Transcript Lab - Katalas - en biologisk katalysator - Cambro

UMEÅ UNIVERSITET
Kemiska institutionen
Lars Backman
LABORATIONSHANDLEDNING
Farmaceutisk kemi 1
2011-09-09
STUDIE AV EN BIOLOGISK KATALYSATOR:
ENZYMET KATALAS
Att N2(g) betraktas som inert och alltså är synnerligen stabil och reaktionströg vet du
säkert. När man industriellt ska reducera N2(g) till NH3 så krävs ett övertryck på 200 –
300 atm och ca 500°C, förutom närvaro av någon oorganisk katalysator i form av
metalloxider. Det är med andra ord en mycket energikrävande och dyr process.
Motsvarande reaktion, reduktion av luftens kvävgas till NH4+, kan ske vid normalt
lufttryck och 20°C hos vissa bakterier som t.ex. Rhizobium-bakterier. De här bakterierna
måste ha tillgång till en extremt effektiv och specifik katalysator, som möjliggör
reaktionen under fysiologiska betingelser. Precis som du nog förväntar dig så är
katalysatorn ett enzym. Bakteriecellen producerar ett s.k. nitrogenas som är lokaliserat
till cytoplasman, och som kräver att både Fe och den i biologiska sammanhang ovanliga
metallen Mo är komplexbundna till enzymet för att katalysen ska ske. I likhet med den
industriella processen förbrukar nitrogenaset en stor mängd energi, vilken kommer från
hydrolys av ATP. Det är också nödvändigt att miljön runt nitrogenaset är anaerob, d.v.s.
fri från O2, för att villkoren ska vara tillräckligt reducerande. Nitrogenaset utgör alltså en
mycket effektiv kemisk fabrik inne i bakteriecellen.
Efter laborationen skall du kunna
•
Formulera en frågeställning som kan testas experimentellt
•
Planera och utföra ett experiment
•
Redogöra för egenskaperna hos en biologisk katalysator
Lab - Katalas - en biologisk katalysator.docx
2011-09-09
Katalas
2(4)
Laborationsuppgift
Du ska studera enzymet katalas genom att undersöka hur du kan påverka den reaktion som
enzymet katalyserar. Det är du själv som bestämmer exakt vad du ska göra genom att
formulera frågeställningar som du sen experimentellt söker svar på.
Planera följande:
Den teori som finns i laborationsinstruktionen är inte speciellt omfattande, utan tanken är att
du själv ska söka mera information. Några exempel på hur du kan hitta information är att du
naturligtvis kan läsa i läroböckerna (tänk då på att inte bara slå på katalas utan sök på
proteinstruktur, enzymer, katalysatorer etc etc, använd fantasin!). På nätet finns också mycket
information att hämta. I Journal of Chemical Education finns en artikel som handlar om just
det här experimentet.
Detta sökande efter information liknar den situation som du kommer att uppleva i ett framtida
arbete när du själv ska planera experiment och vidarutveckla något.
När du så bättrat på dina kunskaper i ämnesområdet är det dags att planera det praktiska
arbetet. Utifrån dina efterforskningar har du säkert fått uppslag på något du skulle vilja
undersöka. Gör denna planering några dagar innan du skall göra experimentet så att
assistenten hinner fixa fram den eventuella specialutrustning du behöver. Planerar du i god tid
så kan du också hinna diskutera med assistenten under lektionstid och få synpunkter från en
mera erfaren forskare.
När du så utför experimentet så kommer du säkert att uppleva att utförande och resultat inte
blev så (enkelt) som du tänkt dig. BLI INTE FRUSTRERAD över detta, utan inse att du nu
själv testar ut något som kanske ingen annan försökt göra förut. Många av de laborationer du
tidigare gjort är uttestade under lång tid för att ge tydliga och bra resultat, så om du nu får
“konstiga data “ är det inget att förvåna sig över.
När du börjar se resultaten av ditt experiment, så gäller det att ha fantasi och försöka lista ut
vad som eventuellt blivit fel och revidera dina tidigare ideer för hur experimentet skall
utföras. Lite elakt kan man säga att skillnaden mellan en god vetenskapsman och en dålig
visar sig i detta skede. Den gode vetenskapsmannen lär av sina misstag och får nya ideer
medan den dålige ger upp eller lägger ned hela projektet. Många stora vetenskapliga
upptäckter har just börjat med att man fått oväntade och till synes felaktiga resultat.
Exempel på arbetsplan:
• 2-3 dagar innan lab:
ägna 1-3 timmar åt att läsa på och fundera på vad du vill göra.
• Senast dagen innan lab:
prata med assistenten och beställ ev special utrustning
• Under laborationen:
jobba 2-3 timmar med inledande exp. och diskutera sedan med assistenten om hur
försöket kan förbättras och utvecklas. Laborera sedan 2-3 timmar till och gör dina
vetenskapliga upptäckter!!
Riskbedömning
Se allmänna skyddsföreskrifter
Katalas
3(4)
Teori
Katalysatorer är inte bara viktiga inom kemin utan för alla levande varelser. Nästan alla
reaktioner som sker i en cell är katalyserade. Det enzym du ska studera i laborationen är
katalas, ett enzym som finns i alla aeroba (syrekrävande) organismer. Denna universella
närvaro av katalas i aeroba organismer kan t. ex. användas för att avgöra om en bakterie är
aerob eller anaerob. Katalas består av en proteindel och en hem-grupp som är bunden till
proteindelen (för mera teori, se en lärobok i biokemi).
Reaktionen som katalyseras av katalas är:
2 H2 O2
→ 2 H2O + O2 (g)
Denna reaktion kan lätt studeras kvalitativt eftersom syrgasutvecklingen syns tydligt.
Materiel, apparatur mm:
• H2O2-lösning, 3%
• Potatis (katalaskälla)
• Normalt labglas
Övrigt material som du behöver för ditt experiment meddelar du assistenten senast
dagen innan du skall laborera.
Genomförande:
Din uppgift är att planera och utföra ett eget experiment så att du kan besvara de
frågeställningar du ställt upp.
Ett exempel:
Frågeställning Hur påverkas aktiviteten hos katalas av …..?
Experiment
Olika försöksserier med katalas görs i ordning och testas vid olika ……
Resultat
Förhoppningsvis får du ett resultat som (åtminstone delvis) besvarar din
frågeställning.
Diskussion
Här utvärderar du ditt utomordentliga exp och drar slutsatser.
Stämmer ditt resultat med vad du känner till från teorin?
Kanske har du fått uppslag till andra (och kanske bättre) experiment.
Detta var avsiktligt en summarisk beskrivning av ett möjligt experiment. Forskarens
privilegium består bl a i att själv planera intelligenta experiment.......
Ord på vägen…
Planera experimentet väl och gör en tydlig arbetsplan som du diskuterar med assistenten.
Försök att ha en tydlig frågeställning. Undvik att blanda flera frågeställningar i samma
experiment.
Nog med förmaningar! Släpp loss kreativiteten och kör igång.
Katalas
Rapport
Laborationsredogörelsen skrivs enligt den gängse naturvetenskapliga mallen:
• Rubrik
• Inledning
• Material och metod
• Resultat
• Diskussion
4(4)