Определение активности каталазы в растительном материале. Каталаза в растениях

Фермент каталаза: основные особенности

Каталаза – фермент, обнаруженный почти во всех живых организмах. Основная его функция – катализировать реакцию разложения перекиси водорода до безвредных для организма веществ. Каталаза имеет большое значение для жизнедеятельности клеток, так как защищает их от разрушения активными формами кислорода.

Фермент каталаза

Общие сведения

Фермент каталаза относится к оксидоредуктазам – обширному классу ферментов, которые катализируют перенос электронов от молекулы-восстановителя (донора) к молекуле-окислителю (акцептору).

Оптимальный pH для работы каталазы в человеческом организме около 7, однако, скорость реакции существенно не изменяется при значениях показателя водорода от 6,8 до 7,5. Оптимальное значение рН для других каталаз колеблется от 4 до 11, в зависимости от вида организма. Оптимальная температура также различается, для человека это около 37о С.

Каталаза - один из самых быстрых ферментов. Всего одна его молекула способна превращать миллионы молекул перекиси водорода в воду и кислород за секунду. С точки зрения энзимологии это значит, что для фермента каталазы характерно большое число оборотов.

действие фермента каталазы на пероксид водорода

Структура фермента

Каталаза представляет собой тетрамер из четырех полипептидных цепей, каждая из которых имеет длину более 500 аминокислот. Фермент имеет в составе четыре группы порфирового гема, благодаря которым и вступает в реакцию с активными формами кислорода. Окисленный гем представляет собой простетическую группу каталазы.

История открытия

Каталаза не была известна ученым до 1818 года, пока Луи Жак Тенар, химик обнаруживший в живых клетках перекись водорода, не предположил, что ее разрушение связано с действием ранее неизвестного биологического вещества.

Где содержится фермент каталаза

В 1900 году немецкий химик Оскар Лев первым ввел термина «каталаза» для обозначения таинственного вещества, разлагающего перекиси. Он же сумел ответить на вопрос, где содержится фермент каталаза. В результате многочисленных экспериментов Оскар Лев выявил, что данный фермент характерен почти для всех животных и растительных организмов. В живой клетке, как и многие другие ферменты, каталаза содержится в пероксисомах.

В 1937 году впервые удалось кристаллизоваться каталазу из говяжьей печени. В 1938 году была определена молекулярная масса фермента – 250 кДа. В 1981 году ученые получили изображение трехмерной структуры бычьей каталазы.

Катализ перекиси водорода

Несмотря на то, что пероксид водорода – продукт многих нормальных метаболических процессов, для организма он не является безвредным.

Расщепление перекиси водорода ферментом каталазой Чтобы предотвратить разрушение клеток и тканей, перекись водорода должна быть быстро превращена в другое, менее опасное для организма вещество. Именно с этой задачей и справляется фермент каталаза - он разлагает молекулу перекиси до двух молекул воды и молекулы кислорода.

Реакция разложения пероксида водорода в живых тканях:

2 h3O2 → 2 h3O + O2

Молекулярный механизм расщепления перекиси водорода ферментом каталазой пока точно не изучен. Предполагается, что реакция проходит в два этапа - на первом этапе железо в составе простетической группы каталазы связывается с атомом кислорода перекиси, при этом выделяется одна молекула воды. На втором этапе окисленный гем взаимодействует с другой молекулой перекиси водорода, в результате чего образуется еще одна молекула воды и одна молекула кислорода.

Благодаря такому действию фермента каталазы на пероксид водорода, наличие этого активного вещества в образцах ткани легко определить. Для этого достаточно добавить к исследуемому образцу небольшое количество перекиси водорода и наблюдать за реакцией. О наличии фермента говорит формирование пузырьков кислорода. Эта реакция хороша тем, что не требует никакого специального оборудования или инструментов - ее можно наблюдать невооруженным глазом.

активность фермента каталазы

Стоит заметить, что ион любого тяжелого металла может выступать как неконкурентный ингибитор каталазы. Кроме того, всем известный цианид ведет себя как конкурентный ингибитор каталазы, если в тканях много перекиси водорода. Арсенаты играют роль активаторов.

Применение

Разлагающее действие фермента каталазы на пероксид водорода нашло применение в пищевой промышленности – с помощью этого фермента из молока удаляетсяН2О2 до приготовления сыра. Еще одно применение – специальные пищевые упаковки, которые защищают продукты от окисления. Каталаза также применяется в текстильной промышленности для удаления пероксида водорода из тканей.

Она в небольших количествах используется в гигиене контактных линз. Некоторые дезинфицирующие средства имеют в составе перекись водорода, и каталаза используется для расщепления этого компонента перед повторным использованием линз.

Активность

Активность фермента каталазы зависит от возраста организма. В молодых тканях активность фермента значительно выше, чем в старых. С возрастом и у людей, и у животных активность каталазы постепенно снижается как результат старения органов и тканей.

Согласно недавним исследованием, снижение активности каталазы является одной из возможных причин поседения волос. Перекись водорода постоянно образуется в человеческом организме, однако не приносит вреда - каталаза быстро разлагает ее. Но если уровень этого фермента снижен, очевидно, что не вся перекись водорода катализируется ферментом. Таким образом, она обесцвечивает волосы изнутри, растворяя естественные красители. Это неожиданное открытие сейчас проверяется исследователями, и, возможно, сыграет роль в разработке препаратов, приостанавливающих поседение волос.

fb.ru

Ферменты растений

В процессе жизнедеятельности растений в клетках одновременно происходят тысячи химических реакций при обычной температуре и нормальном давлении. В этих реакциях участвуют ферменты растений, вырабатываемые клеткой.

Ферменты растений

Свойства ферментов растений

Ферменты являются биологическими катализаторами, которые образуют промежуточные соединения с реагирующими веществами и после окончания реакции освобождаются. Поэтому малое количество фермента может осуществить превращение большого количества вещества.

Например, фермент каталаза в одну минуту при 0°С может катализировать разложение 5 000000 молекул перекиси водорода.

Роль ферментов такая же, как и роль неорганических катализаторов, используемых в химии. Неорганический катализатор (платина, ионы водорода и др.) ускоряет многие химические реакции, действие же фермента специфично, т. е. он может изменить скорость только какой-то одной реакции.

Фермент сахараза — инвертаза, ускоряет гидролиз сахарозы на глюкозу и фруктозу, но не действует на мальтозу.
Фермент амилаза гидролизирует крахмал, но не может произвести гидролиза клетчатки, имеющей такой же элементарный состав.
Однако фермент пепсин может вызывать гидролиз всех белков, так как в их молекулах имеются однотипные связи, на которые и действует фермент.

В связи с тем, что в растении все время происходит большое количество разнообразных реакций, а ферменты обладают специфичностью, в клетках растений имеется до 800 разных ферментов.

Разные ферменты в клетках растений

Химическая реакция может происходить только в том случае, когда молекулы получат некоторое дополнительное количество энергии (энергия активации). Катализатор снижает энергию активации, и поэтому реакция может протекать с меньшей затратой энергии.

Так, для гидролиза сахарозы с образованием глюкозы и фруктозы без участия катализатора нужно 32 000 кал на грамм-молекулу, при участии катализатора (иона водорода) энергия активации снижается до 25 600 кал, при наличии фермента сахаразы — до 9400 кал. Приведенные цифры показывают, как сильно снижается энергия активации в присутствии катализаторов и особенно фермента.

Чувствительность ферментов к воздействиям температуры, концентрации водородных ионов, ничтожным примесям некоторых веществ резко отличает их от неорганических катализаторов.

Химическая природа ферментов

По химической природе ферменты разделяются на однокомпонентные и двухкомпонентные.

Однокомпонентные ферменты представляют собой простой белок, обладающий каталитическими функциями: например, гидролитические ферменты, которые производят разложение сложных соединений с участием воды (уреаза, пепсин и др.). Многие из этих ферментов выделены в кристаллическом виде.

Двухкомпонентные ферменты состоят из простетической группы и белка. Некоторые ферменты имеют одинаковую простетическую группу, но разные белки. Если у каталазы отделить простетическую группу от белка и перенести ее на белок пероксидазы, то получается фермент пероксидаза. Следовательно, специфичность фермента зависит от его белковой части.

Степень прочности связи простетической группы с белком ферментов различна. Простетическая группа, которая при диализе ферментов легко отделяется от белка, называется коферментом. В состав коферментов часто входят витамины: например, витамин В входит в карбоксилазу, никотиновая кислота (витамин РР) —в дегидрогеназу. Таким образом, витамины, входящие в состав ферментов, принимают участие в обмене веществ.

В простетическую группу некоторых ферментов входят и металлы (медь, железо, цинк, марганец, магний и др.).

Влияние факторов внешней среды на активность ферментов

На активность фермента большое влияние оказывает температура. Различают минимум температуры, при котором реакция начинает идти с заметной скоростью, оптимум, при котором она протекает быстрее всего, и максимум, выше которого реакция не идет.

Ферменты отличаются от живой протоплазмы тем, что их оптимальные температурные точки лежат при 45—50°, а у некоторых ферменхов даже при 60°. Для живых же клеток оптимум температуры лежит при 25—30°, температура 45—50° для них уже смертельна. Отношение ферментативной реакции к температуре зависит от белковой природы ферментов. Фермент разрушается полностью при температуре 100°.

Влияние температуры на работу фермента зависит от продолжительности ее действия. При температурах более высоких, чем оптимальные, происходит, с одной стороны, ускорение реакции, с другой — чрезвычайно быстрая денатурация (свертывание) белка, входящего в состав фермента.

Важным фактором, влияющим на активность ферментов, является реакция среды — ее рН. Каждый фермент проявляет свое действие в довольно узкой зоне рН, называемой оптимальной. У разных ферментов оптимальная рН различна. Оптимум действия:

дегидрогеназы находится при рН 7,5,
амилазы (из солода) — при рН 4,7—5,2,
пепсина — при рН 1,5.

Классификация ферментов

В настоящее время принята единая международная классификация ферментов, основанная на химической реакции, катализируемой данным ферментом.

Классификация ферментов

Все ферменты растений разделены на группы по типу катализируемой реакции, которая в сочетании с названием субстрата является основой для названия фермента.

Все ферменты делят на 6 классов:

оксидоредуктазы,
трансферазы,
гидролазы,
лиазы,
изомеразы,
лигазы или синтетазы.

Классы ферментов делят на подклассы, подподклассы и отдельные ферменты.

Оксидоредуктазы — окислительно-восстановительные ферменты — играют большую роль в процессе дыхания растений. Вещество может окисляться, присоединяя кислород или отдавая водород. Отщепление водорода от субстрата осуществляется дегидрогеназами.

Различают аэробные дегидрогеназы, или оксидазы, которые переносят водород от окисляемого вещества непосредственно на кислород воздуха, и анаэробные дегидрогеназы, передающие отнятый водород другим акцепторам. Анаэробные дегидрогеназы состоят из белка и активной группы, или кофермента.

Трансферазы могут переносить отдельные радикалы, части молекул и целые молекулы от одних соединений на другие, что очень ускоряет течение биохимических реакций. Сначала фермент отщепляет атомную группировку и образует с ней соединения, затем катализирует присоединение этой группировки к другому веществу, а сам освобождается.

В зависимости от атомных группировок ферменты этого класса делят на несколько групп. Так, ферменты, переносящие аминогруппы, называют аминотрансферазами, ферменты, переносящие остатки фосфорной кислоты, — фосфотрансферазами, или киназами, и др.

Гидролазы катализируют гидролиз, а иногда и синтез сложных соединений с участием воды. Гидролазы делят на несколько подгрупп:

пептидазы — расщепляют пептидные связи,
эстеразы— катализируют расщепление и синтез сложных эфиров,
липазы — расщепляют жиры,
фосфатазы — гидролизируют эфиры фосфорной кислоты, (подробнее: Фосфор незаменимый элемент питания растений) и др.

Лиазы катализируют отщепление от субстрата каких-либо групп без участия воды и фосфорной кислоты, в результате чего образуются двойные связи. Деление лиаз на подклассы основано на том, каков тип подвергающейся разрыву связи между отщепляемой группой и остатком молекулы.

Например, углерод — углерод — лиазы катализируют отщепление или присоединение углекислоты от органических соединений и называются карбоксилазами, или декарбоксилазами. Углерод — кислород — лиазы катализируют отщепление воды — гидролиазы.

Изомеразы — ферменты, катализирующие превращение органических соединений в их изомеры, происходящее вследствие внутримолекулярного перемещения атомов, радикалов, остатков фосфорной кислоты. Эти ферменты растений играют большую роль в обмене веществ.

Лигазы ускоряют синтез сложных органических соединений из более простых. Синтез требует затрат энергии, поэтому эти ферменты активны лишь в присутствии аденозинтрифосфорной кислоты или других веществ, имеющих макроэргические связи, (подробнее: Синтез каротиноидов в хромопластах).

libtime.ru

КАТАЛАЗА — Большая Медицинская Энциклопедия

КАТАЛАЗА (h3O2:h3O2-оксидоредуктаза, КФ 1.11.1.6) — фермент, катализирующий реакцию разложения перекиси водорода на воду и молекулярный кислород. Биол, роль состоит в разрушении перекиси водорода, образующейся в клетках в результате действия ряда флавопротеиновых оксидаз (ксантиноксидазы, глюкозооксидазы, моноаминоксидазы и др.). Присутствие К. обеспечивает эффективную защиту клеточных структур от деградации под действием перекиси водорода. Генетически обусловленная недостаточность К. является одной из причин наследственного заболевания у человека.

Каталитический распад перекиси водорода в присутствии животных и растительных тканей или их гомогенатов впервые наблюдал Тенар (L. J. Thenard, 1818). Позднее Шенбейн (Ch. F. Schonbein, 1863) объяснил процесс разложения перекиси водорода живыми тканями действием фермента, который и был выделен в 1901 г. Левом (О. Loew), назвавшим его каталазой.

К. широко распространена в тканях животных и растений и в микроорганизмах. Содержание К. в печени и эритроцитах млекопитающих составляет 0,1—0,2% , в отдельных штаммах микроорганизмов — до 5% сухого веса. Фермент полностью отсутствует у некоторых анаэробных микроорганизмов. В растениях К. присутствует в небольших количествах.

Методика выделения К. основана на последовательном фракционировании экстрактов животных и растительных тканей органическими растворителями и сульфатом аммония. Первый кристаллический препарат К. был получен Самнером (J. В. Sumner) в 1937 г.

К. является гемопротеидом, его простетической группой служит феррипротопорфирин IX, содержащий трехвалентный ион железа. Молекула К. состоит из четырех, вероятно, идентичных субъединиц и имеет соответственно четыре простетические группы. Феррипротопорфириновые группы прочно связаны с апоферментом и не отделяются от него при диализе. К., выделенная из печени или эритроцитов млекопитающих, имеет коэффициент седиментации 11,1—11,8S, изоэлектрическую точку при pH 5,4—5,8 и мол. вес (массу) ок. 240 000. Кроме характерной для белков полосы поглощения при 280 нм, в спектре поглощения К. имеется интенсивная полоса при 400—409 нм (полоса Соре) и полосы с максимумами при 622, 540, 500 нм, обусловленные наличием простетических групп.

К. разлагает перекись водорода с исключительно высокой скоростью. При pH 7,0 и t° 20° одна молекула К. разлагает в секунду до 105 молекул h3O2. Оптимальное значение pH для К. лежит в интервале 6,0—8,0. Общепринятый механизм действия К., предложенный Чансом (В. Chance, 1948), предполагает образование промежуточного комплекса фермента с h3O2 («соединение I»), который взаимодействует затем со второй молекулой перекиси водорода. Образование «соединения I» может быть зарегистрировано спектроскопическим методом по снижению интенсивности поглощения в полосе Соре. «Соединение I» может также взаимодействовать с различными донорами водорода (аскорбиновой к-той, фенолами, метиловым и этиловым спиртом и др.), окисляя их за счет h3O2. В этом случае К. проявляет пероксидазную активность (см. Пероксидазы). Кроме h3O2, К. способна образовывать первичные комплексы с гидроперекисями метила и этила.

Активность К. ингибируется цианидом, фторидом, азидом, сульфидом, ацетатом, 3-амино-1,2,3-триазолом и его аналогами. К. быстро инактивируется в р-ре при pH больше 10,0 и меньше 4,0 и в присутствии высоких концентраций мочевины или других вызывающих разрыв водородных связей агентов. Инактивация фермента связана с образованием каталитически неактивных субъединиц.

Методы определения активности К. основаны на регистрации образующегося в процессе реакции 02 (манометрическим или полярографическим методами) или на измерении текущей (спектрофотометрическим) или остаточной (перманганатометрическим, йодометрическим и другими методами) концентрации перекиси водорода. Поскольку h3O2 является сильным окислителем, инактивирующим фермент, определение активности К. проводят при низких концентрациях субстрата и t° 0—10°. Для определения активности К. в крови широко используют метод Баха — Зубковой (см. Баха — Зубковой метод).

Активность К. в эритроцитах остается неизмененной при ряде заболеваний, только при злокачественной анемии и других макроцитарных анемиях увеличивается так наз. Каталазный индекс (каталазная активность определенного объема крови, деленная на количество эритроцитов в этом объеме в млн.). При злокачественных новообразованиях отмечается уменьшение активности К. в печени и в почках, причем существует зависимость между величиной и скоростью роста опухоли и степенью уменьшения активности К. в пече-ни. Из некоторых опухолей выделены фракции, которые при введении экспериментальным животным вызывали у них снижение активности К. в печени. Эти фракции были названы токсогормонами.

При наследственной недостаточности К., наследуемой по рецессивному типу, развивается заболевание, носящее название акаталазия и заключающееся в отсутствии активности К. или сильно пониженной ее активности в сыворотке крови (см. Акаталазия). Это заболевание характеризуется изъязвлением слизистой оболочки носа и рта, иногда с выраженными гангренозными изменениями.

Библиография: Крайнев С. И. О формах каталазы в эритроцитах человека, Биохимия, т. 35, в. 4, с. 662, 1970, библиогр.; Михлин Д. М. Биохимия клеточного дыхания, М., 1960; Полторак О. М. и Чухрай Е. С. О механизме действия каталазы, Вестн. Моск. ун-та, сер. хим., Nt 6, с. 656, 1971; Ферменты, под ред. А. Е. Браунштейна, с. 215, М., 1964; Takahara S. Progressive oral gangrene probably due to lack of cata-lase in blood (acatalasaemia), Lancet, v. 2, p. 1101, 1952.

Ю. М. Азизов.

xn--90aw5c.xn--c1avg

Фермент каталаза: свойства, польза

Каталаза — это фермент, являющийся катализатором в реакции разложения перекиси водорода, при которой образуются вода и молекулярный кислород: Н2О2 + Н2О2 = О2 + 2Н2О. Биологическое значение Каталазы заключается именно в разложении перекиси водорода, которая образуется в клетках при воздействии ряда флавопротеиновых оксидаз, чем обеспечивается действенная защита клеточных структур от разрушения, которое осуществляет перекись водорода. Если вследствие генетических причин возникает дефицит Каталазы развивается акаталазия. Это наследственная болезнь, клиническими проявлениями которой являются изъязвления слизистой носа и полости рта, а в некоторых случаях явно выраженные выпадение зубов и атрофические изменения альвеолярных перегородок.

Каталаза имеется в тканях растений, животных и человека, даже в в микроорганизмах, хотя у ряда анаэробных микроорганизмов этот фермент полностью отсутствует. В клетках Каталаза содержится в пероксисомах — специальных органеллах.

Каталаза — это гемопротеин, простетической группой (небелковый элемент, связанный с белком) которого является гем, который содержит ион трехвалентного железа. Молекула Каталазы включает четыре идентичные субъединицы и четыре простетические группы, надежно связанные с апофермектом (белковой частью фермента). При диализе они от него не отделяются. Для Каталазы рН колеблется в пределах 6,0—8,0.

Активность Каталазы

Чтобы определить активность Каталазы фиксируют образованный в процессе реакции кислород, что осуществляется манометрическим, либо полярографическим методами. Возможна и регистрация кислорода с помощью измерения текущей концентрации перекиси водорода спектрофотометрическим иетодом или остаточной концентрации йодометрическим, перманганатометрическим либо иными титриметрическими методами.

Активность Катадазы в эритроцитах постоянна при многих болезнях, однако при злокачественной или другой подобной анемии возрастаетй каталазный индекс, который выражается в отношении величины каталазной активности некоторого объема крови к числу эритроцитов в этом объеме. Этот показатель имеющий большое диагностическое значение. В случае злокачественных новообразований определяется снижение активности Каталазы в печени и почках. Существует даже зависимость между размером опухоли, скоростью роста и уровнем снижения активности Каталазы в печени. Для подтверждения этой теории из некоторых опухолей выделялись токсогормоны, это вещества, вызывающие снижение активности Каталазы в печени у экспериментальных животных при введении.

Где содеожиться каталаза?

Каталаза — это фермент класса оксиредуктаз .

Среди всех органов Каталазы более всего находится в печени. Это один из главных ферментов разрушения активных форм кислорода, то есть Каталаза — основной первичный антиоксидант системы защиты, что обусловлено именно той самой реакцией разложения перекиси водорода до воды , разделяя эту функцию с ферментом GSH-PX. Оба этих вещества лишают токсичности активный кислородный радикал, служа катализатором образования перекиси водорода из супероксида. Имеются и различия в субстратной специфичности этих ферментов, поскольку эти два фермента различаются сродством к субстрату.

Низком содержание Н2О2 требует катализатора пероксидазы для органических пероксидов. В свою очередь высокие концентрации Н2О2 требуют в роли катализатора Каталазу. Уровень активности этих ферментов различен не только в разных тканях, но даже и внутри самой клетки. У печени, почек и красных кровяных телец уровень СТ высокий. В гепатоцитах высокий уровень активности заметен в пероксисомах, при этом СТ активен в цитозоле и в микросомах.

Являясь тетрамерным гем-содержащим белком, Каталаза образуется в цитозоле в виде мономеров, которые не содержат гем. Перенесенные в просвет пероксисом мономеры образуют там тетрамеры в присутствии гема. У каталазы нет сигнальной последовательности, отрезаемой после использования, но у нее должнен быть какой-либо сигнал, который направляет ее в пероксисому. По современным научным погятиям, эту роль может играть специфическая последовательность из трех аминокислот, которая расположена у карбоксильного конца многих пероксисомных белков.

nmedicine.net

Каталаза - Век живи

КАТАЛАЗА

Материалы: http://xn--90aw5c.xn--c1avg/index.php/%D0%9A%D0%90%D0%A2%D0%90%D0%9B%D0%90%D0%97%D0%90

КАТАЛАЗА, название, данное Левом(Loew) в 1901 г. ферменту, разлагающему На02 на воду и молекулярный кислород. Существование органического катализатора, обладающего способностью разлагать Н202, было известно уже Тенару (Thenard), который в 1818 году сообщил, что частицы разных животных тканей подобно благородным металлам способны разлагать Н202. В 1898 г. Раундницу (Raundnitz) удалось в молоке отделить способность к разложению Н202 от способности произвести посинение гваяковой смолы, и наконец в 1901 г. Лев выделил из экстракта табачных листьев фермент, разлагающий Н202 и назвал его К.

Каталаза (от греч. χαταλύω — разрушаю [ HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B8%D0%BA%D0%B8%D0%BF%D0%B5%D0%B4%D0%B8%D1%8F:%D0%A1%D1%81%D1%8B%D0%BB%D0%BA%D0%B8_%D0%BD%D0%B0_%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%87%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B8" источник не указан 507 дней HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B8%D0%BA%D0%B8%D0%BF%D0%B5%D0%B4%D0%B8%D1%8F:%D0%A1%D1%81%D1%8B%D0%BB%D0%BA%D0%B8_%D0%BD%D0%B0_%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%87%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B8" ] ) — фермент, который разлагает образующуюся в процессе биологического окисления перекись водорода на воду и молекулярный кислород (2h3O2 → 2h3O + O2), а также окисляет в присутствии перекиси водорода низкомолекулярные спирты и нитриты. Содержится почти во всех организмах. Участвует в тканевом дыхании.

Каталаза была получена в кристаллическом состоянии. Её молекулярная масса оценивается в 250 кДа. Фермент широко распространён в клетках животных, растений и микроорганизмов. Относится к хромопротеидам, имеющим в качестве простетической (небелковой) группы окисленный гем. Специфичность каталазы в отношении к субстрату-восстановителю невелика, поэтому она может катализировать не только разложение h3O2, но и окисление низших спиртов. Функция каталазы сводится к разрушению токсической перекиси водорода, образующейся в ходе различных окислительных процессов в организме.

Хим. состав К. так же мало известен, как и хим. состав других ферментов. В золе наиболее чистых препаратов К. находят 3,3 — 4,1% железа. Действие К. строго специфично: оно ограничивается разложением Н202. Устойчивость К. по отношению к высокой t°

Содержание К. в растениях и распределение ее в разных растительных органах исследовано сравнительно мало.

Биологическая роль К. заключается в деградации перекиси водорода, образующейся в клетках в результате действия ряда флавопротеиновых оксидаз (ксантиноксидазы, глюкозооксидазы, моноаминоксидазы и др.), и обеспечении эффективной защиты клеточных структур от разрушения под действием перекиси водорода. Генетически обусловленная недостаточность К. является одной из причин так называемой акаталазии — наследственного заболевания, клинически проявляющегося изъязвлением слизистой оболочки носа и ротовой полости, иногда резко выраженными атрофическими изменениями альвеолярных перегородок и выпадением зубов.

Каталаза – один из наиболее быстроработающих ферментов. При 0 градусах С одна молекула каталазы разлагает в 1 с до 40000 молекул пероксида водорода. Одна молекула фермента за 1 минуту расщепляет до 5 миллионов молекул пероксида водорода, защищая клетку от отравления. Локализуется каталаза в микротельцах и пероксисомах.

Для продолжения скачивания необходимо собрать картинку:

Материалы: http://studfiles.net/preview/1756831/

vekoff.ru

Определение активности каталазы в растительном материале. — КиберПедия

( По А.Н. Баху и А.И. Опарину)

Все разнообразные превращения, которые составляют основу жизнедеятельности организма, протекают при участии биологических катализаторов - ферментов, которые являются специфическими белками.

Благодаря ферментам проявляется одна из замечательных особенностей живых клеток - способность к осуществлению сложнейших реакций в очень короткое время и при сравнительно низкой температура тела. Биологическое значение этого явления очень велико.

Изучение свойств ферментов, условий их действия, определение содержания ферментов в различных органах и тканях имеет большое значение для правильного понимания сложнейших процессов жизнедеятельности организма.

Для изучения действия ферментов необходимо выделить их из живых тканей. Обычно для этой цели подбирают легко доступный источник, богатый данным ферментом. Для того, чтобы перевести фермент в раствор, необходимо разрушить клеточные оболочки, что достигается с помощью гомогенизатора, растирания в ступке с пестиком, замораживания и оттаивания, автолиза и др. Обычно, разрушение клеточных оболочек производят при низкой температуре, благодаря чему приостанавливаются все ферментативные процессы в тканях.

К группе окислительно-восстановительных ферментов относится гемсодержащий ферменткаталаза, которая катализирует реакцию разложения перекиси водорода с освобождением молекулярного кислорода:

2 Н2О2--> 2 Н2О + О2

Каталаза находится в большинстве тканей живого организма.

Принцип метода.

Перекись водорода разлагается каталазой. Избыток перекиси водорода титруют перманганатом калия в кислой среде. Реакция идет по уравнению:

2 KMnO4 + 5 h3O2 + 3 h3SO4--> 2 MnSO4 + K2SO4 + 8 h3O + 5 O2

В опыте определяют количество оставшейся неразрушенной перекиси водорода, в контроле - общее количество взятой перекиси водорода (каталаза в контрольной пробе инактивирована кипячением).

Вычитая результаты опыта из результатов контроля, узнают количество разрушенной в определенный промежуток времени перекиси водорода, что позволяет судить об активности каталазы.

Оборудование: 1. Бюретки прямые на 50 и 100 мл (по 1 шт.)

2. Цилиндр на 10 мл

3. Ступка с пестиком

4. Конические колбы на 200-250 мл (2 шт.)

5. Технические весы с разновесами

6. Пипетка на 10 мл "вытяжка фермента"

7. Пипетка "h3SO4"

8. Кипящая водяная баня

9. Шпатель

10. Колба мерная на 100 мл

11. Воронка

12. Фильтровальная бумага

Материалы: 1. Свежий растительный материал (морковь или картофель)

2. 0.1н раствор Н2О2

3. 0.1н раствор KMnO4

4. 10%-ный раствор h3SO4

5. СаСО3 (крист.)

6. Песок кварцевый

Ход работы:

2 г сырого картофеля (или моркови) растирают с кварцевым песком в ступке, постепенно добавляя 2-3 мл воды. Для уменьшения кислой реакции добавляют на кончике шпателя карбонат кальция до прекращения выделения пузырьков углекислого газа. Растертую массу количественно переносят в мерную колбу и доводят водой до 100 мл. Смесь оставляют стоять в течение 30-60 мин, после чего ее фильтруют.

В коническую колбу на 200 мл берут из бюретки 25 мл 0.1н раствора перекиси водорода и добавляют туда же пипеткой 20 мл вытяжки фермента. Через 30 мин действие фермента прекращают прибавлением 5 мл 10%-ного раствора серной кислоты и титруют смесь 0.1н раствором перманганата калия (до образования устойчивого в течение примерно 1 мин розового окрашивания). Отмечают количество миллилитров раствора перманганата калия, пошедшего на титрование оставшейся перекиси водорода.

Одновременно ставят контроль с инактивированным нагреванием в кипящей водяной бане в течение 5 мин ферментным раствором (20 мл) К этому раствору после охлаждения добавляют 25 мл 0.1н раствора перекиси водорода. Смесь оставляют стоять на 30 мин, после чего добавляют 5 мл 10%-ного раствора серной кислоты и титруют 0.1н раствором перманганата калия. Отмечают количество миллилитров перманганата калия, пошедшего на титрование всего количества перекиси водорода.

По разности между опытным и контрольным титрованием находят количество перманганата, эквивалентное количеству разложенной перекиси водорода. Согласно уравнению реакции между KMnO4 и h3O2, 1 мл 0.1н раствора перманганата калия соответствует 1.7 мг перекиси водорода.

Пример расчета.

Из 1.25 г моркови приготовлена вытяжка каталазы объемом 100 мл. На титрование опытной пробы затрачено 15.5 мл,контрольной-30.2 мл 0.1н раствора перманганата калия. Количество разложенной перекиси водорода в пробе эквивалентно 30.2-15.5=14.7 мл 0.1н раствора перманганата калия и, следовательно, равно 14.7*1.7=24.99 мг.

В 1 г сырой моркови содержится количество каталазы, способное за 30 мин разложить (24.99*100)/(20*1.25)=99.96 мг перекиси водорода, а за 1 мин - 99.96/30=3.33 мг. Так как

1 мкмоль перекиси водорода составляет 0.034 мг, то в 1 г моркови присутствует 33.3/0.034=100 Е каталазы.

Лабораторная работа №4

Получение сахаразы из дрожжевых клеток. Специфичность действия ферментов.

Все разнообразные химические превращения, которые составляют основу жизнедеятельности организма, протекают при участии биологических катализаторов - ферментов, которые являются с п е ц и ф и ч е с к и м и б е л к а м и.

Благодаря ферментам проявляется одна из замечательных особенностей живых клеток - способность к осуществлению сложнейших реакций в очень короткое время и сравнительно при низкой температуре тела.

Одним из важнейших свойств ферментов является специфичность их действия в отношении определенного субстрата. Специфичность каталитических свойств ферментов проявляется в том, что фермент, как правило, действует лишь на определенное вещество. На строгую специфичность ферментов указывает и тот факт, что в случаях стереоизомерии определенный фермент катализирует расщепление только одного стереоизомера. Специфичность ферментов - их важнейшее биологическое свойство, без которого невозможен упорядоченный обмен веществ.

В данной работе рассматриваются процессы расщепления ферментом сахаразой субстрата - сахарозы и расщепления крахмала ферментом - амилазой, которая содержится в слюне человека.

ОПЫТ 1

Экстракция сахаразы из дрожжевых клеток

Материалы и реактивы:

· Прессованные дрожжи– 10 г

· Гомогенизатор (ступка с пестиком)

· Кварцевый песок

· Вода дистиллированная

Ход работы

10 грамм сухих дрожжей поместить в ступку, добавить 10 мл дистиллированной воды и гомогенизировать в фарфоровой ступке с небольшим количеством кварцевого песка для разрушения клеточных стенок. Затем фарфоровую ступку с гомогенизатом поместить в сушильный шкаф с температурой 60 0Сна 30-40 минут.

По истечении указанного времени вынуть ступку, охладить, добавить 30 мл дистиллированной воды и растереть содержимое ступки до однородной массы.

Затем гомогенизат, для осаждения клеточной массы, центрифугируют при 3000 об/мин в течение 15 минут. Полученная надосадочная жидкость – экстракт сахаразы.

ОПЫТ 2

cyberpedia.su

Работа 7. Газометрическое определение активности каталазы растительных тканей

В процессе окисления ряда веществ в растениях под действием оксидаз образуется пероксид водорода, повышенные концентрации которого токсичны для организма. Под действием фермента каталазы происходит обезвреживание пероксида водорода путем его разложения на воду и молекулярный кислород:

2Н2О2  2Н2О + О2

Каталаза – двухкомпонентный фермент класса оксидоредуктаз, состоящий из белка и простетической группы, относящейся к Fе-порфиринам (4 пирольных кольца образуют порфириновое ядро, в центре которого находится атом железа). Каталаза содержится в живых клетках всех организмов, кроме облигатных анаэробов.

Газометрический метод определения активности каталазы основан на учете объёма кислорода, выделившегося при воздействии на пероксид водорода водными экстрактами растительных тканей, содержащих фермент. Определение проводят на специальном приборе – каталазнике (рис. 1), состоящем из конической колбочки (1), пробирки с боковым отверстием (2), бюретки на 50 мл (3), крана (4), стеклянной груши (5).

Рис. 1. Прибор для определения активности каталазы

Цель работы. Определить активность каталазы в различных растительных объектах.

Ход работы. Отвешивают 1,0 г растительного материала (семена, корнеплоды, клубни, листья), помещают их в ступку, добавляют для нейтрализации естественной кислотности 0,5 г СаСО3 и тщательно растирают. Затем в ступку приливают 3 мл воды и продолжают растирать растительную массу до однородного состояния. Растертый материал аккуратно, без потерь, используя стеклянную палочку, переносят в коническую колбочку прибора, трижды обмывая ступку и пестик водой (по 5 мл). Притертую поверхность конической колбочки тщательно очищают от растертого материала влажной фильтровальной бумагой. В пробирку прибора через боковое отверстие наливают 5 мл 3 %-ного раствора пероксида водорода и прибор проверяют на герметичность.

Проверка герметичности прибора.

Установить уровень воды в бюретке на ноль, передвигая стеклянную грушу на штативе.
Закрыть кран бюретки и вставить пробирку в коническую колбу. При этом уровень воды в бюретке снизится и, если все соединения прибора герметичны, установится на некоторой отметке.
При отсутствии герметичности уровень воды в бюретке будет медленно повышаться. В последнем случае нужно устранить причину негерметичности прибора (повреждение трубок, несоответствие пробирки и колбы, наличие остатков растительной ткани на притертой поверхности пробирки или колбы).

Определение активности каталазы.

После проверки герметичности прибора кран открыть – уровень воды в бюретке установится на ноль, после чего кран следует снова закрыть.
Снять грушу со штатива и удерживать ее в положении, при котором уровень воды в бюретке будет оставаться на исходном (нулевом) значении.
Через боковое отверстие в пробирке выливают пероксид водорода в колбу с растертой массой, содержащей каталазу, и отмечают время начала реакции.
Колбу, держа за горлышко и прижимая пробирку указательным пальцем, непрерывно встряхивают в течение всего опыта. Выделяющийся при реакции кислород вытесняет воду из бюретки в грушу. Для устранения противодавления воды, грушу следует перемещать вниз, следя, чтобы уровень воды в груше и бюретке был одинаковым.
Опыт выполняют в течение 3 мин, записывая объем выделяемого кислорода за каждую минуту в табл. 7.

Т а б л и ц а 7. Результаты определения активности каталазы

Исследуемый материал	Выделилось мл О2 за			Активность каталазы
Исследуемый материал	1 мин	2 мин	3 мин	мл О2/г·мин	высокая, низкая

После окончания опыта делают вывод об активности каталазы в различных растительных тканях.

Вопросы:

К какому классу ферментов относится каталаза? Укажите особенности её строения и роль.
На чем основан газометрический метод определения активности каталазы?

Материалы и оборудование: растительный материал (листья, зерно и др.), 3 %-ный раствор Н2О2 (пероксид водорода), CaCO3, прибор для определения активности каталазы, ступки с пестиками, весы, стеклянные палочки, часы, мерные цилиндры.

studfiles.net

Сведения об образовательной организации

Полезные ссылки

Безопасность

Противодействие коррупции

Доступная среда

Карта сайта

НСОКО

Определение активности каталазы в растительном материале. Каталаза в растениях

Фермент каталаза: основные особенности

Общие сведения

Структура фермента

История открытия

Катализ перекиси водорода

Применение

Активность

Ферменты растений

Свойства ферментов растений

Химическая природа ферментов

Влияние факторов внешней среды на активность ферментов

Классификация ферментов

КАТАЛАЗА — Большая Медицинская Энциклопедия

Фермент каталаза: свойства, польза

Активность Каталазы

Где содеожиться каталаза?

Каталаза - Век живи

КАТАЛАЗА

Определение активности каталазы в растительном материале. — КиберПедия

Работа 7. Газометрическое определение активности каталазы растительных тканей

Смотрите также