Praktikum Virtual Aktivitas Enzim: Suhu dan pH

Praktikum virtual aktivitas enzim ini mengikuti investigasi enzim AP Biology dan praktikum wajib AQA GCSE tentang pH dan amilase. Siswa mengubah satu faktor setiap kali, mencatat laju relatif amilase ludah, lalu memplotnya terhadap suhu dan pH. Kemudian mereka memanaskan enzim melewati suhu optimumnya dan mendinginkannya kembali. Hasilnya dua grafik, satu optimum untuk setiap faktor, dan nilai Q10 yang dihitung dari pembacaan mereka sendiri. Setiap angka di sini dibaca dari simulasi.

Keterkaitan dengan kurikulum

• AP Biology: Unit 3 (Cellular Energetics), topik 3.3, pengaruh lingkungan terhadap fungsi enzim (ENE-1), dan investigasi aktivitas enzim AP. Praktikum AP memakai peroksidase atau katalase; simulasi ini memakai amilase, pepsin, dan tripsin, dengan variabel yang sama dan jenis hasil yang sama.
• AQA GCSE Biology: spesifikasi 4.2.2.1, praktikum wajib tentang pengaruh pH terhadap laju reaksi amilase. Pada praktikum nyata, siswa mencatat waktu saat uji iodin tidak lagi berwarna biru kehitaman. Di sini simulasi langsung menampilkan lajunya.
• Simulic tidak berafiliasi dengan College Board maupun AQA dan tidak didukung oleh keduanya.

Sebelum praktikum (5 menit)

Tanyakan: "Amilase dijaga pada pH 7 sementara suhu naik dari 10 °C ke 70 °C. Bagaimana lajunya akan berubah?" Siswa memilih naik terus, naik ke puncak lalu turun, garis datar, atau turun terus, lalu menulis satu alasan. Pada tautan kelas, ini adalah pertanyaan 1; simulasi terbuka setelah mereka menjawab.

Langkah kerja dalam simulasi

Baris di bawah simulasi menampilkan model laju, v = Vmax·f(T)·f(pH)·[S]/(Km + [S]). f(T) dan f(pH) bernilai dari 0 (tidak ada aktivitas) sampai 1 (paling cepat); siswa mencatatnya sebagai laju relatif. Angka "terukur" menghitung produk dalam 5 detik terakhir dan naik-turun, jadi pakailah hanya untuk melihat apakah enzim bekerja atau tidak.

1. Pada nilai awal di bawah simulasi, pilih Amilase ludah dan Inhibitor Tidak ada. Simulasi dimulai pada 37 °C dan pH 7.
2. Seri suhu. Pertahankan pH 7. Seret penggeser Suhu ke setiap suhu di tabel dan catat f(T). Lakukan 60 °C paling akhir.
3. Pada 60 °C, amati enzim berubah menjadi abu-abu dan baris status menampilkan TERDENATURASI.
4. Seret suhu kembali ke 37 °C tanpa menekan Atur ulang. Amati enzim dan laju terukur selama 20 detik. Lalu tekan Atur ulang.
5. Seri pH. Pertahankan suhu 37 °C. Atur setiap pH di tabel dan catat f(pH).
6. Plot laju relatif (f × 100) terhadap suhu, dan terhadap pH.

Suhu (°C)	10	20	30	37	45	50	60
f(T)
Laju relatif (%)

pH	3	5	6	7	8	9	11
f(pH)
Laju relatif (%)

Hasil yang diharapkan

Amilase pada pH 7 memberi f(T) = 0,15 pada 10 °C, 0,31 pada 20 °C, 0,62 pada 30 °C, 1,00 pada 37 °C, 0,80 pada 45 °C, 0,48 pada 50 °C, dan 0,00 pada 55 °C ke atas. Di bawah optimum, setiap kenaikan 10 °C menggandakan laju: 0,50 pada 27 °C menjadi 1,00 pada 37 °C. Di atas optimum, laju turun jauh lebih cepat daripada saat naik.

Pada 37 °C, f(pH) bernilai 0,00 pada pH 3, 0,21 pada pH 5, 0,68 pada pH 6, 1,00 pada pH 7, 0,68 pada pH 8, 0,21 pada pH 9, dan 0,00 pada pH 11. Kurvanya simetris di sekitar pH 7. Pepsin mencapai puncak pada pH 2 dan tripsin pada pH 8, dan masing-masing memberi f(pH) = 0,00 pada pH optimum enzim yang lain.

Setelah 60 °C lalu didinginkan kembali ke 37 °C, enzim tetap abu-abu, grafik produk terhadap waktu menjadi datar, dan laju terukur tetap 0 produk / 5 s. Tunjukkan bahwa baris v kembali menampilkan nilai (sekitar 61): rumus itu menggambarkan enzim yang berfungsi, sedangkan molekul abu-abu menunjukkan apa yang terjadi pada kumpulan enzim ini.

Pertanyaan untuk siswa

1. Prediksi: amilase dijaga pada pH 7 sementara suhu naik dari 10 °C ke 70 °C. Bagaimana lajunya akan berubah?
2. Pada bagian pH, variabel mana yang harus dijaga tetap?
3. Amilase pada 37 °C, pH 5. Berapa f(pH)?
4. Baca f(T) pada 27 °C dan 37 °C (pH 7). Hitung Q10 = laju pada 37 °C ÷ laju pada 27 °C.
5. Panaskan amilase sampai 60 °C, lalu dinginkan ke 37 °C tanpa Atur ulang. Jelaskan apa yang Anda lihat dan mengapa.

Jawaban untuk guru:

1. Laju naik sampai puncak di dekat 37 °C, lalu turun sampai nol pada 55 °C.
2. Suhu (37 °C) dan enzimnya.
3. 0,21 (diterima ± 0,02).
4. 1,00 ÷ 0,50 = 2,0 (diterima ± 0,1).
5. Enzim tetap abu-abu dan tidak ada produk yang terbentuk. Panas mengubah bentuk sisi aktif, substrat tidak lagi cocok, dan pendinginan tidak membalikkannya.

Miskonsepsi umum

• "Panas membunuh enzim." Enzim adalah molekul, bukan makhluk hidup. Enzim terdenaturasi: kehilangan bentuknya.
• "Pendinginan memulihkan aktivitas." Tidak setelah 55 °C: dalam model ini hanya Atur ulang yang memulihkannya.
• "Suhu dingin juga mendenaturasi enzim." Pada 10 °C lajunya rendah (0,15), tetapi naik lagi saat dihangatkan.
• "Setiap enzim bekerja paling baik pada pH 7." Pepsin bekerja paling baik pada pH 2, di lambung.

Pengayaan

• Inhibitor (AP). Pada nilai awal, bandingkan Inhibitor Tidak ada, inhibisi kompetitif, dan inhibisi nonkompetitif. Di awal, v bernilai 62,5, sekitar 35, dan 20,8. Tekan +20 substrat beberapa kali: substrat tambahan memulihkan sebagian besar laju saat melawan inhibitor kompetitif, tetapi tidak saat melawan inhibitor nonkompetitif.
• Tiga enzim. Plot kurva pH amilase, pepsin, dan tripsin dalam satu grafik, lalu kaitkan setiap optimum dengan tempatnya di saluran pencernaan.

Pertanyaan umum

Mengapa mencatat f(T) dan f(pH), bukan menghitung produk?

Jumlah produk berasal dari beberapa molekul yang bergerak, sehingga sangat bervariasi dari satu jendela 5 detik ke jendela berikutnya. Faktor-faktor itu memberi setiap siswa nilai yang sama pada pengaturan yang sama, sehingga grafik di kelas dapat dibandingkan.

Apakah ini menggantikan praktikum nyata?

Tidak untuk AQA: praktikum wajib tetap harus dikerjakan langsung. Pakai simulasi untuk merencanakan dan memprediksi, atau untuk menjelaskan hasil. Lihat laboratorium virtual vs laboratorium fisik.

Bisakah saya mengunci pengaturan untuk kelas saya?

Bisa. Di halaman Bagikan, buat tautan lalu atur enzim, suhu, pH, substrat, dan inhibitor pada nilai awal.

Terkait

Enzim industri – kinetika Michaelis–Menten dan enzim amobil Laju reaksi – model tumbukan (konsentrasi, suhu, katalis, luas permukaan)

Untuk menjalankan uji pemanasan sebagai diskusi kelas, lihat Predict–Observe–Explain dengan simulasi. Ide lain: ide pelajaran biologi interaktif.