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CINÉTICA ENZIMÁTICA (MACERACIÓN)

Juan Pablo Arias1; Gina Marcela Ávila Castaño2

1Estudiante de Ingeniería Química. UN-Sede Orinoquia. Km 9 vía Caño Limón-Arauca. juparias@unal.edu.co.

2Estudiante de Ingeniería Ambiental. UN-Sede Orinoquia. Km 9 vía Caño Limón-Arauca. gmavilac@unal.edu.co.

RESUMEN

En esta práctica se realizaron procedimientos para el estudio de la cinética enzimática de la reacción entre peróxido de hidrogeno y la enzima proveniente de la papa amarilla. Por medio de la maceración de la papa se extrajo la enzima y se hizo reaccionar con el en un montaje de recolección de gases y así determinar el volumen del gas desprendido en la reacción, simultáneamente se obtuvo en cuenta el tiempo en el que sucedió la reacción para calcular la velocidad. Además se experimentaron y comprendieron los factores que afectan la velocidad de una reacción química como el efecto de la concentración, el efecto de la temperatura el efecto del cambio de pH. Para esta práctica se utilizaron materiales como el mortero con mano y la para amarilla para la maceración, un montaje para recolección de gases, una jeringa con , NaOH para modificar el pH y los demás implementos básicos que permitieron finalizar la práctica.

INTRODUCCION

Las enzimas son proteínas que catalizan todas las reacciones bioquímicas. Los catalizadores disminuyen la energía de activación de una reacción, al disminuir la energía de activación aumenta la velocidad la cinética enzimática estudia la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas. La mayoría de las reacciones de los sistemas vivos son reversibles, es decir, que en ellas se establece el equilibrio químico. Por lo tanto, las enzimas aceleran la formación de equilibrio químico, pero no afectan las concentraciones finales del equilibrio. [1]

Hay factores que afectan la actividad enzimática:

Concentración del reactivo. 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 reactivo 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

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demasiado, la enzima pierde su actividad. Por el contrario si se disminuye la temperatura la velocidad de disminuye porque se generan menos choques entre partículas.

pH. El pH óptimo de la actividad enzimática es 7, si se aumenta el pH y se obtiene uno muy básico, la reacción no sucede. [2]

La catalasa es una enzima que se encuentra en las células de los tejidos animales y vegetales. La función de esta enzima en los tejidos es necesaria porque durante el metabolismo celular, se forma una molécula tóxica que es el peróxido de hidrógeno, H2O2 (agua oxigenada.) Esta enzima, la catalasa, lo descompone en agua y oxígeno, por lo que se soluciona el problema. La reacción de la catalasa sobre el H2O2, es la siguiente: [3]

2H2O2 + CATALASA O2(g) + 2 H2O

Velocidad de una reacción

La velocidad de una reacción química es la cantidad de producto que ésta genera, o la cantidad de reactivo que consume en una unidad de tiempo. Por lo tanto, la velocidad de descomposición del agua oxigenada puede medirse según la cantidad de oxígeno que se desprende, por ejemplo, en un minuto. Esto se logra midiendo el tiempo y el volumen de gas producido utilizando un montaje para recolección de gases.

PARTE EXPERIMENTAL

MATERIALES, REACTIVOS Y EQUIPOS

Se utilizaron dos vasos de precipitados de 250 mL, un balón de fondo plano, un mortero con mano, una probeta de 50 mL, una probeta de 100 mL, una manguera para recolección de gases, un termómetro, una jeringa, para la extracción de la enzima papa amarilla, para la filtración tela de 30x30 cm, agua oxigenada ( ), NaOH 2M.

PROCEDIMIENTO

Para la extracción de la enzima se peló y pico más de 30 gramos de papa con ayuda del cuchillo, seguidamente se macero hasta obtener la pulpa de lo pesado, se filtró lo macerado a través de un trozo de tela se dejó reposar y se aforó a 100 mL con agua destilada.

MEDIDA DE LA ACCIÓN ENZIMÁTICA

Para determinar la medida de la acción de la enzima en la reacción se construyó el montaje de recolección de gases sobre agua a una temperatura de 37 °C. En el balón del montaje se depositó 10 mL del extracto enzimático, se llevó a 37 °C por medio del baño maría y se le adicionaron por

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medio de la jeringa 2 mL de , se agitó y con un cronometro se determinó el tiempo en que tardaba el oxígeno gaseoso en salir.

EFECTO DE LA CONCENTRACIÓN

Para determinar el efecto de la concentración durante la reacción se realizaron los pasos anteriores excepto el que en vez de adicionar a la enzima 2 mL de peróxido de hidrogeno se adicionaron 4 mL y también se determinó el tiempo trascurrido con respecto a la cantidad de oxigeno recolectado.

EFECTO DEL CAMBIO DE pH

Para medir este efecto antes de adicionarle los 2 mL de H2O2 se hizo un cambio de pH de 7 a 14 adicionando a la enzima 1 mL de Hidróxido de sodio (NaOH), una vez cambiado el pH se siguieron los pasos del primer procedimiento.

EFECTO DE LA TEMPERATURA

Para determinar el efecto de la temperatura en la reacción se siguió el procedimiento inicial pero se le disminuyó la temperatura a 14°C adicionando al baño maría cubos de hielo.

Con los datos recolectados se construyeron las tablas y graficas necesarias para realizar el análisis de los resultados.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

REACCIÓN DEL H2O2 Y LA ENZIMA

H2O2 + ENZIMA O2(g) + H2O

ACCIÓN ENZIMÁTICA

TABLA #1. DATOS DEL VOLUMEN DE O2 RECOLECTADO.

En esta tabla se registraron los datos correspondientes a la recolección del oxígeno y el tiempo gastado durante la reacción.

t (s) VO2 (mL) 0 0

18,41 10

20,31 14

25,17 16

29,19 18

35,88 20

45,61 22

4

GRAFICA #1. TIEMPO VS VOLUMEN DE O2

Esta grafica representa la relación del tiempo con respecto al volumen, se puede observar que el coeficiente de correlación muestra un ajuste lineal adecuando entre los valores, aunque se registraron pocos datos.

TABLA 2. DATOS DEL LN del VOLUMEN DE O2 RECOLECTADO.

En esta tabla se registraron los datos correspondientes al ln del volumen recolectado del oxígeno y el tiempo gastado durante la reacción.

GRAFICA #2. TIEMPO VS Ln VOLUMEN DE O2

R² = 0,9221

0

5

10

15

20

25

30

0 10 20 30 40 50

Series1

Lineal (Series1)

t (s) ln VO2

0 0

18,41 2,30258509

20,31 2,63905733

25,17 2,77258872

29,19 2,89037176

35,88 2,99573227

45,61 3,09104245

5

Esta grafica representa la relación del tiempo con respecto al ln del volumen, se puede observar que el coeficiente de correlación muestra un ajuste lineal muy regular entre los valores, aunque se registraron pocos datos.

TABLA 3. DATOS DEL 1/VOLUMEN DE O2 RECOLECTADO.

En esta tabla se registraron los datos correspondientes a 1 dividido en el volumen recolectado del oxígeno y el tiempo gastado durante la reacción.

GRAFICA #3. TIEMPO VS 1/ VOLUMEN DE O2

R² = 0,6479

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

0 10 20 30 40 50

Series1

Lineal (Series1)

t (s) 1/VO2

0 0

18,41 0,1

20,31 0,07142857

25,17 0,0625

29,19 0,05555556

35,88 0,05

45,61 0,04545455

6

Esta grafica representa la relación del tiempo con respecto 1 dividido en el volumen, se puede observar que el coeficiente de correlación muestra un ajuste lineal muy malo entre los valores, aunque se registraron pocos datos.

ANALISIS: En este experimento se trabajaron en condiciones óptimas de temperatura, concentración y pH=7 lo cual permitió el normal desarrollo de la reacción para obtención de oxigeno gaseoso.

EFECTO DE LA CONCENTRACION EN LA VELOCIDAD DE LA REACCION

TABLA 4. DATOS DEL VOLUMEN DE O2 RECOLECTADO.

R² = -0,372

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0 10 20 30 40 50

Series1

Lineal (Series1)

t(s) VO2

0 0

13,55 12

16,6 15

19,2 18

21,97 23

25,7 26

29,66 29

33,57 32

37,58 35

42,24 37

46,63 40

51,85 43

7

En esta tabla se registraron los datos correspondientes a la recolección del oxígeno y el tiempo gastado durante la reacción. Aumentando de la concentración de peróxido durante la reacción.

GRAFICA #4. TIEMPO vs VOLUMEN DE O2

Esta grafica representa la relación del tiempo con respecto al volumen, se puede observar que el coeficiente de correlación muestra un ajuste lineal adecuando entre los valores, aunque se registraron pocos datos.

TABLA 5. DATOS DEL LN DEL VOLUMEN DE O2 RECOLECTADO.

R² = 0,8582

0

10

20

30

40

50

60

70

0 20 40 60 80 100

Series1

Lineal (Series1)

57,27 45

64,19 47

71,76 48

80,58 50

t(s) ln VO2

0 0

13,55 2,48490665

16,6 2,708050201

19,2 2,890371758

21,97 3,135494216

25,7 3,258096538

29,66 3,36729583

33,57 3,465735903

37,58 3,555348061

42,24 3,610917913

46,63 3,688879454

8

En esta tabla se registraron los datos correspondientes al ln del volumen recolectado del oxígeno y el tiempo gastado durante la reacción. Se obtuvieron estos datos aumentando la concentración de peróxido durante la reacción.

GRAFICA #5. TIEMPO VS Ln VOLUMEN DE O2

Esta grafica representa la relación del tiempo con respecto al ln del volumen, se puede observar que el coeficiente de correlación muestra un ajuste lineal muy regular entre los valores, aunque se registraron pocos datos.

TABLA 6. DATOS DEL 1/ VOLUMEN DE O2 RECOLECTADO.

R² = -0,518

0

1

2

3

4

5

6

7

0 20 40 60 80 100

Series1

Lineal (Series1)

51,85 3,761200116

57,27 3,80666249

64,19 3,850147602

71,76 3,871201011

80,58 3,912023005

t(s) 1/VO2

0 0

13,55 0,083333333

16,6 0,066666667

19,2 0,055555556

21,97 0,043478261

25,7 0,038461538

29,66 0,034482759

33,57 0,03125

9

En esta tabla se registraron los datos correspondientes a 1 dividido en el volumen recolectado del oxígeno y el tiempo gastado durante la reacción.

GRAFICA #6. TIEMPO VS 1/ VOLUMEN DE O2

Esta grafica representa la relación del tiempo con respecto 1 dividido en el volumen, se puede observar que el coeficiente de correlación muestra un ajuste lineal muy malo entre los valores, aunque se registraron pocos datos.

ANÁLISIS: Al aumentar la concentración del peróxido de hidrógeno aumentó notoriamente el volumen y la cantidad de gas recolectado ya que al haber mayor cantidad de partículas que reaccionen (colisionen) por lo tanto aumenta la velocidad de la reacción. [4]

Cuando se aumenta la concentración del sustrato en esta caso del peróxido de hidrogeno,

aumenta la velocidad porque todos los sitios activos están saturados y cuando alcanza la máxima

velocidad, esta se hace constante.[5]

37,58 0,028571429

42,24 0,027027027

46,63 0,025

51,85 0,023255814

57,27 0,022222222

64,19 0,021276596

71,76 0,020833333

80,58 0,02

R² = 0,1995

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0 20 40 60 80 100

Series1

Lineal (Series1)

10

EFECTO DE LA TEMPERATURA EN LA REACCION A 14°C

TABLA #7. DATOS DEL VOLUMEN DE O2 RECOLECTADO.

t(s) VO2

0 0

24 10

26 12

36 14

39 16

66 18

En esta tabla se registraron los datos correspondientes a la recolección del oxígeno y el tiempo gastado durante la reacción. La información recolectada se obtuvo en base a la temperatura 14°c

GRAFICA #7. TIEMPO VS VOLUMEN DE O2

Esta grafica representa la relación del tiempo con respecto al volumen, se puede observar que el coeficiente de correlación muestra un ajuste lineal adecuando entre los valores, aunque se registraron pocos datos.

R² = 0,7851

0

5

10

15

20

25

0 20 40 60 80

Series1

Lineal (Series1)

11

TABLA #8. DATOS DEL LN DEL VOLUMEN DE O2 RECOLECTADO.

t(s) ln VO2

24 2,302585093

26 2,48490665

36 2,63905733

39 2,772588722

66 2,772588722

En esta tabla se registraron los datos correspondientes al ln del volumen recolectado del oxígeno y el tiempo gastado durante la reacción. Según las condiciones de la temperatura a 14°c.

GRAFICA #8. TIEMPO vs ln VOLUMEN DE O2

Esta gráfica representa la relación del tiempo con respecto al ln del volumen, se puede observar que el coeficiente de correlación muestra un ajuste lineal muy regular entre los valores, aunque se registraron pocos datos.

GRAFICA #9 TIEMPO vs 1/VOLUMEN O2

R² = 0,598

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 20 40 60 80

Series1

Lineal (Series1)

t(s) 1/VO2

0 0

24 0,1

26 0,083333333

36 0,071428571

39 0,0625

66 0,055555556

12

En esta tabla se registraron los datos correspondientes a 1 dividido en el volumen recolectado del oxígeno y el tiempo gastado durante la reacción.

GRAFICA #9. TIEMPO VS 1/ VOLUMEN DE O2

Esta grafica representa la relación del tiempo con respecto 1 dividido en el volumen recolectado de acuerdo al descenso de temperatura, se puede observar que el coeficiente de correlación muestra un ajuste lineal muy malo entre los valores, aunque se registraron pocos datos.

ANALISIS: según los resultados obtenidos se puede determinar que al bajar la temperatura se disminuye la velocidad de la reacción por ende la acción de la enzima en la reacción disminuye lo que hace que las partículas tenga menos interacción entre si y el volumen del gas producido sea menor. [4]

EFECTO DEL CAMBIO DEL pH: DE 7 A 14

En este experimento la reacción no sucedió debido a que la condición óptima para que la enzima reaccione es de un pH cercano a 7 porque aumenta la velocidad, en condiciones tan básicas la enzima no se activa y por tanto la reacción no sucede. [5]

ANÁLISIS DE LAS GRAFICAS:

Después de representar gráficamente los resultados del experimento se determinó que la reacción era de orden 0 ya que de las gráficas realizadas del tiempo vs volumen de O2, del tiempo vs logaritmo natural de volumen de O2 y del tiempo vs 1/volumen de O2, la primera gráfica tuvo el coeficiente de correlación más adecuado.

R² = 0,1371

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0 20 40 60 80

Series1

Lineal (Series1)

13

VELOCIDAD DE LA REACCION SEGÚN LAS CONDICIONES

t(s) VO2 con 2 mL de

peróxido de hidrogeno

VO2 con 4 mL de

peróxido de hidrogeno

VO2 con pH 14 VO2 con temperatura

de 14°C

15,98 8 15 0 0

22,74 15 20 0 8

27,18 18 28 0 18

Tabla #10 influencia de las condiciones según la velocidad en un mismo tiempo.

Cálculos a los 2mL:

Cálculos a los 4 mL:

Cálculos con pH 14:

Cálculos a temperatura de 14°C

CONCLUSIONES

El aumento de la concentración del H2O2 en la reacción con una enzima proveniente de la papa amarilla permitió acelerar la formación de los productos.

Mediante las gráficas realizadas del tiempo vs volumen de O2, del tiempo vs logaritmo natural de volumen de O2 y del tiempo vs 1/volumen de O2 se determinó que la reacción era de orden 0 ya que la primera gráfica tuvo el coeficiente de correlación más adecuado.

La adición de NaOH a la reacción disminuye el pH y hace que la reacción no suceda.

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFIAS

1. http://www.ehu.es/biomoleculas/enzimas/enz3.htm#e 14/11/11 2. http://genesis.uag.mx/edmedia/material/quimicaII/enzimas.cfm 14/11/11 3. http://html.rincondelvago.com/efecto-del-ph-en-la-enzima-catalasa.html 4. Palomeque, L; Molina M. Universidad Nacional de Colombia -Sede Caribe. San Andrés

Islas. 5. www.telmeds.org/.../Biología-135a-laboratorio-Resumen-seg...