Badanie reakcji kontrolowanej enzymatycznie: katalaza i stężenie nadtlenku wodoru

Praktyczna lekcja lub pokaz

Nadtlenek wodoru (H2O2) jest produktem ubocznym oddychania i jest wytwarzany we wszystkich żywych komórkach. Nadtlenek wodoru jest szkodliwy i musi być usunięty jak tylko zostanie wytworzony w komórce. Komórki wytwarzają enzym katalazę w celu usunięcia nadtlenku wodoru.

Ten test sprawdza tempo produkcji tlenu przez katalazę w puree ziemniaczanym w zależności od stężenia nadtlenku wodoru. Tlen produkowany w ciągu 30 sekund jest zbierany nad wodą. Następnie obliczana jest szybkość reakcji.

Organizacja lekcji

Możesz przeprowadzić to badanie jako demonstrację przy dwóch różnych stężeniach, lub z grupami uczniów, z których każda pracuje z innym stężeniem nadtlenku wodoru. Poszczególni uczniowie mogą mieć czas na zebranie powtarzających się danych. Grupy trzyosobowe mogą zbierać wyniki dla 5 różnych stężeń i zamieniać się rolami manipulatora aparatury, osoby odczytującej wyniki i skryby. Zestawienie i porównanie wyników klasy pozwala uczniom na poszukiwanie anomalii i niespójnych danych.

Przyrządy i substancje chemiczne

Dla każdej grupy uczniów:

Korytko pneumatyczne/ plastikowa miska/ dostęp do odpowiedniego zlewu z wodą

Kolba stożkowa, 100 cm3, 2

Strzykawka (2 cm3) pasująca do drugiego otworu gumowego korka, 1

Cylinder miarowy, 100 cm3, 1

Cylinder miarowy, 50 cm3, 1

Stojak z zaciskiem, szefem i zaciskiem, 2

Stoper/ stoper

Dla klasy – ustawienie przez technika/nauczyciela:

Nadtlenek wodoru, zakres stężeń, 10 vol, 15 vol, 20 vol, 25 vol i 30 vol, 2 cm3 na grupę każdego stężenia (Uwaga 1)

Puree ziemniaczane, świeże, w zlewce ze strzykawką do odmierzania co najmniej 20 cm3, 20 cm3 na grupę na każde badane stężenie nadtlenku (Uwaga 2)

Gumowy korek, 2-otworowy, pasujący do kolb stożkowych o pojemności 100 cm3 – rurka doprowadzająca w jednym otworze (podłączona do 50 cm gumowej rurki)

Zdrowie & Wskazówki bezpieczeństwa i uwagi techniczne

Nosić ochronę oczu i okrycie odzieży podczas pracy z nadtlenkiem wodoru.atychmiast zmyj ze skóry rozpryski puree ziemniaczanego lub nadtlenku.
Uważaj na wzrost ciśnienia, jeśli naczynia reakcyjne zostaną zablokowane.
Uważaj na wkładanie korka do kolby stożkowej – musi być ściśle dopasowany, więc wciskaj i przekręcaj korek ostrożnie.

1 Nadtlenek wodoru: (Patrz karta zagrożeń CLEAPSS) Roztwory o stężeniu mniejszym niż 18 vol są NISKIM ZAGROŻENIEM. Roztwory o stężeniu 18-28 vol są IRYTUJĄCE. Zachować ostrożność przy zdejmowaniu korka z butelki z odczynnikiem, ponieważ wewnątrz może wzrosnąć ciśnienie gazu. Rozcieńczyć bezpośrednio przed użyciem i umieścić w czystej brązowej butelce, ponieważ rozcieńczenie powoduje również rozcieńczenie inhibitora rozkładu. Przechowywać w brązowych butelkach, ponieważ nadtlenek wodoru ulega szybszemu rozkładowi pod wpływem światła. Wyrzucić cały niewykorzystany roztwór. Nie zwracaj roztworu do butelek z zapasem, ponieważ zanieczyszczenia mogą spowodować rozkład i butelka z zapasem może po pewnym czasie wybuchnąć.

2 Puree ziemniaczane może podrażnić skórę niektórych osób. Przygotować świeży roztwór do każdej lekcji, ponieważ aktywność katalazy zmniejsza się zauważalnie w ciągu 2/3 godzin. Może być konieczne dodanie wody, aby uczynić go mniej lepkim i łatwiejszym do użycia. Krążki ziemniaka reagują zbyt wolno.

3 Jeśli bąbelki z gumowej rurki są zbyt duże, włóż szklaną pipetę lub szklaną rurkę do końca gumowej rurki.

Procedura

BEZPIECZEŃSTWO: Stosować ochronę oczu i chronić odzież przed nadtlenkiem wodoru. Spłucz ze skóry rozpryski nadtlenku i puree ziemniaczanego tak szybko jak to możliwe.

Przygotowanie

a Przygotuj wystarczającą ilość rozcieńczonego nadtlenku wodoru tuż przed lekcją. Umieścić w brązowych butelkach (uwaga 1).

b Przygotować puree ziemniaczane na każdą lekcję (uwaga 2).

c Przygotować 2-otworowe pojemniki jak opisano w wykazie aparatury i na schemacie.

Aparatura do badania reakcji kontrolowanej enzymatycznie

Śledztwo

d Użyj dużej strzykawki do odmierzenia 20 cm3 puree ziemniaczanego do kolby stożkowej.

e Umieść korek bezpiecznie w kolbie – przekręć i ostrożnie wciśnij.

f Napełnij do połowy wodą korytko, miskę lub zlew.

g Napełnij wodą cylinder miarowy o pojemności 50 cm3 . Odwróć go nad korytem z wodą, otwartym końcem pod powierzchnią wody w misce, a końcem gumowej rurki w cylindrze miarowym. Zacisnąć w miejscu.

h Do strzykawki o pojemności 2 cm3 odmierzyć 2 cm3 nadtlenku wodoru. Umieścić strzykawkę na miejscu w korku kolby, ale nie wciskać od razu tłoka.

i Sprawdzić, czy gumowa rurka jest bezpiecznie umieszczona w cylindrze miarowym. Wcisnąć tłok na strzykawce i natychmiast uruchomić stoper.

j Po 30 sekundach zanotować objętość tlenu w cylindrze pomiarowym w odpowiedniej tabeli wyników. (Uwaga 3.)

k Opróżnić i przepłukać kolbę stożkową. Odmierzyć do niej kolejne 20 cm3 puree ziemniaczanego. Ponownie zmontować aparat, napełnić cylinder miarowy i powtórzyć czynności od g do j z innym stężeniem nadtlenku wodoru. Użyjcie cylindra miarowego o pojemności 100 cm3 dla stężeń nadtlenku wodoru powyżej 20 vol.

l Obliczcie szybkość produkcji tlenu w cm3/s.

m Wykreślcie wykres szybkości produkcji tlenu w zależności od stężenia nadtlenku wodoru.

Uwagi dydaktyczne

Zwróćcie uwagę na jednostki pomiaru stężenia nadtlenku wodoru – nie są to jednostki układu SI. 10 vol nadtlenku wodoru wytworzy 10 cm3 tlenu z każdego cm3, który ulegnie rozkładowi.(Uwaga 1.)

W tej procedurze, 2 cm3 10 vol nadtlenku wodoru uwolni 20 cm3 tlenu, jeśli reakcja przebiegnie do końca. Za każdym razem do kolby dodaje się 2 cm3 cieczy. Jeśli więc aparat nie wykazuje nieszczelności, w cylindrze miarowym z 10 vol nadtlenku wodoru powinno się znaleźć 22 cm3 wody. Tlen jest rozpuszczalny w wodzie, ale w normalnej temperaturze pokojowej rozpuszcza się w wodzie tylko powoli.

Użyj tej informacji jako sprawdzenia praktycznej konfiguracji. Wartości poniżej 22 cm3 wskazują, że tlen się ulotnił, lub nadtlenek wodoru nie przereagował w pełni, lub stężenie nadtlenku wodoru nie jest takie, jak oczekiwano. Poproś uczniów o wyjaśnienie, w jaki sposób mogą wystąpić wartości powyżej 22 cm3.

Błąd ± 0,05 cm3 w odmierzaniu 30 vol nadtlenku wodoru może spowodować błąd ± 1,5 cm3 w produkcji tlenu.

Wątroba również zawiera katalazę, ale obchodzenie się z podrobami jest bardziej kontrowersyjne dla uczniów i wprowadza większe ryzyko higieniczne. Ponadto, reakcja jest tak energiczna, że pęcherzyki mieszaniny mogą przenieść kawałki wątroby do rurki doprowadzającej.

Jeśli zbieranie gazu nad wodą jest skomplikowane, a masz dostęp do strzykawki gazowej o pojemności 100 cm3, możesz zamiast tego zbierać gaz w niej. Pamiętaj, aby zacisnąć strzykawkę z gazem bezpiecznie, ale ostrożnie.

Reakcja jest egzotermiczna. Uczniowie mogą zauważyć ciepło, jeśli położą ręce na kolbie stożkowej. Jak to wpłynie na wyniki?

Zdrowie i bezpieczeństwo sprawdzone, wrzesień 2008

Pliki do pobrania

Ściągnij arkusz dla ucznia Badanie reakcji kontrolowanej enzymatycznie: katalaza i stężenie nadtlenku wodoru (67 KB) z pytaniami i odpowiedziami

Biologia praktyczna