8. Enzimes folyamatok vizsgálata

Napi szinten téma az egészségünk megőrzése, az egészséges energiadús élelmiszerek fogyasztása. Milyen élelmiszereket kellene fogyasztanunk az egészségünk megőrzéséhez? Sok-sok információ talál meg bennünket, szinte percenként adódnak újabb lehetőségek. Ezekből kell kiválasztani a számunkra értékeseket. A középiskolás fiatalok már könnyebb helyzetben vannak, mert fontos információkhoz jutottak a tanulmányaik során (biológia és kémia órákon elsajátított ismeretek). Már tudják, hogy a szőlőcukor molekuláknak milyen fontos szerepük van az élőlények életfolyamataiban.

A szőlőcukor igen nagy jelentőséggel bír, hiszen a földi élet forrása. A növényekben keletkezik a fotoszintézis során, napenergia hatására. Mind az előállító növényvilág, mind az őket fogyasztó emberek, állatok le tudják bontani a szőlőcukrot (glükózt) lebontási folyamataik során. Így a glükózban tárolt napenergiát fel tudják szabadítani. Légzéskor oxigén segítségével felszabadul a fotoszintézis során beépült napenergia. Ebből a folyamatból jól látszik, hogy mennyire fontos az emberek táplálkozásában a gyümölcsök, zöldségfélék, méz cukor, kenyér, tésztafélék, burgonya mert ezekben szőlőcukor található, illetve még olyan anyagok, amelyek a szervezetben glükózzá alakulnak.

A gyümölcscukor (fruktóz) a szőlőcukor izomerje. A természetben főleg a gyümölcsök levében, mézben, répacukorban és nádcukorban fordul elő. A fruktóz is szolgáltat energiát oxidációs lebontása során.

Gyakorlatunkon modellezzük az élő sejtekben lejátszódó átalakulási folyamatot, ahogyan a glükóz átalakul fruktózzá enzim katalizátor segítségével. A középiskolai tanórák keretében megszerzett elméleti ismeretek mellé most egy gyakorlati modellt tudunk adni, mely komplexé teszi az eddig megszerzett tudást. Gyakorlat a kémia és biológia órák során megszerzett ismeretek elmélyítését teszi lehetővé.

Gyakorlat célja

A gyakorlat során a szakaszos enzimreaktor működését, a szakaszos enzim katalízist mutatjuk be LINK, valamint azt, hogy különböző paraméterek milyen hatással vannak az enzimreakció sebességére LINK. A tanulmányozott reakció, a glükóz izomeráz, által katalizált, D-glükóz LINK D fruktóz LINK átalakulás. Ez a folyamat az iparban rendkívül gyakori. A reaktorban egy kosárkeverő keverőben található az enzim – immobilizált formában. Az enzim immobilizáció elterjedt az iparban, hiszen így könnyen újra használható a sok esetben drága katalizátor.

A gyakorlat elméleti háttere

Az enzimreakció a magnézium kofaktor tartalmú xylóz izomeráz enzim által katalizált glükóz-fruktóz átalakulás. Az izomeráz katalízis molekulán belüli geometriai, vagy szerkezeti változtatást jelent, ahogy esetünkben is, a glükóz aldehid csoportja alkohollá redukálódik, míg a szomszédos szénatom hidroxil csoportja ketonná oxidálódik.

Mivel mindkét molekula optikailag aktív, azaz a lineárisan polarizált fény polarizációs síkját elforgatja, a reakció előrehaladását a fénytörés mérésével követhetjük nyomon.

Az oldott anyagok forgatóképességét a fajlagos forgatóképességgel jellemzik. Ez azt a szöget jelenti, amellyel a síkban polarizált λ hullámhosszúságú fény polarizációs síkja elfordul, ha az t °C hőmérsékleten a kérdéses anyag oldatának 1 m vastag rétegén áthalad, és az oldat 1 m3 térfogatban 1 kg oldott anyagot tartalmaz. A fajlagos forgatóképességet a következőképpen írhatjuk le a gyakorlatban is használt mértékegységekkel:

(1)

ahol a polarizásiós sík elforgatásának szöge fokban (mért forgatás), l az oldat rétegvastagsága dm-ben, míg c a koncentráció g/100 cm3 egységben. Az (1) egyenletben használt mértékegységek használatával a fajlagos forgatóképesség gyakorlati mértékegysége (az SI mértékegység ). A fajlagos forgatóképességet a nátrium D vonalára (l = 589 nm) szokták vonatkoztatni.

Az (1) egyenlet szerint tehát, ha ismerjük a fajlagos forgatóképességet, és megmérjük az oldat forgatását ( ), akkor kiszámíthatjuk az oldat összetételét.

A az oldatban több komponens van, a forgatás additív.

A kísérlethez itt 2 komponens tartozik: glükóz és fruktóz. A kezdeti glükóz koncentráció ismert és a kezdeti fruktoz 0 g/ml. A rotáció fokát a mérés hőmérséklete határozza meg.


Próbáljon válaszolni az ellenőrző kérdésekre. Amennyiben nem tud, vagy nem biztos a válaszban olvassa el a leírást, illetve nézze meg újra a kisfilmet.

  • • Milyen eszközzel tudjuk mérni a reakció előrehaladását?
  • • Az optikailag aktív molekula hogyan hat a polarizált fényre?
  • • Mit jelent az izomeráz átalakulás (izomeráz katalízis)?
  • • Milyen enzim segíti, katalizálja a bemutatott átalakulási folyamatot?
  • • Miért terjedt el az iparban az enzim immobilizáció?