magnify
Home Biologija Teorija 9 klasė Fermentai. Maistas ir virškinimas.

Fermentai. Maistas ir virškinimas.

1. Atlikite tyrimą, kurio tikslas – nustatyti fermento a amilazės aktyvumo priklausomybę nuo temperatūros. Paaiškinkite gautus rezultatus: esant kokiai  temperatūrai fermentinė reakcija greičiausia? Kodėl reakcija nevyksta, esant 0 ir 70 °C temperatūrai?

 

Fermentai (enzimai) – biologinėse sistemose vykstančių reakcijų katalizatoriai. Dauguma fermentų yra baltymai.

Temperatūra veikia visas chemines reakcijas, nes didina kinetinę molekulių energiją. Savita fermentinių reakcijų greičio priklausomybės nuo temperatūros savybė – didėjant temperatūrai, nuo tam tikros ribos fermentinių reakcijos ima lėtėti. Temperatūra, kuriai esant fermentinės reakcijos greitis didžiausias, vadinama optimalia temperatūra Topt. Viršijus Topt, fermentų aktyvumas staiga mažėja, nes, didėjant temperatūrai, baltymai denatūruoja. Šiltakraujų gyvūnų fermentai dažniausiai netenka aktyvumo viršijus 50–55  C temperatūrą. Tačiau yra ypač jautrių fermentų, kurių tretinė struktūra gali būti pažeista net karščiuojant (40  C).

Seilėse yra sacharidų hidrolizę katalizuojantys fermentai a-amilazė ir maltazė (jos seilėse yra labai nedaug). Seilių a-amilazės veikiama medžiaga (substratas) yra krakmolas. Tai polisacharidas, sudarytas iš gliukozės liekanų. Seilių a-amilazė katalizuoja krakmolo hidrolizę iki disacharido – maltozės:

      (C6H10O5)n + H2O → nC12H22O11.

       krakmolas                         maltozė

Seilių a-amilazė hidrolizuoja cheminius ryšius krakmolo molekulės viduje, todėl tarpiniai hidrolizės produktai yra įvairios molekulinės masės polisacharidai, vadinami dekstrinais. Maltazė disacharidą maltozę hidrolizuoja iki gliukozės.

Apie hidrolizės eigą galima spręsti atliekant reakciją su jodo tirpalu. Krakmolas, reaguodamas su jodo tirpalu, sudaro mėlynos spalvos junginius (spalvos intensyvumas priklauso nuo krakmolo koncentracijos). Dekstrinai, priklausomai nuo jų ilgio, su jodo tirpalu sudaro violetinės ar raudonai rudos spalvos junginius. Krakmolui visiškai suskilus iki maltozės, reakcijos su jodo tirpalu metu gaunamas šviesiai geltonos spalvos tirpalas.

Eksperimentams reikalinga a-amilazė bus gaunama iš pačių tyrėjų seilių. Žmonių a-amilazės aktyvumas ir jos kiekis seilėse labai skiriasi, todėl rezultatai gali būti labai įvairūs.

Reagentai    

1 % krakmolo tirpalas 0,3 % NaCl tirpale;

Seilės;

Spiritinis jodo tirpalas arba Liugolio tirpalas (2 g KI ir 1 g I2 ištirpinta 50 ml H2O),

Darbo eiga

Paruošiamas krakmolo tirpalas: 1 g krakmolo suplakama su nedideliu kiekiu (30 ml) šalto distiliuoto vandens. Mišinys plona srovele supilamas į 70 ml karšto distiliuoto vandens, kuriame ištirpinta 0,3 g NaCl, gerai sumaišomas ir 1–2 min. pavirinamas. Tirpalas ataušinamas iki kambario temperatūros. Valgomas šaukštas krakmolo sveria maždaug 30g, valgomas šaukštas vandens maždaug yra 15 ml, arbatinis šaukštelis druskos (NaCl) – 5 g).

 

Paruošiamas seilių preparatas: į mažą švarią stiklinę arba mėgintuvėlį surenkama 1 ml seilių (tuo metu galite galvoti apie mėgiamą maistą). Seilės skiedžiamos iki 50 ml distiliuotu vandeniu, gerai sumaišoma.

Tyrimo eiga:

  1. Paruošiamos pastovios temperatūros vandens vonios (stiklinėlės): viena – 37 °C, antra – kambario, trečia 70 °C, o ketvirtoje stiklinėje į vandenį įdedama ledo (0 °C).
  2. Į keturis mėgintuvėlius įpilama po 5 ml 1 % krakmolo tirpalo. Pirmas mėgintuvėlis įdedamas į 37 °C vandens vonią, antras į – kambario temperatūros, trečias į – 70 °C, o ketvirtas – į 0 °C (į ledus). Mėgintuvėliai vis supurtomi, kad tirpalo temperatūra susilygintų su vandens vonios temperatūra.
  3. Į kitus keturis švarius mėgintuvėlius įpilama po 5 ml paruošto seilių tirpalo. Šie po vieną įmerkiami į skirtingų temperatūrų vandens vonias ir paliekami, kol tirpalas juose taps vonios temperatūros. Taigi kiekvienoje vonioje yra po du mėgintuvėlius: vienas – su krakmolu, kitas – su praskiestu seilių tirpalu.
  4. Pirmiausiai atliekamas tyrimas, vykdant reakciją 37 °C temperatūroje. Abiejų 37 °C temperatūros vonioje esančių mėgintuvėlių turinys supilamas į vieną, gerai sumaišomas ir vėl įmerkiamas į vandens vonią. Ant porcelianinės plokštelės (arba stiklo po kuriuo padėtas baltas popieriaus lapas, kad geriau galėtumėte vertinti spalvą) tuojau pat užlašinami keletas mišinio lašų ir 1 lašas jodo tirpalo, vertinama atsiradusi spalva.
  5. Sumaišomas dviejų mėgintuvėlių, esančių kambario temperatūros vonioje turinys, greta ant porcelianinės plokštelės užlašinami keli lašai mišinio ir lašas jodo tirpalo, vertinama spalva.
  6. Sumaišomas dviejų mėgintuvėlių, esančių 0 °C temperatūros vonioje turinys, greta ant porcelianinės plokštelės užlašinami keli lašai mišinio ir lašas jodo tirpalo, vertinama spalva.
  7. Tas pats atliekama ir su 70 °C mėginiais. Tai yra 0 min. mėginiai.
  8. Po 3 min., ta pačia tvarka, pirmiausiai iš 37 °C, po to iš kambario t, 0 °C  ir 70 °C temperatūros bandinių imami po keletas lašų užlašinama ant plokštelės, kiekvienam atliekama reakcija su jodo tirpalo vertinamos spalvos.
  9. procedūra aprašyta 7 punkte pakartojama kas 3 min. iki krakmolo reakcija su jodu bus neigiama.
  10. Rezultatai surašomi į lentelę:

    Laiko intervalas (min.)

    Spalva, susidariusi sumaišius jodo tirpalą su krakmolo ir seilių mišiniu

    70 °C

    37 °C

    0 °C

    0 min.

    3 min.

    6 min.

    9 min.

    12 min.

     

 

2.Atlikite tyrimą, kurio tikslas – nustatyti fermentinės reakcijos greičio priklausomybę nuo fermento kiekio.

Daugelis fermentų tirpaluose nustatomi tik pagal jiems būdingą savitą katalizinį poveikį. Fermentų aktyvumas tiesiogiai priklauso nuo jų kiekio, todėl fermentų kiekis nustatomas matuojant katalizuojamos reakcijos greitį.

Bet kurios fermento E katalizuojamos reakcijos greitis vertinamas pagal reakcijoje dalyvaujančios medžiagos sunaudojimo arba reakcijos produktų kaupimosi greitį, kitaip – pagal reakcijoje dalyvaujančios medžiagos ar produkto koncentracijos pokytį per laiko vienetą. Matavimui pasirenkama ta medžiaga, kurios koncentraciją nustatyti lengviausia. Fermentinių reakcijų greitis nustatomas esant optimalioms fermento veikimo sąlygoms (optimalus pH, temperatūra ir kt.).

Šio darbo tikslas yra nustatyti seilių amilazinį aktyvumą: įvertinti reakcijoje dalyvaujančios medžiagos (krakmolo) kiekį, kurį suskaido 1 ml seilių per tam tikrą laikotarpį (pavyzdžiui, per 30 min.).

Reagentai

0,1 % krakmolo tirpalas 0,3 % NaCl tirpale;

Seilės;

Spiritinis jodo tirpalas arba Liugolio tirpalas (2 g KI ir 1 g I2 ištirpinta 50 ml H2O),

Darbo eiga

Paruošiamas krakmolo tirpalas: 1 % krakmolo tirpalas, kuris buvo naudojamas fermentų aktyvumui nuo temperatūros vertinti praskiedžiamas 10 kartų 0,3 % NaCl tirpalu.

Paimama 10 ml 1 % krakmolo tirpalo ir sumaišoma su 90 ml 0,3 % NaCl tirpalo.

Paruošiamas seilių preparatas: į mažą švarią stiklinę arba mėgintuvėlį surenkama 1 ml seilių. Seilės skiedžiamos iki 10 ml distiliuotu vandeniu, gerai sumaišoma.

Tyrimo eiga:

Paruošiama pastovios 37 °C temperatūros vandens vonia (stiklinėlė).

Į 7 sunumeruotus mėgintuvėlius įpilama po 1 ml distiliuoto vandens.

Į pirmą mėgintuvėlį įpilama 1ml 10 kartų praskiestų seilių.

Mišinys pirmame mėgintuvėlyje sumaišomas (tirpalas keliskart pipete įtraukiamas ir vėl išpilamas). Po to 1 ml gauto mišinio ta pačia pipete perpilamas iš pirmo mėgintuvėlio į antrą.

Antro mėgintuvėlio tirpalas taip pat sumaišomas, pipete keliskart įtraukiant ir išpilant tirpalą. 1 ml gauto mišinio ta pačia pipete perpilamas į trečią mėgintuvėlį, iš šio – į ketvirtą ir t.t. Iš septinto mėgintuvėlio 1 ml mišinio išpilamas. Taip fermentas praskiedžiamas: kiekviename kitame mėgintuvėlyje yra dvigubai mažiau fermento negu prieš jį stovinčiame mėgintuvėlyje Kiekviename mėgintuvėlyje yra po 2 ml skirtingai praskiestų seilių (pirmame mėgintuvėlyje bus 20 kartų praskiestos seilės, antrame – 40, trečiame – 80 ir t.t.).

Į visus mėgintuvėlius įpilama dar po 1ml vandens ir po 2 ml krakmolo tirpalo; kiekvieno mėgintuvėlio turinys sumaišomas.

Visi mėgintuvėliai vienu metu įmerkiami į 37°C vandens vonią ir laikomi 30 min.

Išimti iš vonios, mėgintuvėliai greitai atšaldomi šalto vandens srove. Kiekvieno mėgintuvėlio turinys sumaišomas, ir mėgintuvėliai paeiliui sustatomi į stovą.

Į kiekvieną mėgintuvėlį įlašinama po 2 lašus jodo tirpalo, sumaišoma ir stebima, kaip keičiasi spalva (nuo geltonos iki mėlynos). Geltona spalva rodo, kad krakmolas visiškai suskilo, rausva – kad yra tarpinių krakmolo skilimo produktų dekstrinų, o mėlyna – kad yra krakmolo arba jo pradinių skilimo produktų.

Pagal pavyzdį apskaičiuokite tiriamų seilių aktyvumą;

 

Apskaičiuojamas tiriamų seilių aktyvumas. Žinoma, kad mėgintuvėlyje, kuriame esama mėlynos spalvos tirpalo, krakmolas liko nesuskaidytas, o mėgintuvėlyje, kuriame nėra mėlynos spalvos, krakmolas visiškai suskilęs, pavyzdžiui, ketvirtame mėgintuvėlyje (penktame mėgintuvėlyje jau matomas melsvas atspalvis). Ketvirtame mėgintuvėlyje nepraskiestų seilės buvo praskiestos 160 kartų, t. y jame buvo 1/160 ml nepraskiestų seilių). Pagal proporciją apskaičiuojame, kiek 0,1 % krakmolo tirpalo per 30 min. suskaidytų nepraskiestos seilė:

 

      1/160 ml seilių suskaidė        2 ml 0,1 % krakmolo tirpalo.

      1 ml seilių suskaidytų             x ml 0,1 % krakmolo tirpalo.

 

Iš čia x = 2/1/160 = 320 ml 0,1 % krakmolo tirpalo.

 Taigi 1 ml nepraskiestų seilių per 30 min 37 °C temperatūroje suskaidė 320 ml 0,1 % krakmolo tirpalo.

 Atsakymas – individualus.

  3. Atlikite fermentacijos bandymą su mielėmis ir atsakykite į klausimą, kokios dujos susidarė bandymo metu.

Anaerobinis (be deguonies) fermentinis angliavandenių skaidymas vadinamas rūgimu arba fermentacija. Fermentacijos metu gali susidaryti organinės rūgštys, etanolis. Fermentacija naudojama maisto produktų gamybai ir konservavimui, duonos pramonėje, jogurtų, kefyro, sūrių, alkoholinių gėrimų gamybai. Gliukozės virtimas etanoliu, kuris vyksta mielėse yra vadinamas spiritiniu rūgimu. Mielės yra vienaląsčiai organizmai, priskiriami grybams. Mielių panaudojimas duonos kepimui ir alaus gamybai žinomas jau nuo 4000 pr.m.e.

 

Reagentai    

5 % gliukozės arba sacharozės (cukraus) tirpalas;

Mielės;

 

Darbo eiga

  1. Pasiruoškite du mėgintuvėlius: vieną nedidelį (apie 5 ml talpos, 8 cm ilgio), kitą – didesnį mėgintuvėlį, į kurį tilptų mažesnis mėgintuvėlis arba tam galima naudoti nedidelę apie 30 – 40 ml talpos stiklinaitę.
  2. Į didesnį mėgintuvėlį ar stiklinaitę įpilkite gliukozės ar sacharozės tirpalo kad užpildytų maždaug ¼ jos tūrio.
  3. pasiruoškite nedidelį skridinėlį filtrinio popieriaus, galite naudoti popierinį rankšluostį, kuriuo galėtumėte uždengti mažesnįjį mėgintuvėlį.
  4. Į mažąjį mėgintuvėlį įdėkite apie 0,2 g sausų susmulkintų mielių užpilkite gliukozės ar sacharozės tirpalu (maždaug pusę mėgintuvėlio), uždenkite pirštu (žinoma, švariu) ir gerai suplakite.
  5. Kai tirpalas ir mielės yra gerai sumaišyti, užpildykite mėgintuvėlį gliukozės ar sacharozės tirpalu pilnai iki krašto ir uždėkite filtrinio popieriaus skridinėlį (dėkite atsargiai stumdami iš šono, kad filtrinis popierius „priliptų“. Taip bus lengviau šį mėgintuvėlį dugnu į viršų įdėti į didesnį mėgintuvėlį ar stiklinaitę.
  6. Atsargiai dėkite šį mėgintuvėlį į didesnį mėgintuvėlį ar stiklinaite su tirpalu.
  7. Padėkite mėgintuvėlius šiltai (apie 40 °C temperatūroje)
  8. Jei vyks fermentacija, dujų burbuliukai kils į į mažo mėgintuvėlių viršų išstumdami tirpalą, p1 pav.

 

1 pav. Improvizuota fermentacijos sistema

 

  1. Apžiūrėkite mėgintuvėlius po 15 min. jei reakcija lėta po 30 min.

Sprendimas: fermentacijos metu susidaro anglies dvideginis CO2.

 

4.      Žmogaus organizmo baltymams susidaryti būtinos 20 skirtingų aminorūgščių. Mažiau nei pusė šių amino rūgščių yra priskiriamos esminių, nepakeičiamų aminorūgščių grupei. Paaiškinkite kodėl? Kodėl nepakeičiamos aminorūgštys nepriskiriamos vitaminams? Kas ląstelėje vyksta su amino rūgštimis kurios yra absorbuojamos iš kraujotakos, tačiau nepanaudojamos baltymų sintezei?

Sprendimas:

Kai kurias aminorūgštis žmogaus organizmas gali pasigaminti pats. Šios aminorūgštys yra vadinamos pakeičiamomis aminorūgštimis. Esmines nepakeičiamas aminorūgštis reikia gauti su maistu, jų pasigaminti organizmas negali. Nepakeičiamos aminorūgštys susidaro skaidant maisto baltymus. Jos nepriskiriamos prie vitaminų, nes nepakeičiamų aminorūgščių organizmui reikia daug didesnių kiekių nei vitaminų,

Absorbuotos iš kraujotakos, tačiau nepanaudotos baltymų sintezei aminorūgštys yra skaidomos, azotas šalinamas ir susidariusi energija panaudojama organizmo funkcijoms. Jei ląstelei energijos resursų užtenka, tarpiniai skaidymo produktai gali būti verčiami riebalų rūgštimis.

© Bronė Narkevičienė