Afsluitende les. Leerlingenhandleiding. Tandenstokerase - biochemie experiment -

Transcriptie

1 Afsluitende les Leerlingenhandleiding Tandenstokerase - biochemie experiment -

2 Introductie Een enzym is een eiwit dat chemische reacties versnelt of mogelijk maakt. Enzymen zijn onmisbaar voor een goede werking van het lichaam. Het zijn biologische katalysatoren. Bijvoorbeeld het enzym amylase in je speeksel versnelt de afbraak van zetmeel tot eenvoudige suikers. Bij deze reactie wordt het enzym zelf niet opgebruikt, maar is gelijk weer beschikbaar voor de volgende hap. Bij het Reizende DNA-lab Racen met wc-papier heb je het enzym cellulase gebruikt om cellulose om te zetten in glucose. Je hebt daarbij gezien dat bepaalde factoren (zoals temperatuur) invloed hebben op de reactiesnelheid. In de volgende proefjes ben jij zelf het enzym tandenstokerase, dat tandenstokers (het substraat) afbreekt. Je maakt berekeningen om te bepalen hoeveel tandenstokers per seconde afgebroken worden. Hiermee kan je bepalen wat de reactiesnelheid is van het enzym tandenstokerase. Tijd 30 minuten Materiaal ± 150 tandenstokers per team Schaal/kom Stopwatch Paperclips of cocktailprikkertjes met vlaggetjes, 10 per team Pen IJsklontjes of heel koud water (voor proef 3) Methode De werking van een enzym wordt nagebootst door jouw hand en tandenstokers. Het enzym tandenstokerase is je vuist en duim van één hand in een specifieke vorm. De active site (zie de figuur) is het gedeelte tussen vuist en duim waar de tandenstoker ( substrate ) in past. De tandenstoker kan zo in twee stukken gebroken worden (het product). De reactiesnelheid kan gemeten worden door het aantal gebroken tandenstokers (product) te tellen. Er zijn vele factoren die invloed hebben op de snelheid van de enzymreactie. Ontdek de nieuwe wereld van genomics 2

3 Vind de juiste vorm Breek een tandenstoker boven een schaal. Kan de tandenstoker sneller gebroken worden? Opdracht 2 Kan het veel sneller gebroken worden? Leg uit. Gegeven is een stapeltje tandenstokers en ideale condities; het duurt toch nog wel even voordat het enzym alle tandenstokers heeft gebroken. Dit is de V-max van het enzym (maximale snelheid van productvorming). Indien het hele klaslokaal gevuld zou zijn met tandenstokers, dan zou deze snelheid niet veranderen. Opdracht 3 Zou het je meer tijd kosten om een tandenstoker te breken als deze aan de andere kant van het lokaal ligt? Denk hierbij aan de substraatconcentratie. Opdracht 4 Zou het je meer tijd kosten om een stapeltje tandenstokers te breken als er opengevouwen paperclips of cocktailprikkertjes met vlaggetjes (welke je niet mag breken!) tussen de stapel zou liggen? De paperclip of cocktailprikker werkt in dit geval als competitieve inhibitor. Leg dit uit. Opdracht 5 Wat zou er gebeuren met de tijd indien twee mensen tegelijk tandenstokers breken? Dit heeft te maken met enzymconcentratie. Doe de volgende proefjes in groepjes van minimaal vier personen. Ontdek de nieuwe wereld van genomics 3

4 Proef 1: Reactiesnelheid van tandenstokerase Leg ongeveer 50 tandenstokers in de schaal Breek zoveel mogelijk tandenstokers tussen vuist en duim zonder te kijken. Let op! Gooi de gebroken helften terug in de schaal (product en substraat zijn gemixt in een reactie), maar een tandenstoker mag maar één keer gebroken worden (het enzym heeft immers al gereageerd met het substraat) Noteer het aantal gebroken tandenstokers in intervallen van 10 seconden in de tabel. Tabel 1 Tijd (seconden) 0 Aantal gebroken tandenstokers (N) Gemiddelde snelheid Verandert het aantal gebroken tandenstokers door de tijd? Opdracht 2 Wat is je conclusie? Opdracht 3 Bereken de gemiddelde reactiesnelheid tussen tijdsintervallen met behulp van de volgende formule: N 2 -N 1 / T 2 -T 1 Een gemiddelde beginsnelheid zou 0.5 tandenstoker / sec. kunnen zijn. Indien je de tijd verlengt naar 180 seconden, zal de reactie snelheid tussen het interval seconden waarschijnlijk 0 zijn. Wanneer je aan het breken bent en je bent bijna door je tandenstokers heen, heb je het punt bereikt dat de reactiesnelheid afneemt aangezien het moeilijker wordt om nog (hele) tandenstokers te vinden. Dit is een factor die invloed heeft op het enzym. Opdracht 4 Leg bovenstaand concept uit aan de hand van het enzym amylase in het speeksel in je mond wanneer je een stukje brood eet. Ontdek de nieuwe wereld van genomics 4

5 Proef 2: Toevoeging van een inhibitor Leg weer ongeveer 50 nieuwe tandenstokers in de schaal Mix 10 opengevouwen paperclips, of cocktailprikkertjes met een vlaggetje welke je niet mag breken door de tandenstokers. Breek wederom zoveel mogelijk tandenstokers tussen vuist en duim zonder te kijken. Nogmaals cocktailprikkertjes met een vlaggetje mogen niet worden gebroken Noteer het aantal gebroken tandenstokers in intervallen van 10 seconden in de tabel. Tabel 2 Tijd (seconden) Aantal gebroken tandenstokers (N) Wat voor effect heeft het toevoegen van een verkeerd substraat op de hoeveelheid tandenstokers die gebroken zijn door tandenstokerase? Opdracht 2 Wat is je conclusie? Licht deze toe aan de hand van een echt voorbeeld. Ontdek de nieuwe wereld van genomics 5

6 Proef 3: Invloed van temperatuur op de werking van tandenstokerase Meet hoe lang het duurt om 10 tandenstokers te breken zonder te kijken. Houd je hand een tijdje in heel koud water, en droog ze snel af. Probeer dan weer 10 tandenstokers te breken en meet hoe lang je daar over doet. Tabel 3 Temperatuur Kamertemperatuur tandenstokerase Tijd nodig om 10 tandenstokers te breken (seconden) Koude tandenstokerase Hoe beïnvloedt temperatuur de tijd die het kost voor tandenstokerase om de tandenstokers te breken? Hoe zit dit met echte enzymen en temperatuur? Ontdek de nieuwe wereld van genomics 6

7 Conclusie Zet de data van tabel 1 van proef 1 in onderstaande grafiek en verbind de punten tot een lijn. Doe dit ook met de data van tabel 2 van proef 2. Gebruik verschillende kleuren voor elke lijn. Maak een goed onderschrift bij de grafiek. Beantwoord tenslotte de vragen. Grafiek: Tandenstokerase efficiëntie Aantal gebroken tandenstokers Tijd (seconden) Grafiek 1: (onderschrift) Ontdek de nieuwe wereld van genomics 7

8 Wat is een enzym? Wat was het enzym in deze proef? Opdracht 2 Wat is een substraat? Wat was het substraat in deze proef? Opdracht 3 Beschrijf hoe het toevoegen van een ander/verkeerd substraat de werking van het enzym beïnvloedt. Gebruik de bovenstaande grafiek in je antwoord. Opdracht 4 Wat gebeurt er met de reactiesnelheid van een enzym als het substraat afneemt. Opdracht 5 Beschrijf hoe temperatuur de werking van een enzym beïnvloed. Wat veroorzaakt meer definitieve verandering aan het enzym, afkoelen of verhitten? Ontdek de nieuwe wereld van genomics 8

9 Bijlage. Enzymen en uitwerkingen Voorbeelden van toepassingen van enzymen in ons dagelijks leven Toepassing Voeding Bakkerij Enzym en uitwerking Amylase gelijkmatige kruimelstructuur en groot broodvolume Maltogeen langere versheid van brood Alfa-amylase het eerste door genetisch gemodificeerde organismen (GGO) geproduceerde enzym op de markt Xylanase makkelijker te hanteren deeg en verbeterde kruimelstructuur Zuivelproducten Chymosine stremmen van melk om kaas te maken Protease afbraak van allergene eiwitten Lipase verbeteren van kaasrijping Brouwerij Amylase afbraak van zetmeel tot fermenteerbare suikers Beta-glucanase voorkomen van 'chill-haze' bij bier (troebel worden bij afkoelen) Fruitsappen Pectinase / Amylase verhogen van sapopbrengst en helderheid Wijn Pectinase behoud van kleur en helderheid Veevoeding Fytase maakt veevoer vrij van fosfor, zodat dieren het makkelijk kunnen opnemen Niet- voeding Textiel Amylase afbraak van zetmeel in de waslaag die op textielvezels gebracht is ter bescherming van de vezels tijdens het weven Cellulase alternatief voor stonewashing Wasproducten Cellulase afbraak van cellulose in kleinere componenten die zich makkelijker laten wegspoelen Lipase afbraak van lipiden, de belangrijkste component van oliën en vetten Protease afbraak van eiwitvlekken in kleinere componenten die zich makkelijker laten wegspoelen Papier Lipase afbraak van lipiden in hars, dat de papierproductie bemoeilijkt (vlekken en gaten) Laccase afbraak van lignine in hout, want lignine zorgt voor een ongewenste bruine kleur Leer Lipase afbraak van weefselresten die nog aan het leer zijn gehecht Protease afbraak van eiwitten waardoor het leer makkelijker kan worden onthaard en ook aan soepelheid wint Ontdek de nieuwe wereld van genomics 9