Лабораторная работа. Наличие ферментов в растительных клетках.

С помощью опыта выяснить наличие в клубнях картофеля ферментов,
расщепляющих перекись водорода

Оборудование, реактивы. Штатив лабораторный с пробирками, пипетки с метками на 1 мл; кусочки сырого и вареного картофеля (или сырого и вареного мяса); пероксид водорода (3%-ый раствор или 0,5%-ый раствор); лучинка; спички.
Ход работы. В одну пробирку помещают ломтики сырого картофеля, в другую – вареного (в третью и четвертую пробирки можно положить кусочки сырого и вареного мяса, соответственно). В каждую пробирку с помощью пипетки приливают 0,5 мл 3%-ного раствора пероксида водорода (Н₂О₂).
При выделении пузырьков опустить в каждую из этих пробирок тлеющую лучинку.
Наблюдения. 

В пробирках с сырым картофелем (или мясом) будет наблюдаться бурное образование пузырьков («вскипание»). Тлеющая лучинка, помещенная в пробирку, вспыхивает.
В пробирках с вареным картофелем и вареным мясом пероксид водорода не расщепляется, пузырьки не выделяются.
Обсуждение результатов. Образование пузырьков в пробирках с сырым картофелем или мясом объясняется присутствием в клетках фермента пероксидазы – у растений (или каталазы – в мышцах), которые расщепляют перекись водорода до воды и кислорода. Молекулярный кислород выделяется в виде пузырьков. Наличие кислорода можно определить с помощью тлеющей лучинки, которая вспыхивает, если ее внести в пробирку с выделяющимися пузырьками.
В пробирках с вареным картофелем и вареным мясом пероксид водорода не расщепляется, т.к. при варке ферменты (вещества белковой природы) денатурируют – происходит нарушение третичной структуры фермента и утрата его каталитической активности.
Токсичный (ядовитый) пероксид водорода образуется в некоторых растительных и животных клетках в качестве побочного продукта метаболизма (при биологическом окислении). Это соединение токсично для клеток и пероксидаза (или каталаза), содержащиеся в пероксисомах, обеспечивают эффективное его удаление. Под действием ферментов каталазы (мышц, крови) или пероксидазы (картофеля, элодеи) пероксид водорода тотчас расщепляется до молекулярного кислорода и воды, согласно уравнению:
Каталаза (пероксидаза)
2 Н₂О₂ = 2 Н₂О + О₂↑
Каталаза – один из наиболее быстроработающих ферментов. При 0 градусах С одна молекула каталазы разлагает в 1 с до 40000 молекул пероксида водорода. Одна молекула фермента за 1 минуту расщепляет до 5 миллионов молекул пероксида водорода, защищая клетку от отравления. Локализуется каталаза в микротельцах и пероксисомах. Пероксидаза и каталаза относятся к классу оксидоредуктаз, т.к. реакция расщепления перикиси водорода является окислительно-восстановительной.
Аналогично, если капнуть пероксид водорода на лист элодеи, то будет наблюдаться бурное выделение пузырьков газа – кислорода.
Наиболее сильнодействующая пероксидаза содержится в хрене. Ее специально получают для молекулярно-генетических исследований.
Выводы. В живых клетках содержатся ферменты – вещества белковой природы, ускоряющие ход биохимических реакций за счет снижения энергии активации. В этом опыте можно определить наличие в сырых продуктах фермента каталазы – в клетках животных (или пероксидазы – в клетках растений). При термической денатурации происходит необратимая денатурация фермента (разрушение его третичной структуры и утрата каталитической активности). Утрата каталитической активности каталазы (пероксидазы) после кипячения продуктов подтверждает белковую природу ферментов.