Actividad de enzimas: Laboratorio de biología

Publicado el 17 septiembre, 2020

Enzimas y reacciones

¿Alguna vez ha salido a caminar o trotar y ha tenido que enfrentarse a una gran colina o un largo tramo de escaleras? Si es así, ¡sabes que se necesita mucha energía (y oxígeno) para subir esa colina o esos escalones! ¿No sería genial si hubiera algo que pudiera aplanar esa colina o reducir el número de pasos a la mitad?

Puede que no tengamos esa capacidad, pero hay sustancias en la naturaleza que pueden cambiar la cantidad de energía necesaria para lograr algo. Las enzimas son catalizadores biológicos o moléculas que reducen la cantidad de energía necesaria para iniciar una reacción bioquímica. Puedes visualizar esta energía, llamada energía de activación , como esa colina alta. Las enzimas bajan esa colina. Sin la disminución de esta energía, la mayoría de los procesos necesarios para la vida no serían posibles.

Por ejemplo, considere el nabo. Como parte de su vida cotidiana normal, las células de este tubérculo producen peróxido de hidrógeno. Este compuesto es muy tóxico para las células. El nabo usa una enzima llamada peroxidasa que descompone el peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno, que son inofensivos. La peroxidasa tiene un área específica, llamada sitio activo, a la que se une el peróxido de hidrógeno (llamado sustrato). El agua y el oxígeno son los productos de esta reacción; la propia enzima es libre de romper otra molécula de peróxido de hidrógeno. El sitio activo de la peroxidasa es delicado; debido a su forma, no puede unirse a otros sustratos. Del mismo modo, si algo le sucede al sitio activo que cambia su forma, no podrá unirse al peróxido de hidrógeno. Puedes pensar en ello como piezas de un rompecabezas que encajan.

La peroxidasa se denomina enzima catabólica, ya que actúa descomponiendo el sustrato. Puede recordar esto pensando que las catástrofes destruyen los accidentes geográficos, como los huracanes que azotan las dunas de arena. Las enzimas que combinan moléculas de sustrato para construir nuevos productos se denominan enzimas anabólicas. Además, los nombres de las enzimas suelen terminar en -asa, y la primera parte del término a veces se refiere al sustrato de la enzima. Entonces, la peroxidasa es una enzima que descompone el peróxido.

Investigación de la reacción de la peroxidasa

La reacción de la peroxidasa se puede resumir en la siguiente ecuación: 2H2O2 -> 2H2O + O2.

Pero, ¿cómo podemos saber si esta reacción está ocurriendo? Para estar seguro, necesitamos medir si el sustrato está desapareciendo o si los productos están apareciendo. Podemos decir cualitativamente (es decir, sin números) que aparece oxígeno mediante el uso de una sustancia química llamada indicador. Para esta reacción, podemos usar un indicador llamado guayacol, que cambia de transparente a marrón dorado en presencia de oxígeno sin estar involucrado en la reacción en sí. A medida que se produce el oxígeno del producto, reacciona con el indicador: cuanto más oscuro es el indicador, más oxígeno está presente.

Primero, necesitamos probar la actividad de la enzima ejecutando una línea de base. Para hacer esto, crearemos dos tubos: uno que tiene peróxido de hidrógeno, tampón neutro y guayacol, y otro que tiene tampón neutro y peroxidasa. Para ser claros, eso significa que un tubo tiene sustrato, tampón neutro e indicador, y otro contiene tampón neutro y enzima.

En este punto no hay reacción, ¿por qué? La respuesta es que el sustrato y la enzima están en tubos separados. Mezclaremos los dos tubos y controlaremos el cambio de color durante un período de aproximadamente dos minutos. Una vez que el sustrato y la enzima se unen, el oxígeno comienza a formarse como producto. Este oxígeno se combina con el indicador, transformándolo de transparente a ámbar / dorado.

Pero, ¿qué pasaría si cambiamos el pH del tampón? Consideremos qué sucede con las proteínas cuando se cambia el pH. Recuerde que las formas de las proteínas se deben en parte a las cargas de los aminoácidos en sus secuencias. Cuando se coloca en un entorno que interfiere con esas cargas, como un cambio del pH normal de la proteína, las proteínas se desnaturalizan o pierden su forma. Esto significa que el sustrato no puede unirse correctamente al sitio activo. Como puede imaginar, no poder unirse al sitio activo significa que la velocidad de reacción disminuirá o, en casos más extremos, se detendrá por completo.

Elijamos un pH ligeramente ácido y un pH muy básico. Note que la reacción ocurre en las condiciones de pH ligeramente ácidas, pero no parece ocurrir en absoluto en las condiciones fuertemente básicas. De nuevo, esto se debe a una pérdida parcial de la conformación del sitio activo en la primera condición y a una pérdida total del sitio activo en la segunda. Es muy importante tener en cuenta que el efecto de los cambios en el pH depende del valor del pH normal u óptimo de la enzima. Por ejemplo, un pH de dos puede desnaturalizar la enzima peroxidasa, pero en realidad es el pH óptimo para algunas de las enzimas presentes en el ácido del estómago.

Resumen de la lección

¿Qué hemos cubierto en esta lección? Primero, las enzimas son catalizadores biológicos o moléculas que reducen la cantidad de energía necesaria para iniciar una reacción bioquímica. Su capacidad para reducir esta energía, llamada energía de activación , hace posible la vida.

En esta lección, analizamos una reacción de ejemplo en la que la enzima peroxidasa cataliza la descomposición del peróxido de hidrógeno del sustrato en agua y oxígeno. El oxígeno, en una reacción separada, interactúa con un indicador, el guayacol. A medida que este químico se expone al oxígeno, cambia de transparente a marrón. La peroxidasa es una enzima catabólica, porque degrada su sustrato. Otras enzimas, que ayudan a ensamblar moléculas en productos, se denominan enzimas anabólicas.

Cambiar el entorno de una enzima puede tener efectos profundos en su capacidad para catalizar una reacción. Por ejemplo, alterar el pH ambiental desde el pH “normal” u óptimo de una enzima, probablemente desnaturalizará la proteína, alterando la forma del sitio activo. Un sitio activo deformado o perdido provocará una disminución en la velocidad de reacción, ya que el sustrato y la enzima no pueden unirse de manera óptima.

Los resultados del aprendizaje

Una vez que haya terminado, debería poder:

  • Recuerde qué es una enzima y su propósito.
  • Describe los dos tipos de enzimas.
  • Explicar el efecto del pH sobre la capacidad de reacción de una enzima.

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