Опыты с ферментами: дегидрогеназы
До сих пор вы ставили опыты с растительными тканями. Попробуем поэкспериментировать с ферментами из тканей животных. Объект нового исследования — дегидрогеназы, которые участвуют в процессах тканевого дыхания у животных. Из названия этих ферментов видно, что они отнимают у веществ атомы водорода. Как это происходит, вы увидите чуть позже, а пока приготовьте все необходимое для опыта.
На этот раз вам понадобятся следующие вещества: 5 мл 0,5%-ного водного раствора формальдегида (аптечный формалин разбавить водой в десять раз); столько же 0,02%-ного водного раствора метиленового синего (можно использовать разбавленные синие чернила); столько же водного раствора янтарной кислоты, осторожно нейтрализованного пищевой содой до прекращения выделения пузырьков; 10 мл вазелинового или растительного масла. Еще нужен будет термометр и объекты исследования — свежее коровье молоко и мясо курицы или кролика.
Сначала посмотрим, как окисляет формальдегид дегидрогеназа свежего молока. Чтобы это стало заметно, и понадобился раствор красителя метиленового синего: дегидрогеназа отнимет у формальдегида атом водорода, перенесет его на легко восстанавливающийся краситель, и он обесцветится. А формальдегид окислится при этом до муравьиной кислоты. Обесцвеченный после восстановления краситель легко окисляется кислородом воздуха и вновь синеет. Поэтому реакционную смесь придется изолировать от воздуха слоем масла.
Пронумеруйте шесть пробирок. В пробирки 1 и 2 налейте по 5 мл свежего некипяченого молока, а в пробирку 3 — такое же количество холодного кипяченого молока.
Воду в водяной бане нагрейте до 37°С. Во все три пробирки добавьте по 0,5 мл (около 50 капель) раствора формальдегида и по 5 капель раствора метиленового синего. Смесь станет голубой. В каждый флакон налейте немного масла, чтобы образовался тонкий изолирующий слой на поверхности, и поставьте пробирки 1 и 3 на водяную баню. Пробирку 2 оставьте при комнатной температуре. Заметьте время начала реакции и наблюдайте за изменением окраски растворов. Результаты не забудьте записать в тетрадь.
Как и раньше, зададим вам наводящие вопросы. При какой температуре раствор обесцвечивается быстрее?
Сохраняет ли фермент свою активность в кипяченом молоке?
Что произойдет, если продуть через обесцвеченный раствор воздух?
Прежде чем проверить правильность своих выводов, поставьте еще один опыт с дегидрогеназой, а потом уже рассмотрим результаты обоих опытов.
В мышцах животных содержится специфический фермент — дегидрогеназа янтарной кислоты. Она катализирует превращение янтарной кислоты в фумаровую с переносом отнятого водорода на подходящее вещество, например, на метиленозый синий. Эта реакция протекает без участия кислорода, как говорят, в анаэробных условиях.
Сырое мясо курицы или кролика (около 10 г ) мелко нарежьте и разотрите на блюдце. Кашицу промойте несколько раз водой на марле, чтобы удалить растворимые вещества. Промытую кашицу размешайте с тройным объемом воды, в которую добавлена поваренная соль — примерно треть чайной ложки. Разбавленную кашицу влейте в пробирки 4, 5 e 6 — по 5 мл в каждую. Пробирку 4 погрузите на пять минут в кипящую водяную баню и охладите до комнатной температуры. Затем в пробирки 4 и 5 добавьте по 0,5 мл раствора янтарной кислоты и по 10 капель раствора метиленового синего, а в пробирку 6 добавьте 0,5 мл воды и 10 капель красителя. В каждый флакон долейте чуть-чуть масла, чтобы изолировать смесь от воздуха. Проследив изменение окраски, попробуйте ответить на очередные вопросы.
Восстанавливается ли краситель в присутствии прокипяченной кашицы из мяса?
Нужна ли для этой реакции янтарная кислота?
Сходно ли поведение ферментов из тканей при высокой температуре?
А теперь — пояснения. Дегидрогеназы в свежем молоке ускоряют реакцию окисления формальдегида (это замечено по обесцвечиванию метиленового синего). Восстановленному красителю можно вернуть синий цвет, окисляя его кислородом воздуха. Дегидрогеназа молока при низкой температуре «работает» медленно; после кипячения молока она вовсе теряет активность. Значит, у этого фермента тоже есть оптимальная температура реакции.
В опытах с кашицей из мышц дегидрогеназа янтарной кислоты, как и все ферменты, теряет активность после кипячения. В отсутствие янтарной кислоты реакция также не идет (если вы хорошо промыли кашицу водой и удалили таким образом содержащуюся в ней янтарную кислоту). Фермент довольно быстро окисляет янтарную кислоту до фумаровой, перенося атомы водорода на краситель.
И еще один опыт с этим же ферментом, но с другим объектом — с микроорганизмами. До сих пор вы имели дело с животными и растительными тканями. Однако микроорганизмы, пожалуй, еще лучше вооружены ферментами: ведь у них нет других средств борьбы за существование, кроме биохимических. С одним из микроорганизмов, а точнее — грибов, мы и поставим опыт. Речь идет об обычных пекарских дрожжах. Среди множества активных ферментов, которые вырабатываются дрожжами, есть и знакомая нам дегидрогеназа.
Кусочек прессованных дрожжей разотрите на блюдце с двумя чанными ложками кипяченой воды. Растирать лучше пластмассовой или алюминиевой ложкой. Когда смесь станет однородной, внесите ее чистой пипеткой в две пробирки. Их надо предварительно вымыть с мылом ватным тампоном на палочке, промыть водой и высушить. Другой пипеткой добавьте в обе пробирки немного масла.
Пробирку 1 поставьте на пять минут в кастрюлю с кипящей водой и охладите до комнатной температуры. В обе пробирки добавьте по щепотке сахарного песка и осторожно взболтайте, чтобы сахар растворился. Третьей пипеткой введите в обе пробирки по 10—15 капель раствора красителя. Наблюдайте за окраской раствора.
Опыт можно несколько усложнить, для этого понадобится больше пробирок. Попробуйте изменять температуру раствора, брать разные количества дрожжей и сахарного песка. А выводы предоставляем вам сделать самостоятельно, без всяких наводящих вопросов. Теперь, когда вы накопили достаточный опыт, вам это вполне под силу.
