расти.
Применение ферментов в медицине также связано с проведением различных анализов по определению заболеваний. В этом случае ферменты играют роль веществ, вступающих в химическое взаимодействие или способствующие химическим превращениям в физиологических жидкостях организма. В результате получаются определённые продукты химических реакций, по которым в лабораториях распознают наличие того или иного возбудителя заболевания. Среди таких ферментов и их применения наиболее известен фермент глюкозооксидаза, который позволяет определить наличие сахара в моче или крови человека.