Повні розв’язки, як у зошиті. Хочеш розібратися самостійно — під кожним завданням є «Пояснення з репетитором».
§ 7. Властивості та принцип роботи ферментів
Завдання 1 (с. 40)
Сформулювання гіпотез дослідження
1) Чи існує залежність між активністю ферменту каталази та кислотністю або температурою середовища? 2) Чи існує залежність між швидкістю реакції, що каталізує фермент, і його кількістю чи концентрацією субстрату?
Розв’язання
Перевірте матеріал параграфа про те, як температура та кислотність впливають на білки (денатурація).
Сформулюйте гіпотезу для першого питання: «Якщо змінювати температуру або рН середовища, то активність ферменту каталази зміниться».
Сформулюйте гіпотезу для другого питання: «Якщо збільшувати кількість ферменту або концентрацію субстрату, то швидкість реакції зросте до певного моменту».
Відповідь:
1) Існує залежність між активністю ферменту каталази та кислотністю (рН) або температурою середовища. 2) Існує залежність між швидкістю реакції, що каталізує фермент, і його кількістю чи концентрацією субстрату.
Завдання 2 (с. 40)
Сформулювання мети дослідження
На основі сформульованих гіпотез та завдань (вплив рН, температури, концентрації) потрібно визначити головну мету експерименту.
Розв’язання
Об'єднайте зміст гіпотез у єдине ціле: дослідження впливу зовнішніх факторів на роботу ферменту.
Сформулюйте мету так: «Визначити, як температура, кислотність (рН) та концентрація субстрату/ферменту впливають на каталітичну активність ферменту каталази».
Відповідь:
Мета дослідження — вивчити вплив температури, кислотності середовища (рН), кількості ферменту та концентрації субстрату на швидкість хімічної реакції, що каталізується ферментом каталазою.
Завдання 3
Виконання експериментальної частини
Об'єднання в групи, виконання інструкцій (підготовка картоплі, розділення пюре на пробірки, створення різних умов: вода, окріп, лід, оцет, амоніак, розбавлення), додавання гідроген пероксиду та фіксація результатів у вигляді інтенсивності виділення газу (пухирців).
Розв’язання
Підготуйте пюре з картоплі: очистіть, наріжте шматочки, відважте 15 г, додайте крейду та воду в ступці.
Розділіть отримане пюре між 6 пробірками (по 1–1,5 мл кожній).
Створіть необхідні умови в пробірках: додати воду (кімнатна температура), окріп, лід, оцет, розчин амоніаку або розбавте водою вдвічі; одну пробірку залиште без ферменту (контроль).
Додайте 2 мл розчину гідроген пероксиду у кожну пробірку і спостерігайте за виділенням газу.
Відповідь:
Експеримент виконується шляхом підготовки пюре картоплі (джерела каталази), розподілу його на пробірки, створення різних умов середовища (температура, рН) та додавання субстрату (гідроген пероксиду). Результати фіксуються як інтенсивність виділення пухирців газу.
Завдання 4
Визначення змінних та контрольна пробірка
1) Яка пробірка слугувала контролем (№ 7, де відсутній фермент)? З якою метою? 2) Для визначення незалежних, залежних та контрольованих змінних у цьому дослідженні.
Розв’язання
Визначте контрольну пробірку: це № 7, де немає пюре картоплі (відсутній фермент), лише вода та гідроген пероксиду. Її мета — перевірити, чи відбувається саморозкладання пероксиду без каталізатора (реакція має бути відсутньою або дуже повільною).
Визначте незалежну змінну: це фактори, які ми змінили (температура, рН середовища, кількість ферменту/концентрація субстрату).
Визначте залежну змінну: це швидкість реакції, яку ми вимірюємо (об'єм виділеного кисню або інтенсивність пухирців).
Визначте контрольовану змінну: це об'єм рідини, час проведення досліду, тип посуду, концентрація розчину гідроген пероксиду.
Відповідь:
1) Контрольною була пробірка № 7 (відсутній фермент), щоб довести, що виділення газу відбувається саме завдяки дії каталази, а не спонтанному розкладу пероксиду. 2) Незалежна змінна: температура, рН, кількість ферменту/концентрація субстрату; Залежна змінна: швидкість реакції (об'єм О2 або інтенсивність пухирців); Контрольована змінна: об'єм рідини, час, тип посуду, концентрація пероксиду.
Завдання 5
Аналіз контрольної пробірки
Визначити, яка пробірка слугувала контролем у дослідженні впливу температури на активність каталази. Пояснити мету використання пробірки № 7, де відсутнє пюре картоплі (фермент).
Розв’язання
Аналізуємо опис підготовки пробірок: у всіх пробірках 1–6 додано пюре картоплі, а в пробірці № 7 — лише воду (відсутнє пюре).
Визначаємо роль цієї пробірки: вона показує, чи відбувається розкладання пероксиду самостійно при кімнатній температурі без каталізатора.
Робимо висновок про мету: це контрольний зразок для виявлення спонтанної швидкості реакції та доведення, що фермент необхідний для прискорення процесу.
Відповідь:
Контрольною була пробірка № 7 (де відсутнє пюре картоплі). Її використовували для того, щоб переконатися, що розкладання гідроген пероксиду відбувається дуже повільно або майже не відбувається без ферменту, що підтверджує каталітичну роль каталази.
Завдання 6
Визначення змінних експерименту
Для дослідження впливу температури та кислотності на активність ферменту визначити незалежну, залежну та контрольовані змінні.
Розв’язання
Визначаємо незалежні змінні: температура середовища та кислотність (рН) розчину, оскільки саме ці умови систематично змінювали в різних пробірках.
Визначаємо залежну змінну: активність ферменту, яку оцінюють за інтенсивністю виділення кисню (швидкість реакції).
Визначаємо контрольовані змінні: вид ферменту (каталаза з картоплі), концентрація субстрату (гідроген пероксиду), час проведення реакції, об'єм рідини в пробірках.
Відповідь:
Незалежна змінна — температура та рН середовища; залежна змінна — активність ферменту (швидкість реакції); контрольовані змінні — вид ферменту, концентрація субстрату, час реакції.
Завдання 7
Аналіз даних та побудова графіка
За таблицею даних (рН проти активності каталази) визначити оптимальний діапазон рН, спрогнозувати активність при рН = 6,5 та описати процес побудови графіка.
Розв’язання
Аналізуємо таблицю: максимальна активність (3,74 мл О2/хв) досягається при рН = 7. Найвищі значення також є при рН = 6 (2,35) та рН = 8 (1,62).
Визначаємо оптимальний діапазон: це область навколо максимуму, де активність висока, тобто приблизно від рН 6 до рН 8.
Спрогнозуємо значення для рН = 6,5: оскільки крива змінюється плавно між точками (6; 2,35) та (7; 3,74), значення має бути середнім арифметичним або трохи вищим через форму дзвіночка, приблизно 3,0–3,1 мл О2/хв.
Відповідь:
Графік будується як плавна крива з максимумом при рН 7. Оптимальний діапазон рН для роботи ферменту — від 6 до 8 (нейтральне середовище). При рН = 6,5 швидкість реакції прогнозовано становитиме близько 3,0 мл О2/хв.
Завдання 8
Вплив температури на активність ферменту
Оберіть правильний графік залежності активності ферменту від температури з наведених варіантів (А, Б, В, Г) та опишіть логіку вибору.
Розв’язання
Розглядаємо умови експерименту з картоплею: окріп (висока температура) має вбити фермент, лід (низька температура) — уповільнити його.
Визначаємо очікувану форму графіка: він повинен підніматися до певної точки (оптимум) і різко падати при нагріванні.
Вибираємо правильний варіант: це графік, де активність висока в кімнатних умовах, падає у ліді та майже зникає в окропі (варіант А).
Відповідь:
Правильним є графік А. Він показує, що активність ферменту максимальна при кімнатній температурі, знижується в ліді та різко падає в окропі через денатурацію білка.
