مشاهده فعالیت آنزیم كاتالاز در گیاهان مختلف، جلسه پنجم

در این جلسه و جلسه آینده 5 پروژه معرفی می¬شود که بر اساس دانش بدست آمده بعد از استخراج و مطالعه کاتالاز سیب زمینی میتوانید آنها را انجام دهید.

آزمایش شماره 1: چرا پوست موز و سیب قاچ شده قهوه‌ای‌ می‌شود؟

هدف: در پایان به این پرسش‌ پاسخ داده خواهد شد:

عوامل مختلف محیطی چه اثری بر قهوه‌ای شدن سیب دارند؟

بهترین روش برای جلوگیری از قهوه‌ای شدن سیب چیست؟

پروژه‌ی پیش‌نیاز: مشاهده‌ی فعالیت آنزیم كاتالاز در گیاهان مختلف

فروشندگان میوه هیچ موقع نمی‌توانند در مورد تازه نبودن میوه‌های خود دروغ بگویند. چون رنگ قهوه‌ای و قیافه پلاسیده میوه‌های كهنه خیلی سریع تمام اطلاعات لازم را به مشتری می‌دهد. البته تولیدكنندگان میوه به دنبال روش‌هایی هستند كه بتوانند میوه‌ها را برای مدت طولانی‌تری نگه‌داری نمایند. اینجاست كه یك آنزیم‌شناس می‌تواند اطلاعات مفیدی در اختیار آنها قرار دهد.

وقتی سیبی را قاچ می‌كنیم، تمام سلول‌هایی كه در مسیر حركت چاقو قرار داشتند پاره شده و محتویات آنها در معرض هوا قرار می‌گیرد. در كلروپلاست اغلب گیاهان، آنزیمی وجود دارد به نام پلی‌فنول‌اكسیداز (Poly phenol oxidase ) كه به اختصار به آن فنولاز (Phenolase) گفته می‌شود. این آنزیم به محض تماس با اكسیژن هوا فعال شده و تركیبات فنولی كه به طور معمول در بافت‌های گیاهی وجود دارد را اكسید می‌كند و آنها را به ماده‌ای جدیدی تبدیل می‌نماید. رنگ این ماده جدید قهوه‌ای است و ملانین (Melanine) نام دارد. دلیل تغییر رنگ میوه‌ها همین واكنش آنزیمی است. همان‌طور كه گفته شد،‌ هر آنزیمی شرایطی خاص برای عملكردش لازم دارد. ما در اغلب موارد از قهوه‌ای شدن میوه‌ها خوشمان نمی‌آید، چون هم  رنگ و هم مزه آنها عوض می‌شود. اما جالب است بدانید كه بسیاری از غذاهایی كه دوستشان داریم، ‌رنگشان را به خاطر همین فعالیت آنزیمی بدست می‌آورند. مثل مربای سیب و یا بهی كه به آرامی با شعله كم تهیه شده است و یا چایی، قهوه، كاكائو و حتی لواشك و آلوچه.

اكسیداسیون یكی از انواع واكنش‌های شیمیایی است كه اكسیژن با ماد‌ه دیگری واكنش می‌دهد و تركیب جدیدی ایجاد می‌شود. آنزیم فنولاز آنزیمی است كه به اكسیژن در اكسید كردن تركیبات فنولی گیاه كمك می‌كند.

دانستنی‌های مورد نیاز برای انجام پروژه

- آنزیم فنولاز چه فعالیتی در گیاه انجام می‌دهد؟

- منشا رنگ قهوه‌ای سیب قاچ شده و یا پوست موز چیست؟

- آیا روش‌هایی برای جلوگیری از تغییر رنگ میوه‌ها وجود دارد؟

- آنزیم فنولاز تحت چه شرایط محیطی فعال می‌شود؟

- چه یون‌هایی می‌توانند فنولاز را فعال کنند؟

مواد و وسایل مورد نیاز

- سیب

- چاقوی پلاستیكی

- انبرك

- بشر 250 میلی‌لیتری

- دستمال كاغذی

- شعله گاز

- اسید استیك %1/0: 2 میلی‌لیتر سركه در 100 میلی‌لیتر آب

- اسید استیك %1: 20 میلی لیتر سركه در 100 میلی‌لیتر آب

- اسید سیتریك%1/0: می‌توانید از آب لیموی تازه برای درست كردن محلول اسیدسیتریك استفاده نمایید، در این‌ صورت به اندازه حجم آب لیمو، آب اضافه نمایید.

- محلول اسید اسكوربیك(ویتامین ث): یك قرص ویتامین ث را در 100 میلی‌لیتر آب ولرم حل نمایید.

- شربت قند غلیظ

مراحل انجام پروژه

ابتدا محلول‌ها را آماده نمایید و بر روی بشر محتوی هر محلول برچسب بزنید. سپس دو بشر دیگر را از آب پر نموده و یكی از آنها را بر روی شعله قرار دهید تا آب آن جوش آید.

سیب را با چاقوی پلاستیكی كامل پوست كرده و به 8 قطعه مساوی تقسیم نمایید و هر قطعه از سیب را در یك بشر قرار دهید. همچنین یكی از قطعات را در بشر محتوی آب معمولی و یك قطعه را نیز در بشری كه آب آن بجوش آمده است قرار دهید و قطعه باقیمانده را به عنوان شاهد نگه دارید.

بعد از سه دقیقه قطعات سیب را با انبرك از بشرها خارج نموده و هر یك را بر روی دستمال كاغذی‌هایی كه از قبل برچسب خورده‌اند، قرار دهید. به مدت 50دقیقه، هر 5 دقیقه یكبار سیب‌ها را بررسی و تغییر رنگ مشاهده شده را در جدول زیر یادداشت نمایید.

آب با دمای اتاق	آب داغ	شربت غلیظ شکر	اسید اسکوربیک	اسید سیتریم1%	اسید استیک1%	اسید استیک0.1%	شاهد	زمان(دقیقه)
								0
								5
								10
								15
								20
								25
								30
								35
								40
								45
								50

برای پركردن جدول از شماره‌گذاری زیر استفاده نمایید:

1- بدون تغییر رنگ

2- چند لكه‌ی قهوه‌ای

3- قهوه‌ای كم‌رنگ كه نیمی از سطح سیب را پوشانده باشد.

4- قهوه‌ای كم‌رنگ كه كل سطح را پوشانده باشد.

5- قهوه‌ای تیره كه كل سطح را پوشانده باشد.

در این پروژه از دو روش اصلی برای جلوگیری از قهوه‌ای شدن سیب استفاده كرده‌ایم.

غیرفعال كردن آنزیم

ممانعت از تماس اكسیژن با آنزیم

می‌توانید راهی پیدا كنید كه تركیبات رنگی ایجاد شده در اثر فعالیت آنزیم فنولاز را جدا نموده و از آنها به عنوان رنگ خوراكی استفاده نمایید.

به‌نظر شما چه تفاوتی در قهوه‌ای شدن سیب ترش و سیب شیرین وجود دارد

اگر امكان فیلم‌برداری و یا عكاسی دارید، می‌توانید در طول مدت آزمایش از روند قهوه‌ای شدن فیلم‌برداری نموده و با زیاد كردن سرعت پخش فیلم ضبط شده عملكرد آنزیم را بهتر متوجه شوید. در صورت عكاسی نیز به شرط ثابت نگه داشتن شرایط عكس گرفتن (نور و زاویه دوربین و فاصله دوربین) حداقل هر 5 دقیقه، یك عكس گرفته و با كنار هم قرار دادن عكس‌ها روند قهوه‌ای شدن را بهتر متوجه شوید.

آزمایش شماره 2: چرا كیوی زبان را می‌سوزاند؟

هدف: در پایان به این پرسش‌ پاسخ داده خواهد شد:

پروتئاز‌های آناناس و كیوی چه اثری بر ژلاتین دارند؟

پروژه‌ی پیش‌نیاز: مشاهده‌ی فعالیت آنزیم كاتالاز در گیاهان مختلف

بومیان آمریكای جنوبی از قدیم برگ درختی به نام پاپایا (Papaya) را به عنوان چسب‌زخم استفاده می‌كردند. این درختان میوه‌های بزرگ و زرد رنگی دارند كه زمانی میوه‌هایشان برای مردم دنیا بسیار نایاب و عجیب بود اما امروزه در اکثر کشورهای دنیا مانند برزیل، مکزیک، هند ،اندونزی، زئیر و امریکا یافت می‌شود. علت توجه بسیاری كه به این میوه شده است، فقط در رنگ و مزه و قیافه‌ی زیبای آن خلاصه نمی‌شود. این میوه منبع غنی از آنزیمی به نام پاپین (Papain) است كه بیشترین محصول پاپایای دنیا برای تولید این آنزیم استفاده می‌شود. پاپین نوعی پروتئاز است كه كاربردهای وسیعی پیدا كرده است. از جمله برای نرم و ترد كردن گوشت، استفاده در قرص‌های كمك‌كننده به هضم غذا، استفاده در پمادهای بهبود دهنده‌ی زخم، به عنوان یك ماده‌ی ضدالتهاب و به عنوان یك آنزیم پروتئاز پركاربرد در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی و موارد بسیار زیاد دیگر. در واقع وجود آنزیم پاپین در برگ‌های درخت پاپایا است كه امكان این را می‌دهد كه از آن به عنوان چسب‌زخم استفاده شود. اما چرا پاپایا این آنزیم را تولید می‌كند؟ پاپین سلاح محافظ این درخت است بر علیه لارو نوعی پروانه بزرگ با بال‌های بسیار زیبا. اگر این درختان به چنین سلاحی مجهز نبودند مورد هجوم میلیون‌ها لارو گرسنه قرار می‌گرفتند. درختان دیگری نیز وجود دارند كه شیره‌ی آنها مجهز به سلاح‌های آنزیمی هستند، (اكثر این درختان در مناطق گرمسیری رشد می‌كنند كه از نظر حشرات بسیار متنوع و پرتعدادند.) مانند آنزیم‌های مشابه پاپین دركیوی و انبه،  آنزیم فیسین (Ficin) در درختان تیره‌ی انجیر و آنزیم بروملین (Bromelain) در آناناس.

دانستنی‌های مورد نیاز برای انجام پروژه

- ژله چگونه درست می‌شود؟

- آنزیم پاپین چگونه از التهاب جلوگیری می‌نماید؟

مواد و وسایل مورد نیاز

آناناس و كیوی تازه به عنوان میوه‌های دارای پروتئاز، سیب و موز تازه

به‌عنوان میوه‌های فاقد پروتئاز

پودر ژله

آب

لیوان‌های یكبارمصرف

مراحل انجام پروژه

بر روی 6 لیوان به ترتیب برچسب‌های موز، سیب، آناناس، كیوی، كیوی پخته و شاهد را بزنید. یك كیوی را خرد كرده و به مدت 15 دقیقه با مقداری آب بپزید. میوه‌ها را خرد كرده و نیمی از لیوان‌ها را با توجه به برچسب از میوه خرد شده مورد نظر پرنمایید. مایع ژله را با توجه به دستورالعمل آن تهیه كنید. لیوان‌ها را از مایع ژله پر نموده و آنها را در یخچال قرار دهید. هر یك ساعت یكبار لیوان‌ها را كنترل نموده و نتایج مشاهدات خود را بنویسید. در لیوان‌های محتوی كیوی و آناناس ژله‌ای آبكی و تكه تكه درست خواهد شد كه به علت فعالیت آنزیم پروتئاز این میوه‌ها می‌باشد. ژله از پروتئینی به نام كلاژن درست شده است كه توسط آنزیم‌های پروتئاز هیدرولیز می‌شود.

آزمایشی برای مقایسه قدرت آنزیمی پروتئازهای كیوی و آناناس طراحی كنید.

از پاپین برای نرم و ترد كردن گوشت نیز استفاده می‌كنند. شما نیز می‌توانید از آب آناناس و كیوی بدین منظور استفاده نمایید.

مطالب مرتبط:

مشاهده فعالیت آنزیم كاتالاز در گیاهان مختلف، جلسه اول

مشاهده فعالیت آنزیم كاتالاز در گیاهان مختلف، جلسه دوم

مشاهده فعالیت آنزیم كاتالاز در گیاهان مختلف، جلسه سوم

مشاهده فعالیت آنزیم كاتالاز در گیاهان مختلف، جلسه چهارم

مشاهده فعالیت آنزیم كاتالاز در گیاهان مختلف، جلسه پنجم

مشاهده فعالیت آنزیم كاتالاز در گیاهان مختلف، جلسه ششم

بخش پژوهش های دانش آموزی، تهیه: زینب باقری

تنظیم: زینب شاه مرادی