Scukrzyć, co się da

Doświadczenie 1

Dwie łyżki mąki ziemniaczanej (skrobi) rozmieszaj w połowie szklanki wody. W małym naczyniu zagotuj około 200 ml (szklankę) wody, po czym wlej do niej zawiesinę mąki i mieszając, doprowadź do wrzenia. Pozostaw mieszaninę, aż ostygnie. Przygotuj trzy małe słoiki wypełnione wodą. Jeden z nich wykorzystaj do przygotowania roztworu amylazy: do wody dolej ślinę pobraną na jednorazową plastikową łyżeczkę. Całość wymieszaj. Do kolejnych dwóch słoików dodaj po 5 łyżek roztworu skrobi. Do jednego z nich dodaj dwie łyżki roztworu śliny, a do drugiego – dwie łyżki wody. Zamieszaj, słoiki umieść w temperaturze pokojowej na godzinę. Po tym czasie dodaj trzy krople jodyny i obserwuj zabarwienie w obu słoikach.

Wyjaśnienie: Trawienie skrobi rozpoczyna się już w jamie ustnej. Obecne w ślinie enzymy – amylazy – rozkładają ją na krótsze łańcuchy. Barwna reakcja z jodem powstaje tylko w obecności skrobi, natomiast kiedy ten wielocukier jest „poszatkowany” na mniejsze fragmenty, nie obserwujemy charakterystycznego niebieskofioletowego zabarwienia. Reakcja ta najlepiej przebiega w temperaturze zbliżonej do temperatury naszego ciała – 36,6°C.

Doświadczenie 2

Aby uzyskać amylazę z materiału roślinnego, rozdrobnij za pomocą młynka do kawy czy moździerza dwie łyżki ziaren pszenicy lub jęczmienia. Nasiona zalej połową szklanki wody i zostaw na pół godziny w temperaturze pokojowej (od czasu do czasu mieszaj). Po tym czasie uzyskany wyciąg przesącz przez filtr do kawy lub złożony podwójnie listek papierowego ręcznika. Tak uzyskany roztwór rozcieńcz 5 razy (np. do jednego kieliszka roztworu dodaj 4 kieliszki wody).

Przygotuj 7 kieliszków i je ponumeruj. Kieliszek nr 1 napełnij wymieszanym uprzednio roztworem amylazy, a każdy kolejny – do połowy wodą. Wykonaj szereg rozcieńczeń: z kieliszka nr 1 odlej połowę roztworu do kieliszka nr 2 i wymieszaj. Z kieliszka nr 2 odlej połowę do kieliszka nr 3. Postępuj identycznie z każdym kolejnym kieliszkiem, a z ostatniego połowę roztworu odrzuć. Następnie wszystkie kieliszki szybko dopełnij wymieszanym roztworem skrobi (z doświadczenia 1) i umieść w misce z wodą o temperaturze około 30°C (optymalna temperatura dla reakcji) na 30 min. Po upływie tego czasu kieliszki umieścić w misce z lodem. Do każdego kieliszka dodaj trzy krople jodyny, wymieszaj i obserwuj zabarwienie roztworów.

Wyjaśnienie: Skrobia w reakcji z jodem daje niebieskofioletowe zabarwienie. Amylaza rozkłada skrobię do krótszych odcinków cukrowych (dekstryn) i dwucukru maltozy. Dekstryny różnią się wielkością cząsteczek. Dekstryny nieco krótsze od skrobi dają z jodem niebieskie lub purpurowe zabarwienie (nazywa się je amylodekstrynami). W miarę odrywania kolejnych cząsteczek maltozy od dekstryn zabarwienie zmienia się na czerwone (erytrodekstryny), aż zupełnie znika (achrodekstryny). Gdy przygotujemy serię rozcieńczeń enzymu (amylazy) przy takiej samej ilości substratu, w każdej z probówek dojdzie do rozłożenia skrobi w różnym stopniu. Przebieg tej reakcji obserwuje się na podstawie zmian zabarwienia z jodem. Umieszczenie probówek w misce z lodem hamuje reakcję enzymatyczną.

Doświadczenie 3

Po pół łyżki czterech różnych proszków do prania rozpuść w szklance ciepłej wody (każdy z osobna). Do pięciu małych słoików dodaj po 5 łyżek roztworu skrobi uzyskanego w pierwszym doświadczeniu. Następnie do czterech słoików ze skrobią dodaj 2 łyżki uzyskanych roztworów proszków do prania, a do piątego słoika – 2 łyżki wody. Wszystkie roztwory wymieszaj i pozostaw na 20 min. Po tym czasie do każdego słoika dodaj po 3 krople jodyny. Wymieszaj każdy z roztworów i obserwuj zabarwienie.

Wyjaśnienie: Powstawanie niebieskofioletowego zabarwienia świadczy o obecności skrobi. Im jaśniejsze zabarwienie w próbce z proszkiem, tym bardziej aktywne są zawarte w nim amylazy. Amylaza rozkłada skrobię, w związku z tym kompleks z jodem się nie tworzy.

Doświadczenie 4

Zagotuj połowę pozostałego roztworu proszku do prania, w którym zaobserwowano najwyższą aktywność amylazy. Do dwóch słoików dodaj po 5 łyżek roztworu skrobi. Do jednego z nich dodaj 2 łyżki wyjściowego roztworu proszku, a do drugiego – zagotowanego. Zamieszaj i pozostaw na 20 min. Dodaj 3 krople jodyny i obserwuj zabarwienie.

Wyjaśnienie: Wysoka temperatura dezaktywuje amylazy (i inne enzymy) w detergentach, dla których optimum temperaturowe przypada na 40–60°C. Dlatego w przypadku próbki z zagotowanym roztworem proszku pojawia się intensywne niebieskofioletowe zabarwienie. Obecnie próbuje się wykorzystywać tzw. amylazy termostabilne, czyli odporne na temperaturę. Izoluje się je z organizmów ekstremalnych (ekstremofili), które żyją w bardzo wysokich lub bardzo niskich temperaturach. Użycie amylaz pochodzących z tych pierwszych organizmów pozwoliłoby na pranie w wyższych temperaturach. Z kolei amylazy aktywne w niskich temperaturach umożliwiłyby pranie w niskich temperaturach, co znacznie ograniczyłoby zużycie energii.

dr Renata Szymańska,
Katedra Fizyki Medycznej i Biofizyki AGH

mgr Paweł Jedynak,
Zakład Fizjologii i Biochemii UJ

***

Zestaw przyrządów i materiałów

mąka ziemniaczana, jodyna, ziarna jęczmienia/pszenicy, lód, słoiki, różne rodzaje proszków do prania, sączek do kawy, plastikowa łyżeczka, zakraplacz

Niewliczone w cenę: garnek, szklanka, kieliszki, moździerz lub młynek do kawy, płyta grzejna, miska, termometr

Czas przygotowania: 3 h

Koszt: 40 zł

***

Wiedza w pigułce

Amylazy (a, b i g) to enzymy, które hydrolizują wiązania glikozydowe w polisacharydach, m.in. w skrobi i glikogenie. Końcowym produktem tej reakcji są cząsteczki dwucukru maltozy. Amylazy występują u mikroorganizmów, roślin i zwierząt. U człowieka są syntetyzowane przez gruczoły ślinowe oraz trzustkę, dlatego trawienie skrobi rozpoczyna się już w jamie ustnej, a kontynuowane jest w dwunastnicy, gdzie zostaje uwolniony sok trzustkowy zawierający amylazy. Wzrost poziomu amylaz ślinowych jest przez niektórych uważany za marker stresu. Takie zjawisko zaobserwowano u maratończyków czy skoczków spadochronowych. Ma to związek z aktywnością autonomicznego układu nerwowego, który kontroluje uwalnianie śliny. Ciekawe jest także, że zwierzęta roślinożerne oraz mięsożerne mają mniej amylazy ślinowej niż wszystkożerne. U roślin amylaza występuje w tych częściach, w których zachodzi przemiana skrobi, przede wszystkim w kiełkujących nasionach roślin zbożowych. Szczególnie silne działanie scukrzające (przekształcanie skrobi w cukry proste) wykazują kiełkujące nasiona jęczmienia (tzw. słód jęczmienny). Przemysłowe wykorzystanie amylaz sięga 1959 r. i opiera się głównie na przekształcaniu skrobi w cukry proste, syropy lub dekstryny. Te hydrolizaty są wykorzystywane jako źródło węgla w procesach fermentacyjnych i jako substancje słodzące w słodyczach i napojach. Aktywność amylaz jest szeroko wykorzystywana w przemyśle alkoholowym. Amylazy to także składnik „koktajlu enzymatycznego” detergentów (głównie proszków do prania). Amylazy znalazły również zastosowanie w przemyśle tekstylnym. Najważniejszym źródłem amylaz w przemyśle są mikroorganizmy, głównie zmodyfikowane genetycznie bakterie z rodzaju Bacillus.

***

Uwaga!

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za ewentualne szkody powstałe wskutek doświadczeń.