Ферменты ускоряют течение многих химических
реакций, нo делают это избирательно. У каждого из них своя узкая
«специальность», один и тот же процесс ускоряется иногда несколькими
ферментами. В этом мы сейчас и убедимся.
Рассмотрим ферменты, разрушающие
крахмал с присоединением к его «осколкам» молекул воды, т. е.
гидролитические ферменты. Среди них — амилазы, о которых мы уже
рассказывали в главе «Опыты с углеводами». Поскольку суть действия таких
ферментов вы уже знаете, займемся сразу сравнительными опытами:
проверим, как действуют на крахмал амилазы человека и животных.
Источником амилазы человека, как и раньше, будет служить слюна. Амилазы животного происхождения вы найдете в пчелином меде.
Приготовьте сначала пять растворов.
Первый раствор: соберите в пробирку около 0,5 мл слюны и разбавьте
холодной кипяченой водой в двадцать раз. Второй раствор: очень жидкий
крахмальный клейстер (четверть чайной ложки крахмала на стакан воды).
Третий раствор: разбавленная водой в двадцать раз аптечная иодная
настойка. Четвертый раствор: две-три капли пчелиного меда, разведенные
водой в десять раз и тщательно перемешанные. Пятый раствор: половина
чайной ложки пищевой соды на десять ложек воды,
На этот раз потребуется девять
пробирок. Во все пробирки налейте около 5 мл клейстера. В пробирки 1, 4 и
7 прибавьте пипеткой по 5 капель уксуса, а в пробирки 2, 5 и 8—столько
же раствора соды. В остальные пробирки прибавьте по 5 капель чистой
воды. Содержимое всех пробирок перемешайте и в каждую внесите по 10
капель разбавленной слюны.
Через 10 мин в пробирки 1, 2 и 3
прибавьте одну-две капли раствора иода и перемешайте смесь. Наблюдайте
за изменением окраски. Еще через 15 мин прибавьте такую же порцию иода в
пробирки 4, 5 и 6, а еще через 10 мин — в остальные пробирки. Крахмал и
декстрины, как вы помните, дают различную окраску с подом, и по мере
разрушения крахмала амилазой цвет меняется. Так можно судить не только о
распаде крахмала, но и о том, какая среда — кислая, нейтральная или
щелочная— более благоприятна для этого процесса.
Опыт с пчелиным медом ставится точно
так же. Активность амилаз в разных образцах может сильно колебаться,
поэтому, возможно, время гидролиза придется уменьшить или увеличить.
Например, в слюне заядлых курильщиков амилазы содержится очень мало.
Для следующего опыта понадобится
ячменный солод — проросшие зерна ячменя. Опустите зерна в воду на
несколько часов и оставьте их прорастать на блюдце в течение 4–5 дней,
каждый день подливая немного воды. Проростки отделите, промойте водой è
тщательно разотрите деревянным пестиком или ложкой. Кашицу разбавьте
двойным количеством дистиллированной воды и отожмите через плотную ткань
в стакан. Такой экстракт содержит два фермента: альфа-амилазу и
бета-амилазу. Дополнительной обработкой можно разрушить один из них,
чтобы наблюдать действие другого. Альфа-амилазу разрушим нагреванием. К
одной части экстракта из ячменя добавьте три части воды, размешайте
смесь и нагревайте ее 20 мин на водяной бане при 70 °C, тщательно
перемешивая. Охлажденный раствор содержит бета-амилазу.
Теперь, чтобы получить раствор
альфа-амилазы, нужно разрушить бета-амилазу кислотой. Около 5 мл
экстракта охладите до 2–3 °C в холодильнике или на льду, прибавьте
неполную чайную ложку охлажденного уксуса и долейте в пробирку почти
доверху холодную воду. Смесь перемешайте и оставьте на 15–20 мин, а
затем нейтрализуйте раствор, добавляя порошок мела до прекращения
выделения пузырьков. Еще раз размешайте смесь, разбавьте в два раза
водой, дайте отстояться и слейте жидкость над осадком в чистую пробирку.
На этом подготовка к опыту закончена.
В десять пробирок налейте по 1 мл
раствора крахмала и по 9 мл воды. В пробирки 1–5 добавьте пипеткой
десять капель раствора альфа-амилазы, в остальные пробирки — столько же
раствора бета-амилазы, Содержимое всех пробирок перемешайте. Через 3 мин
в пробирки 1 и 6 прибавьте одну каплю раствора иода и размешайте. То же
проделайте с пробирками 2 и 7 через 5 мин, 3 и 8—через 10 мин, 4 и
9—через 20 мин, 5 и 10—через 30 мин.
Вы заметите, что в присутствии
альфа-амилазы окраска быстро меняется: синяя — фиолетовая— розовая —
желтая: при этом образуются декстрины— осколки молекул крахмала.
Бета-амилаза действует иначе: она как бы «откусывает» кусочки от молекул
крахмала, и поэтому окраска с иодом остается синей, но по мере распада
крахмала ее яркость уменьшается.
Результаты этого опыта наглядно
показывают разнообразие свойств даже у похожих ферментов. В живых
организмах ферменты обычно действуют совместно. Происходящие при этом
превращения намного сложнее тех сравнительно простых реакций, которые вы
наблюдали в пробирках. Но познание простого — это первый шаг к познанию
сложного.
И НЕ ТОЛЬКО АМИЛАЗА
Вы уже убедились в том, что слюна —
превосходный объект для биохимического исследования, и притом, в отличие
от большинства других объектов животного происхождения, постоянно
доступный.
Помимо амилазы, в слюне есть и другие
ферменты, помогающие переваривать пищу, расщепляя сложные природные
вещества на более простые. Но выделять и изучать их гораздо труднее, чем
амилазу. Поэтому последние наши биохимические опыты мы поставим с
веществами иной природы.
Ополоснув рот водой, соберите около
1 мл слюны в пробирку или флакончик и разведите тройным количеством
дистиллированной или кипяченой воды. Отлейте половину содержимого в
другую пробирку и капните примерно десять капель раствора ляписа —
нитрата серебра AgNO3 (можно растворить в 1 мл воды половину
ляписного карандаша из аптеки; примеси не помешают опыту). К белому
осадку, выпавшему в пробирке, добавьте уксус, и осадок частично
растворится. Так при взаимодействии с нитратом серебра ведут себя соли
соляной (хлороводородной) и фосфорной кислот — хлориды и фосфаты.
Вторую часть раствора слюны слегка
подкислите слабым раствором соляной кислоты и добавьте несколько капель
3 %-ного раствора хлорида железа FeCl3. Красно-бурая окраска
свидетельствует о том, что в растворе есть роданиды — соли
роданистоводородной кислоты. В то время как в слюне у курильщиков мало
амилазы, роданидов, напротив, больше обычного. Это можно проверить
экспериментально, если у вас есть курящие родственники.
Следующий опыт потребует примерно 5 мл
слюны. Поместите ее в стакан и при перемешивании стеклянной палочкой
добавьте несколько капель уксусной кислоты (не разбавленного уксуса, а
эссенции). На палочку будет налипать белый комочек, похожий на сваренный
яичный белок. Это вещество — муцин, он увеличивает вязкость слюны,
загущает ее и способствует образованию пены.
Попробуем самостоятельно разобраться в
составе муцина. Часть полученного вещества поместите в маленькую
пробирку, капните немного, буквально 2–3 капли азотной кислоты и
дождитесь, пока муцин пожелтеет. Теперь капните столько же
концентрированного раствора щелочи (можно взять раствор аммиака) — и
цвет станет оранжевым. Такая реакция называется ксантопротеиновой, она
характерца для белков. Вместо нее можно провести биуретовую реакцию,
описанную в главе «Опыты с белком», — и в том и в другом случае
подтвердится белковая природа вещества.
Но это еще не все. Остальной муцин,
выделенный из слюны, подвергните пробе на углеводы. Для этого
воспользуйтесь цветной реакцией Молиша, описанной в главе «Опыты с
углеводами», или, если у вас есть немного L-нафтола, то ее упрощенной
модификацией: к раствору муцина в слабой, примерно 1 %-ной соляной
кислоте добавьте три-четыре капли 0,1 %-ного раствора нафтола в спирте и
после размешивания очень аккуратно капните на поверхность
концентрированной серной кислоты. Фиолетовое кольцо будет
свидетельствовать о том, что вы взяли для анализа углевод.
Выходит, что муцин — и белок, и углевод
одновременно? Именно так. Он из класса глюкопротеинов, т. е.
соединений, содержащих и белковую, и углеводную часть. Если разлагать
его сильными кислотами, то образуются аминокислоты, из которых состоят
белки, и одновременно — углеводы. |