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INFORME DE LABORATIO N° 5

“ESTUDIO DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA DE LA CATALAZA”

“UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLÓGICA DE LIMA SUR”

Carrera Profesional de Ingeniería Ambiental

DOCENTE:

Blga. Carmen Rosa Terry Borjas

INTEGRANTES:

Ayma Choque, Elizabeth

Gutierrez Grados, Kelvin

Hoyos Trujillo, Michelle

Olave Choquecahuana, Joel

Salazar navarro, Karol

INTRODUCCIÓN

Las reacciones químicas que se dan en los seres vivos no podrían tener lugar sin la presencia de los enzimas. Estas macromoléculas, que generalmente son proteínas, catalizan las reacciones bioquímicas, permitiendo que los sustratos se conviertan en los productos que necesita la célula. Como todo catalizador, los enzimas no se consumen en las reacciones que catalizan, pero a diferencia de otros catalizadores de naturaleza inorgánica, las reacciones que catalizan son muy específicas: sólo interaccionan con determinados sustratos, y sólo facilitan el curso de determinadas reacciones. Un enzima que podemos encontrar en todos los seres vivos es la catalasa, necesaria para descomponer el peróxido de hidrógeno, un compuesto tóxico, que se produce durante el metabolismo celular.

La catalasa es una enzima presente en los peroxisomas de las células de todos los tejidos animales y vegetales. Actúa sobre el peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) descomponiéndolo en agua y oxígeno, y liberando energía en forma de calor. El agua oxigenada es un producto resultante de las reacciones metabólicas y si no se destruye puede ser tóxica para la célula. Si se pone un tejido en contacto con el agua oxigenada se observa la aparición de efervescencia (producción de oxígeno).

OBJETIVOS

Identificar la presencia de la enzima catalasaen los tejidos animales (hígado de pollo) y vegetales (papa).

Comprobar la acción del pH sobre la actividad de la enzima. Identificar la acción de la temperatura sobre la actividad de la enzima.

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MARCO TEÓRICO

1. ENZIMA:

Una enzima es una proteína que cataliza las reacciones bioquímicas del metabolismo. Las enzimas actúan sobre las moléculas conocidas como sustratos y permiten el desarrollo de los diversos procesos celulares.

Es importante determinar además de todo lo expuesto que las enzimas se caracterizan por contar con una serie de señas de identidad propias que las determinan en todos y cada uno de sus aspectos. En este sentido podemos exponer, por ejemplo, que poseen la capacidad para contar con unos tamaños muy diferentes de tal modo que hay desde las que tienen 2.500 aminoácidos hasta las que, sin embargo, rondan los 50.Y además poseen elementos fundamentales para su funcionamiento tales como el centro activo o la cadena de aminoácidos, entre otros muchos más.

Las

enzimas tienen características muy singulares e importantes, ya que gracias a estas características pueden realizar las actividades correspondientes de manera segura y efectiva. A continuación mencionaremos algunas de estas características:

Las enzimas son catalizadores orgánicos, que no son afectados por la reacción que catalizan, además de ser  muy potentes y eficaces. La actividad catalítica de una enzima facilita su identificación.

Las enzimas catalizan la formación o rotura de enlaces covalentes

Su elevada especificidad es su mayor característica. Actúan en baja concentración; No se necesita gran cantidad de ellas para realizar

la acción de manera eficiente, ya que  son activas a concentraciones pequeñas. No sufren modificaciones durante la reacción; su composición y forma no son

transformadas en ninguna parte de la reacción, se recuperan intactas.

No afectan el equilibrio de la reacción, pero si su velocidad, debido a que su trabajo es catalizar la reacción.

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Son sumamente específicas; tienen un trabajo específico y solo son usadas para ello, su actividad está regulada y actúan en el mismo lugar donde se segregan.

Estructura Enzimática:

Por su estructura y composición química puede afirmarse que el origen de las enzimas está vinculando al origen de las sustancias proteicas. Al hablar del origen de la vida se ha citado el éxito de los experimentos realizados en el laboratorio para la producción de aminoácidos; estos aminoácidos son los que precisamente constituyen la base del edificio proteico. También en el laboratorio se ha intentado la síntesis de proteínas a partir de aminoácidos.La sede de las enzimas es el citoplasma. Los cloroplastos vegetales contienen una amplia gama enzimas encargadas de la función clorofílica, proceso que a través de reacciones químicas complejas y encadenadas transforman compuestos inorgánicos, como el agua, y el anhídrido carbónico, en sustancias complejas adecuadas para ser entre otras cosas el alimento fundamental de los animales.

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.

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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.

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. Estareg la 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.

2. ENZIMA CATALASA:

La catalasa en una enzima que la podemos encontrar en muchos organismos vivos, y  cataliza la reacción de descomposición del peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno.El peróxido de hidrógeno es uno de los productos del metabolismo celular en diversos organismos, pero dada su potencial toxicidad, es transformado enseguida por la enzima catalasa.

En la industria, se también se utiliza la enzima catalasa, para diferentes fines. Por ejemplo, se usa en la industria textil, para eliminar residuos de peróxido de hidrógeno.

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CARACTERISTICAS DE LA ENZIMA CATALASA:

FUNCIÓN:

La función principal de la catalasa es oxidar y descomponer el peróxido de hidrógeno que se crea dentro de las células. El peróxido de hidrógeno daña las proteínas dentro de las células. El compuesto se forma cuando el oxígeno reacciona con otras moléculas, y crea súper radicales. Otra enzima, la superóxido dismutasa, convierte estos radicales en peróxido de hidrógeno. La catalasa también juega un papel en la oxidación del formaldehído, alcoholes, fenoles y ácido fórmico dentro de la célula.

PROCESOS:

La enzima catalasa descompone a la molécula de peróxido de hidrógeno en un proceso de dos pasos. La primera etapa implica que la enzima choque con la molécula de peróxido de hidrógeno. Un átomo de oxígeno del peróxido de hidrógeno se une a un átomo de hierro en la catalasa. Un segundo peróxido de hidrógeno es entonces capaz de unirse a la enzima catalasa, que luego rompe la molécula y la convierte en agua y gas oxígeno.

ESTABLE Y RÁPIDA:

La molécula de catalasa es muy estable. Esta estabilidad es necesaria ya que la enzima tiene que trabajar para romper reactivos químicos dentro de la célula de forma rápida y eficiente. Si fuera inestable, estas moléculas reactivas serían capaces de descomponerla y causar daño a la célula. La enzima se compone de cuatro subunidades idénticas a las que se pueden unir otras moléculas. En la célula, cada molécula de catalasa puede romper millones de moléculas de peróxido de hidrógeno en menos de un segundo.

FORMA:

La forma de la enzima catalasa es ligeramente diferente para cada tipo de célula. En los seres humanos, la catalasa utiliza iones de hierro para sujetar al peróxido de hidrógeno. Muchas bacterias pueden utilizar enzimas catalasa más grande para atacar al peróxido de hidrógeno. Otras formas de bacterias utilizan iones de manganeso en lugar de los iones de hierro dentro de la célula.

USOS:

La catalasa se ha estudiado ampliamente, ya que está presente en todos los organismos vivos. Esto ha llevado a que la enzima se utilice para muchos propósitos, como para eliminar el peróxido de hidrógeno a partir de la leche antes de que se procese en queso. También se puede encontrar en desinfectantes de lentes de contacto y está también en envolturas de alimentos para evitar la oxidación y mantener los alimentos frescos durante períodos más largos de tiempo.

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MATERIALES Y PROCEDIMIENTO

A. Materiales:

1. Muestras

Papa Hígado de pollo

2. Instrumentos

Bisturí o cuchillo Pinzas Tubos de ensayo Gradillas para tubos Mechero Mortero

3. Reactivos

HCl 0.1M o HNO3

NaOH 0.1M Hielo Peróxido de hidrogeno H2O2

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B. Procedimiento

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1. Triturar la papa y el hígado y color en 5 tubos cada uno de igual tamaño (1gr. Aprox.). Rotular los tubos con los números 1, 3, 5, 7, 9 y añadir la papa, y a los tubos 2, 4, 6, 8 y 10 añadir el hígado.

2. Al tubo 1 y 2 agregar 2ml de H2O2 a cada uno de ellos.

3. En los tubos 3 y 4 añadir 2ml de agua para hervir la muestra. Hervir durante unos 5 minutos, luego retirar el agua sobrante y agregar 2ml de H2O2.

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5. A los tubos 7 y 8 agregar 2ml de la disolución de NaOH 0.1M, esperar 5 minutos y agregar 2ml de H2O2.

6. A los tubos 9 y 10 hay que en un entorno helado durante 30 minutos, luego agregar inmediatamente 2ml de H2O2.

RESULTADOS

N°TUBO DE TRATAMIENTO

RESULTADO OBSERVADO

EXPLICACIÓN

1 PATATA + 2 ml H2O2Hay poco burbujeo

La catalasa es una enzima antioxidante, cataliza la dismutación del peróxido de hidrogeno (H2O2) en agua y oxigeno2

HIGADO + 2 ml H2O2Hay mucho

burbujeo

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PATATA + T°+ 2 ml H2O2 Hay poco burbujeoHay cambio de

color en la patata

La decadencia de la actividad enzimática a temperaturas mayores 25°C, se produce por efecto térmico de la temperatura sobre la estructura proteínica terciaria.4

HIGADO + T° +2 ml H2O2 Hay poco burbujeoHay cambio de

color en la hígado

5PATATA + 2mlHNO3 +2 ml

H2O2Hay un mínimo de

burbujeo

Los hidróxidos poseen propiedades básicas, 7<pH mientras que en los ácidos el pH<7. Los aminoácidos ionizables que conforman el sitio activo de la catalasa sufren modificaciones iónicas ejercidas por el pH, lo que disminuye la afinidad de la enzima hacia su sustrato (H2O2).La enzima sufre el proceso de desnaturalización irreversible.

6HIGADO +2 ml HNO3 +2 ml

H2O2

7PATATA +2 ml NaOH +2ml

H2O2

Hay un mínimo de burbujeo

8HIGADO +2ml NaOH +2 ml

H2O2

9PATATA +T° + 2 ml H2O2

Menos burbujeo que a temperatura

ambiente

Las bajas temperaturas disminuyen la actividad enzimática de la catalasa

10HIGADO + T° + 2 ml H2O2

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CONCLUSIÓN

A través de la experimentación pudimos observar las reacciones de la enzima Catalasa a diferentes temperaturas y pH, y al comparar con la teoría vemos que reacciona de manera diferente y se pudo determinar que el pH óptimo para que reacciones es de alrededor de un pH 3 - 9 y por encima de un pH 7.0 y se activa a una temperatura de 0 °C - 65º C, porque el peróxido de hidrógeno inactiva la Catalasa.

CUESTIONARIO

1. De acuerdo a sus resultados obtenidos ¿Cuál es la temperatura y pH óptimo de la catalasa? Explique.

La catalasa se activa a una temperatura de 0 - 65º C, porque el peróxido de hidrógeno inactiva la Catalasa, como ésta a su vez cataliza rompiendo la molécula (H2O2), es difícil establecer la relación actividad/temperatura, sin embargo la actividad inicial es más rápida a temperaturas altas, la capacidad total es más grande al reducir temperaturas. 

pH

La Catalasa tiene una óptima actividad de alrededor de un pH 3 - 9 y por encima de un pH 7.0 la actividad decrece, sin embargo un pH 10, más del 50 % de actividad sobra. 

ALMACENAMIENTO 

Su actividad máxima es mantenida en un ambiente entre 2 - 4º C, bajo estas condiciones la enzima se encontrará estable por un año. 

2. Explique el fundamento de cada una de las pruebas desarrolladas.

INCIDENCIA DEL pH SOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA

La mayoría de las enzimas poseen un pH característico al cual su actividad es máxima; por encima o por debajo de ese pH, la actividad disminuye. El Km no es un valor fijo, sino que puede variar en dependencia del pH del medio. Por ello se midió la actividad de la catalasa sometida a diferentes pH para registrar el comportamiento del Km (concentración de H2O2, que ha consumido la catalasa para alcanzar la mitad de su velocidad máxima) en función del pH.

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La actividad enzimática a valores de pH extremos disminuye totalmente, la enzima sufre el proceso de desnaturalización irreversible.

Los aminoácidos en los seres vivos adoptan carga eléctrica, esto depende del pH del medio en el cual se encuentran. Cuando están ionizados se les llama Zwitteriones.

Los residuos de los aminoácidos ionizables que conforman el sitio activo de la catalasa (Histidina y cisteína, son fundamentales en el proceso catálisis), sufren modificaciones iónicas ejercidas por el pH, lo que disminuye la afinidad de la enzima hacia su sustrato (H2O2).

Otro efecto posible es que el pH indujo cambios en la conformación terciaria de la proteína que dificulto la formación del complejo E-S o retardo la descomposición de este producto nativo, en agua más oxígeno.

ACTIVIDAD ENZIMATICA EN DEPENDENCIA DE LA TEMPERATURA

Al igual que el pH, el efecto de la temperatura sobre la velocidad de las reacciones enzimáticas es también complejo. En el estudio se midió la actividad de la catalasa a dos temperaturas diferentes, si se compara la actividad a temperaturas menores a 25°C, se registra un incremento en la actividad en un 20% a los 25°C. En este punto es probable que el incremento de la temperatura incida en el aumento de las probabilidades de encuentro o de choque entre las moléculas de reactivos (enzima y sustrato), lo que aumenta la velocidad de reacción. Por otro lado, si se compara la actividad catalítica a temperaturas mayores a 25° C, se registra un 10% en la disminución en la reacción enzimática, porque el incremento de la temperatura supone un aumento en la velocidad de desnaturalización, induciendo desplegamientos o afloramientos de aminoácidos con residuos hidrofóbicos sobre la superficie dela catalasa, que es una proteína globular.

Es probable que la decadencia de la actividad enzimática a temperaturas mayores 25°C, sea producto del efecto térmico de la temperatura sobre la estructura proteínica terciaria.

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La actividad catalítica de la enzima tiene un perfil sigmoideo sencillo en forma de campana.

3. ¿Qué sucede cuando se pone peróxido de hidrógeno en una herida? ¿Qué sugiere la evidencia?

Al contacto del peróxido de hidrogeno con la herida se evidencia pequeñas burbujas, esto es debido a una reacción química en la que se rompe la molécula de peróxido dehidrogeno dando lugar a oxígeno y agua, esto es posible a la participación de la enzima catalasa que hace más fácil la ruptura del enlace.

4.

Explique porqué tantas especies producen la enzima catalasa.

Porque la Catalasa es una enzima cuya función es descomponer el H2O2(Peróxido de H) en Agua y O2 molecular. El H2O2 es una sustancia tóxica para la célula de tal manera que debe ser degradada químicamente. Gracias a los Peroxisomas que sintetizan este catalizador el H2O2 es descompuesto evitando que la célula muera por Toxicidad de este compuesto inorgánico. 

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5. Explique las características estructurales y funcionales de la catalasa y su importancia en los seres vivos.

Esta enzima es una metal proteína tetramérica, cuyo peso molecular se encuentra en el rango de 210-280 kD. Consta de 4 subunidades idénticas que se mantienen unidas por interacciones no covalentes. Cada subunidad contiene un grupo prostético de protoporfirina IX y el contenido protomédico y el de hierro representan un 1,1 % y 0,09 % respectivamente del peso molecular total de la enzima.

La catalasa cumple la función catalítica.

Importancia de la catalasa

Se aprovecha para utilizar el peróxido de hidrógeno como desinfectante cuando se echa a una herida.

Un estudio del 2006 del Instituto de Citología y Genética determinó que el estrés oxidante, la acumulación de proteína y el daño al ADN podrían reducirse en presencia de enzimas antioxidantes, incluyendo la catalasa y el glutatión presentes en los extractos de citosol y de la mitocondria de las células del hígado de las ratas.

Este estudio también descubrió que los suplementos dietéticos incrementan la actividad de la catalasa en el mitocondria del hígado de las ratas produciendo una menor disfunción mitocondrial y desacelerando el proceso de envejecimiento en dichos animales.

BIBLIOGRAFÍA

http://www.uacj.mx/ICB/redcib/Documents/REB_DOC/2003/06/2003-2_LA%20ESTRUC_.pdf

Definición de enzima - Qué es, Significado y Concepto http://definicion.de/enzima/#ixzz3dewjiZ7F

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Enzima catalasa | La Guía de Química http://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/enzima-catalasa#ixzz3df03dXPp

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