La catalasi: un enzima in azione

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1 Percorso di Didattica laboratoriale La catalasi: un enzima in azione Scuola Secondaria di Secondo Grado IISS - IPSIA E. Majorana Bari Classe IV B Docente: Miralma Serio

2 Organizzatore cognitivo: Le trasformazioni Organizzatore concettuale: I catalizzatori biologici: gli enzimi Il contesto di senso: Quando disinfettiamo una ferita con acqua ossigenata si forma una schiuma biancastra. Cosa accade?

3 Il concetto di senso comune Cosa i ragazzi pensano che accada Avviene una reazione chimica con la pelle L acqua ossigenata reagisce con il sangue Attacca i batteri presenti sulla ferita Pulisce e rimargina la ferita

4 L acqua ossigenata si decompone spontaneamente, ma molto lentamente (in alcuni mesi), in modo non apprezzabile ad occhio nudo.

5 Il laboratorio formativo Sperimentiamo

6 Trattiamo l acqua ossigenata H2O2 con: Biossido di manganese MnO2 Permanganato di potassio KMnO4 Solfato di manganese MnSO4

7 MnO2 H2O2 KMnO4 MnSO4

8 In presenza di un catalizzatore inorganico la decomposizione dell acqua ossigenata viene accelerata moltissimo: si liberano velocemente bollicine di gas.

9 La provetta si riscalda. Deduciamo che: La decomposizione rapida dell acqua ossigenata in presenza di un catalizzatore inorganico avviene con sviluppo di calore. Si tratta di una reazione esotermica.

10 Cerchiamo la definizione di catalizzatore sul dizionario: Sostanza che promuove un aumento di velocità di reazione, mantenendosi inalterata in forma e quantità alla fine della reazione.

11 Trattiamo con acqua ossigenata al 6%: tessuti vegetali (cipolla, patata, foglie) tessuti animali (muscolo, fegato) microrganismi (lieviti)

12 Utilizziamo sia pezzi che poltiglia di tessuti.

13 Riduciamo in poltiglia i tessuti pestandoli nel mortaio

14 aggiungiamo l acqua ossigenata

15 foglia cipolla patata Si libera effervescenza, molto più evidente nei tessuti ridotti in poltiglia

16 Effervescenza.. osservata con lo stereoscopio (40 ingrandimenti)

17 fegato muscolo Nel fegato l effetto è particolarmente evidente

18 Anche il lievito (Saccharomyces cerevisiae ) produce una notevole effervescenza in presenza di H2O2.

19 Deduciamo che negli organismi viventi sia presente una sostanza biologica che agisce da catalizzatore sulla decomposizione dell acqua ossigenata. Si tratta di un enzima chiamato CATALASI. Trattando tessuti vegetali, tessuti animali, microrganismi con acqua ossigenata si libera effervescenza, che aumenta se il tessuto viene schiacciato in un mortaio perché aumenta la superficie di contatto tra molecole di enzima e molecole di substrato. L ENZIMA è un catalizzatore organico (presente negli organismi viventi)

20 Sperimentiamo

21 Poniamo in un cilindro la poltiglia di patata, aggiungiamo H2O2. Il gas sviluppato con l effervescenza alimenta la combustione di uno stecco di legno con la punta incandescente introdotto nel cilindro: si tratta di ossigeno.

22 Poniamo sotto una campana di vetro una candela accesa e calcoliamo il tempo di combustione. Ripetiamo l esperimento ponendo sotto la campana un becher con lievito e H2O2. OSSERVAZIONI Il tempo di combustione aumenta perché si libera OSSIGENO con l effervescenza Le pareti della campana si appannano: si è prodotta ACQUA sotto forma di vapore.

23 Ipotizziamo e scriviamo l equazione chimica che rappresenta la reazione: 2H2O2 O2 + 2H2O

24 Poniamo in un cilindro la poltiglia di patata e aggiungiamo un campione di H2O2 Una volta cessata l effervescenza, se si aggiunge un altro campione di acqua ossigenata, la reazione di decomposizione riprende.

25 L enzima resta inalterato al termine della reazione. Non si consuma durante la reazione: non può essere considerato un reagente. L enzima funziona da catalizzatore, non prendendo parte alla reazione.

26 L enzima funziona in qualunque condizione? Esistono fattori che possono influenzare l attività dell enzima? Sperimentiamo

27 Portiamo ad ebollizione in un becher con acqua i pezzi di tessuto animale e vegetale

28 Concetto operativo condiviso: L enzima, essendo una proteina, viene denaturato ad alta temperatura, perde la sua conformazione e quindi la sua attività.

29 Aggiungendo H2O2 a poltiglia di patata tenuta in freezer, si sviluppa effervescenza lentamente. congelata Concetto operativo condiviso: Le basse temperature rallentano la reazione enzimatica

30 Immergiamo per 5 minuti i pezzi di tessuti animali e vegetali in una soluzione concentrata di acido cloridrico

31 Concetto operativo condiviso: Il ph acido impedisce l attività enzimatica (Si altera il sito attivo, impedendo il legame con il substrato).

32 NaOH Immergiamo per 5 minuti i pezzi di tessuti animali e vegetali in una soluzione concentrata di idrossido di sodio

33 NaOH NaOH Concetto operativo condiviso: Il ph basico impedisce l attività enzimatica. (Si altera il sito attivo, impedendo il legame con il substrato).

34 CONCLUSIONI CONCLUSIONI...

35 Durante il percorso abbiamo capito che: Gli enzimi sono catalizzatori biologici: accelerano la velocità delle reazioni chimiche negli esseri viventi. E possibile rilevare la presenza di un enzima con metodo indiretto, osservando la reazione catalizzata e dimostrando la presenza dei prodotti di reazione. L enzima non si consuma durante la reazione, al contrario del substrato che viene convertito in prodotto L attività di un enzima è influenzata dalla temperatura ( l enzima è una proteina che si denatura con il calore) e dal ph (ogni enzima ha un suo range di ph al quale risulta attivo).

36 L H2O2, prodotto di scarto del metabolismo, è tossica per i tessuti che si difendono grazie alla presenza dell enzima CATALASI che la decompone in acqua e ossigeno. La catalasi si trova nei tessuti animali e vegetali( in organelli detti perossisomi) e in molti microrganismi (lieviti, batteri); è particolarmente presente nel fegato che svolge potere detossificante; non si trova nei batteri anaerobi stretti (clostridi) che non vivono in presenza di ossigeno. L'effervescenza prodotta dalla decomposizione dell H2O2 facilita la pulizia della ferita, rimuovendo per via meccanica germi e residui di tessuti danneggiati. La liberazione di ossigeno ha un potere gemicida di breve durata.

37 Cinetica enzimatica: influenza della concentrazione dell enzima e del substrato Acqua ossigenata come disinfettante Perossisomi nella cellula. Reazioni di ossidoriduzione e di dismutazione.

38

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