Biology Booklet

1. Second semester Biology Booklet Grade 10 Advanced Unit5 Enzyme Action Name :------------------------------------------ Class :-------------------

2. Booklet key Grade 10 Biology Unit 5 – Enzyme Action Key words links Exercises Reading text for improving language only

3. Grade 10 Biology Unit 5 – Enzyme Action Contents المحتويات

4. Grade 10 Biology Unit 5 – Enzyme Action Enzyme Action Unit 5 Standards: 8.1 Know that enzymes are globular proteins that act as biological catalysts; explain how they operate by forming a substrate–enzyme complex on an active site, so lowering the activation energy for a reaction. 8.2 Explain how the structure of an enzyme leads to its substrate specificity. 8.3 Differentiate between the mechanisms of competitive and non-competitive inhibition of enzyme action. 8.4 Describe and explain why changes of temperature, pH and substrate concentration affect the rate of enzyme action. 8-1یعرف أن الأنزیمات هي بروتينات كرویة والتي تعمل كحوافز بيولوجية وسيطة؛ ویشرح آلية عمل هذه الأنزیمات عن طریق المتفاعلات في موقع نشط حيث تقوم الأنزیمات بتخفيض طاقة التنشيط المطلوبة للتفاعل. 2-8 یفسّر كيف أن تركيبة الأنزیم یجعله متخصصاً للعمل على مادة متفاعلة معينة 3-8 یميّز بين مثبطات الأنزیمات، التنافسي منها واللاتنافسي. 4-8 یصف ویشرح كيف أن التغيّرات في درجة الحرارة والرقم الهيدروجيني وتركيز المواد المتفاعلة یؤثر على معدل عمل الأنزیمات. 1

5. Key Words Grade 10 Biology Unit 5 – Enzyme Action Non competitive Enzyme Globular proteins Optimum Catalyze Thermal energy Denatured Active site Collide Substrate Hydrogen bonds Digestion Salivary glands Acidity Gut Alkalinity Activation energy Competitive inhibitors Inhibitors 2

6. Grade 10 Biology Unit 5 – Enzyme Action Enzymes What is the meaning of Enzyme ? ما المقصود بالإنزيم Enzyme Globular proteins catalyze Globular proteins that catalyse chemical reactions in living organisms هي بروتينات كروية تحفز التفاعلات الكيميائية في الكائنات الحية Enzymesالإنزيمات Specific متخصصة Properties Increase rate of the reaction تزيد من سرعة التفاعل Unchanged and not used up at the end of the reaction لاتتغير ولا يتم استخدامها حتى نهاية التفاعل Only small amount is needed to catalyze a lot of substrate كمية قليلة فقط من الانزيم تكفي لتحفيز التفاعل . http://www.encyclopedia.com/video/MflAWd665BA-globular -structural-proteins.aspx 3

7. Grade 10 Biology Unit 5 – Enzyme Action Reactions too slow to maintain life التفاعلات بطيئة جدا للحفاظ على الحياة Need them نحتاجها Can’t increase temperatures/pressure in cells (fatal) لاتستطيع زيادة الحرارة والضغط داخل الخلايا ( قاتلة ) Enzyme names أسماء الإنزيمات The names of most enzyme such as protease, amylase and catalase, end with –ase. تنتهي أسماء معظم الإنزيمات كالبروتيز والأميليز والكاتاليز بالمقطع ( (ase active site Substrate Enzymes Are Proteins الإنزيمات هي بروتينات • The enzyme binds to thesubstratesby its active site • The active site:is a pocket formed by the folding of the protein where the substrates bind. • Substrate is a substance on which an enzyme acts during a chemical reaction. يرتبط الإنزيم بمادة التفاعل عن طريق الموقع النشط .الموقع النشط : هو الموقع الذي يرتبط بمادة التفاعل وهو على شكل جيب وناتج عن التفاف البروتين .مادة التفاعل : هي المادة التي ترتبط بالانزيم خلال التفاعل الكيميائي . 4 http://www.youtube.com/watch?v=V4OPO6JQLOE

8. Grade 10 Biology Unit 5 – Enzyme Action How do enzymes work? كيف يعمل الإنزيم ؟ معقد الإنزيم ومادة التفاعل 5

9. Grade 10 Biology Unit 5 – Enzyme Action An Exampleمثـــــال Substrates مواد التفاعل Sucrose + H2O Products نواتج + Glucose + Fructose Enzyme Glucose + Fructose Sucrose + H2O + carbohydrate + Substrates مواد التفاعل Products نواتج 6

10. Grade 10 Biology Unit 5 – Enzyme Action Enzymes and digestion The enzymes involved in respiration, photosynthesis and protein synthesis work inside cells. Other enzymes are produced by specialised cells and released from them; the digestive enzymes are pass out into the gut, where they catalyse the breakdown of food molecules. Different enzymes الإنزيمات المختلفة : Different enzymes catalyse different digestion reactions. تتحفز التفاعلات الغذائية المختلفة بإنزيمات مختلفة Enzymes and their reactions catalysed يبين الجدول أدناه 3 انزيمات والتتفاعلات التي تحفزها الإنزيمات والهضمتشارك الانزيمات في عملية البناء الضوئي والتنفس وبناء البروتين داخل الخلايا. وهناك أنزيمات أخرى يتم انتاجها بواسطة خلايا متخصصة وتتحرر منها ، كالانزيمات الهاضمة وهذه الإنزيماتتمر في القناة الهضمية لتحفز تكسير جزيئات الغذاء . نشا سكريات بروتينات أحماض أمينية ليبيدات جليسرول + أحماض دهنية Amylase is an example of a carbohydrate. Lipids are fats and oils. الاميليز هو انزيم متخصص للكربوهيدرات ، والليبيدات عبارة عن دهون وزيوت 7

11. Different parts of the gut: Different parts of the gut produce different enzymes. Where enzymes are produced الأجزاء المختلفة من الأمعاء : تنتج الأجزاء المختلفة من الأمعاء أنزيمات مختلفة يوضح الجدول التالي بعض الإنزيمات وأماكن انتاجها Grade 10 Biology Unit 5 – Enzyme Action gut digestion salivary glands 8

12. Grade 10 Biology Unit 5 – Enzyme Action The nature of enzymes طبيعة الإنزيمات ماهي الإنزيمات • What are enzymes? • _____________________________________________________________ • _____________________________________________________________ • 2. Why do we need enzymes? لماذا نحتاج الإنزيمات • ______________________________________________________ • ____________________________________________________ • 3- What are enzymes made of? مم تتكون الإنزيمات • ____________________________________________________________ • _____________________________________________________________ 4- Give some examples of digestive enzymes and the reaction they catalyze. أعط بعض الأمثلة لأنزيمات الهضم والتفاعلات التي تحفزها ______________________________________________________________________ 5- Explain by drawing how enzymes work اشرح بالرسم آلية عمل الإنزيم ______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ 9

13. Grade 10 Biology Unit 5 – Enzyme Action lock and key model for enzyme action نموذج المفتاح والقفل لآلية عمل الإنزيم • Label the diagram below using these words : • استخدم الكلمات التالية لتسمية النموذج الموجود بالأسفل product Enzyme-substrate complex Enzyme substrate 2- What do we call the above model that can account for enzyme specificity? ماذا يطلق على النموذج أعلاه والخاص بالإنزيم _________________________________________ 10 http://www.youtube.com/watch?v=EiMBsgNZh-M

14. Grade 10 Biology Unit 5 – Enzyme Action Activation energy طاقة التنشيط For a reaction to occur the sucrose and water would have to collide with enough energy to break and form bonds ,This is the activation energy أثناء تفاعل السكروز والماء ، نحتاج للتصادم طاقة كافية لكسر وإعادة تشكيل الروابط ، وهذا مايسمى بطاقة التنشيط Activation energy: The energy needed to start a chemical reaction طاقة التنشيط : هي الطاقة اللازمة لبدء التفاعل الكيميائي High energy Intermediate متوسط الطاقة العالية Activation energy طاقة التنشيط Energy الطاقة Products نواتج Substrates مواد التفاعل Progress of reaction مراحل التفاعل 11

15. Exercises Grade 10 Biology Unit 5 – Enzyme Action The activation energy طاقة التنشيط 1- Define activation energy عرف طاقة التنشيط __________________________________________________________ 2- The diagram below shows the activation energy of the reactions with and without an enzyme. Explain the effect of the enzyme. يوضح المخطط التالي طاقة التنشيط لتفاعلين أحدهم بوجود الإنزيم والأخر بدون إنزيم ، اشرح تأثير الإنزيم على التفاعل . _________________________________________________________________________________________ 12

16. Grade 10 Biology Unit 5 – Enzyme Action Inhibitorsالمثبطات An inhibitor is a substance that can slow down or stop a reaction. The inhibitors binds to the enzyme and stops it from attaching to the substrate. They are found naturally, but are also used artificially as drugs, pesticides. There are two kinds of inhibitors. Inhibitors can be either competitive or non competitive inhibitors. Activation energy Competitive inhibitors Inhibitors Non competitive المثبط : مادة من شأنها أن تبطئ التفاعل أو توقفه ، والمثبطات ترتبط بالإنزيم وتمنعه من الإرتباط بمادة التفاعل ، والمثبطات تتواجد طبيعياً ، ولكن يمكن أن اخل في الصناعات كصناعة الأدوية والمبيدات الحشرية . وهناك نوعان من المثبطات : مثبطات تنافسية ومثبطات غير تنافسية . 1- Competitive inhibitors: They have structures similar to that of the substrates. It competes with the substrate for the active site of an enzyme. This means that it has a shape that allows it to fit into the active site of the enzyme instead of the substrate. This prevents the formation of enzyme/substrate complexes and the rate of reaction decreases. 1- المثبطات التنافسية : وهي مثبطات لها تركيب يشابه تركيب مادة التفاعل ، وبالتالي تتنافس معها على الإرتباط بالموقع النشط على الإنزيم ،و هذا يعني أن لديها الشكل الذي يسمح لها بالإرتباط على الموقع النشط للإنزيم بدلاً من مادة التفاعل . وهو مايمنع تكوين ( معقد الإنزيم ومادة التفاعل ) وبالتالي انخفاض معدل التفاعل . http://www.youtube.com/watch?v=6-b9IoPzKrY 13

17. Grade 10 Biology Unit 5 – Enzyme Action المثبطات التنافسية 2- Non-competitive inhibitors: They don’t bind to the active site of the enzyme but attach themselves to some other part of the enzyme. This changes the overall shape of the enzyme including the active site. So the enzyme can no longer bind to the substrate. 2- المثبطات غير التنافسية : و هذه المثبطات لاترتبط بالموقع النشط للإنزيم ، ولكن تثبت نفسها في أي مكان على الإنزيم ، مما يؤدي لتغيير شكل الإنزيم بالكامل وبما فيه من موقع نشط . وبالتالي لم يعد الإنزيم قادراً على الإرتباط بمادة التفاعل . 14

18. Grade 10 Biology Unit 5 – Enzyme Action المثبطات غير التنافسية 15

19. Grade 10 Biology Unit 5 – Enzyme Action Factors Affecting the Rate of Enzyme Reactions العوامل المؤثرة على معدل تفاعلات الإنزيم • Temperature • Enzymes have an optimum temperature at which they work fastest. For mammalian enzyme. This is around 40°C but other enzymes can work at the extremes of temperature. • As the temperature increases the rate increases as both the enzyme and substrate molecules have more energy so collide more often. • Above the optimum temperature the rate begins to decrease as more and more enzymes become denatured, which is when the thermal energy breaks the hydrogen bonds holding the enzymes structures so the enzymes cannot work anymore. 1- درجة الحرارة للإنزيمات درجة حرارة قصوى يكون عندها التفاعل أسرع مايمكن ، فإنزيم الثدييات تكون الحرارة القصوى حوالي 40 درجة مئوية ، ولكن الأنزيمات الأخرى قد تعمل في درجات أخرى . بزيادة درجة الحرارة يزداد معدل التفاعل وبالتالي تزداد طاقة كلاً من الانزيم وجزيئات مادة التفاعل مما يزيد من سرعة التصادم . بعد وصول درجة الحرارة للدرجة المثلى ( القصوى ) ، يبدأ معدل التفاعل بالإنخفاض وتتدمر الإنزيمات شيئاً فشيئاً ، حيث تعمل الطاقة الحرارية على تكسير الروابط الهيدروجينية التي تدخل في تركيب الإنزيم وبالتالي لن يستطيع الإنزيم العمل أكثر . optimum thermal energy collide معدل التفاعل denatured hydrogen bonds درجة الحرارة 16

20. Grade 10 Biology Unit 5 – Enzyme Action • 2. PH (hydrogen ion concentration) • Enzymes also have an optimum pH at which they work fastest. This is different for different enzymes but for most enzymes their optimum pH is around pH 7-8. • The acidity and alkalinity can affect the active site of the enzyme so the substrate can no longer bind with the active site of the enzyme. Extreme PHs can denature enzymes. 2- تركيز أيون الهيدروجين ( درجة الحموضة ) الانزيمات أيضا لها درجة حموضة مثلى حيث تكون فيها أسرع ما يمكن . وهذا يختلف من انزيم لآخر، ولكن بالنسبة لمعظم الإنزيمات الرقم الهيدروجيني الأمثل لها هو حوالي 7-8.ويمكن أن تؤثر الحموضة والقلوية على الموقع النشط للإنزيم فلايعد قادراً على الإرتباط بالموقع النشط له. وبزيادة درجة الحموضة يمكن أن يتلف الإنزيم . optimum pH acidity alkalinity معدل التفاعل درجة الحموضة ( تركيز أيون الهيدروجين ) 17

21. Grade 10 Biology Unit 5 – Enzyme Action . • 3. The Substrate Concentration • If the concentration of enzyme stays the same, the rate of reaction will increase with increase in substrate concentration, because there will be more collisions between substrates and enzymes. but the increase of the reaction rate happens up to a point. • When the enzyme’s active sites are all working as quickly as they can adding more substrate doesn’t lead to further increase of the reaction rate. Because this extra substrate will have to wait for an active site to become free. 3- تركيز مادة التفاعل إذا بقي تركيز الانزيم على حاله ، فإن معدل التفاعل سيزداد مع الزيادة في مادة التفاعل ، لأنه سيكون هناك مزيد من التصادم بين مادة التفاعل والانزيمات. لكن الزيادة في معدل التفاعل ستستمر إلى حد ما.فعندما تعمل جميع المواقع النشطة للإنزيم تكون قد تم شغلها بمادة التفاعل ، فإن إضافة المزيد من مادة التفاعل لن يؤدي إلى زيادة معدل التفاعل. لأن هذه الزيادة الاضافية من مادة التفاعل سوف تضطر للإنتظار للحصول على أي موقع نشط يصبح حراً . معدل التفاعل تركيز مادة التفاعل 18

22. Exercises Grade 10 Biology Unit 5 – Enzyme Action Factors affecting enzyme action العوامل المؤثرة على نشاط الإنزيم 1- looking at the graphs below, graph (a) shows the effect of temperature on enzyme activity. Graph (b) shows the effect of pH on the enzyme activity. بالنظر إلى المخططين أ ، ب بالأسفل ، فإن المخطط أ يوضح تأثير درجة الحرارة على الإنزيم بينما المخطط ب يوضح تأثير درجة الحموضة على نشاط الإنزيم • Explain how temperature affects enzyme activity • اشرح كيف تؤثر درجة الحرارة على نشاط الإنزيم _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ • b. Explain the effect of pH on pepsin and trypsin. • اشرح تأثير درجة الحموضة على كلاً من انزيمي الببسين والترابسين _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 19

23. Grade 10 Biology Unit 5 – Enzyme Action c- Explain the effect of substrate concentration on the rate of reaction. اشرح تأثير تركيز مادة التفاعل على معدل سرعة التفاعل _____________________________________________________________________________________________________________________________ _________________________ معدل التفاعل تركيز مادة التفاعل 2- Use the following words to identify the following: اختر من الكلمات التالية مايناسب لوضعه على الرسم بالأسفل Non-competitive inhibitor مثبط غير تنافسي Substrate مادة التفاعل Competitive Inhibitor مثبط تنافسي Active site موقع نشط 20

24. Grade 10 Biology Unit 5 – Enzyme Action Unit Revision • Write a definition for the following: اكتب تعريف كلاً من : • Active Site ( الموقع النشط ) : ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- • Substrate ( مادة التفاعل ) : -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- • Products ( النواتج ) : --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- • 2. Explain how the structure of the protein is linked to its ability to act • as an enzyme? • اشرح كيف أن تركيب البروتين يساعده على العمل كإنزيم • _____________________________________________________ • _____________________________________________________ • _____________________________________________________ 21

25. Grade 10 Biology Unit 5 – Enzyme Action 10 minutes (max) READING ACTIVITY 3- Read the text below then summarize it . السؤال الثالث : أقرأ النص التالي ثم لخصه بأسلوبك .. Globular proteins, also known as spheroproteins, are proteins formed by compacted amino acid chains, which are folded into intricate shapes that often roughly resemble spheres. This type ofproteinrepresents one of the three majorproteingroups. The two other groups are fibrous proteins, which are primarily structural proteins, and membrane proteins, which are usually found attached to the membranes of cells and their organelles.Globular proteins form important components Of the following ( Enzymes , Hormones and Antibodies ) . ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… http://www.encyclopedia.com/video/MflAWd665BA-globular -structural-proteins.aspx 22

26. Grade 10 Biology Unit 5 – Enzyme Action • References : • G.C.E. ‘O’ Biology matters. Unit 4 Page (48-70) • Advanced Biology for you. Unit 1 Page (6 -27) 23