Estudi dels factors que influeixen en una reacció enzimàtica

Bruno Jesús Borre

Plantejament i objectius

Vaig decidir aquest tema perquè vaig veure que tenia una part pràctica important i interessant i això em va agradar. A més a més, té relació amb els estudis als que voldria accedir, el grau de Bioquímica i Biologia Molecular.

L’objectiu principal del treball és entendre com actuen els enzims i quins factors fisicoquímics influeixen amb aquesta acció.

Metabolisme cel·lular i reaccions enzimàtiques

El metabolisme cel·lular fa referència al conjunt de reaccions químiques que es produeixen dins d’una cèl·lula .

Es distingeixen 2 tipus de reaccions metabòliques: Les reaccions catabòliques són aquelles en que es degrada la matèria

orgànica, produint-se la transformació de molècules complexes en altres de més senzilles.

Les reaccions anabòliques són les que s’encarreguen de produir molècules complexes a partir d’altres senzilles.

En aquestes reaccions hi intervenen unes proteïnes anomenades biocatalitzadors, o bé enzims. Són molècules especialitzades en la catàlisi i regulació de les reaccions biològiques.

Estructura d'un enzim

Els enzims són proteïnes. Poden ser de 2 tipus: Proteics. Holoenzims.En tots els enzims es poden distingir tres tipus d’aminoàcids: Aminoàcids estructurals. Aminoàcids de fixació Aminoàcids catalitzadors.El centre actiu és el lloc on s’inseriran els substrats o reactius.

Estructura d’un enzim .

Com funciona un enzim?

Enzim + Substrat → Complex activat (enzim-substrat) → Enzim + producte

Funció d’un enzim.

Ref. www.arrakis.com Centre actiu i enllaços que es formen entre el enzim i el subststrat .

Propietats dels enzims

Són molècules que acceleren molt la reacció, fins i tot en concentracions molt petites.

No es consumeixen durant la reacció; per això, quan aquesta acaba n’hi ha la mateixa quantitat que al principi.

Són molt actius. Alguns aconsegueixen augments de la velocitat de reacció de més d’un milió de vegades.

Tenen un pes molecular molt elevat.

Són molt específics, i això els permet actuar en una reacció determinada sense alterar-ne d’altres.

Factors que influeixen en una reacció enzimàtica

Els factors que poden alterar les reaccions enzimàtiques són:

– Temperatura

– PH

– Concenctració de substrat

– La inhibició

– La al·losteria

Factors que influeixen en una reacció enzimàtica

Gràfica VReacció - Tª .

La temperatura

Gràfica VReacció – pH .

El pH

Factors que influeixen en una reacció enzimàtica

Gràfica VReacció - Concentració de substrat.

La concentració de substrat

Factors que influeixen en una reacció enzimàtica

Inhibició

És quan l’activitat enzimàtica es redueix o s’elimina. Hi han dues maneres de inhibició :

La reversible (competidors) La irreversible (verins)

Factors que influeixen en una reacció enzimàtica

Mecanisme al·lostèric.

Al·losteria

Part Pràctica: hipòtesis

Les hipòtesis de partida són:

Donada una reacció química la intervenció d’un enzim augmentarà la seva velocitat.

La concentració d‘enzim afectarà la velocitat d’una reacció enzimàtica.

La concentració de substrat afectarà la velocitat d’una reacció enzimàtica.

Els canvis de temperatura afectaran la velocitat d’una reacció enzimàtica.

Els canvis de pH modificaran la velocitat d’una reacció enzimàtica.

Pràctica 1 - Efecte de la concentració de l’enzim sobre l’activitat enzimàtica

Introducció:

L'α-amilasa és un enzim secretat per les glàndules salivals i pel pàncrees que catalitza la hidròlisi del midó, molècula de reserva energètica en plantes. Una manera molt fàcil de seguir l’activitat de l'α-amilasa sobre el midó és utilitzant lugol com a indicador.

Objectiu:

Analitzar la velocitat d’acció d’un enzim en funció de la seva concentració.

Hipòtesi:

Donada una reacció química la intervenció d’un enzim augmentarà la seva velocitat.

La concentració d‘enzim afectarà la velocitat de degradació del midó.

Procediment

Pràctica 1 - Efecte de la concentració de l’enzim sobre l’activitat enzimàtica

Preparació d’una solució enzimàtica(solució mare) a partir d’una pastilla de Pancreoflat, que conté l’enzim α-amilasa, diluïda en 100ml d’aigua destil·lada i repartida en 8 tubs d’assaig amb 4 quantitats diferents de la solució(5, 2,5,0,5, 0), és a dir, 4 tubs però ho vaig fer per duplicat.

Preparació d’una segona solució de midó 0,5% també repartida en 8 tubs d’assaig. Cadascun conté 10ml de la solució de midó. Afegim lugol.

A continuació barregem tub amb tub ja que estaven retolats de l'1 al 4 i esperem quan tarda en desaparèixer la coloració fosca del lugol.

Resultats de la pràctica 1

Temps (min) que triga en desaparèixer la coloració obscura

Rèplica 1 Rèplica 2

Solució 1 4 4

Solució 2 6 6

Solució 3 7 7

Solució 4 - -

[60 uph/ml] [30 uph/ml] [6 uph/ml] Control0

1

2

3

4

5

6

7

8

Temps(min) que triga en desaparèixer la coloració fosca

(Concentració d'enzim)T

em

ps

(m

in)

Pràctica 2 - Efecte de la concentració de substrat sobre l’activitat enzimàtica

Introducció

Objectiu:

Analitzar la velocitat d’acció d’un enzim en funció de la concentració del substrat.

Hipòtesi:

La concentració del substrat afectarà la velocitat de degradació del midó.

Procediment

Preparem una solució enzimàtica igual a l'anterior pràctica, però aquesta vegada, agafem sols 4 tubs d’assaig i els afegim a tots 5 ml de la solució. Els retolem de l'1 al 4.

Preparem una solució de midó 2%, repartida en 4 tubs d’assaig amb quantitats de 0,5, 1, 1,5 i 2 ml de la solució i els afegim lugol. També els retolem del l'1 al 4.

Barregem els tubs de la primera solució amb els de la segona, i esperem que desapareixi la coloració fosca del lugol.

Resultats de la pràctica 2

Temps que triga en desaparèixer la coloració obscura

Rèplica 1 Rèplica 2 Velocitat de transformació(mg/min)

Solució mare (2ml) 2 2 0,4

Dilució 1:2 (1,5 ml) 3 3 0,333

Dilució 1:3 (1 ml) 4 4 0,375

Dilució 1:4 (0,5 ml) 5 5 0,4

0 0,5 ml midó 1 ml midó 1,5 ml midó 2 ml midó0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Velocitat de reacció

Pràctica 3 - Efecte de la temperatura sobre l’activitat enzimàtica

Introducció:

Tots els éssers vius produïm la catalasa, un antioxidant que descompon el peròxid de hidrogen (H

2O

2) , i allibera H

2O en forma liquida i l'O

2 en forma gasosa produint-se com a conseqüència

bombolles fàcilment observables. El H2O

2 és una substancia tòxica per a les nostres cèl·lules i per

tant la catalasa ajuda a fer-la desaparèixer ràpidament per evitar danys cel·lulars.

Objectiu:

Analitzar la velocitat d’acció d’un enzim en funció de la temperatura. Com a variable depenent (la que mesurarem) utilitzarem la quantitat d’oxigen generat.

Hipòtesi:

Els canvis de temperatura afectaran la velocitat de la reacció enzimàtica.

Procediment

Tallem una patata en petits trossos i posem la mateixa quantitat d’aquesta en 6 tubs d’assaig. Traslladem el primer tub a un congelador que estava a 0ºC, el segon a una nevera que estava a 6ºC que està a 0ºC, al tercer, quart i cinquè a uns forns de laboratoris, els quals estan a 37ºC, 45ºC i 60ºC respectivament. El sisè ho deixem a la intempèrie, a temperatura ambient . A continuació mesurem l’alçada de l’escuma formada amb un regle.

Resultats de la pràctica 3

Congelador 0ºCNevera 6ºC

Temperatura ambient 25ºCEstufa de laboratori 37ºC

Estufa de laboratori 45ºCEstufa de laboratori 60ºC

012345678

Cms d'escuma

Pràctica 4 - Efecte del pH sobre l’activitat enzimàtica

Introducció:

El fonament teòric d’aquesta prova és el mateix que el de la prova anterior.

Objectiu:

Analitzar la velocitat de reacció d’un enzim en funció del pH.

Hipòtesi:

Els canvis de pH modificaran la velocitat d’una reacció enzimàtica.

Procediment

Triturem la patata amb el morter, preparem plaques de petri ien cadascuna d’elles hi haurà un pH diferent (2,4,5,7,8,10 i 11). Posem la mateixa quantitat de patata a totes les plaques i desprès de 5 minuts traslladem la mostra de patata a tubs d’assaig amb 10 ml d’aigua oxigenada. 5 min més tard, mesurem la quantitat d’escuma com a indicador del oxigen alliberat i per tant de la velocitat de reacció.

Resultats de la pràctica 4

2 4 5 7 8 10 110

0.51

1.52

2.53

3.54

4.55

Velocitat de reacció (cms d'escuma)

(pH)

Cm

s d

'es

cum

a

Conclusions finals

La intervenció d’un enzim en una reacció química augmenta la seva velocitat d’una forma molt efectiva.

Quan augmenta la quantitat d’enzim que intervé en una reacció també augmenta la velocitat d’aquesta reacció.

Quan la concentració de substrat augmenta també ho fa la velocitat de la reacció enzimàtica.

Les reaccions enzimàtiques es veuen afectades per la temperatura i el pH.

Tots els enzims tenen una temperatura i un pH òptim al que treballen a una velocitat màxima. Segons els meus experiments la temperatura òptima estaria al voltant de 25 ºC i el pH òptim per 5.

Agraïments i valoració personal

Vull agrair la col·laboració i l’empeny de la meva tutora Lourdes Tablado i acabar fent la següent valoració personal:

Gràcies a aquet treball he pogut aprendre i entendre molt més aquestes molècules i estic molt content d’haver escollit aquest tema. Espero que en un futur, als meus estudis, aquest treball de recerca em sigui de gran utilitat.

Moltes gràcies per la vostra atenció