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DES EXPÉRIENCES DIVERTISSANTES À LA MAISON
Expériences avec des enzymes : oxydases et peroxydases. Expériences chimiques
Expériences divertissantes à la maison / Expériences de chimie pour les enfants Des processus chimiques complexes se produisent continuellement dans les cellules des plantes et des animaux. Ils sont régulés par des substances protéiques - des enzymes, qui (on le rappelle encore) jouent le rôle de catalyseurs des réactions chimiques dans les cellules. Pour étudier de tels processus biochimiques, des instruments complexes et de nombreux réactifs sont nécessaires. Cependant, certains phénomènes biochimiques peuvent être observés, comme on dit, à l'œil nu. Commençons par les enzymes oxydatives - oxydases et peroxydases. Ils sont présents dans de nombreux tissus vivants car l’oxydation est à la base des processus respiratoires. Mais ces enzymes agissent différemment : les oxydases oxydent les substances organiques avec l'oxygène de l'air, les peroxydases « extraient » l'oxygène des peroxydes dans le même but. Bien sûr, les substances s'oxydent lentement, même sans l'aide d'enzymes, mais les enzymes accélèrent la réaction plusieurs milliers de fois. Lorsque certaines substances, telles que le phénol et l’hydroquinone, sont oxydées, des produits de réaction colorés se forment. L’apparition de couleur indique que l’enzyme a fonctionné. Et l'intensité de la couleur permet de juger de la quantité de produits d'oxydation. Si aucune couleur n’apparaît, l’enzyme est inactive. Cela peut se produire dans des environnements trop acides ou trop alcalins, en l'absence de fournisseurs d'oxygène ou en présence de substances nocives pour les enzymes, appelées inhibiteurs d'enzymes. Après cette courte introduction, les expériences elles-mêmes. Vous aurez besoin de : une tige de chou, une pomme, un tubercule de pomme de terre avec des pousses, un oignon avec des racines, germées dans le noir. Les réactifs seront de l'eau bouillie à froid, ou encore mieux, de l'eau distillée, de l'hydroquinone (provenant d'un magasin de photos) et du peroxyde d'hydrogène en pharmacie. Faites également le plein d'une râpe à légumes, d'un bain-marie, de tubes à essai ou de flacons de pénicilline, de pipettes propres et de gaze ou d'un chiffon blanc. Commençons nos recherches avec le jus de chou. Broyez un morceau de tige de chou d'environ 20 g, pressez la pulpe obtenue à travers deux couches de gaze ou une couche de tissu, récupérez le jus dans un verre et diluez-le dix fois avec de l'eau. Nous vous prévenons immédiatement : lors de l'étude d'autres objets végétaux, le jus ne doit pas être dilué plus de deux à trois fois. Numéro six tubes à essai ou bouteilles propres et secs. Versez 1 ml de jus de chou dilué dans les tubes à essai n°2, 3, 4 et 1. Placer les tubes à essai 1 et 2 dans un bain-marie bouillant pendant cinq minutes pour détruire (inactiver) les enzymes, puis laisser refroidir à température ambiante. Au lieu du jus, versez 5 ml d'eau dans les tubes à essai 6 et 1. Ajoutez une petite quantité d’hydroquinone dans les six tubes à essai à l’aide de la pointe d’un couteau. Versez ensuite cinq gouttes d'eau dans les tubes à essai 1, 3 et 5, et cinq gouttes de peroxyde d'hydrogène dans les tubes à essai 2, 4 et 6. Mélangez soigneusement le contenu de chaque tube à essai. Après dix à quinze minutes, vous pouvez déjà observer les résultats de l'expérience. Nous vous recommandons fortement de les noter sous forme de tableau. Entrez dans le tableau les numéros des tubes à essai et la composition du mélange dans chacun d'eux ; dans la colonne à côté de chaque mélange, marquez si la couleur a changé au cours de l'expérience, et si elle a changé, alors comment exactement. Dans la colonne suivante, déterminez si une oxydation s'est produite. Lorsque tout le tableau est rempli, essayez d'analyser les résultats. Pour ce faire, réfléchissez à ces questions. Le peroxyde d'hydrogène peut-il oxyder l'hydroquinone en l'absence de jus de chou ? L'hydroquinone s'oxyde-t-elle lorsqu'elle est exposée au jus de chou sans peroxyde d'hydrogène ? L’activité enzymatique est-elle conservée dans le jus après ébullition ? Quelles enzymes oxydatives sont contenues dans le jus de chou - oxydases ou peroxydases ? Cependant, sur la base de l’expérience acquise avec des plantes de la même espèce, il est trop tôt pour tirer des conclusions définitives. Faites donc les mêmes expériences avec un tubercule de pomme de terre et ses pousses, avec la pulpe de pomme, avec les écailles charnues d'un oignon, ainsi qu'avec son fond et ses feuilles (« plumes »). Nous vous le rappelons : dans ces cas, le jus obtenu doit être dilué avec de l'eau 2 à 3 fois. Une fois toutes les expériences réalisées, il est possible de déterminer dans lequel des matériaux étudiés les enzymes oxydantes sont les plus actives. Pensez-vous que les oxydases et les peroxydases puissent être présentes simultanément dans les tissus végétaux ? Essayez de tirer vos propres conclusions sans regarder l'explication. Et lorsque des conclusions sont tirées, vérifiez si elles sont exactes. Première conclusion. Le peroxyde d'hydrogène peut oxyder progressivement l'hydroquinone même sans jus : une couleur rose apparaît lentement dans les éprouvettes 5 et 6. Cela signifie que l’enzyme n’est pas nécessaire à la réaction. Comme tous les catalyseurs, les enzymes ne font qu’accélérer la réaction qui a déjà été maintes fois répétée. Vous avez bien sûr remarqué la rapidité avec laquelle la couleur est apparue dans le tube à essai 4. Cependant, les peroxydases ne peuvent pas accélérer la réaction de l'hydroquinone avec l'oxygène de l'air (la couleur dans le tube à essai 3 est absente ou apparaît très lentement). Deuxième conclusion. L'enzyme peut être désactivée même par une ébullition à court terme. Dans le tube à essai 2 il n'y a pratiquement aucune coloration. Après tout, les enzymes sont des protéines ; ils coagulent lorsqu'ils sont chauffés - des flocons de protéines sont apparus dans les tubes à essai 1 et 2. Troisième conclusion. Dans le tube à essai 3, aucune couleur n'est apparue. Cela signifie que le jus de chou ne contient que des peroxydases, qui accélèrent l'oxydation de l'hydroquinone uniquement en présence de peroxyde d'hydrogène. Cependant, lors d'expériences avec des tubercules de pomme de terre et des pommes, la couleur apparaît, et particulièrement rapidement en secouant la bouteille, lorsque la solution est enrichie en oxygène. Cela signifie que les pommes de terre et les pommes contiennent des oxydases (plus précisément de la phénol oxydase) qui favorisent l'oxydation de l'hydroquinone avec l'oxygène. C'est pourquoi les tubercules de pomme de terre coupés et les pommes noircissent à l'air : ils contiennent des substances liées à l'hydroquinone. L'oxydase perd également son activité lorsqu'elle est chauffée. Rappelez-vous, les pommes de terre bouillies noircissent-elles ? Enfin, la quatrième conclusion. Les pommes de terre et les pommes contiennent également des oxydases : lorsque du peroxyde est ajouté au tube à essai 4, la couleur apparaît plus rapidement. Mais il n’y a pas d’oxydase dans les écailles charnues des oignons. Ils ne noircissent pas à l'air même avec l'hydroquinone. Au fait, avez-vous remarqué que les enzymes oxydatives sont particulièrement actives dans les organes végétaux qui se préparent à la croissance ou à la croissance - dans le fond de l'oignon et de ses racines, dans les pousses des tubercules de pomme de terre ? Le métabolisme s'y produit le plus intensément. Ainsi, nous avons découvert que toutes les conditions environnementales ne sont pas favorables à l'action des enzymes. Si une chaleur élevée inactive les enzymes, alors peut-être sont-elles plus actives à basse température ? Vérifions cela aussi. Pour l'expérience, vous aurez besoin de quatre bocaux supplémentaires en verre ou en métal d'une capacité d'environ un litre et de glace ou de neige (environ 1 kg). Expérimentons avec des tiges de chou. Râpez la tige, pressez le jus, comme auparavant, à travers une gaze ou un chiffon et diluez vingt fois avec de l'eau. Renumérotez les tubes à essai si l'ancienne numérotation a été effacée pour une raison quelconque, et versez 1 ml de jus de chou dilué dans les tubes à essai 2, 3, 4 et 1, puis ajoutez de l'hydroquinone au bout d'un couteau. Au lieu du jus, versez 5 ml d'eau dans les tubes à essai 6 et 1 et ajoutez également de l'hydroquinone. Et puis disposez les tubes à essai comme suit : 1 - dans un pot avec de la neige ou de la glace ; 2 - dans un bocal avec de l'eau tiède (40°C) ; 3 - dans un bocal d'eau chaude (60°C) ; 4 - laisser sur la table à température ambiante ; 5 - dans un pot d'eau bouillante ; 6 - laisser à température ambiante. 5 minutes après le début de l'expérience, versez cinq gouttes de peroxyde d'hydrogène dans tous les tubes à essai, en commençant par les plus froids. Agitez soigneusement le mélange et notez l'heure à laquelle la réaction commence. Au bout de 5 minutes supplémentaires, retirez les tubes à essai des bocaux et notez les résultats de l'expérience sous forme de tableau, à peu près le même que la dernière fois. Lorsque le tableau est complété, vous pouvez commencer à analyser les données obtenues. Essayez de tirer vos propres conclusions en répondant d’abord aux questions suivantes. La réaction d’oxydation s’accélère-t-elle avec l’augmentation de la température sans ajouter d’enzyme ? Est-il possible de dire que les enzymes fonctionnent mieux lorsqu'elles sont refroidies ? Quelle température est la plus favorable à l'action des peroxydases ? Pourquoi les aliments durent-ils plus longtemps au réfrigérateur ? Pourquoi faire bouillir du lait ? Pourquoi les animaux à sang chaud – mammifères et oiseaux – sont-ils les animaux les plus développés et les plus viables sur Terre ? Avez-vous répondu à toutes ces questions ? Ensuite - nos explications. Vous avez peut-être remarqué que le taux d’oxydation de l’hydroquinone par le peroxyde d’hydrogène n’est pas le même à basse et à haute température. À haute température, le taux d’oxydation est naturellement plus élevé. Les peroxydases facilitent l'interaction de l'hydroquinone avec le peroxyde. En présence d'une enzyme, la réaction se produit même à basse température, mais plus la température est élevée, plus il est facile pour l'enzyme d'activer les molécules des substances en réaction. Mais il ne faut pas oublier que les protéines coagulent à haute température et que la vitesse de réaction diminue. Il existe un concept de température optimale pour l'action des enzymes, à laquelle elles présentent la plus grande activité. Cette température n'est pas la même pour différentes enzymes, mais de nombreuses enzymes, y compris les peroxydases, ont une température optimale de 40 à 50°C. Les produits alimentaires se détériorent sous l'influence des enzymes qu'ils contiennent ou sécrétées par des micro-organismes. Par temps froid, l'activité enzymatique diminue - c'est pourquoi les aliments se gâtent moins au réfrigérateur. Les animaux à sang chaud, capables de maintenir une température corporelle optimale pour l’activité enzymatique, ont atteint le stade supérieur de l’évolution. Auteur : Olgin O.M.
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