La catalasi: un enzima in azione

Percorso di Didattica laboratoriale
“La catalasi: un enzima in azione”
Scuola Secondaria di Secondo Grado
IISS - “IPSIA E. Majorana”Bari
Classe IV B
Docente: Miralma Serio
Organizzatore cognitivo: Le trasformazioni
Organizzatore concettuale: I catalizzatori biologici: gli enzimi
Il contesto di senso:
Quando disinfettiamo una ferita con acqua
ossigenata si forma una schiuma biancastra.
Cosa accade?
Il concetto di senso comune
Cosa i ragazzi pensano che accada…
 Avviene una reazione chimica con la pelle…
 L’acqua ossigenata reagisce con il sangue…
 Attacca i batteri presenti sulla ferita…
 Pulisce e rimargina la ferita…
L’acqua ossigenata si decompone spontaneamente,
ma molto lentamente (in alcuni mesi),
in modo non apprezzabile ad occhio nudo.
Il laboratorio formativo
Sperimentiamo…
Trattiamo l’acqua ossigenata H2O2 con:
 Biossido di manganese MnO2
 Permanganato di potassio KMnO4
 Solfato di manganese MnSO4
MnO2
H2O2
KMnO4
MnSO4
 In presenza di un catalizzatore inorganico
la decomposizione dell’acqua ossigenata
viene accelerata moltissimo:
si liberano velocemente bollicine di gas.
La provetta si riscalda .
Deduciamo che:
La decomposizione rapida
dell’acqua ossigenata in
presenza di un catalizzatore
inorganico avviene con
sviluppo di calore.
Si tratta di una reazione
“esotermica”.
Cerchiamo la definizione di catalizzatore sul dizionario:
Sostanza che promuove un aumento di velocità di
reazione, mantenendosi inalterata in forma
e quantità alla fine della reazione.
Trattiamo con acqua ossigenata al 6%:
 tessuti vegetali (cipolla, patata, foglie)
 tessuti animali (muscolo, fegato)
 microrganismi (lieviti)
Utilizziamo sia pezzi che poltiglia di tessuti.
Riduciamo in poltiglia
i tessuti
pestandoli nel mortaio
…aggiungiamo l’acqua ossigenata
foglia
cipolla
patata
Si libera effervescenza,
molto più evidente nei
tessuti ridotti in
poltiglia
Effervescenza…..
… osservata con lo
stereoscopio
(40 ingrandimenti)
fegato
muscolo
Nel fegato l’effetto è particolarmente evidente
Anche il lievito (Saccharomyces cerevisiae ) produce una notevole
effervescenza in presenza di H2O2.
 Deduciamo che negli organismi viventi sia presente una
“sostanza” biologica che agisce da catalizzatore sulla
decomposizione dell’acqua ossigenata.
Si tratta di un enzima
chiamato CATALASI.
 Trattando tessuti vegetali, tessuti animali, microrganismi
con acqua ossigenata si libera effervescenza, che aumenta
se il tessuto viene schiacciato in un mortaio perché
aumenta la superficie di contatto tra molecole di enzima e
molecole di substrato.
 L’ENZIMA è un catalizzatore organico (presente negli
organismi viventi)
Sperimentiamo…
Poniamo in un cilindro la poltiglia di
patata, aggiungiamo H2O2.
Il gas sviluppato con l’effervescenza
alimenta la combustione di uno
stecco di legno con la punta
incandescente introdotto nel
cilindro:
si tratta di ossigeno.
•Poniamo sotto una
campana di vetro una
candela accesa e calcoliamo
il tempo di combustione.
•Ripetiamo l’esperimento
ponendo sotto la campana
un becher con lievito e
H2O2.
OSSERVAZIONI
•Il tempo di combustione aumenta perché si libera OSSIGENO con
l’effervescenza
• Le pareti della campana si appannano: si è prodotta ACQUA sotto forma di
vapore.
Ipotizziamo e scriviamo l’equazione chimica che
rappresenta la reazione:
2H2O2
O2 + 2H2O
 Poniamo in un cilindro la poltiglia di patata e aggiungiamo
un campione di H2O2
 Una volta cessata l’effervescenza, se si aggiunge un altro
campione di acqua ossigenata, la reazione di
decomposizione riprende.
 L’ enzima resta inalterato al termine della reazione.
 Non si consuma durante la reazione: non può essere
considerato un reagente.
 L’enzima funziona da catalizzatore, non prendendo
parte alla reazione.
L’enzima funziona in qualunque condizione?
Esistono fattori che possono influenzare l’attività
dell’enzima?
Sperimentiamo…
 Portiamo ad ebollizione in
un becher con acqua i
pezzi di tessuto animale e
vegetale
Concetto operativo
condiviso:
L’enzima, essendo una
proteina, viene
denaturato ad alta
temperatura, perde la
sua conformazione e
quindi la sua attività.
 Aggiungendo H2O2 a poltiglia di patata tenuta in freezer,
si sviluppa effervescenza lentamente.
congelata
Concetto operativo condiviso:
Le basse temperature rallentano la reazione enzimatica
Immergiamo per 5 minuti
i pezzi di tessuti animali e
vegetali in una soluzione
concentrata di acido
cloridrico
Concetto operativo condiviso:
Il pH acido impedisce l’attività enzimatica
(Si altera il sito attivo , impedendo il legame con il substrato).
NaOH
Immergiamo per 5 minuti
i pezzi di tessuti animali e
vegetali in una soluzione
concentrata di idrossido di
sodio
NaOH
NaOH
Concetto operativo condiviso:
Il pH basico impedisce l’attività enzimatica.
(Si altera il sito attivo , impedendo il legame con il substrato).
CONCLUSIONI…
CONCLUSIONI.....
Durante il percorso abbiamo capito che:
 Gli enzimi sono catalizzatori biologici: accelerano la velocità
delle reazioni chimiche negli esseri viventi.
 E’ possibile rilevare la presenza di un enzima con metodo
“indiretto”, osservando la reazione catalizzata e dimostrando la
presenza dei prodotti di reazione.
 L’enzima non si consuma durante la reazione, al contrario del
substrato che viene convertito in prodotto
 L’attività di un enzima è influenzata dalla temperatura
( l’enzima è una proteina che si denatura con il calore) e dal pH
(ogni enzima ha un suo range di pH al quale risulta attivo).
 L’H2O2 , prodotto di scarto del metabolismo, è tossica per i
tessuti che si difendono grazie alla presenza dell’ enzima
CATALASI che la decompone in acqua e ossigeno.
 La catalasi si trova nei tessuti animali e vegetali( in organelli
detti perossisomi) e in molti microrganismi (lieviti, batteri); è
particolarmente presente nel fegato che svolge potere
detossificante; non si trova nei batteri anaerobi stretti (clostridi)
che non vivono in presenza di ossigeno.
 L'effervescenza prodotta dalla decomposizione dell’H2O2
facilita la pulizia della ferita, rimuovendo per via meccanica
germi e residui di tessuti danneggiati. La liberazione di ossigeno
ha un potere gemicida di breve durata.
 Cinetica enzimatica: influenza della concentrazione
dell’enzima e del substrato
 Acqua ossigenata come disinfettante
 Perossisomi nella cellula.
 Reazioni di ossidoriduzione e di dismutazione.