Percorso di Didattica laboratoriale“La catalasi: un enzima in azione”

Scuola Secondaria di Secondo GradoIISS - “IPSIA E. Majorana”-

BariClasse IV B

Docente: Miralma Serio

Il contesto di senso:

Quando disinfettiamo una ferita con acquaossigenata si forma una schiuma biancastra.

Cosa accade?

Organizzatore cognitivo: Le trasformazioniOrganizzatore concettuale: I catalizzatori biologici: gli enzimi

Il concetto di senso comuneCosa 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

H2O2

MnO2

KMnO4 MnSO4

In presenza di un catalizzatore inorganicola decomposizione dell’acqua ossigenata

viene accelerata moltissimo:si liberano velocemente bollicine di gas.

La provetta si riscalda .

Deduciamo che:

La decomposizione rapidadell’acqua ossigenata inpresenza di un catalizzatoreinorganico avviene consviluppo di calore.Si tratta di una reazione“esotermica”.

Cerchiamo la definizione di catalizzatore sul dizionario:

Sostanza che promuove un aumento di velocità direazione, 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 poltigliai tessuti

pestandoli nel mortaio

…aggiungiamo l’acqua ossigenata

patatafoglia

cipollaSi libera effervescenza,molto più evidente neitessuti ridotti inpoltiglia

Effervescenza…..

… osservata con lostereoscopio

(40 ingrandimenti)

Nel fegato l’effetto è particolarmente evidente

fegato muscolo

Anche il lievito (Saccharomyces cerevisiae ) produce una notevoleeffervescenza in presenza di H2O2.

Deduciamo che negli organismi viventi sia presente una“sostanza” biologica che agisce da catalizzatore sulladecomposizione dell’acqua ossigenata.

Si tratta di un enzimachiamato CATALASI.

Trattando tessuti vegetali, tessuti animali, microrganismicon acqua ossigenata si libera effervescenza, che aumentase il tessuto viene schiacciato in un mortaio perchéaumenta la superficie di contatto tra molecole di enzima emolecole di substrato.

L’ENZIMA è un catalizzatore organico (presente negliorganismi viventi)

Sperimentiamo…

Poniamo in un cilindro la poltiglia dipatata, aggiungiamo H2O2.

Il gas sviluppato con l’effervescenzaalimenta la combustione di unostecco di legno con la puntaincandescente introdotto nelcilindro:

si tratta di ossigeno.

•Poniamo sotto unacampana di vetro unacandela accesa e calcoliamoil tempo di combustione.

•Ripetiamo l’esperimentoponendo sotto la campanaun becher con lievito eH2O2.

OSSERVAZIONI•Il tempo di combustione aumenta perché si libera OSSIGENO conl’effervescenza• Le pareti della campana si appannano: si è prodotta ACQUA sotto forma divapore.

Ipotizziamo e scriviamo l’equazione chimica cherappresenta la reazione:

2H2O2 O2 + 2H2O

Poniamo in un cilindro la poltiglia di patata e aggiungiamoun campione di H2O2

Una volta cessata l’effervescenza, se si aggiunge un altrocampione di acqua ossigenata, la reazione didecomposizione 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’attivitàdell’enzima?

Sperimentiamo…

Portiamo ad ebollizione inun becher con acqua ipezzi di tessuto animale evegetale

Concetto operativocondiviso:

L’enzima, essendo unaproteina, vienedenaturato ad altatemperatura, perde lasua conformazione equindi la sua attività.

Aggiungendo H2O2 a poltiglia di patata tenuta in freezer,si sviluppa effervescenza lentamente.

Concetto operativo condiviso:Le basse temperature rallentano la reazione enzimatica

congelata

Immergiamo per 5 minutii pezzi di tessuti animali evegetali in una soluzioneconcentrata di acidocloridrico

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 minutii pezzi di tessuti animali evegetali in una soluzioneconcentrata di idrossido disodio

Concetto operativo condiviso:Il pH basico impedisce l’attività enzimatica.

(Si altera il sito attivo , impedendo il legame con il substrato).

NaOH NaOH

CONCLUSIONI…CONCLUSIONI.....

Durante il percorso abbiamo capito che:

Gli enzimi sono catalizzatori biologici: accelerano la velocitàdelle reazioni chimiche negli esseri viventi.

E’ possibile rilevare la presenza di un enzima con metodo“indiretto”, osservando la reazione catalizzata e dimostrando lapresenza dei prodotti di reazione.

L’enzima non si consuma durante la reazione, al contrario delsubstrato 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 itessuti che si difendono grazie alla presenza dell’ enzimaCATALASI che la decompone in acqua e ossigeno.

La catalasi si trova nei tessuti animali e vegetali( in organellidetti perossisomi) e in molti microrganismi (lieviti, batteri); èparticolarmente presente nel fegato che svolge poteredetossificante; non si trova nei batteri anaerobi stretti (clostridi)che non vivono in presenza di ossigeno.

L'effervescenza prodotta dalla decomposizione dell’H2O2facilita la pulizia della ferita, rimuovendo per via meccanicagermi e residui di tessuti danneggiati. La liberazione di ossigenoha un potere gemicida di breve durata.

Cinetica enzimatica: influenza della concentrazionedell’enzima e del substrato Acqua ossigenata come disinfettante Perossisomi nella cellula. Reazioni di ossidoriduzione e di dismutazione.