ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΤΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΕΝΟΤΗΤΑ: ΕΝΖΥΜΑ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΠΑΤΗΡ ΑΝΑΣΤΑΣΙΟΣ ΙΣΑΑΚ 1. Να εξηγήσετε γιατί πολλές βιταμίνες, παρά τη μικρή συγκέντρωσή τους στον οργανισμό, είναι πολύ σημαντικές για την ομαλή λειτουργία των ενζύμων. Οι λιποδιαλυτές βιταμίνες (π.χ Β1,2,3 ) δρουν ως τμήματα συνενζύμων τα οποία είναι επίσης σε μικρές συγκεντρώσεις. π.χ Η βιταμίνη Β3 (Νιασίνη ή νικοτιναμίδη) λαμβάνει μέρος στη δομή του συνενζύμου NAD+ 2. Να εξηγήσετε γιατί τα σκάγια από μόλυβδο που είχαν καταπιεί τα πουλιά φλαμίγκο στην αλυκή της Λάρνακας τα οδήγησαν στο θάνατο. Να συνδυάσετε την απάντησή σας με τη δράση των ενζύμων. Ο μόλυβδος ως κυτταρικό δηλητήριο είναι μόνιμος αναστολέας κάποιων ενζύμων. Όταν ο αναστολέας συνδεθεί με το ένζυμο, ενώνεται με ισχυρούς δεσμούς - καταστρέφει το ενεργό κέντρο και το ένζυμο χάνει την καταλυτική του δράση. Όταν κάποια ένζυμα δεν λειτουργούν τότε επέρχεται ο θάνατος. 3. Οι πιο κάτω γραφικές παραστάσεις δείχνουν τη σχέση μεταξύ του ph και της δράσης της θρυψίνης και της πεψίνης. (Α) Να εξηγήσετε την επίδραση των μεταβολών του ph στη δράση των πιο πάνω ενζύμων. Η θρυψίνη δρα σε ph 5-10. Εκτός αυτών των ορίων μετουσιώνεται. Η άριστη τιμή ph είναι to 8. Η πεψίνη δρα σε ph 1-5. Εκτός αυτών των ορίων μετουσιώνεται. Η άριστη τιμή ph είναι το 2. Ο λόγος είναι γιατί ακόμη και οι μικροαλλαγές του ph επηρεάζουν τους ιοντικούς δεσμούς (υπεύθυνους για την τριτοταγή δομή) ως εξής: Τα H+ (που καθορίζουν το ph) ενώνονται με τις αρνητικά φορτισμένες πλευρικές ομάδες των αμινοξέων και δεν τους επιτρέπουν να ενωθούν με τις θετικά φορτισμένες ομάδες. Έτσι δεν σχηματίζονται πλέον οι ιοντικοί δεσμοί και το ένζυμο χάνει την ευελιξία του και μειώνεται η καταλυτική του δυνατότητα. (Β) Σε ποιο τμήμα του πεπτικού συστήματος δρα το καθένα από τα δύο ένζυμα; Η πεψίνη στο στομάχι και η θρυψίνη στο λεπτό έντερο. 4. 1
Στο πιο πάνω σχήμα φαίνονται ένα ένζυμο, το υπόστρωμα του και ο αναστολέας του. Α. Ποιο είναι το ένζυμο (Γ), ποιος ο αναστολέας (Δ) και ποια τα αντιδρώντα σώματα /υπόστρωμα (Α + Β) Β. Πώς επηρεάζει η υψηλή θερμοκρασία τη δομή ενός ενζύμου; Η υψηλή θερμοκρασία σπάζει του δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των πλευρικών αλυσίδων των αμινοξέων και δεν επιτρέπει το σχηματισμό δευτεροταγούς και τριτοταγούς δομής. Έτσι αλλάζει η στερεοχημεία του ενζύμου (ειδικά του ενεργού κέντρου) το ένζυμο μετουσιώνεται και δεν μπορεί να σχηματιστεί σύμπλοκο ενζύμου υποστρώματος. Γ. Τι είναι το ενεργό κέντρο ενός ενζύμου Είναι το μέρος του ενζύμου στο οποίο προσδένεται το υπόστρωμα με ασθενείς δεσμούς. 5. Τι είναι ο μη συναγωνιστικός αντιστρεπτός αναστολέας και όπως επηρεάζει τη δράση των ενζύμων; Είναι χημική ουσία που προσδένεται σε περιοχή του ενζύμου εκτός του ενεργού κέντρου (αλλοστερικός υποδοχέας) διαταράσσοντας όμως και τροποποιώντας το ενεργό κέντρο ώστε να μη δέχεται το υπόστρωμα. 6. Τι είναι ο ενεργοποιητής ενός ενζύμου και ποιος είναι ο ρόλος του; Είναι χημική ουσία που προσδένεται σε περιοχή του ενζύμου εκτός του ενεργού κέντρου διαμορφώνοντας το ενεργό κέντρο ώστε να δέχεται το υπόστρωμα. Εισαγωγικές 2011 6. Το πιο κάτω σχήμα παρουσιάζει τη δράση ενός ενζύμου. α. Να αντιστοιχήσετε τους αριθμούς 1 μέχρι 4 με τις λέξεις που ακολουθούν: Υπόστρωμα (3), Προϊόντα (4), Ενεργό Κέντρο (2) και Ένζυμο (1). (μονάδες 2) β. Να αναφέρετε δύο κοινά χαρακτηριστικά των ενζύμων εκτός από την παρουσία του ενεργού κέντρου. (μονάδες 2) Απαντώνται σε πολύ μικρές ποσότητες Μειώνουν την ενέργεια ενεργοποίησης των υποστρωμάτων 2
γ. Να αναφέρετε ένα παράγοντα που επηρεάζει τη δράση των ενζύμων χωρίς να επηρεάζει τη δομή τους. (μονάδα 1) Συγκέντρωση του υποστρώματος 12.στ. H καταλάση είναι ένα ένζυμο που παράγεται στο συκώτι και διασπά το υπεροξείδιο του υδρογόνου (H2O2) σε νερό (H2O) και οξυγόνο (O2) σύμφωνα με την χημική εξίσωση: Σε ένα εργαστήριο βιολογίας οι μαθητές διερεύνησαν την επίδραση της συγκέντρωσης του υπεροξειδίου του υδρογόνου (υποστρώματος) στην ταχύτητα της βιοχημικής αντίδρασης. Τα αποτελέσματα του πειράματος παρουσιάζονται στην ακόλουθη γραφική παράσταση: i. Με αναφορά στην πιο πάνω γραφική παράσταση, να περιγράψετε πώς μεταβάλλεται η ταχύτητα αντίδρασης της καταλάσης, σε σχέση με την συγκέντρωση του υποστρώματος από τα 140 μέχρι 180 mmol / dm3. (μονάδα 1) Η ταχύτητα αντίδρασης παραμένει σταθερή (δεν υπάρχει μεταβολή) ii. Να εξηγήσετε τη μορφή της γραφικής παράστασης σε σχέση με τη συγκέντρωση του υποστρώματος από 140 μέχρι 180 mmol /dm3, λαμβάνοντας υπόψη ότι η συγκέντρωση της καταλάσης (ένζυμο) παραμένει σταθερή ενώ η συγκέντρωση του υποστρώματος αυξάνεται. (μονάδα 1) Η ταχύτητα αντιδρασης παραμενει σταθερή επειδή όλα τα ενεργά κέντρα του ενζύμου είναι συνεχώς κατειλημμένα από διαφορετικά μ πορια υποστρώματος. iii. Να αναφέρετε δύο παράγοντες, εκτός από τη σταθερή συγκέντρωση του ενζύμου, που θα πρέπει να παραμείνουν σταθεροί κατά τη πιο πάνω πειραματική διερεύνηση. (μονάδα 1) Θερμοκρασία και ph 3
Εισαγωγικές 2012 (α)α: Ενέργεια ενεργοποίησης χωρίς ένζυμο, Β: Ενέργεια ενεργοποίησης με ένζυμο Γ: Ενέργεια που απελευθερώνεται (β) Η αντίδραση είναι εξώθερμη. Απελευθερώνεται ενέργεια επειδή η ενεργειακή στάθμη των προϊόντων είναι σε χαμηλότερο επίπεδο από ότι τα αντιδρώντα. (γ) Επειδή τα ένζυμα μειώνουν την ενέργεια ενεργοποίησης περισσότερα αντιδρώντα αποκτούν την ικανότητα να αντιδράσουν και έτσι επιταχύνεται η αντίδραση. (δ) Πεψίνη και θρυψίνη. 4
ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΑΠΟ ΤΗΝ ΟΛΥΜΠΙΑΔΑ ΤΟΥ 2012 1. Η σχέση μεταξύ ενός ενζύμου και ενός αντιδρώντος μορίου μπορεί να περιγραφεί καλύτερα σαν μια: A. προσωρινή σύνδεση με ομοιοπολικούς δεσμούς B. μόνιμη σύνδεση με ασθενείς δεσμούς C. προσωρινή σύνδεση με ασθενείς δεσμούς D. μη ειδική σύνδεση με ομοιοπολικούς δεσμούς E. μόνιμη αλλαγή στη δομή ενζύμου και αντιδρώντος. 2. Το ενεργό κέντρο του ενζύμου: A. παραμένει σταθερό και δεν αλλάζει σχήμα B. βρίσκεται πάντοτε στο κέντρο του ενζύμου C. είναι συμπληρωματικό του υπόλοιπου ενζύμου D. περιέχει αμινοξέα χωρίς πλευρικές ομάδες E. όλες οι πιο πάνω επιλογές είναι λανθασμένες. 3. Μερικοί τύποι αντιρετροϊικών φαρμάκων που χρησιμοποιούνται για να αντιμετωπίσουν τον HIV μοιάζουν με μια πρωτεΐνη που είναι υπόστρωμα μιας πρωτεάσης του ιού. Αυτά τα αντιρετροϊικά φάρμακα μπορούν να δεσμευτούν στο ενεργό κέντρο της πρωτεάσης καθιστώντας το ένζυμο ανίκανο να δεσμεύσει το υπόστρωμά του. Αυτά τα φάρμακα μπορούν να χαρακτηριστούν σαν: A. συμπαράγοντες B. ενεργοποιητές C. μη συναγωνιστικοί αναστολείς D. συναγωνιστικοί αναστολείς E. υπόστρωμα. 4. Ένας φοιτητής κατέγραψε τα γεγονότα μιας ενζυμικής αντίδρασης χρησιμοποιώντας ένα ένζυμο στους 37 C. Στο δοκιμαστικό σωλήνα 1, έβαλε 10 cm 3 διαλύματος από βρασμένο ασπράδι αυγού (πρωτεΐνη) το οποίο φαινόταν νεφελώδες (δεν ήταν διαυγές). Στη συνέχεια, πρόσθεσε 2 cm 3 διαλύματος ενζύμου. Δέκα λεπτά αργότερα, το νεφελώδες διάλυμα είχε γίνει διαυγές, όπως φαίνεται στο δοκιμαστικό σωλήνα 2. Το διάλυμα θα γινόταν διαυγές γρηγορότερα αν ο φοιτητής: I. Ανάδευε το μίγμα II. Χρησιμοποιούσε λιγότερη ποσότητα πρωτεΐνης III. Χρησιμοποιούσε λιγότερη ποσότητα ενζύμου IV. Αύξανε τη θερμοκρασία της αντίδρασης στους 75 C V. Χρησιμοποιούσε μεγαλύτερη ποσότητα ενζύμου. A. Τα Ι και ΙΙ μόνο B. Τα Ι, ΙΙ και ΙV μόνο C. Τα Ι, ΙΙ και V μόνο D. Τα Ι, ΙΙΙ και V μόνο E. Τα ΙΙ και ΙV μόνο. 5. Η διατήρηση προϊόντων σε χαμηλές θερμοκρασίες (4 C) επεκτείνει τη ζωή των προϊόντων επειδή: A. καθιστά το προϊόν πάρα πολύ υγρό για να μπορούν να πολλαπλασιαστούν τα μικρόβια B. τα μικρόβια δεν απαντώνται στα ψυγεία. C. οι πρωτεΐνες και το DNA μετουσιώνονται στις χαμηλές θερμοκρασίες και επομένως τα μικρόβια σκοτώνονται. D. οι τοξίνες που παράγονται από τα μικρόβια δεν είναι επιβλαβείς στις χαμηλές θερμοκρασίες. E. ο ρυθμός μεταβολισμού και διπλασιασμού των μικροβίων επιβραδύνεται, λόγω του ότι η θερμοκρασία είναι χαμηλότερη από τις άριστες τιμές θερμοκρασίας για τα περισσότερα βακτηριακά ένζυμα. 5