Tandenstokerase_Leerling

Afsluitende les
Leerlingenhandleiding
Tandenstokerase
- biochemie experiment -
Leerlingenhandleiding Tandenstokerase
Introductie
Een enzym is een eiwit dat chemische reacties versnelt of mogelijk maakt. Enzymen zijn onmisbaar
voor een goede werking van het lichaam. Het zijn biologische katalysatoren. Bijvoorbeeld het enzym
amylase in je speeksel versnelt de afbraak van zetmeel tot eenvoudige suikers. Bij deze reactie wordt
het enzym zelf niet ‘opgebruikt’, maar is gelijk weer beschikbaar voor de volgende hap.
Bij het Reizende DNA-lab Racen met wc-papier heb je het enzym cellulase gebruikt om cellulose om
te zetten in glucose. Je hebt daarbij gezien dat bepaalde factoren (zoals temperatuur) invloed hebben
op de reactiesnelheid.
In de volgende proefjes ben jij zelf het enzym “tandenstokerase”, dat tandenstokers (het substraat)
afbreekt. Je maakt berekeningen om te bepalen hoeveel tandenstokers per seconde afgebroken
worden. Hiermee kan je bepalen wat de reactiesnelheid is van het enzym tandenstokerase.
Tijd
30 minuten
Materiaal
± 150 tandenstokers per team
Schaal/kom
Stopwatch
Paperclips of cocktailprikkertjes met vlaggetjes, 10 per team
Pen
IJsklontjes of heel koud water (voor proef 3)
Methode
De werking van een enzym wordt nagebootst door jouw hand en
tandenstokers. Het enzym ‘tandenstokerase’ is je vuist en duim van
één hand in een specifieke vorm. De ‘active site’ (zie de figuur) is het
gedeelte tussen vuist en duim waar de tandenstoker (‘substrate’) in
past. De tandenstoker kan zo in twee stukken gebroken worden (het
product).
De reactiesnelheid kan gemeten worden door het aantal gebroken
tandenstokers (product) te tellen. Er zijn vele factoren die invloed
hebben op de snelheid van de enzymreactie.
Ontdek de nieuwe wereld van genomics
|
2
Leerlingenhandleiding Tandenstokerase
Vind de juiste vorm
Breek een tandenstoker boven een schaal.
Opdracht 1
Kan de tandenstoker sneller gebroken worden?
Opdracht 2
Kan het veel sneller gebroken worden? Leg uit.
Gegeven is een stapeltje tandenstokers en ideale condities; het duurt toch nog wel even voordat het
enzym alle tandenstokers heeft gebroken. Dit is de V-max van het enzym (maximale snelheid van
productvorming). Indien het hele klaslokaal gevuld zou zijn met tandenstokers, dan zou deze snelheid
niet veranderen.
Opdracht 3
Zou het je meer tijd kosten om een tandenstoker te breken als deze aan de andere kant
van het lokaal ligt? Denk hierbij aan de substraatconcentratie.
Opdracht 4
Zou het je meer tijd kosten om een stapeltje tandenstokers te breken als er opengevouwen paperclips
of cocktailprikkertjes met vlaggetjes (welke je niet mag breken!) tussen de stapel zou liggen? De
paperclip of cocktailprikker werkt in dit geval als competitieve inhibitor. Leg dit uit.
Opdracht 5
Wat zou er gebeuren met de tijd indien twee mensen tegelijk tandenstokers breken? Dit heeft te
maken met enzymconcentratie.
Doe de volgende proefjes in groepjes van minimaal vier personen.
Ontdek de nieuwe wereld van genomics
|
3
Leerlingenhandleiding Tandenstokerase
Proef 1: Reactiesnelheid van tandenstokerase
•
•
•
•
Leg ongeveer 50 tandenstokers in de schaal
Breek zoveel mogelijk tandenstokers tussen vuist en duim zonder te kijken.
Let op! Gooi de gebroken helften terug in de schaal (product en substraat zijn gemixt in een
reactie), maar een tandenstoker mag maar één keer gebroken worden
(het enzym heeft immers al gereageerd met het substraat)
Noteer het aantal gebroken tandenstokers in intervallen van 10 seconden in de tabel.
Tabel 1
Tijd (seconden)
Aantal gebroken
tandenstokers (N)
Gemiddelde snelheid
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Opdracht 1
Verandert het aantal gebroken tandenstokers door de tijd?
Opdracht 2
Wat is je conclusie?
Opdracht 3
Bereken de gemiddelde reactiesnelheid tussen tijdsintervallen met behulp van de volgende
formule: N2-N1/ T2-T1
Een gemiddelde beginsnelheid zou 0.5 tandenstoker / sec. kunnen zijn. Indien je de tijd verlengt naar
180 seconden, zal de reactie snelheid tussen het interval 120 – 180 seconden waarschijnlijk 0 zijn.
Wanneer je aan het breken bent en je bent bijna door je tandenstokers heen, heb je het punt bereikt
dat de reactiesnelheid afneemt aangezien het moeilijker wordt om nog (hele) tandenstokers te vinden.
Dit is een factor die invloed heeft op het enzym.
Opdracht 4
Leg bovenstaand concept uit aan de hand van het enzym amylase in het speeksel in je mond
wanneer je een stukje brood eet.
Ontdek de nieuwe wereld van genomics
|
4
Leerlingenhandleiding Tandenstokerase
Proef 2: Toevoeging van een inhibitor
Leg weer ongeveer 50 nieuwe tandenstokers in de schaal
Mix 10 opengevouwen paperclips, of cocktailprikkertjes met een vlaggetje welke je niet mag
breken door de tandenstokers.
Breek wederom zoveel mogelijk tandenstokers tussen vuist en duim zonder te kijken. Nogmaals
cocktailprikkertjes met een vlaggetje mogen niet worden gebroken
Noteer het aantal gebroken tandenstokers in intervallen van 10 seconden in de tabel.
Tabel 2
Tijd (seconden)
Aantal gebroken tandenstokers (N)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Opdracht 1
Wat voor effect heeft het toevoegen van een ‘verkeerd substraat’ op de hoeveelheid tandenstokers die
gebroken zijn door tandenstokerase?
Opdracht 2
Wat is je conclusie? Licht deze toe aan de hand van een ‘echt’ voorbeeld.
Ontdek de nieuwe wereld van genomics
|
5
Leerlingenhandleiding Tandenstokerase
Proef 3: Invloed van temperatuur
op de werking van tandenstokerase
•
•
•
Meet hoe lang het duurt om 10 tandenstokers te breken zonder te kijken.
Houd je hand een tijdje in heel koud water, en droog ze snel af.
Probeer dan weer 10 tandenstokers te breken en meet hoe lang je daar over doet.
Tabel 3
Temperatuur
Tijd nodig om 10 tandenstokers te
breken (seconden)
Kamertemperatuur tandenstokerase
Koude tandenstokerase
Opdracht 1
Hoe beïnvloedt temperatuur de tijd die het kost voor tandenstokerase om de tandenstokers te breken?
Hoe zit dit met echte enzymen en temperatuur?
Ontdek de nieuwe wereld van genomics
|
6
Leerlingenhandleiding Tandenstokerase
Conclusie
Zet de data van tabel 1 van proef 1 in onderstaande grafiek en verbind de punten tot een lijn.
Doe dit ook met de data van tabel 2 van proef 2.
Gebruik verschillende kleuren voor elke lijn. Maak een goed onderschrift bij de grafiek.
Beantwoord tenslotte de vragen.
Aantal gebroken tandenstokers
Grafiek: Tandenstokerase efficiëntie
Tijd (seconden)
Grafiek 1: (onderschrift)
Ontdek de nieuwe wereld van genomics
|
7
Leerlingenhandleiding Tandenstokerase
Opdracht 1
Wat is een enzym? Wat was het enzym in deze proef?
Opdracht 2
Wat is een substraat? Wat was het substraat in deze proef?
Opdracht 3
Beschrijf hoe het toevoegen van een ander/verkeerd substraat de werking van het enzym beïnvloedt.
Gebruik de bovenstaande grafiek in je antwoord.
Opdracht 4
Wat gebeurt er met de reactiesnelheid van een enzym als het substraat afneemt.
Opdracht 5
Beschrijf hoe temperatuur de werking van een enzym beïnvloed. Wat veroorzaakt meer definitieve
verandering aan het enzym, afkoelen of verhitten?
Ontdek de nieuwe wereld van genomics
|
8
Leerlingenhandleiding Tandenstokerase
Bijlage. Enzymen en uitwerkingen
Voorbeelden van toepassingen van enzymen in ons dagelijks leven
Toepassing
Enzym en uitwerking
Voeding
Bakkerij
Amylase gelijkmatige kruimelstructuur en groot broodvolume
Maltogeen langere versheid van brood
Alfa-amylase het eerste door genetisch gemodificeerde organismen (GGO)
geproduceerde enzym op de markt
Xylanase makkelijker te hanteren deeg en verbeterde kruimelstructuur
Zuivelproducten
Chymosine stremmen van melk om kaas te maken
Protease afbraak van allergene eiwitten
Lipase verbeteren van kaasrijping
Brouwerij
Amylase afbraak van zetmeel tot fermenteerbare suikers
Beta-glucanase voorkomen van 'chill-haze' bij bier (troebel worden bij afkoelen)
Fruitsappen
Pectinase / Amylase verhogen van sapopbrengst en helderheid
Wijn
Pectinase behoud van kleur en helderheid
Veevoeding
Fytase maakt veevoer vrij van fosfor, zodat dieren het makkelijk kunnen opnemen
Niet- voeding
Textiel
Amylase afbraak van zetmeel in de waslaag die op textielvezels gebracht is ter
bescherming van de vezels tijdens het weven
Cellulase alternatief voor stonewashing
Wasproducten
Cellulase afbraak van cellulose in kleinere componenten die zich makkelijker
laten wegspoelen
Lipase afbraak van lipiden, de belangrijkste component van oliën en vetten
Protease afbraak van eiwitvlekken in kleinere componenten die zich makkelijker
laten wegspoelen
Papier
Lipase afbraak van lipiden in hars, dat de papierproductie bemoeilijkt
(vlekken en gaten)
Laccase afbraak van lignine in hout, want lignine zorgt voor een ongewenste
bruine kleur
Leer
Lipase afbraak van weefselresten die nog aan het leer zijn gehecht
Protease afbraak van eiwitten waardoor het leer makkelijker kan worden onthaard
en ook aan soepelheid wint
Ontdek de nieuwe wereld van genomics
|
9