酵素の実験: オキシダーゼとペルオキシダーゼ。自宅で楽しい化学実験

酵素を使った実験: オキシダーゼとペルオキシダーゼ。化学実験

化学の面白い実験

植物や動物の細胞では、複雑な化学プロセスが継続的に発生します。それらはタンパク質物質、つまり（もう一度思い出してください）細胞内の化学反応の触媒の役割を果たす酵素によって調節されています。このような生化学的プロセスを研究するには、複雑な機器と多くの試薬が必要です。しかし、生化学現象の中には、肉眼で観察できるものもあります。

酸化酵素、オキシダーゼとペルオキシダーゼから始めましょう。酸化は呼吸プロセスの根底にあるため、それらは多くの生きた組織に存在します。しかし、これらの酵素の作用は異なります。オキシダーゼは大気中の酸素で有機物質を酸化し、ペルオキシダーゼは同じ目的で過酸化物から酸素を「抽出」します。もちろん、酵素の助けがなくても物質はゆっくりと酸化しますが、酵素は反応を何千倍もスピードアップします。

フェノールやハイドロキノンなどの一部の物質が酸化されると、着色した反応生成物が形成されます。色の出現は酵素が働いたことを示します。そして色の濃さから酸化生成物の量を判断することができます。色がまったく現れない場合、酵素は不活性です。これは、酸性またはアルカリ性が強すぎる環境、酸素供給源がない場合、または酵素に有害な物質（いわゆる酵素阻害剤）が存在する場合に発生する可能性があります。

この短い紹介の後、実験そのものが始まります。必要なものは、キャベツの茎、リンゴ、芽のあるジャガイモ塊茎、根のあるタマネギ、暗闇の中で発芽させたものです。試薬は冷やして沸騰させたもの、またはさらに良いものとして、蒸留水、ハイドロキノン (写真店で購入)、および薬局で購入できる過酸化水素を使用します。また、野菜おろし器、ウォーターバス、試験管またはペニシリンボトル、清潔なピペット、ガーゼまたは白い布も用意してください。

キャベツジュースから研究を始めましょう。キャベツの茎約20gをすりつぶし、得られた果肉をXNUMX層のガーゼまたはXNUMX層の布で絞り、ジュースをグラスに集め、水でXNUMX倍に希釈します。私たちはすぐに警告します：他の植物オブジェクトを研究するとき、ジュースはXNUMX〜XNUMX倍を超えて希釈するべきではありません。

清潔で乾燥した試験管またはボトルを 1 つ用意します。希釈したキャベツ汁 2ml を試験管 No.3、4、1、1 に注ぎます。試験管 2 と 5 を沸騰水浴に 6 分間入れて酵素を破壊（不活化）し、室温まで冷却します。ジュースの代わりに、1 ml の水を試験管 XNUMX と XNUMX に注ぎます。

ナイフの先端を使用して、1 本の試験管すべてに少量のハイドロキノンを加えます。次に、3 滴の水を試験管 5、2、4 に注ぎ、6 滴の過酸化水素を試験管 XNUMX、XNUMX、XNUMX に注ぎます。各試験管の内容物をよく混ぜます。

XNUMX ～ XNUMX 分後には、すでに実験結果を観察できます。表形式で書き留めることを強くお勧めします。表に試験管の番号とそれぞれの混合物の組成を入力し、各混合物の隣の列に、実験中に色が変化したかどうか、変化した場合は正確にどのように変化したかをマークします。次の列では、酸化が発生したかどうかを結論付けます。

表全体に記入したら、結果を分析してみます。そのためには、次の質問について考えてください。

キャベツジュースが存在しない場合、過酸化水素はハイドロキノンを酸化できますか?

ハイドロキノンは過酸化水素を使わずにキャベツジュースで酸化されますか?

煮沸後もジュース中に酵素活性は保持されますか?

キャベツジュースにはどのような酸化酵素が含まれていますか?オキシダーゼまたはペルオキシダーゼ?

しかし、同種の植物の経験に基づくと、最終的な結論を出すのは時期尚早です。したがって、ジャガイモ塊茎とその芽、リンゴの果肉、タマネギの肉質の鱗、そしてその底と葉 (「羽」) を使って同じ実験を実行します。このような場合、得られたジュースを水で2〜3倍に希釈する必要があることを思い出してください。

すべての実験が完了すると、研究した材料の中でどの酸化酵素がより活性であるかを判断することができます。植物組織中にオキシダーゼとペルオキシダーゼが同時に存在できると思いますか?

説明を見ずに自分で結論を導き出すようにしてください。そして結論が出たら、それがどの程度正しいかをチェックします。

結論その１。過酸化水素は、果汁がなくてもハイドロキノンを徐々に酸化することができます。試験管 5 と 6 ではゆっくりとピンク色が現れます。これは、反応に酵素が必要ないことを意味します。すべての触媒と同様、酵素は何度も始まった反応を加速するだけです。もちろん、試験管 4 で色が現れるのが速いことに気づきました。しかし、ペルオキシダーゼはハイドロキノンと大気中の酸素との反応を速めることはできません (試験管 3 では色が現れないか、非常にゆっくりと現れます)。

結論その２。酵素は短時間の煮沸でも失活する可能性があります。試験管 2 にはほとんど着色がありません。結局のところ、酵素はタンパク質です。加熱すると凝固します。試験管 1 と 2 にはタンパク質フレークが現れました。

結論その３。試験管 3 では色は現れませんでした。これは、キャベツジュースには過酸化水素の存在下でのみハイドロキノンの酸化を促進するペルオキシダーゼのみが含まれていることを意味します。しかし、ジャガイモ塊茎やリンゴを使った実験では、溶液に酸素が豊富に含まれると、特にボトルを振ると色が早く現れます。これは、ジャガイモとリンゴには、酸素によるハイドロキノンの酸化を促進するオキシダーゼ（より具体的には、フェノールオキシダーゼ）が含まれていることを意味します。切ったジャガイモ塊茎やリンゴが空気中で黒ずむのはこのためです。これらにはハイドロキノンに関連する物質が含まれています。オキシダーゼも加熱すると活性を失います。覚えておいてください、茹でたジャガイモは黒くなりますか？最後に4つ目の結論です。ジャガイモとリンゴにもオキシダーゼが含まれています。過酸化物を試験管 XNUMX に加えると、色が早く現れます。しかし、タマネギの肉質の鱗片にはオキシダーゼは存在しません。ハイドロキノンを使用しても空気中では黒くなりません。

ところで、酸化酵素は、成長の準備をしている、または成長している植物の器官、つまりタマネギの底とその根、ジャガイモの塊茎の新芽で特に活発であることに気づいたでしょうか？代謝はそこで最も集中的に起こります。

したがって、すべての環境条件が酵素の作用にとって好ましいわけではないことがわかりました。高温で酵素が失活するなら、おそらく低温で活性が高まるのではないでしょうか？こちらも確認してみましょう。実験には、容量約 1 リットルのガラスまたは金属製の瓶が XNUMX つと、氷または雪 (約 XNUMX kg) が必要です。キャベツの茎で実験してみましょう。

茎をすりおろし、先ほどと同じように果汁をガーゼや布で絞り、水で1倍に薄めます。何らかの理由で古い番号が消去されている場合は、試験管に番号を付け直し、試験管 2、3、4、1 に希釈したキャベツの汁 5 ml を注ぎ、ナイフの先端でハイドロキノンを加えます。ジュースの代わりに 6 ml の水を試験管 1 と 1 に注ぎ、ハイドロキノンも加えます。次に、試験管を次のように配置します。 2 - 雪または氷の入った瓶に入れます。 40 - 温水（3°C）を入れた瓶に入れます。 60 - 熱湯（4℃）の入った瓶に入れます。 5 - 室温でテーブルの上に置きます。 6 - 沸騰したお湯の入った瓶に入れます。 XNUMX - 室温に放置します。

実験開始から 5 分後、冷たい方から順にすべての試験管に過酸化水素を 5 滴注ぎます。混合物を注意深く振り、反応が始まる時間を記録します。さらに XNUMX 分後、瓶から試験管を取り出し、前回とほぼ同じように実験結果を表の形で書き留めます。テーブルが完成したら、取得したデータの分析を開始できます。

まず次の質問に答えて、自分なりの結論を導き出してください。

酵素を加えなくても温度が上がると酸化反応は早くなりますか？

冷却すると酵素の働きが良くなると言えますか？

ペルオキシダーゼの作用に最も適した温度はどれですか？

なぜ冷蔵庫で食べ物が長持ちするのですか？

なぜミルクを沸騰させるのですか？

なぜ温血動物、つまり哺乳類や鳥類が地球上で最も発達し、生存可能な動物なのでしょうか?

これらすべての質問に答えましたか？それから-私たちの説明。

過酸化水素によるハイドロキノンの酸化速度は、低温と高温では同じではないことに気づいたかもしれません。高温では、酸化速度は当然高くなります。ペルオキシダーゼは、ヒドロキノンと過酸化物との相互作用を促進します。酵素の存在下では低温でも反応は起こりますが、温度が高くなるほど酵素は反応物質の分子を活性化しやすくなります。

ただし、タンパク質は高温では凝固し、反応速度が低下することを忘れてはなりません。酵素には、最も活性を発揮する最適温度という概念があります。この温度は酵素によって異なりますが、ペルオキシダーゼを含む多くの酵素の至適温度は 40 ～ 50°C です。

食品は、食品に含まれる酵素や微生物が分泌する酵素の影響で腐敗します。寒さでは酵素の活性が低下するため、冷蔵庫内で食べ物が腐りにくくなります。

酵素の活動に最適な体温を維持できる恒温動物は、進化の頂点に上り詰めました。

著者：オルギンO.M.

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