Enzymy – zadania maturalne z biologii

Enzymy i ich regulacja

Enzymy to biokatalizatory, zwykle białka. Obniżają energię aktywacji, nie zmieniając bilansu energetycznego reakcji i nie zużywając się. Substrat wiąże się w centrum aktywnym, którego kształt jest dopasowany (model indukowanego dopasowania). Na aktywność wpływają temperatura i pH – każdy enzym ma optimum, a skrajne warunki powodują denaturację. Przy rosnącym stężeniu substratu szybkość reakcji rośnie do momentu wysycenia enzymu. Inhibitor kompetycyjny konkuruje z substratem o centrum aktywne (można go wyprzeć dużym stężeniem substratu), niekompetycyjny wiąże się w innym miejscu i zmienia kształt enzymu. W hamowaniu zwrotnym produkt końcowy szlaku hamuje pierwszy enzym.

Zapamiętaj

Enzym obniża energię aktywacji – nie zmienia ilości uwolnionej energii.
Optimum temperatury dla większości enzymów człowieka ok. 37°C, pepsyny pH ok. 2.
Wysycenie: dalszy wzrost stężenia substratu nie przyspiesza reakcji.
Kompetycyjny – centrum aktywne; niekompetycyjny – centrum allosteryczne.
Hamowanie zwrotne oszczędza substraty i energię komórki.

Typowe błędy

Twierdzenie, że niska temperatura denaturuje enzym – ona tylko spowalnia reakcję.
Pisanie, że enzym zużywa się w reakcji.
Mylenie inhibicji kompetycyjnej z niekompetycyjną.

Wymagania podstawy programowej

III.3.1 charakterystyczne cechy budowy enzymu
III.3.2 swoistość substratowa enzymu i kataliza enzymatyczna
III.3.3 regulacja aktywności enzymów (aktywacja, inhibicja)
III.3.4 sprzężenie zwrotne ujemne w regulacji szlaków metabolicznych
III.3.5 wpływ temperatury, pH i stężenia substratu na katalizę; doświadczenie z katalazą lub proteinazą

Przykładowe zadania

Zadanie 1

Do czterech probówek wlano po 5 cm³ 3-procentowego roztworu nadtlenku wodoru (H₂O₂). Do probówki 1 dodano kawałek surowego ziemniaka, do probówki 2 – taki sam kawałek ziemniaka gotowanego przez 10 minut, do probówki 3 – taki sam kawałek surowego ziemniaka rozgniecionego w moździerzu, a do probówki 4 nie dodano niczego. W probówkach 1 i 3 pojawiły się pęcherzyki gazu, przy czym w probówce 3 było ich znacznie więcej. W probówkach 2 i 4 pęcherzyków nie zaobserwowano.

1.1 Wyjaśnij, dlaczego w probówce z gotowanym ziemniakiem nie wydzielał się gaz. (1 pkt)
Pokaż odpowiedź
Odpowiedź: Podczas gotowania katalaza zawarta w ziemniaku uległa denaturacji pod wpływem wysokiej temperatury, utraciła aktywność i nie rozkładała H₂O₂ do wody i tlenu.
Katalaza jest białkiem. Wysoka temperatura niszczy jej strukturę przestrzenną (denaturacja), więc enzym przestaje rozkładać nadtlenek wodoru.
1.2 Uzupełnij zdanie: gazem wydzielającym się w probówkach 1 i 3 był ___. (1 pkt)
Pokaż odpowiedź
Odpowiedź: tlen
Katalaza rozkłada nadtlenek wodoru: 2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂. Pęcherzyki to tlen cząsteczkowy.
1.3 Wyjaśnij, dlaczego w probówce z rozgniecionym ziemniakiem wydzielało się więcej gazu niż w probówce z całym kawałkiem ziemniaka. (1 pkt)
Pokaż odpowiedź
Odpowiedź: Rozgniecenie ziemniaka uszkodziło komórki i zwiększyło powierzchnię kontaktu tkanki z roztworem, więc więcej katalazy miało kontakt z H₂O₂ i rozkład przebiegał szybciej.
Rozgniecenie niszczy komórki i zwiększa powierzchnię kontaktu, dzięki czemu więcej cząsteczek katalazy styka się z substratem i reakcja przebiega szybciej.
1.4 Określ rolę probówki 4 w tym doświadczeniu. (1 pkt)
Pokaż odpowiedź
Odpowiedź: Probówka 4 była próbą kontrolną – wykazała, że H₂O₂ bez dodatku tkanki ziemniaka nie rozkłada się w widocznym tempie, więc gaz w innych probówkach powstawał dzięki enzymowi z ziemniaka.
Probówka 4 to próba kontrolna: pokazuje, że sam nadtlenek wodoru nie wydziela widocznie gazu, więc tlen w probówkach 1 i 3 pochodzi z reakcji katalizowanej przez enzym z ziemniaka.