background image

 

Spektrofotometryczna metoda oznaczania aktywności peroksydazy 
 
Cel ćwiczenia
Ćwiczenie  poświęcone  jest  zapoznaniu  się  z  metodą  oznaczania  aktywności  peroksydazy 
chrzanowej jako jednego z enzymów z klasy oksydoredukataz.  
 
Wprowadzenie

Peroksydazy  (EC  1.11.1.1-14)  to  grupa  enzymów  należących  do  klasy  oksydoreduktaz 
katalizujących  utlenianie  nadtlenkiem  wodoru  różnych  substratów  organicznych  i 
nieorganicznych (Verma i Dubey, 20003). Grupą prostetyczną peroksydaz może być kofaktor 
hemowy, a także reszty selenocysteiny lub cysteiny luźno związane z apoenzymem.  
W  reakcji  katalizowanej  przez  peroksydazę,  nadtlenek  wodoru  jest  redukowany  kosztem 
różnych związków np. kwasu askorbinowego, hydrohinonów i zredukowanego cytochromu.   

Sumarycznie równanie reakcji katalizowanej przez peroksydazę przedstawia się następująco: 

 

H

2

O

2

 + AH

2

 

2 H

2

O + A 

gdzie: AH

2

 to, odpowiednio, substrat w stanie zredukowanym i utlenionym. 

Peroksydazy  roślinne  należą  do  kluczowych  enzymów  kontrolujących  różnicowanie  się  i 
rozwój komórek roślinnych. Biorą one udział w takich procesach, jak: wczesny rozwój roślin, 
kiełkowanie, dojrzewanie owoców, starzenie  oraz  opadanie liści.  Dodatkowo pełnią funkcję 
enzymów  o  charakterze  antyoksydantów,  uczestnicząc  w  unieczynnianiu  reaktywnych  form 
tlenu (RFT). RFT powstają w każdej żywej komórce jako nieuchronny produkt metabolizmu 
tlenowego.  Nadmierne  ich  generowanie  prowadzi  do  stresu  „oksydacyjnego”  oddziałując 
negatywnie  na  funkcje  wszystkich  organelli  komórkowych,  uszkadzając  białka,  lipidy  oraz 
kwasy nukleinowe (Zacchini i in., 2003). Organizmy roślinne i zwierzęce wykształciły system 
antyoksydacyjny, który składa się zarówno z enzymów (dysmutaza ponadtlenkowa, katalaza, 
peroksydaza oraz alternatywna oksydaza) jak i związków niskocząsteczkowych (askorbinian, 
cysteina,  glutation).  Do  peroksydaz  biorących  udział  w  usuwaniu  RFT  należą:  peroksydaza 
glutationowa,  gwajakolowa  czy  askorbinowa  (Mehlhorn,  i  in.,  1996).  Enzymy  te 
zlokalizowane są m.in. w cytozolu, wakuoli, chloroplastach, ścianie komórkowej i przestrzeni 
międzykomórkowej.  Uczestniczą  nie  tylko  w  obronie  antyoksydacyjnej,  ale  również  biorą 
udział w procesach lignifikacji, biosyntezie etylenu i obronie przed patogenami. 

Peroksydazy  są  wysoce  specyficzne  w  stosunku  do  donora  wodoru  (np.  peroksydaza 
cytochromowa,  peroksydaza  NADH,  peroksydaza  NADPH)  lub  niespecyficzne  przenosząc 
atom wodoru z organicznego substratu na nadtlenek wodoru (np. peroksydaza chrzanowa).  

Prawie  wszystkie  peroksydazy  niespecyficzne  są  hemoproteinami.  Dzięki  występowaniu 
ugrupowania  hemowego  połączonego  ze  specyficznym  białkiem  wykazują  one 
charakterystyczne  widmo  absorpcyjne.  Utworzenie  przejściowego  kompleksu  enzymu  z 
H

2

O

2

, powoduje aktywacje nadtlenku wodoru, w wyniku, czego działa jako akceptor wodoru. 

Peroksydazy  mogą  również  katalizować  reakcję  bezpośredniego  utlenienia  substratów  z 
udziałem tlenu cząsteczkowego. 
 
Do  peroksydaz  o  charakterze  niespecyficznym  należy  m.in.  peroksydaza  chrzanowa.  Jest 
ona  glikoproteiną  o  masie  cząsteczkowej  44  kDa,  zawierającą  cztery  reszty  lizynowe. 

background image

 

Substratem,  a  więc  donorem  wodoru  mogą  być  m.in.  fenole  oraz  aminy  tj.  e-toluidyna, 
gwajakol czy pirogalol.  
 
Oznaczanie aktywności peroksydazy chrzanowej 
Aktywność  peroksydazy  może  być  oznaczana  na  podstawie:  spadku  stężenia  nadtlenku 
wodoru,  spadku  stężenia  donoru  wodoru  lub  pomiarze  poziomu  utworzonych  produktów 
utlenienia.  Na  dzisiejszych  ćwiczeniach  pomiar  aktywności  peroksydazy  chrzanowej  będzie 
się  opierał  na  trzeciej  metodzie,  czyli  na  pomiarze  poziomu  utworzonych  produktów 
utlenienia.  Przy  oznaczaniu  aktywności  peroksydazy  nadtlenek  wodoru  stosuje  się  w 
niewielkim  nadmiarze  ze  względu  na  jego  inaktywujące  działanie  na  enzymy.  Reakcję 
przeprowadza  się  przez  5-10  minut  ze  względu  na  szybkie  wyczerpywanie  się  nadtlenku 
wodoru. 

Zasada fotometrycznej metody oznaczania aktywności peroksydazy chrzanowej 

Metoda  opiera  się  na  reakcji  utleniania  pirogalolu  do  purpurogaliny  przy  udziale  nadtlenku 
wodoru. Ilość powstającej purpurogaliny mierzona jest fotometrycznie przy długości fali 430 
nm  i  temperaturze  25°C.  Próbę  materiałową  wykonuje  się  bez  dodatku  H

2

O

2

  w  celu 

wyeliminowania  aktywności  oksydazy  polifenolowej,  która  również  wykazuje  właściwości 
utleniające.  Aktywność  peroksydazy  uzyskujemy  poprzez  odjęcie  od  absorbancji  dla  prób 
pełnych wartość absorbancji dla prób materiałowych (Próba pełna – Próba materiałowa). 

 

Rys. 1. Utlenienie pirogalolu do purpurogaliny.  
 
Odczynniki  
 
1. 0.2 M bufor fosforanowy pH 7.0:  
2. 0.2 M roztwór pirogallolu  
3. 0.01 M H

2

O

4. 10% Kwas siarkowy 
5. 10% Siarczyn sodowy  
6. 2.5 g Chrzanu/1000ml 
 
Wykonanie 
Wyciąg  enzymowy  (zadanie  kontrolne)  uzupełnić  wodą  destylowaną  w  kolbie  miarowej  na  
25 ml.  

Procedura  

Wykonywane są następujące próby:  

3 H 

2

  

C0 

2

  

5 H 

2

2

  

pirogalol 

purpurogalina 

background image

 

1)  kontrolna  zawiera  wszystkie  składniki,  ale  bez  wyciągu  enzymowego.  Służy  do 

wyzerowania 

spektrofotometru 

kompensuje 

absorbancję  pochodzącą  od 

odczynników. 

2)  materiałowa  bez  dodatku  H

2

O

2

  w  celu  wyeliminowania  aktywnej  w  roślinach 

oksydazy polifenolowej wykazującej właściwości utleniające pirogalol. 

3)  pełna zawierająca wszystkie odczynniki oraz enzym i H

2

O

2

 

Aktywność  peroksydazy  chrzanowej  wykonuje  się  w  buforze  fosforanowym  pH  7.0, 
temperaturze 25

o

C, inkubację prowadzi się przez 10 minut. 

Do probówek należy odpipetować następujące ilości odczynników:  

Próba kontrolna 

Próba materiałowa  

(w 2 powtórzeniach) 

Próba pełna  

(w 2 powtórzeniach) 

0.15 ml 

Bufor fosforanowy 

0.15 ml 

Bufor fosforanowy 

0.15 ml 

Bufor fosforanowy 

------ 

0.5 ml 

Enzym 

0.5 ml 

Enzym 

0.7 ml 

Woda destylowana 

0.7 ml 

Woda destylowana 

0.2  ml 

Woda destylowana 

Wstawić do łaźni wodnej na 5 minut o temperaturze 25 ° C 

0.5 ml 

Nadtlenek wodoru 

------ 

0.5 ml 

Nadtlenek wodoru 

0.15 ml 

Pirogalol 

0.15 ml 

Pirogalol 

0.15 ml 

Pirogalol 

Inkubować w łaźni wodnej przez 10 minut o temperaturze 25 ° C 

0.5 ml 

Kwas siarkowy 

0.5 ml 

Kwas siarkowy 

0.5 ml 

Kwas siarkowy* 

0.5 ml 

Siarczyn sodowy 

0.5 ml 

Siarczyn sodowy 

0.5 ml 

Siarczyn sodowy** 

2.5 ml 

Woda destylowana 

2.5 ml 

Woda destylowana 

2.5 ml 

Woda destylowana 

*zahamowanie reakcji przez dodanie 10 % kwasu siarkowego 

** rozłożenie pozostałego nadtlenku wodoru 

Absorbancję uzyskanych roztworów (2 próby pełne, 2 próby materiałowe) należy odczytać w 
fotometrze wobec próby kontrolnej przy długości fali 430 nm. 

Opracowanie wyników 

Od  średniej  wartości  absorbancji  prób  pełnych  odjąć  średnią  wartość  absorbancji  prób 
materiałowych.  Dla  otrzymanej  absorbancji  odczytać  z  krzywej  wzorcowej  stężenie 
purpurogaliny. Obliczyć aktywność peroksydazy wyrażona w μmol purpurogaliny utworzonej 
w ciągu 1 minuty w przeliczeniu na 1 g korzenia.  

 

 

background image

 

Przykładowe obliczenie 

Absorbancja 

prób 

pełnych 

Absorbancja 

prób 

pełnych 

Średnia 

absorbancja 

prób 

pełnych 

 

Absorbancja 

prób 

materiałowych 

Absorbancja 

prób 

materiałowych 

Średnia 

absorbancja 

prób 

materiałowych 
 

 
Różnica

 

Stężenie 

purpurogaliny 

(μg) 

0.175 

0.164 

0.170 

0.020 

0.030 

0.025 

0.145 

900 

 

Różnica absorbancji 0.145 
W 0.5 ml próby znajduje się 900 μg purpurogaliny 

W 25 ml (w kolbce)- 45 000 μg purpurogaliny (900 μg x 50) 

Do  kolbki  przed  dopełnieniem  jej  wodą  do  objętości  25  ml  wlano  np.  3  ml  analizowanego 
ekstraktu z korzenia chrzanu (wartość tę poda prowadzący ćwiczenie, po zanotowaniu różnic 
absorbancji P pełna – P materiałowa). 
W 3 ml roztworu było 45 000 μg purpurogaliny, zatem w 1000 ml: 

45 000 μg purpurogaliny x 1000/3 = 15 000 000 μg purpurogaliny  

Masa molowa purpurogaliny 220 μg/μmol, zatem 15 000 000 μg/220 μg/μmol = 68 181 μmol 
Do doświadczenia użyto 2.5 g korzenia chrzanu a aktywność musimy przeliczyć na 1 g i na 1 
minutę: 

68 181 μmol x 1 g/2.5 g = 27 272 μmol 

27 272 μmol x 1 minuta/10 minut = 2727 μmol 

 

Schemat rozcieńczeń 

 

 

Pytania: 

1)  Do jakiej klasy enzymów należą peroksydazy i jakie reakcje katalizują? 

2)  Wyjaśnij, dlaczego w metodach oznaczania aktywności peroksydaz reakcję prowadzi 

się tylko przez krótki czas? 

3)  W  jaki  sposób  przerywa  się  na  ćwiczeniu  reakcję  katalizowaną  przez  peroksydazę 

chrzanową? W jakim celu po zakończeniu reakcji enzymatycznej dodaje się siarczynu 
sodowego? 

2.5g 

1000 ml 

X ml 

Zadanie 
kontrolne 

25 ml 

0.5  ml 

background image

 

4)  Czym  różnią  się  próby  kontrolne  od  prób  pełnych  w  fotometrycznej  metodzie 

oznaczania  aktywności  peroksydazy?  Do  czego  służy  próba  kontrolna,  materiałowa 
oraz pełna? 

 

Literatura: 

1)  Becana  M,  Dalton  DA,  Moran  JF,  Iturbe-Ormaetxe  I,  Matamoros  MA,  Rubio 

MC. 2000. Reactive oxygen species and antioxidants in legume nodules. Physiologia 
Plantarum
 109: 372–381. 

2)  Mehlhorn  H,  Lelandais  M,  Korth  HG,  Foyer  CH.  1996.  Ascorbate  is  the  natural 

substrate for plant peroxidases? FEBS Lett: 378:203–206 

3)  Małecka  A.,  Tomaszewska  B.  2005.  Reaktywne  formy  tlenu  w  komórkach 

roślinnych i enzymatyczne systemy obronne. Postępy Biologii Komórki 32:311-325 

4)  Verma, S. and R.S. Dubey, 2003. Lead toxicity induces lipid peroxidation and alters 

the activities of antioxidant enzymes in growing rice plants. Plant Sci: 164: 645-655. 

5)  Zacchini M., Rea E., Tullio M., de Agazio M2003. Increased antioxidative capacity 

in maize calli during and after oxidative stress induced by a long lead treatment. Plant 
Physiology and Biochemistry
: 41: 49-54.