Ćwieczenie nr8, Studia PŁ, Ochrona Środowiska, Biochemia, laborki, sprawka


LABORATORIUM Z BIOCHEMII.

Ćwiczenie nr.8


„Ochrona Środowiska”

Grupa dziekańska nr. II

Czwartek godz.: 16:15-20:00

Grupa:

Maciej Kurzyk

Magdalena Kołuda

Jacek Bogdański


Temat: Oksyreduktazy.

Uwagi: ______________

Ocena: ______________

Wstęp - teoria.

Oksydoreduktazy katalizuja przeniesienie równowa_ników redukcyjnych miedzy

dwoma układami redoks. Termin równowa_nik redukcyjny okresla kombinacje elektronów i

protonów, które pojawiaja sie w procesach redoks

Procesy oksydacyjno-redukcyjne w komórkach zachodza we wszystkich przedziałach

subkomórkowych (cytozolu, wewnetrznej błonie mitochondriów, w błonie tylakoidów, błonach siateczki sródplazmatycznej, błonie jadrowej, a tak_e w przestrzeni miedzykomórkowej). Procesy te sa katalizowane przez enzymy współdziałajace z rozpuszczalnymi (koenzymy) lub

zwiazanymi z białkiem enzymatycznym (grupy prostetyczne) kofaktorami. Najwa_niejszymi

kofaktorami oksydoreduktaz sa: NAD+, NADP+, FMN, FAD, ubichinon (koenzym Q), plastochinon,plastocyjanina, lipoamid, hem oraz kilka rodzajów centrów żelazowo-siarkowych.

Dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy (NAD+) oraz jego forma ufosforylowana - fosforan dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego (NADP+), koenzymy przenoszace jony wodorkowe (2e- i 1H+), wykorzystywane sa przez ponad 200 oksydoreduktaz. W utlenionej formie tych koenzymów w pierscieniu aromatycznym amidu kwasu nikotynowego dodatnie ładunki sa zdelokalizowane. Jedna z dwóch przechodzacych w siebie struktur ma w

położeniu para do atomu azotu ubogi w elektrony, dodatnio naładowany atom wegla. W to

miejsce zostaje wprowadzony jon wodorkowy, tworzac zredukowane formy NADH-H+ i

NADPH-H+. Poprawny zapis zredukowanych koenzymów pokazuje, że przyjeciu jonu wodorkowego przez koenzym towarzyszy uwolnienie protonu.

Powstawanie nadtlenku wodoru (H2O2) w komórce:

W komórce nadtlenek wodoru powstaje w wielu różnych reakcjach. Jednym z jego źródeł

jest reakcja katalizowana przez dysmutaze ponadtlenkowa - enzym usuwajacy aniony

ponadtlenkowe zgodnie z reakcja:

O-2 + O-2 + 2H+ H2O2 + O2

Anion ponadtlenkowy (O-2) jest produktem ubocznym wielu reakcji redoks powstajacym w

wyniku czesciowej redukcji tlenu czasteczkowego (przyjecie jednego elektronu). W komórkach roslin aniony ponadtlenkowe powstaja np. jako produkty uboczne przepływu elektronów przez centra żelazowo-siarkowe (reakcja Mehlera) w obrebie fotosystemu I, czy w reakcji katalizowanejprzez oksydaze NADPH.H+ zlokalizowana w błonie komórkowej, gdzie aktywne formy tlenu służą do obrony przed patogennymi drobnoustrojami.

Ważnymi enzymami wytwarzajacymi H2O2 sa tak_e oksydazy flawoproteinowe, do

których nale_a m. in. oksydazy L-aminokwasowe i D-aminokwasowe. Utlenianie aminokwasu przebiega zgodnie z reakcja:

aminokwas + O2 + H2O ketokwas + H2O2 + NH3

W komórkach zwierzat H2O2 powstaje tak_e w peroksysomach w reakcji utleniania

kwasów tłuszczowych o dłuższym niż 18C łancuchu weglowodorowym. W tym wypadku szlak -oksydacji, podobnie jak utlenianie kwasów tłuszczowych u roslin, rozpoczyna sie od reakcji katalizowanej przez oksydaze acylo-CoA zgodnie z równaniem:

acylo-CoA + O2 Δ2-enoilo-CoA + H2O2

Bogatym zródłem H2O2 w komórkach roslin jest szlak przemian okreslany jako fotooddychanie. Enzym „rubisco” (karboksylaza/oksygenaza rybulozo-1,5-bisfosforanu) może do rybulozo-1,5-bisfosforanu przyłaczac CO2 lub O2. W pierwszym wypadku powstaja 2 czasteczki kwasu 3-fosfoglicerynowego, natomiast w reakcji, w której zamiast CO2 uczestniczy O2 powstaje 1 czasteczka kwasu fosfoglicerynowego i 1 czasteczka kwasu 2-fosfoglikolanowego. Powstajacy w chloroplastach 2-fosfoglikolan jest najpierw defosforylowany, a nastepnie powstający glikolan w peroksysomach zostaje utleniony przez oksydaze glikolanowa do glioksalanu zgodnie z reakcja:

glikolan + O2 glioksalan + H2O2

Nadtlenek wodoru jest zwiazkiem szkodliwym, głównie ze wzgledu na możliwosc powstawania w obecnosci Fe2+ rodników hydroksylowych .OH, a tak_e tlenu singletowego 1O2. Enzymatyczne usuwanie H2O2 Enzymami funkcjonującymi w usuwaniu H2O2 sa katalaza i peroksydaza. Katalaza, enzym zawierający hem, dysproporcjonuje dwie cząsteczki H2O2 do H2O i O2 zgodnie z równaniem:

2 H2O2 2H2O + O2

Katalazy moga także wykazywać aktywność peroksydacyjna, w której H2O2 jest wykorzystywany do utleniania alkoholi, aldehydów, fenoli czy azotynów.

Peroksydazy redukują nadtlenek wodoru równocześnie utleniając (odwodorowujac)

różne substraty. Reakcje katalizowana przez peroksydazy można zapisać:

SH2 + H2O2 S + 2H2O

SH2 i S to, odpowiednio, substrat w stanie zredukowanym i utlenionym. Grupa prostetyczna

peroksydaz roślinnych jest _elazoprotoporfiryna (hemina), natomiast enzymy zwierzęce zawieraja inny typ heminy. Ważna funkcje ochronna w komórkach zwierząt i roślin spełnia peroksydaza glutationowa współdziałająca z glutationem w usuwaniu nadtlenku wodoru i szkodliwych nadtlenków organicznych. W centrum aktywnym tego enzymu występuje analog cysteiny (selenocysteina), w którym siarka została zastąpiona selenem.

Oksydazy fenolowe - przenoszą elektrony i protony z orto- lub para-dwufenoli na tlen. Oksydaza o-dwufenolwa poza utlenianiem o-dwufenolu katalizuje także reakcje hydroksylacja.

Oksydaza cytochromowa (EC 1.9.3.1) - końcowe ogniwo łańcucha transportu elektronów

zlokalizowanego w wewnętrznej błonie mitochondriów. Łańcuch oddechowy katalizuje transport elektronów z NADH-H+ lub zredukowanego ubichinonu na tlen cząsteczkowy. Ubichinon może być redukowany enzymatycznie w reakcjach, w których np. utleniany jest bursztynian bądź flawoproteina (ETF) redukowana przez dehydrogenaze acylo-CoA, dehydrogenaze 3-fosfoglicerynianu lub dehydrogenazy utleniające choline czy dihydroorotan.

Większą część energii towarzysząca reakcjom redoks wykorzystywana jest do formowania w poprzek wewnętrznej błony mitochondrialnej gradientu protonowego, który z kolei napędza syntezę ATP katalizowana przez syntaze ATP. Łańcuch oddechowy obejmuje 3 białkowe kompleksy (kompleks I, III i IV) oraz dwie cząsteczki przenośnikowe:

ubichinon (Q) i cytochrom c. Poza tym, z błona wewnętrzną związana jest dehydrogenaza bursztynianowa (kompleks II) oraz inne dehydrogenazy przekazujące elektrony

na ubichinon (Q).

Wykonanie ćwiczenia. Wnioski.

I. Analiza jakościowa.

Celem doświadczenia jest stwierdzenie obecności w analizowanym surowcu trzech enzymów oksyreduksyjnych: oksyreduktazy o-difenolowej, peroksydazy i katalazy . Polega to na zmieszaniu ekstraktów z odpowiednimi substratami. Obserwowane efekty zachodzących reakcji wskażą obecość danego enzymu.

Oznaczenie.

Przygotowujemy ekstrakt enzymatyczny 200cm3 z brukselki według przepisu .

W 6 probówkach umieszczamy po 2 cm3 ekstraktu enzymatycznego i do każdej probówki dodajemy po 3cm3 wody destylowanej, natomiast w dwóch probówkach (7 i 8) umieszczamy po 5 cm3 wody destylowanej.

Nr. Probówki

Próba

Oznaczany enzym

Wynik analizy

Opis próby

1.

Ekstrakt

 

 

Jasno zielony kolor

2.

Ekstrakt + katechol

Oksydaza
o-difenolowa

+-

Kolor o ton ciemniejszy od barwy ekstraktu

3.

Ekstrakt + pirogarol

+-

4.

Ekstrakt + katechol+ H2 O2

Peroksydaza

+++

Ciemno brunatna barwa;
W obu probówkach wydzielają
się pęcherzyki gazu.

5.

Ekstrakt + pirogarol +H2 O2

++

6.

Ekstrakt + H2 O2

Katalaza

+++

Wydzielają się pęcherzyki gazu

7.

Woda + katechol

Próby odczynnikowe

-

Próba bezbarwna

8.

Woda + pirogarol

-

Zabarwienie ekstraktu w probówkach 1 i 2 świadczy o obecności w ekstrakcie z brukselki oksydazy o-difenolowej. Intensywniejsze zabarwienie prób w probówkach 4i 5 swiadczy o obecności w ekstrakcie również peroksydazy . Wydzielające się w probówce 6 pęcherzyki powietrza świadczą o obecności katalazy.

II. Analiza ilościowa

Oznaczanie aktywności katalazy

Zasada oznaczania katalazy : odmiareczkowujemy polega na odmiareczkowniu za pomocą KMNO 4 w środowisku H2SO4 nierozłożonego przez katalazę H2 O2 .

KMNO4 + 5 H2 O2 + 4 H2SO4 ------> 2 KHSO4 + 2 MnSO4 + 8H2O2 + 5 O2

Oznaczenie.

W dwóch kolbach stożkowych o pojemności 200 cm3 umieszczamy 5 cm3 ekstraktu enzymatycznego i po 25 cm3 wody destylowanej . Do jednej z kolb służącej do przygotowania proby właściwej dodajemy 3 cm3 1% H2O2 i prowadzić reakcję rozkładu nadtlenku wodoru pod wpływem katalazy dokładnie 30 minut w temperaturze pokojowej. Następnie do tej kolby dodać 5 cm3 10% H2SO4 co powoduje inaktywacje enzymów i przerwanie reakcji enzymatycznego rozkładu H2O2 . Do drugiej kolby służącej do przygotowania próby odniesienia dodać najpierw 5 cm3 10% H2SO4 celem inaktywacji enzymów a następnie 3 cm 1% H2O2.

Obie próby miareczkujemy 0,1 M KMnO4 do słabo zanieczyszczonej barwy nie znikającej w ciągu 30 sek.

Różnica objętości 0,1 M KMnO4 zużytego do miareczkowani próby odniesienia i próby właściwej odpowiada ilości H2O2 rozłożonego pod wpływem katalazy.

Aktywność Katalazy w analizowanym produkcie:

CAT [U/g] = (a-b)*Vekst*c/ Venz*mprod*t

a - ilość 0,1 m KMnO4 zużyta do miareczkowania próby odniesienia [cm3]

b - ilość 0,1 m KMnO4 zużyta do miareczkowania próby właściwej [cm3]

Vekst -całkowita objętość ekstraktu enzymatycznego

Venz - objętość ekstraktu enzymatycznego pobrana do oznaczania

c - miano KMnO4 równe 250

t - czas reakcji

m prod -naważka produktu 10g z której uzyskano 200 cm3 ekstraktu

Oznaczanie aktywności peroksydazy.

Oznaczenie aktywności peroksydazy polega na spektrofotometrycznym oznaczaniu barwnych produktów utleniania gwajakolu przez nadtlenek wodoru w obecności peroksydazy. Oznaczenie polega na pomiarze przyrostu absorbancji o 0,1 w czasi 1 min w warunkach prowadzenia oznaczenia .

Próba kontrolna:

Próba właściwa :

Bufor fosforanowy 5 cm3

Roztwór gwajakolu 1 cm3

Ekstrakt enzymatyczny 1 cm3

Bufor fosforanowy 5 cm3

Roztwór gwajakolu 1 cm3

Ekstrakt enzymatyczny 1 cm3

H2O2 12.3 mM 2krople

Aktywność POD [U/g] = ΔA*Vekst / 0,1*Venz*mprod

Aktywność zbadana w naszej próbie = 56,7

ΔA - przyrost absorbancji w czasie 1 min (A1min - A0)

Vekst -całkowita objętość ekstraktu enzymatycznego

0,1 współczynnik przeliczeniowy jednostki aktywności

Venz - objętość ekstraktu enzymatycznego pobrana do oznaczania

m prod -naważka produktu 10g z której uzyskano 200 cm3 ekstraktu

Wyniki Analizy ilościowej.

Aktywności katalazy i peroksydazy w analizowanych surowcach.

L.p.

Produkt

Aktywność enzymatyczna [U/g]

Katalaza

Peroksydaza

1.

2.

3.

4.

Brukselka

A 1. 956,7

2. 950,0

B 3. 777,1

Śr. 953,3

  1. 56

  2. 56,7

  3. 66

  4. 48

Śr 56,7

1.

2.

3.

4.

Kapusta Włoska

A 1. 553,3

2. 580,0

3. 630

4. 553,4

Śr 579,2

1. 22

2. 20

3. 17

4. 38

Śr 19,7

Wyniki świadczą o tym, iż aktywność peroksydazy w kapuście włoskiej jest dwukrotnie mniejsza niż w brukselce. Wyniki katalazy są za to odwrotne do peroksydazy gdyż praktycznie dwukrotnie razy większą ilość zawiera brukselka.



Wyszukiwarka