Смагина Е.С. Биологический эксперимент с использованием свойств ферментов на примере каталазы

Февраль 2015

На современном этапе развития естествознания биология и химия тесно переплетаются, интегрируются в различных областях. Поэтому невозможно полноценное изучение химии без биологии, а биологии без химии уже исходя из того, что живая и неживая материи состоят из одних и тех же элементов.

Биохимический эксперимент еще не вошел широко в практику работы школы, поскольку изучение биологической химии требует преодоления разрыва между знаниями, предусмотренными школьной программой, и знаниями, необходимыми для осмысления работы в этой области. Однако практика работы в школе показывает, что многие элементы биологической химии можно использовать при проведении исследовательской работы с учащимися. Одним из таких направлений работы становится использование свойств ферментов в биологическом эксперименте.

В общеобразовательной школе изучение ферментов предусмотрено в различных разделах химии и биологии. Наибольшее количество информации о ферментах приводится в курсе 10 класса.

По химической природе ферменты являются белками, обладающими каталитическими свойствами. Ферменты катализируют химические реакции в организмах животных, человека, растений и микроорганизмах. Как катализаторы ферменты отличаются рядом уникальных свойств:

1. Ферменты характеризуются огромной каталитической силой.
2. Ферменты обладают высокой специфичностью действия.
3. Ферменты способны к регуляции активности.
4. Ферменты принимают участие в превращении энергии.
5. Ферменты обладают высокой чувствительностью к изменению температуры.
6. Ферменты проявляют высшую каталитическую активность в определенных пределах рН.

Наиболее доступным и перспективным в использовании является фермент каталаза. Каталаза содержится во всех клетках живых организмов, разрушая пероксид водорода до воды и молекулярного кислорода, она защищает ткани организма от атак свободных радикалов. Выявление активности каталазы в различных биологических объектах позволил нам провести ряд биолого-экологических исследований. Совместно с учащимися мы провели экспериментально-исследовательскую работу «Определение активности каталазы в растительных объектах». Изучение активности каталазы в растительных объектах имеет актуальное значение в связи с меняющимися экологическими условиями проживания человека. Проведение данной работы позволило разработать условия определения каталазы, подобрать раствор пероксида водорода оптимальной концентрации для определения активности каталазы в растительных объектах и изучить динамику ферментативной активности каталазы. Мы смогли адаптировать газометрический метод для определения активности каталазы и установили, что наибольшая активность каталазы наблюдается при 2%-й концентрации пероксида водорода.

В дальнейшем эти исследования были использованы для работы «Определение натуральности и качества различных полифлерных видов меда». Свежесть меда мы определяли по уровню активности каталазы в образцах. Активность фермента определяли по объему выделившегося кислорода в результате разложения пероксида водорода. В пробирки помещали по 3 мл водного раствора (1:2) меда и добавляли по 3 мл 3% раствора перекиси водорода. Объем выделившегося кислорода измеряли в течение 5 минут с помощью собранного нами прибора (каталазника). Измерения проводили трижды и выяснили, что в свежем меде активность фермента каталазы более высокая. Данная методика исследования позволила определить свежесть одного из наиболее ценных продуктов, потребляемых человеком в качестве лекарственного средства.

В исследовательской работе «Влияние загрязнения ионами меди на активность каталазы в картофеле» мы определили влияние медьсодержащих препаратов, таких как фунгициды, на активность каталазы. В качестве объекта использовали наиболее распространенную сельскохозяйственную культуру – картофель. Проведенные исследования позволили установить ингибирующее действие ионов меди в различных концентрациях на активность каталазы.

Результаты исследований можно использовать в учебном процессе или в кружковой деятельности в школе. Мой многолетний опыт свидетельствует, что организация исследовательской работы учащихся представляет важное звено в преемственности и непрерывности образовательной системы "Школа-ВУЗ". Учитель закладывает фундамент – ученики приобретают навыки исследовательской работы.

Список использованных источников:

1. Диксон М. Ферменты / М. Диксон, Э.Уэбб.– М.: Изд-во «Мир», 1966.– 816 с.

2. Гидранович В.И. Ферменты, или энзимы, и их биологическая роль / В.И. Гидранович/ Биология: проблемы преподавания. – 2009. – 32 (57). – с.21-34