ACTIVIDAD ENZIMATICA Y PH

RESUMEN De actividad enzimática: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.

De pHEl pH es un indicador de acides o basicidad de una sustancia.Los ácidos y las bases tienen una característica que nos deja poder medirlos, es la concentración de los iones de hidrógeno. Los ácidos

fuertes tienen altas concentraciones de iones de hidrógeno y los ácidos débiles tienen concentraciones bajas. El pH entonces es un valor numérico que expresa la concentración de iones de hidrógeno. Los números a partir del 0 al 7 en la escala indican las soluciones ácidas, y 7 a 14 indican soluciones alcalinas. Cuanto más ácida es una sustancia, más cercano su pH estará a 0; cuanto más alcalina es una sustancia, más cercano su pH estará a 14. Algunas sustancias no son ni altamente ácidas ni altamente alcalinas sino que están más cercanas al punto neutro, pH=7

PALABRAS CLAVESDe actividad enzimática:Enzima, fuerza iónica, pH, reacción, catalizador, sustrato.

De pH:Indicador, acides, basicidad, neutro, sustancia, alcalino, hidrogeno.

SUMMARYEnzymatic activity:The term enzymatic kinetics involves the study of the rate of a reaction catalyzed by an enzyme and the effects they may have factors as inhibitors. A major studies performed on an enzyme is to measure the effect on the rate of the reaction when substrate concentrations are modified and remain constant enzyme concentration, pH, ionic strength of the medium, temperature, between others. The influence of these

factors is evaluated in the enzyme-catalyzed reaction in order to determine in a reaction intermediates and their role in the enzymatic reaction, that is, to predict reaction mechanisms. Understanding these mechanisms is essential to develop new molecular tools, for example, to combat diseases in which it is known that the enzyme produces. It is also usual measuring enzyme activity with different substrates to understand their specificity or measure the activity of the enzyme in different tissues or organisms to understand how differences in activity are related to the function and / or physiology of the organism from which they come.

PH The pH is an indicator of acidity or basicity of a substance.Acids and bases have a feature that allowed us to measure them is the concentration of hydrogen ions. Strong acids have high concentrations of hydrogen ions and weak acids have low concentrations. The pH then is a numerical value that expresses the concentration of hydrogen ions. The numbers from 0 to 7 on the scale indicate acid solutions, and 7 to 14 indicate alkaline solutions. The more acidic a substance is, the closer the pH is 0; the more alkaline it is a substance, its pH is closer to 14. Some substances are neither highly acidic or highly alkaline but are closer to neutral, pH = 7.

KEYWORDSEnzymatic activity:Enzyme, ionic strength, pH, reaction catalyst, substrate.

PH:Indicator, acidity, basicity, neutral substance, alkaline, hydrogen.

INTRODUCCIONDe actividad enzimática: Las células poseen compuestos químicos que controlan las reacciones que ocurren en su interior. La sustancia que controla la velocidad a la que ocurre una reacción química sin que la célula sufra daño alguno ni se destruya se conoce como catalizador. Las enzimas son sustancias (proteínas) que actúan como catalizadores en las células y hacen posibles las, reacciones que ocurren en las células disminuyendo la cantidad de energía de activación que se necesita. Las enzimas también controlan la velocidad a la que ocurre la reacción para que la energía se libere a una temperatura que no haga daño al organismo. Las miles de reacciones que constituyen el metabolismo de los seres vivos están bajo control de miles de enzimas. Diferentes enzimas controlan diferentes reacciones. La sustancia sobre la cual actúa una enzima se llama Sustrato: Al ocurrir una reacción el sustrato se convierte en uno o más productos nuevos. Las enzimas no se consumen en las reacciones y se pueden volver a utilizar. Sin embargo una enzima particular actúa solo sobre un sustrato específico, así que una enzima solo puede controlar un tipo de reacción específica. Una enzima recibe el nombre del sustrato sobre el cual

actúa; Ej. Anhidrasa carbónica, la cual actúa en la conversión del CO2 en HCO3. Como nota, a una parte del nombre del sustrato sobre el cual actúa la enzima se le añade el sufijo asa.

De pH:Las reacciones químicas ocurren cuando las condiciones son adecuadas, por ejemplo una reacción puede depender de la temperatura de la disponibilidad de energía o de la concentración adecuada de una sustancia disuelta en una solución. Las reacciones químicas en los organismos también dependen del pH del medio. El pH es el logaritmo negativo de la concentración de iones H+ o sea, es la medida que tan ácida o básica es una solución. El pH en un organismo puede variar de un momento a otro, sin embargo existen sustancias conocidas como amortiguadores o buffers que contrarrestan los cambios en el pH; por lo cual son esenciales para la vida. En el ser humano por ejemplo, impide desviaciones ene le pH sanguíneo que de otra manera podrían ser fatales. Una forma fácil de medirle el pH es utilizar un pH meter o papel pH (cinta indicadora) este papel se procesa con indicadores químicos cuyos colores varían según el pH. La mediad del pH es una de las determinaciones más utilizadas en Biología. Este parámetro determina muchas características estructurales y funcionales de macromoléculas como proteínas y ácidos nucleicos, y por tanto, de la actividad de los organismos vivos. En el hombre el control del pH sanguíneo es importante porque sus cambios producen a su vez cambios en el pH intracelular que pueden afectar profundamente el metabolismo. Así

el suero presenta un pH casi constante de 7,4, ligeramente superior al que presenta el citosol intracelular la sangre es fácilmente a asequible, tanto para análisis como para suministrar eficazmente agentes alcalinizantes o acidificantes cuando es necesario alterar el pH, por estados de acidosis o alcalosis metabólica.

OBJETIVOSDe actividad enzimática:

Identificar en una reacción las enzimas y su respectivo sustrato.

Observar la actividad de algunas enzimas en tejidos animales y vegetales.

Demostrar el efecto de la temperatura, el pH y la concentración sobre la actividad de una enzima.

Demostrar la forma en que una enzima es específica para cada sustrato.

De pH: Determinar el pH de algunas

sustancias corporales y de uso común de la vida diaria.

Compara los valores de pH obtenidos en el laboratorio con los teóricos.

Explicar porque algunas soluciones son acidas y otras básicas.

MATERIALES Y REACTIVOSDe actividad enzimática: Laboratorio: beakers, tubos de ensayo, baño maría, gradilla, pinzas para tubos de ensayo, pipetas, probetas, cinta para rotular.

Reactivos y soluciones: peróxido de hidrogeno, hielo, ácido acético,

solución salina, solución de almidón y saliva.

Biológico: hígado fresco licuado en poca agua.

De pH:Materiales y reactivos: beakers, agua de mar, orina diabética, gaseosa, leche de magnesio, leche pura, vinagre, detergente líquido, alka seltzer, limón, cerveza, café, jugo artificial, clara de huevo, suero fisiológico, azúcar, cinta de pH, jeringas.

PROCEDIMIENTO Parte 1: utilizar 4 tubos de ensayo con diferentes cantidades de extracto de hígado como se muestra en la figura 1. Las cantidades de peróxido de hidrogeno se tendrán separadas con anticipación con la misma cantidad para posteriormente agregarlas al mismo tiempo. Describir lo observado. ¿Cómo afecta la cantidad de enzima su actividad enzimática?

Figura 1.

Parte 2: se preparan 5 tubos de ensayo con 2 ml de extracto de hígado en cada uno, luego al mismo tiempo se le agregan las cantidades correspondientes de peróxido de hidrogeno como lo muestra la figura 2. Describir lo observado. ¿Cómo afecta la cantidad de sustrato la actividad enzimática?

Figura 2.

Parte 3: preparar 3 tubos de ensayo con 2 ml de extracto de hígado cada uno. Al primero agregar 2 ml de H2O2 con calor, al segundo a temperatura ambiente agregar la misma cantidad de la misma solución y al tercero agregar la misma cantidad de la solución pero este en un baño de hielo de por lo menos 15 minutos previos. Como lo muestra la figura 3. Describir lo observado. ¿Cómo afecta la temperatura la velocidad de una reacción enzimática?

Figura 3.

0 ml.Ext. H.

1 ml.Ext. H.

2 ml.Ext. H.

4 ml.Ext. H.

2 mi. De H2O2

0 ml.H2O2

1 ml.H2O2

2 ml.H2O2

4 ml.H2O2

6 ml.H2O2

2 ml. extracto de hígado

2 ml. de extracto de higado

Calor2 ml. H2O2

t. ambiente2 ml H2O2

Baño de hielo2 ml. H2O”

Parte 4: se toman 3 tubos de ensayo, se le agregan 2ml de extracto de hígado a cada uno, después a cada uno se le agregan 2 ml de peróxido de hidrogeno. Posteriormente al primero se le agregan 5 gotas de amoniaco, al segundo 5gotas de solución salina y al tercero 5 gotas de ácido acético. Figura 4. Describir lo observado. ¿Cómo afecta el pH la velocidad de una reacción enzimática?

Figura 4.

Parte 5: se preparan 4 tubos de ensayo, el primero con 1 ml de extracto de hígado, el segundo con 1m de saliva y a estos dos se le van a adicionar 2 ml de peróxido de hidrogeno. Al tercer tubo de ensayo se le agrega 1 ml de extracto de hígado y al cuarto 1 ml de saliva, a estos dos últimos se le adicionan a ml de almidón, se agitan por 3 o 4 minutos y posteriormente se le agregan 5 gotas de lugol. Figura 5. Describir lo observado. ¿Cómo es la reacción en el tubo que contiene saliva y se le adiciona H2O2? ¿Cómo es la reacción en el tubo que contiene extracto de hígado y se le agrega el almidón? Por qué?

Figura 5.

Parte 6: Determinación de pH con cinta. Verter por separado una cantidad de cada una de las sustancias solicitadas en la guía, luego humedecer durante algunos segundos un pedazo de cinta pH en cada solución y retirarlo, comparar el color con la carta de color de pH y anotar el pH de cada sustancia. Establecer cuales sustancias son acidas neutras o básicas y realizar tu propia escala de pH.

RESULTADOS

Parte 1:

En este paso se utilizaron cuatro tubos de ensayo con diferentes volúmenes de hígado, se vio mayor presencia de peroxidasa en el que tenía mayor volumen de hígado. Las burbujas que se producen en este tipo de reacciones enzimáticas

2 ml. H2O2

2 ml. H2O2

2 ml. H2O2

2 ml. H2O2

2 ml. H2O2

2 ml. H2O2

5 gotasAmoniaco

5 gotasSol. Salina

5 gotasÁcido acético

1 ml. Ext. H.

1 ml. saliva

1 ml. Ext. H.

1 ml. saliva

2 ml. H2O2 2 ml. almidon

Agitar por 3 o 4 minutos y luego agregar 5 gotas de lugol.

son básicamente oxígeno que se desprende de la reacción entre las moléculas de peróxido de hidrógeno y la enzima, que la degrada en agua y oxígeno molecular que se libera en forma de gas.

Parte 2:

En un segundo momento se realizó el mismo procedimiento pero se hizo una variación con respecto al sustrato y el volumen de hígado quedo en la misma medida (2ml) aquí la presencia de la enzima fue con la medida media (2ml).

Parte 3:

En caso hizo el mismo experimento pero con variaciones climáticas, frio, caliente y al clima, la aparición de la enzima fue más notoria a niveles de temperatura ambiente ya que no vario el hígado donde se encontraba la enzima.

Parte 4:

En esta parte se tomaron 3 tubos de ensayo agregándoles las mismas cantidades de extracto de hígado (2ml) y peróxido de hidrógeno (2ml), posteriormente al primero se le agregaron 5 gotas de amoniaco,

ocasionando un burbujeo fuerte. Al segundo se le añadieron 5 gotas de solución salina, produciendo un burbujeo menos intenso; y al tercero se le adicionaron 5 gotas de ácido acético, este produjo un burbujeo medio.

Parte 5:

En esta parte trabaja os con 4 tubos de ensayo: en los dos primeros se le agregaron 2ml de peróxido de hidrogeno en donde uno contenía un 1ml de extracto de hígado y el otro 1ml de saliva. En los restantes adicionamos 2ml de solución de almidón en donde uno contenía 1ml de extracto de hígado y el otro 1ml de saliva, estos últimos se agitaron por 4 minutos y luego se le adicionaron 5 gotas de lugol dando positivo la muestra con el extracto de hígado y de almidón.

Parte 6: al humedecer la cinta de pH en las diferentes sustancias y compararlas con la carta de color de pH, encontramos los siguientes valores:

Método utilizado para humedecer la cinta en las sustancias:

Comparación de colores:

Sustancia Valor PHAgua de mar 7

Orina diabética 5Leche pura 7

Leche magnesio 10Cerveza 4

Alka seltzer 7Limón 2

Gaseosa 3Jugo artificial 3

Clara de huevo 10Azúcar 7Vinagre 2

Detergente 8Café 6

Suero fisiológico 5

Comparación de valores según los colores:

DISCUSION

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. Diferentes factores ambientales pueden afectar a la actividad enzimática. Destacaremos dos: el pH y la temperatura. 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. El 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.

CONCLUSION ACTIVIDAD ENZIMATICAEste trabajo permitió que se aprendiera que la actividad enzimática tiene una secuencia para actuar, en la cual la enzima actúa sobre el sustrato dando un producto. También se conoció que la enzima es un catalizador biológico que mejora la activación química en una reacción.

PHLa medición del pH es muy importante en nuestras vidas cotidianas, tanto para saber el grado de daño que nos pueden causar ciertos alimentos o bebidas o conocer más el medio en que nos desarrollamos. La medición o determinación del pH es un proceso que nos sirve como guía para saber en que cantidad debemos de

consumir algo sin que nos afecte de una manera permanente. En este informe se presentaron tanto los usos, los diferentes tipos de instrumentos que se utilizan para medir el pH, la importancia del mismo, y la práctica que realizamos para poder determinar el pH delas sustancias que más utilizamos o ingerimos en nuestra vida cotidiana. La determinación del Ph es una manera muy fácil de conocer la acidez o alcalinadad de las sustancias, mediante la utilización de escalas a colores o con datos gráficos, ambos métodos resultan útiles, aunque el uso del pH metro resulta más eficiente y exacto.

BIBLIOGRAFIA

AGUIRRE OBANDO, O.A.; MORALES ÁLVAREZ, E.D.: Reconocimiento de carbohidratos. Visitar Web: Universidad   de   Quindio , Facultad de Educación.

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

Bárzana, E. y A. López-Munguía. 1995. La tecnología enzimática. En Biotecnología Alimentaria, pp. 103-123. Limusa, México D.F.

De Robertis, Biología Celular y Molecular de Robertis, 4 Edición.

Anexos Preguntas complementariasActividad enzimática:

1. ¿Cómo explicaría usted el burbujeo que se produce al aplicar peróxido de hidrogeno a una herida; cual es el propósito de este procedimiento?

R// El agua oxigenada es un antimicrobiano que, actúa como desinfectante y a la vez es muy toxico. Es muy común que al lastimarnos utilicemos agua oxigenada, para desinfectar la herida, y vemos como comienzan a surgir pequeñas burbujas a borbotones.Bien, esas burbujas se producen a partir de una reacción química en los peroxisomas. Los peroxisomas son orgánulos citoplasmáticos muy comunes con forma de vesículas, contienen enzimas (las enzimas son moléculas proteicas que ayudan a romper enlaces químicos facilitando una reacción) que cumplen funciones de detoxificación celular,

formación y destrucción de peróxido. Como el agua oxigenada (peróxido de hidrógeno) tiene un átomo de oxigeno más que el agua que tomamos todos los días, la reacción consiste en romper la molécula de H2O2 liberando ese oxigeno de más y quedando solo H2O, esto gracias a la acción de una enzima, llamada catalasa, que facilita la ruptura del enlace químico.Como de cada dos moléculas de agua oxigenada se obtienen dos de agua y una de oxigeno gracias a la intervención de la catalasa. Es decir que al liberarse la molécula de oxigeno se producen las burbujas. 

2. Realice una breve descripción de la forma en que se puede inhibir la actividad de una enzima.

R// Factores que afectan la actividad enzimática.- Concentración del sustrato.- A mayor concentración del sustrato, a una concentración fija de la enzima se obtiene la velocidad máxima. Después de que se alcanza esta velocidad, un aumento en la concentración del sustrato no tiene efecto en la velocidad de la reacción.Concentración de la enzima.- Siempre y cuando haya sustrato disponible, un aumento en la concentración de la enzima aumenta la velocidad enzimática hacia cierto límite.Temperatura.- Un incremento de 10°C duplica la velocidad de reacción, hasta ciertos límites. El calor es un factor que desnaturaliza las proteínas por lo tanto si la temperatura se eleva demasiada, la enzima pierde su actividad.

PH.- El pH óptimo de la actividad enzimática es 7, excepto las enzimas del estómago cuyo pH óptimo es ácido.Presencia de cofactores.- Muchas enzimas dependen de los cofactores, sean activadores o coenzimas para funcionar adecuadamente. Para las enzimas que tienen cofactores, la concentración del cofactor debe ser igual o mayor que la concentración de la enzima para obtener una actividad catalítica máxima.

3. Está usted de acuerdo con la interacción enzima-sustrato es análoga a lo de una cerradura y su llave. Explique su respuesta.

R// Este símil fue utilizado por Emil Fischer para describir la complementariedad geométrica entre el sustrato (“llave”) y la enzima (“cerradura”). Cuando el sustrato ha encajado en el centro activo queda constituido el complejo enzima-sustrato.Siguiendo la teoría si estaríamos de acuerdo, ya que según esto cada sustrato es específico para cada enzima y viceversa, así como una llave para una cerradura.

4. Desde el punto de vista enzimático como una fiebre alta puede afectar su actividad? Explique su respuesta.

R// Este factor presenta dos efectos contrapuestos, por un lado el aumento de temperatura produce, de forma general, un aumento en la velocidad de cualquier reacción química; pero por otro lado, las

enzimas experimentan desnaturalización y pérdida de actividad al superar una determinada temperatura. En este caso resulta más difícil determinar como en el pH una temperatura óptima, y las curvas de actividad presentan un incremento inicial de actividad más pronunciado para posteriormente al irse desnaturalizando, decrecer la velocidad de reacción.

5. ¿A qué se debe que una enzima actué mejor a un determinado pH y sea inactiva a otro? Explique.

R// Todas las enzimas tienen en su estructura primaria aminoácidos con grupos radicales ionizables. Dependiendo del pH del medio en el que se encuentren pueden no tener carga, o por el contrario estar cargados, bien positiva o negativamente. Estas cargas sirven para estabilizar la conformación natural de la proteína y cuando el pH las cambia, también se modifica la estructura, llevando en último extremo a la desnaturalización de la proteína, y en el caso de las enzimas a la pérdida de actividad.Dependiendo del medio dónde deba ejercer su acción catalítica, cada enzima tendrá su conformación más adecuada, y por lo tanto su máxima actividad, alrededor de un valor concreto de pH, que recibe el nombre de pH óptimo. El cambio, bien sea hacia valores más altos o más bajos provocará una disminución de la actividad.

Preguntas complementariasDe pH:

1. En que rango de pH considera que es efectivo un

sistema amortiguado: cerca de su pk o en cualquier rango. Explique por qué?

R// El pH de una solución reguladora depende del pK y de la relación Base/Ácido. El pK determina el rango de pH útil de la solución y la relación Base/Ácido define la distancia del pH al pK. La capacidad reguladora es la máxima cantidad de ácido o base que una solución buffer puede neutralizar, depende del pH de la solución y de la concentración.

2. Porque el sistema bicarbonato en el plasma se expresa como bicarbonato/co2.

R// El bicarbonato es un tampón fundamental en el organismo y normalmente está presente en los fluidos biológicos como bicarbonato sódico (siendo el sodio el principal ion positivo en los fluidos extracelulares).

3. En el principal sistema regulador del pH sanguíneo, bicarbonato/carbónico tiene características especiales que hacen que no sea un buen sistema amortiguador in vitro. Cuáles son?

R// El pH normal de la sangre se sitúa entre 7,35 y 7,45, lo que corresponde a una [H+] en torno a 40 nM. Como el pK del tampón bicarbonato es 6,1, bastante alejado del pH normal de la sangre, su eficacia amortiguadora es muy reducida. Sin embargo, su importancia fisiológica es enorme ya que:

El sistema respiratorio permite controlar la presión parcial de CO2 en los pulmones.Los riñones permiten ajustar la [HCO3-] en el plasma.Si el pH de la sangre cae por debajo de 7,35 se produce una acidosis y si sube por encima de 7,45 se produce una alcalosis.Los pulmones y los riñones regulan la presión parcial de CO2 y la [HCO3-], respectivamente, lo que permite mantener el pH de la sangre dentro de los valores normales.

4. De qué manera la hemoglobina regula el pH sanguíneo?

R// Primero, la hemoglobina es capaz de ligar el CO2 producido en los tejidos por medio de sus grupos amino. En los alvéolos pulmonares donde existe una concentración alta de O2, la hemoglobina desoxigenada tiende a liberar su CO2 al plasma sanguíneo y aceptar O2. Luego el CO2 difunde de los capilares al aire.