INTRODUCCION

El término cinética enzimática implica el estudio de la velocidad de una reacción

catalizada por una enzima y los efectos que pueden tener factores como los

inhibidores. Uno de los principales estudios que se realizan en una enzima es medir

el efecto en la velocidad de la reacción cuando se modifican las concentraciones del

sustrato y se mantienen constantes la concentración de enzima, el pH, la fuerza

iónica del medio, la temperatura, entre otros.

Se evalúa la influencia de estos factores en la reacción catalizada por enzimas con la

finalidad de determinar los intermediarios en una reacción y el papel que juegan en la

reacción enzimática, es decir, para predecir mecanismos de reacción. Es esencial

entender estos mecanismos para desarrollar nuevas herramientas moleculares, por

ejemplo, para combatir enfermedades en las que se conoce a la enzima que la

produce. También es usual medir la actividad enzimática con diferentes sustratos

para entender su especificidad o bien, medir la actividad de la enzima de diferentes

tejidos u organismos para entender cómo las diferencias en actividad están

relacionadas con la función y/o la fisiología del organismo del que proceden.

OBJETIVOS

Comprobar la reacción sobre el peróxido de hidrógeno por acción de la

enzima catalasa, presente en tejidos animales y vegetales determinando los

productos de reacción.

Estudiar algunos factores que afectan la actividad enzimática, como la

temperatura, el pH, la concentración del sustrato y de la enzima y la presencia

de inhibidores.

Confrontar los conocimientos teóricos adquiridos en clases con las actividades

experimentales en el laboratorio.

MATERIALES Y REACTIVOS

Tubos de ensayo

Vasos de precipitado de 250 ml

Estufa

Agitadores

Papel tornasol o indicador de pH

Ácido clorhídrico 0.1 N

Hidróxido de sodio 0.1 N

Mortero y mango

Hígado de res

Papa cruda

Cuchilla

Solución de peróxido de hidrógeno

Cebada en remojo

Hielo

Almidón

MARCO TEORICO

Los enzimas son biomoléculas especializadas en la catálisis de las reacciones

químicas que tienen lugar en la célula. Son muy eficaces como catalizadores ya que

son capaces de aumentar la velocidad de las reacciones químicas mucho más que

cualquier catalizador artificial conocido, y además son altamente específicos ya que

cada uno de ellos induce la transformación de un sólo tipo de sustancia y no de otras

que se puedan encontrar en el medio de reacción.

FACTORES QUE AFECTAN A LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA

Diferentes factores ambientales pueden afectar a la actividad enzimática.

Destacaremos dos: el pH y la temperatura.

EFECTO DEL pH: El pH es otro factor que influye en la actividad enzimática, debido

a que el pH influye en la ionización de los grupos funcionales de los aminoácidos que

forman la proteína enzimática. Cada enzima realiza su acción dentro de un

determinado intervalo de pH, dentro de este intervalo habrá un pH óptimo donde la

actividad enzimática será máxima. Por debajo del pH mínimo o por encima del pH

máximo el enzima se inactiva ya que se desnaturaliza. En la mayoría de las enzimas

el pH óptimo está próximo a la neutralidad, aunque hay excepciones.

La mayoría de los enzimas presentan un pH óptimo para el cual su actividad es

máxima; por encima o por debajo de ese pH la actividad disminuye bruscamente.

Este efecto se debe a que, al ser los enzimas de naturaleza proteica, al igual que

otras proteínas, se desnaturalizan y pierden su actividad si el pH varía más allá de

unos límites estrechos. De ahí la conocida importancia biológica de los sistemas

tampón.

En la mayor parte de los casos el pH óptimo está próximo a la neutralidad, en

consonancia con el pH intracelular, pero existen enzimas con pH óptimo muy diverso

según sea el pH del medio en el que habitualmente actúan (los enzimas proteolíticos

del jugo gástrico tienen pHs óptimos próximos a 2 ya que este es el pH de dicho

jugo). Por último existen algunos enzimas a los que el pH no afecta en absoluto.

EFECTO DE LA TEMPERATURA: Al igual que ocurre con la mayoría de las

reacciones químicas, la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas se

incrementa con la temperatura. La variación de la actividad enzimática con la

temperatura es diferente de unos enzimas a otros en función de la barrera de energía

de activación de la reacción catalizada. Sin embargo, a diferencia de lo que ocurre en

otras reacciones químicas, en las reacciones catalizadas por enzimas se produce un

brusco descenso de la actividad cuando se alcanza una temperatura crítica. Este

efecto no es más que un reflejo de la desnaturalización térmica del enzima cuando

se alcanza dicha temperatura.

La Temperatura influye en la actividad enzimática. En general por cada 10ºC que

aumente la temperatura la velocidad de la reacción aumenta de 2 a 4 veces. Esta

regla se cumple hasta que la temperatura alcanza un valor máximo (T° óptima)

donde la actividad es máxima. Esto se debe a que al aumentar la T° aumenta el

movimiento de las moléculas y, por tanto aumenta la probabilidad de encuentro entre

el S y el E.

Si la T° aumenta por encima de la T° óptima, disminuye e incluso cesa la actividad

enzimática debido a que la enzima se desnaturaliza. Cada enzima posee una T°

óptima, en las enzimas humanas suele estar alrededor de 37ºC. Los animales

poiquilotermos debido a que carecen de mecanismos para regular la Tª corporal, se

ven obligados a hibernar en la estación fría pues la actividad de sus enzimas debido

a las bajas temperaturas es muy baja.

INHIBIDORES: Son compuestos químicos que se unen al enzima, en distintos

puntos del mismo y disminuyen o incluso impiden su actividad. Estos compuestos

pueden ser de distintos tipos: iones, moléculas orgánicas y a veces el producto final

de la reacción. A la acción que realizan se la denomina inhibición. La inhibición

puede ser:

·Inhibición irreversible: Cuando el inhibidor impide permanentemente la actividad

enzimática, bien porque se une de forma permanente con grupos funcionales

importantes del centro activo o bien porque altera su estructura. A estos inhibidores

se les denomina venenos y a la inhibición que realizan se la denomina

envenenamiento del enzima. Ej. La penicilina que inhibe las enzimas que sintetizan

la pared bacteriana. El ión cianuro actúa sobre la citocromo oxidasa (enzima

respiratorio).

·Inhibición reversible: El inhibidor se une al enzima de forma temporal mediante

enlaces débiles e impide el normal funcionamiento del mism, pero no la inutiliza

permanentemente.

Puede ser de dos tipos:

Competitiva: El inhibidor es similar al sustrato y se puede unir al centro activo del

enzima impidiendo que lo haga el sustrato. Es decir ambos, inhibidor y sustrato

compiten por unirse al centro activo del enzima. La acción suele anularse

aumentando la concentración del sustrato

No competitiva: El inhibidor no compite con el sustrato, puede actuar de 2 formas:

-Sobre el enzima, uniéndose a el en un lugar diferente al centro activo y modificando

su estructura lo que dificulta que el enzima se pueda unir con el sustrato.

-Sobre el complejo E-S uniéndose a él y dificultando su desintegración y por lo tanto

la formación de los productos.

PROCEDIMIENTO

1.

FACTORES QUE AFECTAN LA ACTIVIDAD ENZIMATICA

2.

Acción de la temperatura en la catalasa de la papa e hígado:

Macerar un trozo de papa en 15 ml de agua y recoger el extracto.

Tubo 1: 5 ml de Extracto de papa e hígado + 3 ml de Peróxido de hidrógeno al 3%

Tubo 2: 5 ml de Extracto de papa e hígado + hielo= temperatura de 5°c+ 3 ml de Peróxido de hidrógeno al 3%

Tubo 3: 5 ml de Extracto de papa e hígado + Ebullir= 84°c + 3 ml de Peróxido de hidrógeno al 3%

Repetir el procedimiento anterior reemplazando la papa por hígado.

Realizar las anotaciones respectivas y analizar los resultados.

FACTORES QUE AFECTAN LA ACTIVIDAD ENZIMATICA

3.

RESULTADOS

INFLUENCIA DE LA SUPERFICIE DE LA MUESTRA DEL HÍGADO EN SU ACCIÓN ENZIMÁTICA

Porción de hígado 1: Macerar + 3 ml de Peróxido de hidrógeno

Porción de hígado 2: Dividir en trozos + 3 ml de Peróxido de hidrógeno

Comparar las reacciones de los dos montajes.

Influencia del pH en la acción de la catalasa de la papa:

Macerar un trozo de papa en 15 ml de agua y recoger el extracto.

Tubo 1: 5 ml de Extracto de papa + 2 ml de ácido clorhídrico al 0.1N + 3 ml de Peróxido de hidrógeno al 3%

Tubo 2: 5 ml de Extracto de papa + 2 ml de solución de hidróxido de sodio + 3 ml de Peróxido de hidrógeno al 3%

Tubo 3: 5 ml de Extracto de papa + 3 ml de Peróxido de hidrógeno al 3%

Realizar las anotaciones respectivas a la toma de pH con papel indicador y analizar los resultados.

1. ACCIÓN DE LA TEMPERATURA EN LA ACCIÓN DE LA CATALASA:

1.1 Acción de la temperatura en la acción de la catalasa de la papa:

Tubo 1: En esta parte se observó una reacción abundante de la enzima catalasa o

peroxidasa y se evidenció por la producción de burbujas de aire en la superficie del

tubo, la temperatura estaba en 28°C.

Tubo 2: En este tubo la reacción fue muy lenta, casi nula, no se evidenció gran

producción de burbujas de aire, la temperatura estaba en 4°C.

Tubo 3: Igualmente en este tubo no se presentó reacción enzimática evidente, la

temperatura estaba en 92°C.

1.2 Acción de la temperatura en la acción de la catalasa del hígado:

Los resultados obtenidos en el ensayo realizado con el hígado de res fueron

similares a los obtenidos con la papa, aunque un poco disminuidos

proporcionalmente, debido a la interferencia que puede darse entre las reacciones

enzimáticas con otros componentes celulares presentes en el tejido animal.

2. INFLUENCIA DEL PH EN LA ACCIÓN DE LA CATALASA DE LA PAPA:

Con referencia a la acción que tiene el pH en la actividad de las enzimas se pudo

constatar que en los rangos de pHs ácidos y básicos trabajados en el experimento,

según la adición de ácido clorhídrico e hidróxido de sodio, respectivamente, se

observó una disminución en la reacción enzimática con muy poca actividad de la

catalasa, lo que se demuestra con la baja producción de burbujas de oxígeno,

producto de la degradación del peróxido de hidrógeno adicionado para revelar dicha

reacción.

3. INFLUENCIA DE LA SUPERFICIE DE LA MUESTRA DEL HÍGADO EN SU

ACCIÓN ENZIMÁTICA

En este experimento se pudo observar que ocurre una reacción enzimática mayor,

con abundante producción de burbujeo en el pedazo de hígado que fue macerado,

mientras en los pedazos cortados en trozos grandes fue inferior, notándose sólo

reacción superficial en las partes expuestas al peróxido de hidrógeno.

ANALISIS DE RESULTADOS.

1.1 En este experimento del efecto de la temperatura sobre la acción de la amilasa

de la papa, se mide la actividad enzimática a diferentes temperaturas, en las cuales

se mostraron reacciones diferentes.

Las temperaturas de 90°C y 4°C, son temperaturas extremas en las cuales las

enzimas, y en particular las amilasas disminuyen su acción y se inhiben totalmente,

debido a la desnaturalización de la molécula proteica, de la cual están conformadas

las enzimas.

A 28°C y temperaturas cercanas a la temperatura ambiental y corporal las enzimas

presentan su mejor funcionamiento, es decir, se encuentran en un rango óptimo de

temperaturas.

Esto era de esperarse, ya que cada enzima tiene un rango de temperatura óptima y,

en el caso de la amilasa, al encontrarse ésta en el cuerpo humano y animales (que

siempre tienen una temperatura de 37° C), se supone que a temperatura ambiente

no va a perder su actividad, pero sí disminuirla, ya que los choques intermoleculares

van a ser menores.

Sin embargo, al disminuir demasiado la temperatura, los choques entre las moléculas

disminuyen también, por lo que la actividad enzimática baja hasta el punto en el que

no se puede ver en el experimento. Por el contrario, al aumentar la temperatura de

incubación a 90° C, los choques entre las moléculas se van a acrecentar de tal forma

que la enzima se va a desnaturalizar. Es por ello que se presume que no se

observaron cambios en el tubo.

1.2 Las burbujas que se producen en este tipo de reacciones enzimáticas son

básicamente oxígeno que se desprende de la reacción entre las moléculas de

peróxido de hidrógeno y la enzima catalasa, que la degrada en agua y oxígeno

molecular que se libera en forma de gas.

2. Por su acción, la amilasa es sensible a una acidez elevada y se vuelve inactiva a

pH 3,3 o a pH menor a 0°C por 15 min. El pH óptimo de acción está dentro del rango

5-7, siendo de 6,5 para la alfa-amilasa bacteriana y pancreática. La enzima es

resistente al calor, pues a 70°C conserva un 70% de su actividad. Actúa sobre

almidones crudos y gelatinizados.

3. Estos resultados se deben a que en el hígado macerado existe una mayor

superficie de contacto entre las enzimas y el sustrato correspondiente, es decir, el

peróxido de hidrógeno agregado, y además las enzimas catalasas del tejido se

hacen más abundantes con el macerado, pues se extraen del interior de los tejidos y

contactan mejor y en mayor número con el peróxido, haciendo más evidente la

reacción enzimática.

CONCLUSIONES

Como producto del análisis de los resultados del experimento realizado en el

laboratorio, se pueden extraer las siguientes conclusiones:

La temperatura es un factor determinante en las reacciones enzimáticas porque

acelera o retarda la acción de las enzimas, lo que se evidencia con la producción

de burbujas.

Para que la catalasa funcione correctamente debe tener un ph neutro y

temperatura ambiente.

BIBLIOGRAFIA

- AGUIRRE OBANDO, O.A.; MORALES ÁLVAREZ, E.D.: Reconocimiento de

carbohidratos. Visitar Web: Universidad de   Quindio , Facultad de Educación.

Consulta 27 de julio de 2010.

- ANÓNIMO (1988): Fehling (Germán). Enciclopedia Universal Ilustrada Europeo-

Americana, 23, 560. Madrid, Espasa-Calpe.-

- BABRET, A. CHAVEZ, C. Biología. Editorial Prentice Hall. New Jersey.1992

- VILLEE, Claude A. Biología. McGraw-Hill. 1988.

- http://www.iqb.es/cbasicas/farma/farma01/sec01/c1_003.htm

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- http://www.biosci.uga.edu/almanac/bio_103/notes/may_13.html .

- http://www.arrakis.es/~lluengo/transporte.html

ANEXOS

FACTORES QUE AFECTAN LA ACTIVIDAD ENZIMATICA

CAMILO ANDRES CARDENAS

CARLOS JOSE PINEDA

YOHANDRY RUIZ

DOCENTE:

DILIA GALVAN BORJA

UNIVERSIDAD DE SUCRE

FACULTAD DE EDUCACIÓN Y CIENCIAS

PROGRAMA DE BIOLOGIA

LABORATORIO DE BIOLOGIA

OCTUBRE 11 2013