Arjen bioteknologiaa pesuaineen entsyymit kananmunan proteiinien kimpussa

Transkriptio

1 Taustaa ja tavoitteita Maija Pollari LUMA-päivät-työpaja Arjen bioteknologiaa pesuaineen entsyymit kananmunan proteiinien kimpussa Arkielämän ilmiöitä: paidan rintamuksessa kananmunan muruja, suosikkifarkuilla kastiketahroja. Pyykki- ja tiskikoneet huolehtivat siitä, että saamme vaatteet ja astiat jälleen puhtaina käyttöön. Tämän työn tarkoituksena on selvittää mitä proteiineille (kananmunan valkuaiselle) tapahtuu pesuaineliuoksessa ja herättää pohdintaa arjen bioteknologiasta. Tämä kokeellinen työ demonstroi entsyymien toimintaa, ominaisuuksia ja arjen bioteknologiaa. Työ soveltuu kemian ja biologian tunneille esim. proteiinien ja/tai biotekniikka-aiheen yhteyteen. Jopa kotitaloustunneilla voi ottaa esille pesuaineiden ja puhtaanapidon biotekniikkaa! Entsyymit liittyvät myös kestävään kehitykseen, sillä niiden käyttö pienentää energiankulutusta paitsi teollisuusprosesseissa (esim. sellu- ja paperitehtaat) myös kotitalouksissa (pyykin voi pestä matalammassa lämpötilassa). Pohdittavaa ennen työn tekemistä Biotekniikka -Minkälaisiin ilmiöihin, ammatteihin, keksintöihin jne. voisi liittyä bioteknologiaa? -Onko biotekniikka vain huippulaboratorioiden tai CSI:n rikoskemistien hommaa? Keksitkö esimerkkejä arjen bioteknologiasta? -Minkälaisia eettisiä näkökulmia liittyy geenitekniikkaan ja eliöiden geneettiseen muunteluun? Proteiinit -Mitä proteiinit ovat ja miten ne toimivat? Etsi tietoa niiden koostumuksesta, rakenteesta ja toiminnasta. -Mistä proteiinista kananmunan valkuainen pääasiassa koostuu? Mitä kananmunalle tapahtuu kun se keitetään? -Tutustu pesuaineiden tuoteselostuksiin. Mitä kemikaaleja ja ainesosia tavalliset, joka kodin kaapeista löytyvät tiski- ja pyykinpesuaineet sisältävät? Hypoteesin muodostaminen: Kokeessa kananmunanpalanen laitetaan pesuaineliuokseen. Mitä arvelet kananmunan palaselle tapahtuvan pesuaineliuoksessa?

2 Työn suorittaminen Kesto: Valmistelut: 30 min Tulokset: muutaman tunnin kuluttua/seuraavana päivänä Vaikeustaso: helppo Turvallisuus: Pesuaineliuokset ovat voimakakan emäksisiä ja ärsyttäviä, vältettävä silmiin joutumista. Soveltuu : Biologia, biokemia, kemia, kotitalous, kestävä kehitys Tarvikkeet kananmuna 3 vesilasia Tiskiainetta, joka sisältää entsyymejä ( +, esim. PIRKKA All in one konetiskitabletti) Tiskiainetta, joka ei sisällä entsyymejä ( -, esim. ATTITUDE All in one ekotyynyt astianpesukone) vettä desimitta veitsi teelusikoita lämpömittari kattila ja keitinlevy kananmunan keittämiseen Työvaiheet 1) Keitä kananmuna kovaksi kiehuvassa vedessä n. 10 min. 2) Mittaa desi vettä jokaiseen lasiin. 3) Leikkaa konetiskitabletit (+ ja entsyymi) neljään osaan sekoittamatta niitä toisiinsa. Liuota kummastakin neljännes tablettia veteen. 4) Merkitse lasit tussilla/teipillä, jotta tiedät mitä ne sisältävät (esim. H 2 O, - entsyymi, + entsyymi ) 5) Leikkaa kananmunan valkuaisesta kolme samankokoista palaa. Dokumentoi palaset valokuvaamalla tummaa taustaa vasten. 6) laita pala kananmunaa jokaiseen lasiin. 7) Laita lasit lämpimään paikkaan (esim. patterin päälle). Laita lämpömittari vesikontrollilasiin ja kirjaa ylös lämpötila, jossa suoritit kokeen. 8) Muutaman tunnin kuluttua tai viimeistään seuraavana päivänä voit ottaa kananmunanpalat talouspaperille ja tutkia mitä niille on tapahtunut. Vertaile kontrollivedessä ja eri pesuaineissa olleita kananmunanpalasia ja dokumentoi valokuvaamalla tummaa taustaa vasten.

3 Valmistelut: H 2 O - + Tuloksia: 24 h 32 o C:ssa

4 Mitä tapahtui? Kysymyksiä tulosten pohdintaa varten Tavallinen pesuaine hyödyntää hajottavia entsyymejä lian poistossa. Eri entsyymit ovat erikoistuneet eri tarkoituksiin, esimerkiksi tässä työssä käytettävän pesuaineen proteaasientsyymit pilkkovat kananmunan valkuaisen proteiinien aminohappoketjuja. -Miltä kananmunanpalaset näyttivät kokeen jälkeen? -Mitä eroja huomasit vedessä ja pesuaineliuoksissa olleiden kananmunanpalasten välillä? -Mistä arvelet erojen johtuvan? -Pohdi kontrollin merkitystä kokeen kannalta. Miksi tehtiin sekä vesikontrolli, että pesuaine ilman entsyymejä? -Selvitä kirjallisuudesta tai internet-lähteistä minkälaisia entsyymejä proteaasit ovat. Miksi niitä lisätään pyykinpesuaineeseen? Miten proteaaseja tuotetaan? Muuntele! Tarkennusta ja tulosten tarkastelu: - Tee koe useammalla kananmunanpalasella. Punnitse kananmunanpalaset tarkkuusvaa alla ennen ja jälkeen kokeen. Kirjaa tulokset taulukkoon ja laske keskiarvot. - Minkälaisen kuvaajan piirtäisit tuloksista? Kokeile erilaisia vaihtoehtoja, mikä sopii parhaiten kuvaamaan juuri tätä dataa? Kos kirjoitat työstä selostusta, voit liittää kuvaajat valokuvien kanssa työselostuksen Tulokset-osioon ja vertailla niiden piirteitä. Entsyymien ominaisuudet/lämpötilan vaikutus entsyymitoimintaan: 1) Tee rinnakkaiset kokeet siten, että toinen satsi laitetaan yöksi jääkaappiin ja toinen jätetään lämpimään. Huom! Kerro jääkaapin muille käyttäjille koejärjestelystäsi, etteivät he vahingossa syö/heitä pois koettasi! Verratkaa viileässä ja lämpimässä olleita kananmunanpalasia keskenään. Miten lämpötila vaikutti lopputulokseen? 2) Kiehauta kontrollivesi ja pesuaineliuokset ennen kananmunan lisäämistä. Suorita koe muutoin ohjeen mukaan. Miten kiehauttaminen vaikutti lopputulokseen? Pohdi miksi näin kävi. (Keittäminen tuhoaa pesuaineen entsyymit. Korkeassa lämpötilassa niiden kolmiulotteinen rakenne purkautuu eli ne denaturoituvat ja menettävät toimintakykynsä. Keitetyssä pesuaineliuoksessa ollut kananmunanpalanen ei pienene.) -Työn idea perustuu lähteeseen Try this at home dissolving-eggs-with-washing.html

5 Tietoa kananmunan valkuaisen proteiineista Riikka Ahvenniemen opinnäytetyöstä: Valkuaisen proteiinit Valkuainen on 10-prosenttinen proteiiniliuos, joka sisältää yhdeksän erilaista proteiinia. Tärkeimmät kananmunan valkuaisen sisältämät proteiinit ovat ovalbumiini, konalbumiini (ovotransferriini), ovomukoidi, ovomusiini ja lysotsyymi. (Burley & Vadehra, 1989) Loput neljä proteiinia ovat avidiini, ovoglobuliinit (G1, G2 ja G3), ovoinhibiittori sekä flavoproteiini. Valkuaisen proteiinit koostuvat pitkistä aminohappoketjuista, jotka koostuvat sekä hydrofiilisistä että hydrofobisista aminohapoista. Kun aminohappoketju laskostuu proteiinien kolmiulotteiseen rakenteeseen tyypilliseen tapaan kerälle, hydrofobiset osat aminohappoketjua asettuvat muodostuvan proteiinikerän keskelle ja hydrofiiliset osat kerän ulkopuolelle kohti vettä. Proteiinimolekyylien tarrautumista toisiinsa estää valkuaisen kemiallinen ympäristö, kukin molekyylin ympärillä on negatiivisesti varautunut verkko (hydrofiiliset osat), jolloin molekyylit hylkivät toisiaan. (McGee, 1984; Exploratium, 2009) Moni valkuaisen proteiini on biologisesti aktiivinen. Proteiineista esimerkiksi lysotsyymi toimii entsyyminä, ovomukoidi ja ovoinhibiittori toimivat inhibiittorientsyymeinä, avidiini ja flavoproteiini toimivat kompleksin muodostajina koentsyymeille (Belitz et al., 2009) Ovalbumiini Ovalbumiini on valkuaisen vallitsevin proteiini (54 %). Se luokitellaan fosfoglykoproteiiniksi, sillä se muodostuu hiilihydraattien ja fosfaattien muodostamista peptidiketjuista. Nämä polypeptidiketjut sisältävät 385 aminohappotähdettä sekä neljä tioli-ryhmää (-SH) ja disulfidi-ryhmän (S2). (Belitz et al., 2009; Powrie & Nakai, 1986). Ovalbumiinista on erotettavissa kolme muotoa A1, A2 ja A3, jotka eroavat toisistaan fosfaattisisällöltään siten, että ensimmäinen muoto sisältää kaksi, toinen yhden ja kolmas ei yhtään sulfaattiryhmää. Ovalbumiinin molekyylipaino on noin ja isoelektrinen piste (pi) 4,5. (Mine, 1995). Ovalbumiini denaturoituu suhteellisen vaivattomasti, esimerkiksi ravistamalla tai vispaamalla sen liuosta. (Belitz et al., 2009) Ovalbumiinin denaturoitumislämpötila on 84,0 C (Belitz et al., 2009; Powrie & Nakai, 1986). Varastoinnin aikana ovalbumiini muuttuu paremmin kuumennusta kestäväksi S-ovalbumiiniksi (denaturoitumislämpötila 92,5 C). S-ovalbumiinin lämmönkestävyys johtuu muodostuvista disulfidisilloista (Belitz et al., 2009). Lisäksi ovalbumiini kykenee sitomaan tiettyjä kahden ja kolmen arvoisia ioneja, kuten magnesiumia, sinkkiä ja kuparia (Burley & Vadehra, 1989). Lähde: Riikka Ahvenniemi (2009) Molekyyligastronomia opetuksessa: Kemian ymmärtämisen ja ajattelun tukeminen kokeellisuuden avulla, Pro gradu, Kemian laitos, Helsingin yliopisto.