«Качественный химический анализ содержания ферментов пероксидазы и полифенолоксидазы в различных сортах картофеля»
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Июльская средняя общеобразовательная школа
Муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образования "Районный центр детского творчества" Воткинского района
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА
по химии
На тему:
«Качественный химический анализ содержания ферментов пероксидазы и полифенолоксидазы в различных сортах картофеля»
Мельникова Екатерина Сергеевна, ученица 8 класса, МБОУ Июльской СОШ
Научный руководитель: Загребина Анастасия Павловна, учитель химии МБОУ Июльской СОШ, ПДО РЦДТ Воткинского района
2022г
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение . . . . . . . . . 3
Обзор литературы . . . . . . . 4
Методы исследования. . . . . . . 6
Результаты . . . . . . . . 8
Заключение. . . . . . . . . 12
Список литературы . . . . . . . 13
Приложение. . . . . . . . . 14
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время энзимология – наука о ферментах, превратилась в отрасль знаний, которая тесно связана со многими другими науками, особенно – биохимией, физической химией, молекулярной биологией, генетикой и химической технологией. Информация, полученная при изучении ферментов, позволила понять механизмы многих жизненных процессов, таких как фотосинтез, дыхание, биологическое окисление, брожение, синтез множества необходимых для роста органических веществ. Большой интерес данные энзимологии представляют для различных химических производств. Ведь ферменты обладают способностью намного больше увеличивать скорость химической реакции, чем минеральные катализаторы, энзимы не загрязняют окружающую среду, а если рассматривать их как ингибиторы, то они могли бы сохранить на более длительное время созданные человеком технические средства, предметы быта и т.д.
Актуальность. Изучение содержания в клетках растений ферментов (в данной работе пероксидаза и полифенолоксидаза) позволяет делать выводы о многих физиологических процессах протекающих в растении. А значит, можно использовать полученные знания для повышения урожайности культур. Следовательно, изучение ферментативного катализа представляет как практический, так и теоретический интерес и делает актуальной данную работу.
Выбрав тему исследования, была выдвинута гипотеза, что в разных сортах картофеля в клубнях содержатся ферменты пероксидаза и полифенолоксидаза.
Цель: определить наличие ферментов пероксидазы и полифенолоксидазы в клетках клубней картофеля, различных сортов методом качественного химического анализа.
Задачи:
1. Провести социологический опрос населения с. Июльское, для выявления наиболее популярных сортов картофеля, выращиваемых в личных подсобных хозяйствах.
2. Определить содержание ферментов, проведя качественные реакции на пероксидазу и полифенолоксидазу в клетках клубней картофеля различных сортов;
3. Определить содержание фермента пероксидаза и полифенолоксидазы на картофеле после озеленения.
Предмет исследования: Ферменты пероксидаза и полифенолоксидаза.
Объект исследования: картофельные клубни различных сортов.
Сроки и место проведения исследования: октябрь 2020г., МБОУ Июльская СОШ
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
В книге Диксон М. «Ферменты» дается такое определение понятию ферменту пероксидаза – это фермент, который катализирует окисление органических соединений с помощью перекиси водорода и органических перекисей, например, образующихся из ненасыщенны жирных кислот, каротиноидов. Фермент переносит кислород от молекулы субстрата к перекиси.
Пероксидаза присутствует в каждой растительной клетке. Этот фермент участвует в циклах фотосинтеза и дыхания, играет существенную роль в защите растений от инфекционных заболеваний.[3]
Основная функция пероксидазы - защитная: окисление химических соединений за счет кислорода перекиси с образованием промежуточных комплексов, обладающих различными спектральными характеристиками [1]
Известно, что в качестве маркера устойчивости к патогенам может служить активность ферментов прооксидантной и антиоксидантной системы растительных клеток: каталазы, НАДФН-оксидазы и особенно пероксидазы, которая распространена в природе и обладает широким спектром действия.[4]
Физиологическая роль пероксидазы в растительной клетке очень важна, в связи с чем, функции отдельных изоформ фермента в значительной мере разнятся. Пероксидазы, выделенные из одного и того же растения, могут иметь неодинаковую молекулярную массу и субстратную специфичность. Пероксидаза найдена в растительной клетке, и для этого фермента отмечают видовую, органогенную, тканевую и внутриклеточную специфичность распределения ее форм.
Особое внимание уделяется изменению активности фермента во взаимодействиях патогена и растения. Известно, что пероксидазная активность может многократно повышаться в инфицированных патогеном растениях, причем наиболее существенно — у форм фермента, связанных с клеточной стенкой [8].
В своей работе таких специалистов как Колодязная В.С. с соавторами из Ленинградского НИИСХ «Белогорка» отмечается например, что реакция растительной клетки на охлаждение выражается в повышении активности пероксидазы. Фермент пероксидаза представляет собой одно из звеньев цепи переноса электронов и участвует в альтернативных механизмах дыхания. Увеличение активности пероксидазы связано с утилизацией органических перекисией, образующихся в процессе усиленного дыхания зараженных тканей. Интенсивность дыхания характеризует физиологическое состояние картофеля изменяющееся в зависимости от условий хранения. Исследования по влиянию обработки клубней биопрепаратами показали, что в растительной клетке не происходит нарушения физиолого-биохимических процессов при хранении картофеля в условиях низких положительных температур. Так, интенсивность дыхания контрольных и опытных образцах клубней в течение 90 суток хранения снижается, а затем, при последующем хранении увеличивается, независимо от условий обработки. При снижении активности пероксидазы происходит значительное повышение активности фенолоксидазы, что свидетельствует об адаптации растительной клетки к неблагоприятным внешним воздействиям. [5]
Динамика активности пероксидазы коррелируется с развитием устойчивости растений. Известно, что у резистентных сортов количество пероксидаз в растительных клетках выше, чем у восприимчивых, но также отмечают, что большую роль в устойчивости растений к вредителям и болезням отводится и полифенолоксидазе и фенольным соединениям.[7]
Например, в ответ на воздействие солями отмечены как активация фермента пероксидазы, так и качественные изменения в его спектре, а также показано, что при недостатке кислорода увеличивается интенсивность работы фермента. Обезвоживание сопровождается не только повышением активности пероксидазы цитоплазмы и хлоропластов, но и изменением их изоферментного состава. [11] Еще в конце 80-х годов прошлого века Андреева В.А. в книге «Фермент пероксидаза» отмечала, что под влиянием низких температур в листьях озимой ржи также возрастала активность фермента. [2] Повышение активности фермента ранее было отмечено и при механических повреждениях. Известно, что гипертермия изменяет активность антиоксидантных ферментов. Например, показано, что у ржи гипертермия необратимо изменяла активность каталазы, снижала активность каталазы огурца, сопровождаясь обесцвечиванием хлорофилла, что свидетельствует о существенном окислительном повреждении.[6].
В настоящее время широкое распространение получило заболевание картофеля - кольцевая гниль картофеля, вызываемая бактерией Clavibacter michiganensis ssp. sepedonicus (Cms). Показано, повышение активности пероксидазы в растениях картофеля, зараженных данным патогеном. Для выявления обеззараживающего эффекта гипертермии в зараженных Cms растениях картофеля ученые НИИСХ Ленинградской области определяли изменение активности общей пероксидазы, как одного из важнейших маркеров иммунного статуса растительного организма. [11]
Изучив литературу по нашей теме и опубликованные в СМИ материалы, мы заключили, что уже давно ведется работа по изучению пероксидазы и других ферментов, анализ которых позволит судить о состоянии благополучия растительного организма. Однако, в своей работе, мы определим качественное содержание этого фермента в клубнях картофеля, который произрастал на территории с. Июльское, Воткинского района, Удмуртской республики. Возможно, подобное исследование и проводилось на территории республики, но нам эта информация не встречалась в открытом доступе.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Социологическое исследование.
Проводится анкетирование для выявления наиболее популярных сортов, среди населения и выращиваемых на территории МО «Июльское». Среди взрослого населения нашего села проводилось анкетирование, анкета создана с помощью Google –форм и размещена в родительских чатах школы (прохождение анкеты добровольное).
В анкетировании приняли участие 52 участника от 18 до 50 лет. Анкета представлена в Приложении 1 и расположена по ссылке https://forms.gle/AJcxwf7pp81iFsja6
С помощью анкеты мы можем выбрать сорта картофеля, которые наиболее популярны на территории села и изучение которых будет для нас наиболее актуальным.