Lina Marcela Ramírez JiménezDocente biología Universidad del Quindío Correo electrónico:
[email protected] PRÁCTICA DE LABORATORIO 4 GRADO ONCE CONOZCAMOS LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA OBJETIVOS: Demostrar la presencia de catalasa en tejidos animales y vegetales. Identificar el comportamiento de la catalasa en los diferentes organismos. Determinar el efecto de la temperatura y el pH sobre la actividad enzimática. INTRODUCCIÓN: Las células llevan a cabo simultáneamente una gran cantidad de reacciones químicas necesarias para la vida. Muchos de los productos de esas reacciones se necesitan inmediatamente, y si no fuera por la participación de las enzimas, algunas reacciones no se producirían tan rápido. Las enzimas son un tipo de biomoléculas caracterizadas por ser proteínas de funcionalidad catalítica que aceleran o retardan la velocidad a la cual las reacciones ocurren. Existe una amplia clasificación de enzimas, cada una de las cuales es responsable de una reacción específica reconociendo un sustrato en particular, el cual le da a la enzima una alta especificidad. Las enzimas actúan sobre un sustrato (sustancia sobre la cual actúa la enzima), estos sustratos son específicos para cada enzima, formando un complejo enzima – sustrato, esto ocurre en un lugar específico conocido como el sitio activo de la enzima (figura 1.). Figura 1. Reacción con participación de una enzima. Se forma el complejo enzima – sustrato al unirse la enzima a los sustratos en lugares específicos donde “encajan” los sustratos. Se forma el producto y la enzima no se altera en el proceso; quedando libre para otra reacción. La catalasa es una enzima que se encuentra en las células animales y vegetales, su función en este tipo de tejidos es muy importante debido a que durante el metabolismo celular se forma una sustancia tóxica para la célula que es el peróxido de hidrogeno (H 2 O 2 ). La catalasa descompone el H 2 O 2 en sus dos componentes agua y oxígeno, sustancias no dañinas para las células de los tejidos. A continuación se muestra la reacción de la catalasa sobre el H 2 O 2 : Lina Marcela Ramírez Jiménez Docente biología Universidad del Quindío Correo electrónico:
[email protected] Además, la catalasa cumple una función protectora contra determinados microorganismos patógenos, sobre todo anaerobios. Las bacterias anaerobias, mueren al estar en contacto con oxígeno, es por esta razón que el oxígeno producido por esta enzima tiene efecto bactericida sobre estos microorganismos. Tanto es así, que la ausencia de dicha enzima por defectos genéticos, llamada acatalasemia o enfermedad de Takahara, causa importantes infecciones en la mucosa bucal, pudiendo llegar a causar la pérdida de dientes y graves lesiones en los maxilares y tejidos blandos de la cavidad bucal. Existen dos factores que alteran o modifican la actividad enzimática: la temperatura y el pH. Todas las enzimas son proteínas. Por lo tanto, todas las enzimas sufren desnaturalizarción frente al calor. Esto quiere decir que cuando la temperatura es muy elevada, la enzima pierde su estructura terciaria, por lo tanto su sitio activo también se desnaturaliza, y ya no puede cumplir su función. Por otro lado, las enzimas poseen un pH característico donde su actividad es máxima: por encima o por debajo de ese pH la actividad disminuye. La relación pH – actividad enzimática, constituye un factor de regulación intracelular de la actividad enzimática. MATERIALES: Tubos de ensayo grandes Placas de porcelana HCl 3M Pinzas de madera Termómetro NaOH 3M Gradillas Champiñón (estudiante) Peróxido de hidrógeno Goteros Hígados de pollo (estudiante) Hielo Licuadora Papa (estudiante) Agua Baño María Espinaca (estudiante) Trapo Congelador Sal (estudiante) Papel absorbente Beaker Azúcar (estudiante) Detergente PROCEDIMIENTO: 1. PRESENCIA DE LA ENZIMA CATALASA EN TEJIDOS ANIMALES Y VEGETALES Para ésta práctica se prepararan varios homogenados para obtener partículas pequeñas y uniformes al mezclarlas con el agua de la siguiente manera: Corte en pedazos por separados las muestras de papa, espinaca, champiñón e hígados de pollo. Usando una licuadora muela el material con un poco de agua hasta diluir parte de la muestra, no moler todo el material para que no queden pedazos demasiado pequeños. Deposite cada homogenado en un tubo de ensayo (uno para cada muestra). Lina Marcela Ramírez Jiménez Docente biología Universidad del Quindío Correo electrónico:
[email protected] Usando un gotero coloque cinco gotas del homogenado en una fosa de la placa de porcelana y agréguele tres gotas de peróxido de hidrogeno (agua oxigenada). Observe y escriba los resultados en la siguiente tabla: HOMOGENADO REACCIÓN AL AGREGAR LAS GOTAS DE PERÓXIDO DE HIDRÓGENO Agua Papa Champiñón Sal Azúcar Espinaca Hígados de pollo Responde las siguientes preguntas: ¿Qué ocurrió al añadir el peróxido?, ¿Ocurrió lo mismo en todas las muestras?, ¿Por qué se forman burbujas?, ¿Qué otros organismos podrían usarse para esta prueba?, ¿Por qué se prepararon los homogenados?, Explique por qué la gran mayoría de las especies de plantas y de animales producen la enzima catalasa. 2. ¿SE COMPORTA LA CATALASA DE IGUAL MANERA EN TODOS LOS ORGANISMOS? Rotule cinco tubos de ensayo con las letras A a la E. Ponga 3 mL de cada homogenado en los tubos de la siguiente manera: A – Hígado B – Papa C – champiñón D – Espinaca E – Agua F – sal G – Azúcar Marque el nivel hasta donde llega cada homogenado. Ponga 3 mL de peróxido de hidrógeno en cada tubo de ensayo. Observe la reacción que sucede en cada tubo y marque el cambio en el nivel del líquido. Tabule los resultados en la siguiente tabla: TUBO CANTIDAD DE BURBUJAS NIVEL INICIAL NIVEL FINAL A B C D E F G Lina Marcela Ramírez Jiménez Docente biología Universidad del Quindío Correo electrónico:
[email protected] Responde las siguientes preguntas: ¿Fue igual la producción de catalasa en todas las muestras?, ¿Qué indican los resultados sobre la fisiología de estos organismos? 3. EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE EL FUNCIONAMIENTO DE LAS ENZIMAS Rotule cinco tubos de ensayo del 1 al 5 y caliente un baño María hasta 37 °C y otro hasta 80°C. Añada 5 mL de hígado homogenado a cada tubo. Mantenga los tubos a las siguientes temperaturas: Tubo 1 = 80 °C por 15 minutos Tubo 2 = 37 °C por 15 minutos Tubo 3 = Temperatura ambiental Tubo 4 = Hielo por 30 minutos Tubo 5 = Congelador a 4 °C por 30 minutos Añada 2 mL de peróxido de hidrógeno al tubo 1. Mida el tiempo transcurrido desde que se añadió el peróxido hasta que se comienzan a producir burbujas, y anótelo en la Tabla de Resultados. Repita con los demás tubos. Compare sus resultados en término de tiempo de reacción vs. temperatura. TUBO TEMPERATURA TIEMPO QUE TARDO EN INICIAR LA REACCIÓN OBSERVACIONES 1 80°C 2 37°C 3 T° ambiente 4 Hielo 5 Congelador (4°C) Responde las siguientes preguntas: ¿Cómo se relacionan la temperatura y la actividad enzimática?, ¿Qué le sucede a las enzimas cuando se exponen a temperaturas extremas (muy frías o muy calientes? 4. EL EFECTO DEL PH SOBRE EL FUNCIONAMIENTO DE LAS ENZIMAS Rotule tres tubos de ensayo A, B y C Añada 3 mL de homogenado de hígado a cada tubo. Añada soluciones de HCl 3M y de NaOH 3M a los tubos como de la siguiente manera: Tubo A – 3 ml de HCl 3M Tubo B – 3 ml de NaOH 3M Tubo C – control (sin ácido ni base) Añada 3 mL de peróxido de hidrógeno a cada tubo. Observe y anote las reacciones en la Tabla de resultados. Lina Marcela Ramírez Jiménez Docente biología Universidad del Quindío Correo electrónico:
[email protected] TUBO TIEMPO QUE TODA LA REACCIÓN EN COMPLETARSE DESCRIPCIÓN COMPARATIVA DE LAS REACCIONES A B C Responde las siguientes preguntas: ¿Cómo se relacionan el pH y la actividad enzimática?, Las enzimas del estómago funcionan óptimamente a un pH de 2. ¿Cómo se afectaría la digestión si el pH aumenta a 4?, ¿De qué otras maneras se podría explorar el funcionamiento de las enzimas estudiadas en el laboratorio?, ¿Puede mencionar otras enzimas que actúan en nuestro cuerpo?, ¿Qué efecto podría tener una fiebre alta prolongada sobre el funcionamiento de las enzimas?, ¿Conoce alguna condición médica que se deba al mal funcionamiento de una enzima?, ¿Qué sucede cuando se pone peróxido de hidrógeno en una herida?, Explique porque tantas especies producen la enzima catalasa, ¿En qué otras maneras las enzimas son importantes para nosotros?, Mencione ejemplos de cosas en nuestro diario vivir que envuelven algún uso de enzimas BIBLIOGRAFÍA CURTIS, HELENA; BARNES, N. SUE; SCHNEK, ADRIANA & MASSARINI, ALICIA. 2008. Biología. Ed. Médica Panamericana S.A., 7ª edición. Buenos Aires, Argentina. 1009 pp. Solomon, Berg & Martin (2004). Biology, 7th Ed. Brooks Cole Publ. http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/chang Denniston, Topping and Caret (2004). General, Organic, and Biochemistry , 4ta Ed. Mc Graw Hill. New York. USA Boyer, B (1999). Concepts in Biochemistry, Brooks/Cole Publishing. http://www.seps.org/cvoracle/faq/catalase.html www.worthington-biochem.com/introdBiochem/introEnzymes.html