ул. Кузьмина 16
+7 (900) 487 4220
+7 (900) 487 4220
Регуляция активности ферментов
Ферменты обладают набором специфических свойств, которые проявляются только при особых условиях внешней среды.
Целевая аудитория проекта
Академическое сообщество
Медицинские специалисты
Работники фармацевтической отрасли
Представители биотехнологических компаний
Практические врачи
Образовательное сообщество
Специалисты в области пищевой промышленности
Экологи и специалисты по безопасности
Каждая из этих групп может использовать результаты исследования для своих специфических целей: от образовательного процесса до разработки новых лекарственных препаратов и методов диагностики.
Потенциальные заказчики и
стейкхолдеры проекта
стейкхолдеры проекта
Исследователи и учёные в области биохимии, фармакологии и медицины
Работники фармацевтических компаний и разработчики лекарственных препаратов
Студенты, аспиранты и преподаватели химических, биологических и медицинских специальностей
Актуальность проекта и его проблематика
Актуальность проекта:
Исследование механизмов регуляции активности ферментов имеет фундаментальное значение для развития современной науки и практической медицины по следующим причинам:
Исследование механизмов регуляции активности ферментов имеет фундаментальное значение для развития современной науки и практической медицины по следующим причинам:
- Понимание принципов регуляции ферментативной активности критически важно для разработки новых лекарственных препаратов, направленных на коррекцию метаболических нарушений.
- Изучение механизмов активации и ингибирования ферментов открывает новые возможности в диагностике и лечении наследственных заболеваний, связанных с дефектами ферментных систем.
- Данные о регуляции ферментов необходимы для создания эффективных методов биотехнологического производства и генной инженерии.
- В условиях растущей проблемы антибиотикорезистентности особую значимость приобретает изучение ферментативных путей микроорганизмов как потенциальных мишеней для новых антибактериальных препаратов.
- Результаты исследования механизмов регуляции активности ферментов могут быть использованы для разработки персонализированных подходов к лечению различных заболеваний.
Проблематика проекта:
В современной биохимии и медицине существует ряд нерешенных вопросов, связанных с механизмами регуляции активности ферментов. К ним относятся:
В современной биохимии и медицине существует ряд нерешенных вопросов, связанных с механизмами регуляции активности ферментов. К ним относятся:
- Недостаточное понимание молекулярных механизмов аллостерической регуляции ферментов
- Сложности в прогнозировании эффектов посттрансляционных модификаций на ферментативную активность
- Отсутствие эффективных методов контроля ферментативных процессов in vivo (In vivo (в переводе с латинского “в живом”) – это эксперименты и процедуры, которые проводятся непосредственно в живом организме или над ним.)
- Необходимость разработки новых терапевтических подходов, основанных на модуляции активности ферментов
- Потребность в создании инновационных методов диагностики заболеваний, связанных с нарушениями ферментативной активности
- Изучение регуляции активности ферментов.
- Изучить литературу по данному вопросу.
- Провести лабораторный опыт по исследованию активности ферментов.
- Провести лабораторные опыты по изучению регуляции активности ферментов.
- Изучение и обобщение информации из литературных источников.
- Эксперимент по изучению активности ферментов и условий ее регуляции.
- Наблюдение.
- Фотографирование эксперимента как фиксация результатов.
- Описание и анализ результатов эксперимента.
- Ферменты и регуляция активности ферментов.
| Введение Все процессы в живом организме - дыхание, пищеварение, мышечное сокращение, фотосинтез и другие – осуществляются с помощью ферментов. Ферменты находятся во всех живых клетках и составляют большую часть всех их белков. Они во много миллионов раз ускоряют самые разнообразные химические превращения, из которых складывается обмен веществ. Под действием различных ферментов составные компоненты пищи: белки, жиры и углеводы – расщепляются до более простых соединений, из которых затем в организме синтезируются новые макромолекулы, свойственные данному типу. Ферменты обнаруживаются у всех живых существ, начиная от самых примитивных организмов. Получено около 600 ферментов. Они способствуют управлению сложнейшими процессами разрушения и сотворения новых веществ в организме. В настоящее время знание о работе ферментов человек поставил себе на службу в медицине, промышленности и других сферах жизни. |
Наша команда
- Софья МалаховаУченица МБОУ СОШ №7 г. Мценска
- Сергей БабакПедагог дополнительного образования
| Ферменты и их строение Ферменты или энзимы - это белки, которые катализируют химические реакции, происходящие в живых системах. В зависимости от характера катализируемой реакции ферменты делятся на 6 классов. |
По строению ферменты делятся на простые (однокомпонентные) и сложные (двухкомпонентные). Простой фермент состоит только из белковой части; в состав сложного фермента входит белковая и небелковая составляющие. Иначе сложный фермент называют холоферментом.
Белковую часть в его составе называют апоферментом, а небелковую – коферментом. Химическая природа коферментов была выяснена в 30-е гг. Оказалось, что роль некоторых коферментов играют витамины или вещества, построенные с участием витаминов В1, В2, В5, В6, В12, Н, Q и др. Особенностью сложных ферментов является то, что отдельно апофермент и кофермент не обладают каталитической активностью.
| Активный центр ферментов - участок молекулы фермента, который связывает субстраты и от которого зависит специфичность каталитического действия ферментов; активный центр содержит функциональные группы остатков аминокислот и коферментов, пространственно сближенных и определённым образом ориентированных. |
У сложных ферментов в формировании активных центров принимают участие также функциональные группы коферментов.
В образовании фермент-субстратных комплексов принимают участие те же молекулярные взаимодействия, что и обеспечивают формирование пространственной структуры макромолекул, межклеточные контакты и другие процессы в биологических системах:
В образовании фермент-субстратных комплексов принимают участие те же молекулярные взаимодействия, что и обеспечивают формирование пространственной структуры макромолекул, межклеточные контакты и другие процессы в биологических системах:
- водородные связи между полярными незаряженными группировками субстрата и фермента;
- ионные связи между противоположно заряженными группировками субстрата и фермента;
- гидрофобные взаимодействия между неполярными группировками субстрата и фермента.
Свойства ферментов
Специфичность действия
В отличие от катализаторов небелковой природы ферменты обладают способностью «узнавать» строго определенный субстрат, т. е. соединение, превращение которого они ускоряют. Благодаря этому обеспечивается высокая избирательность протекания отдельно взятой реакции из огромного количества других химических реакций, осуществляющихся одновременно в живых клетках.
Термолабильность ферментов
Оптимальной для действия большинства ферментов является температурный интервал от 40 до 50°С.
Зависимость активности ферментов от рН среды
Наибольшая активность подавляющего большинства ферментов наблюдается при рН 6-8
Необратимое и обратимое ингибирование
Необратимое ингибирование наблюдают в случае образования ковалентных стабильных связей между молекулой ингибитора и фермента. Чаще всего модификации подвергается активный центр фермента. В результате фермент не может выполнять каталитическую функцию.
К необратимым ингибиторам относят ионы тяжёлых металлов, например ртути (Hg2+), серебра (Ag+) и мышьяка (As3+), которые в малых концентрациях блокируют сульфгидрильные группы активного центра. Субстрат при этом не может подвергаться химическому превращению.
Обратимые ингибиторы связываются с ферментом слабыми нековалентными связями и при определённых условиях легко отделяются от фермента. Обратимые ингибиторы бывают конкурентными и неконкурентными.
Использование ферментов в медицине
Исследования ферментов
(проведенные командой проекта)
(проведенные командой проекта)
В ходе нашего исследования наша команда провела ряд опытов по изучению активности ферментов, и условий, которые регулируют эту активность.
Опыт 1
Действие каталазы на пероксид водорода
Опыт 2
Действие амилазы слюны на крахмал
Методика
Каталаза – это фермент, катализирующий разложение пероксида водорода:
2H2О2 → 2H2О2 + О2
Пероксид водорода образуется в некоторых растительных и животных клетках в качестве побочного продукта обмена веществ. Это соединение токсично для клеток, и каталаза обеспечивает эффективное его удаление. Это один из наиболее быстро работающих ферментов: при 00С одна молекула каталазы разлагает в 1 с до 50000 молекул пероксида водорода.
Каталаза – это фермент, катализирующий разложение пероксида водорода:
2H2О2 → 2H2О2 + О2
Пероксид водорода образуется в некоторых растительных и животных клетках в качестве побочного продукта обмена веществ. Это соединение токсично для клеток, и каталаза обеспечивает эффективное его удаление. Это один из наиболее быстро работающих ферментов: при 00С одна молекула каталазы разлагает в 1 с до 50000 молекул пероксида водорода.
Оборудование и используемые реактивы:
- Штатив с пробирками
- Лучинка
- Мелкий чистый песок
- Ступка с пестиком
- 10% Н2О2 - переоксид водорода
- Сырое мясо
- Сырой картофель
- Сырой картофель измельчённый с небольшим количеством песка
- Варенное мясо
- Варенный картофель
Ход исследования:
- В 5 пробирок налили по 2мл раствора перекиси водорода 10%
- В первую пробирку опустили с помощью пинцета кусочек сырого мяса
- Во вторую пробирку опустили кусочек сырого картофеля и поднесли к отверстию тлеющую лучинку
- В третью пробирку опустили кусочек сырого картофеля, измельченный с мелким песком.
- В четвёртую и пятую пробирки опустили по кусочку варенного мяса и варенного картофеля.
Ход работы:
- После того как опустили в пробирку кусочек сырого мяса, видим бурную реакцию пероксида водорода с выделением кислорода. После поднесения к отверстию пробирки тлеющей лучинки, видим её возгорание, что свидетельствует о наличии кислорода
- Опускаем в пробирку кусочек сырого картофеля и видим, что реакция проходит очень медленно, кислорода выделилось мало, поэтому после того как опустили лучинку возгорания не произошло.
- Растолчём кусочек сырого картофеля, идентичный предыдущему, с мелким песком и опустим в пробирку. Видим быструю и бурную реакцию пероксида водорода с выделением кислорода. Скорость выделения кислорода выше чем, в пробирке с кусочком картофеля. Опускаем в пробирку тлеющую лучинку, и она вспыхивает, что свидетельствует о наличии кислорода.
- После опускания вареных кусочков мяса и картофеля видим слабую реакцию с небольшим выделением кислорода.
Методика
Амила́за — фермент, расщепляющий крахмал до олигосахаридов, относится к ферментам пищеварения. Именно амилаза приводит к появлению сладковатого вкуса при длительном пережёвывании крахмалосодержащих продуктов (например, из риса или картофеля), но без добавления сахара. Амилаза присутствует в слюне, где начинает процесс пищеварения.
Амила́за — фермент, расщепляющий крахмал до олигосахаридов, относится к ферментам пищеварения. Именно амилаза приводит к появлению сладковатого вкуса при длительном пережёвывании крахмалосодержащих продуктов (например, из риса или картофеля), но без добавления сахара. Амилаза присутствует в слюне, где начинает процесс пищеварения.
Оборудование и используемые реактивы:
- Мерный цилиндр
- Пробирка
- Секундомер
- Планшет для проведения капельных реакций
- (C6H10O5)n - раствор крахмала
- Раствор слюны с амилазой
- I2 - раствор йода
- 10% CuSO4 - раствор медного купороса
Ход исследования:
- Приготовим раствор амилазы путём набора слюны и разбавления её водой.
- Через 30 с после смешивания раствора крахмала с ферментом в соотношении 5:1, возьмём каплю полученного раствора и перемешаем её с каплей раствора йода на планшете для проведения капельных реакций. Наблюдаем значительное количество крахмала. Каждые 30 с наносим каплю в планшет пока не обнаружим крахмал в смеси. На это потребовалось 5 минут.
- В свежую смесь раствора крахмала и раствора фермента добавим раствор CuSO4 10%. Каждые 30 с берём каплю на планшет. Наблюдаем, что вне зависимости от времени, мы можем обнаружить крахмал и делаем вывод что CuSO4 10% является ингибитором действия амилазы слюны на крахмал.
Ход работы:
- Тщательно прополощем рот водой. Наберём 2-4 мл слюны в мерный цилиндр. Добавим воды в цилиндр до объема в 10 мл. Полученный раствор содержит фермент амилазу, который мы и будем изучать.
- Смешаем 5 мл раствора крахмала и 1 мл раствора фермента. Через 30 с после перемешивания взяли каплю полученного раствора и проверили её на содержание крахмала, перемешав её с каплей раствора йода на планшете для проведения капельных реакций. Спустя еще 30 с проверим следующую каплю смеси на содержание крахмала и так каждые 30 с пока больше не обнаружится крахмала в смеси.
- В свежую смесь раствора крахмала и раствора фермента добавим раствор CuSO4 10%.
Заключение проекта и результатов исследований
В ходе нашего исследования мы изучили литературу по теме. Изучили строение ферментов, их свойства, а также использование ферментов в медицине. Выяснили, что вещества, влияющие на активность ферментов, подразделяют на активаторы и ингибиторы.
Провели лабораторные опыты по исследованию активности ферментов. В ходе опытов было определено, что при повышении температуры активность ферментов понижается вследствие денатурации белка, которым является любой фермент. Активность ферментов можно увеличить при измельчении вещества, подвергающегося ферментации, или применении ферментного препарата в измельченном виде.
В ходе опытов было подтверждено мнение авторов, что соли тяжелых металлов являются ингибиторами для ферментов. Это явление объясняет тяжелые последствия при попадании внутрь организма соединений меди, свинца и других тяжелых металлов.
Провели лабораторные опыты по исследованию активности ферментов. В ходе опытов было определено, что при повышении температуры активность ферментов понижается вследствие денатурации белка, которым является любой фермент. Активность ферментов можно увеличить при измельчении вещества, подвергающегося ферментации, или применении ферментного препарата в измельченном виде.
В ходе опытов было подтверждено мнение авторов, что соли тяжелых металлов являются ингибиторами для ферментов. Это явление объясняет тяжелые последствия при попадании внутрь организма соединений меди, свинца и других тяжелых металлов.
Экономические затраты проекта
- Закупка необходимого оборудования и реактивов - 9 630 ₽Пробирки, штатив для пробирок, цилиндр, зажим пробирочный, щипцы тигельные, чашки, реактивы, кусок мяса (50 г., картофелина 1 шт.)
- Покупка, печать образовательных материалов и инструкций по теме проекта - 3 760 ₽Учебник аналитической химии, учебник общей и неорганической химии, учебник фармацевтической химии.
- Аренда помещения лаборатории - 10 000 ₽
- Прочие расходы - 500 ₽Общие затраты на проект составили 23 890 ₽
Значение проекта для его участников
Значение проекта для меня как для ученика, выполняющего все действия по технической части проекта лица заключается следующем:
- Получение новых знаний о ферментах, их строении, свойствах и регуляции активности
- Развитие навыков исследовательской работы, анализа и обобщения информации
- Формирование интереса к изучению химии и биологии
- Возможность применения полученных знаний в будущей профессиональной деятельности или учёбе
- Участие в научном сообществе и обмен опытом с другими исследователями
Малахова Софья
Значение проекта для меня как для руководителя проекта заключается следующем:
- Развитие профессиональных компетенций в области химии и биохимии
- Приобретение навыков планирования, организации и проведения научных исследований
- Формирование умения анализировать и обобщать полученные данные
- Развитие навыков коммуникации и презентации результатов исследования
- Возможность применения полученных знаний и умений в практической деятельности
Контакты
Мценск, ул. Кузьмина, двлд 16, кв 13
Время работы — 24/7
Мценск, ул. Кузьмина, двлд 16, кв 13
Время работы — 24/7
+7 (900) 487 4220
Все фотографии, тексты и видеоматериалы принадлежат их владельцам и использованы для демонстрации. Пожалуйста, не используйте контент шаблона в коммерческих целях.