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.

I. OBJETIVOS

Definir la actividad de una enzima.

Estudiar el comportamiento de algunos factores que afectan la actividad enzimática.

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.

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 mismo, 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 él 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.

GENERALIDADES

El Peróxido de hidrogeno es un producto químico que se forma continuamente como subproducto en las reacciones de células vivas. Es tóxico y la célula debe descomponerlo inmediatamente antes que lo destruya. ¿Cómo desdobla la célula el peróxido de hidrogeno? Esta reacción recibe la ayuda de un catalizador.

Un catalizador actúa para acelerar la velocidad de una reacción. No se consume ni se destruye durante la reacción. Los catalizadores se encuentran presentes casi en todas las reacciones químicas de los organismos vivos. Los catalizadores de las células se denominan enzimas y son moléculas de proteínas. En este experimento verá el desdoblamiento del peróxido de hidrogeno “in vitro”, acelerado por una enzima denominada catalasa. Comparará la catalasa, tal como se encuentra en los tejidos de los organismos vivos, con un catalizador no proteico y examinará su reacción bajo diferentes condiciones.

Las enzimas son cuerpos globulares, con actividad específica absoluta y con especificidad relativa, permite que las reacciones químicas biológicas se efectúen a la temperatura corporal.

La actividad de las enzimas se encuentra regulada por factores como la temperatura corporal, la concentración de la enzima y del sustrato, el pH del medio.

II. MATERIALES- Dióxido de manganeso en polvo.- Solución de peróxido de hidrógeno al 3% (reciente)- Trozos de hígado y papa crudos.- Tubos de ensayo.- Cilindro graduado o jeringa.- Pinzas.- Gradillas.- Bagueta.- Arena fina.- Mortero.

PROCEDIMIENTO

(En los experimentos que se propone a continuación, mida la velocidad de la reacción de acuerdo a la siguiente escala: 0= no hay reacción; 1= reacción lenta; 2= reacción moderada; 3= reacción rápida; 4= reacción muy rápida)

1. Efecto de un catalizador.Tome dos tubos de ensayo y vierta unos 2 ml de solución de peróxido de hidrógeno, en cada uno. En uno agregue una pequeña cantidad de arena fina y en el otro más o menos la misma cantidad de dióxido de manganeso. Observe y tome nota a la velocidad de reacción en cada tubo.

2. Efecto de una enzima.Dentro de dos tubos de ensayo bien limpios vierta cantidades iguales (cerca de 2ml) de peróxido de hidrógeno. En uno de ellos coloque una porción de hígado más o menos del tamaño de un grano de arroz, y en el otro una porción de papa aproximadamente del mismo tamaño. Compare los resultados con los obtenidos al

utilizar el dióxido de manganeso. (No elimine el contenido, será utilizado más adelante).

Tome nota de la velocidad y reacción, asígnele el valor que le corresponde según la escala dada.

3. Reutilización de una enzima.Reparta en dos tubos de ensayo limpios el líquido del tubo que contiene hígado; corte la porción de hígado en partes iguales y coloque una en cada tubo. En uno de estos tubos añada una porción de hígado fresco. En el otro añada 1 ml de peróxido de hidrógeno fresco. Anote sus observaciones.

4. Efecto del tamaño de las partículas.Coloque en un tubo de ensayo una cantidad de hígado del tamaño de un grano de arroz y en el otro igual cantidad de papa; vierta en ambos tubos un poco de arena y triture los materiales con la bagueta. Añada 2 ml de peróxido de hidrógeno en cada tubo. Compare estos resultados con los de las porciones de hígado y papa sin triturar; mida la velocidad de reacción.

III. RESULTADOS

1. Grafique las observaciones en los procedimientos 1, 2, 3, 4.

2. Basado en tus anotaciones sobre la velocidad de las reacciones en las etapas 1, 2, 3, 4 del

procedimiento, prepara un gráfico de barras y haga las discusiones correspondientes.

IV. DISCUSIONES

V. CONCLUSIONES

VI. CUESTIONARIO

1. ¿Puede el peróxido de hidrógeno ser descompuesto por otros catalizadores diferentes de

los que se encuentran en los tejidos vivientes?. Explique.

2. ¿Cuáles sustancias cambien durante las reacciones entre el peróxido de hidrógeno y el

hígado?. Apoye sus respuestas en las evidencias de la etapa 3.

3. ¿Qué técnica e instrumento pueden usarse para obtener una medida más cuantitativa de

la producción de gas?.