PROCESOS QUÍMICOS INDUSTRIALESLaboratorio Nº 01 CATÁLISIS ENZIMÁTICA INFORME Integrantes: Castañeda Chacón, Danny Quispe Aylas, Sharon Sección: C11 – 4– B Profesor: Hinostroza, Robert Fecha de realización: 20 de febrero Fecha de entrega: 06 de marzo Laboratorio de procesos químicos N° 01 INDICE: Resumen…………………………………………………………………… pág. 3 Objetivos…………………………………………………………………… pág.3 Diagrama de flujo…………………………………………………………. pág.3-6 Discusión de resultados………………………………………………… pág. 6-8 Conclusiones……………………………………………………………… pág.8 Cuestionario………………………………………………………………. pág.9-12 Bibliografía………………………………………………………………… pág. 12 1 Laboratorio de procesos químicos N° 01 RESUMEN: En el presente trabajo desarrollaremos el análisis cualitativo de enzimas y sus aplicaciones, tomando como referencias sus propiedades catalizadoras en una reacción química, Además cabe recalcar que otra de los análisis que se realiza es el reconocimiento de azucares reductoras, tomando como referencia los reactivos de Fehling. En nuestra primera experiencia compararemos la importancia de una enzima en una reacción de descomposición (peróxido de hidrogeno). Mientras que en la segunda experiencia analizaremos detectaremos la aparición de azucares reductores mediante la solución de Fehling. Mientras que la experiencia tres analizaremos azucares en presencia de alcohol yodado. Mientras que en la experiencia cuatro analizaremos la importancia de los catalizadores enzimáticos frente a una reacción de azucares. OBJETIVOS: Describir y analizar la acción de una enzima como biocatalizador. Argumentar acerca de las reacciones con catálisis enzimática marcando diferencias y semejanzas con las que no la tienen. Relacionar la catálisis enzimática con procesos industriales donde es necesaria su aplicación. DIAGRAMA DE FLUJO: Experiencia 1: Vaso de precipitado con 25 ml Vaso precipitado con 75 ml de de peróxido de hidrógeno peróxido de hidrógeno + hígado Comparar 2 Laboratorio de procesos químicos N° 01 Experiencia 2: Glusosa Sacarosa Almidón Añadir 1ml de Fehling A + 1ml de Fehling B Experiencia 3: 1 ml 1ml 1ml Glusosa Sacarosa Almidón Añadir 1ml Lugol 3 Laboratorio de procesos químicos N° 01 Experiencia 4.1: Añadir 8 gotas HCl Baño maría 5’ 2ml Sacarosa 1ml de Fehling A + 1ml de Fehling B Baño maría 2’ Experiencia 4.2: 3 gotas de HCl 37.5 ml de Almidón Agitar Ebullición 1ml de Añadir 2 gotas de Lugol 15’ 5’ 1ml de la solución 1ml de la solución 10’ 1ml de la solución 4 Laboratorio de procesos químicos N° 01 Experiencia 4.3: 2 ml de saliva 37.5 ml de Almidón Agitar Calor 2’ 1ml de Añadir 2 gotas de Lugol 15’ 5’ 1ml de la solución 1ml de la solución 10’ 1ml de la solución 5 Laboratorio de procesos químicos N° 01 DISCUCIÓN DE RESULTADOS: Experiencia 1: Acción catalítica de una enzima H2O2(ac) H2O(l) + O2(g) En este primer experimento se observó que en el primer vaso el peróxido de hidrogeno se descompone lentamente dando como productos oxígeno y agua. Sin embargo, en el segundo vaso la descomposición fue rápida debido a que se observó instantáneamente una gran cantidad de espuma, pues en este caso usamos un catalizador biológico (catalasa) para acelerar la reacción. Experiencia 2: Prueba de Fehling Formaci Solución ó Coloració N° Tubo n de de… n Precipit Glucosa a do Rojo 1 Sí Ladrillo Azul Sacarosa 2 No oscuro (solución) Azul 3 Almidón No oscuro (emulsión) El ensayo con el licor de Fehling se fundamenta en el poder reductor del grupo carbonilo. Éste se oxida a un ácido carboxílico y reduce la sal de cobre(II) en medio alcalino a óxido de cobre (I), que forma un precipitado de color rojo. De acuerdo a la estructura de glucosa y la sacarosa, el primero tiene grupo carbonilo (-CHO) y el segundo no. Por lo tanto, la glucosa es un azúcar reductor debido a la presencia del grupo carbonilo en su estructura, mientras que la sacarosa es un azúcar no reductor. Por otro lado, el almidón es una mezcla de dos tipos de polisacáridos: la amilosa y amilopectina. La amilosa es un polisacárido de tipo lineal, cuyas unidades de glucosa están unidas por enlaces α-1.4. La amilopectina es un polímero de glucosa muy ramificado. Al tratarse de una mezcla de polisacáridos, carece de grupo carbonilo, por lo que no será un azúcar reductor. 6 Laboratorio de procesos químicos N° 01 Experiencia 3: Prueba de Lugol Coloración al N° Tubo Solución de… agregar Lugol Glucosa 1 - Sacarosa 2 - 3 Almidón Negro azulado La prueba del yodo se utiliza para descubrir pequeñas cantidades de almidón en una solución. El almidón produce un color negro azulado oscuro, cuando se mezcla con el reactivo de Lugol. Esta prueba se puede utilizar para observar la hidrólisis del almidón, ya que el color cambia lentamente a medida que el almidón se degrada y se convierte en nuevos productos de cadenas más cortas. Por lo tanto, la prueba dio positiva solo en el tubo N° 3, debido a que se contenía la solución de almidón, generándose un color azul intenso, mientras que en los otros tubos de ensayo (que se tenían monosacáridos y disacáridos) no hubo cambio alguno. La aparición del color azul intenso, manifiesta la formación de un complejo de almidón con yodo. Experiencia 4: Hidrólisis ácida de un azúcar no reductor La sacarosa es un carbohidrato de tipo disacárido que está compuesta por una unidad de glucosa y fructosa. El enlace ocurre entre el grupo aldehído de la glucosa y el grupo cetona de la fructosa. Por lo tanto, el grupo aldehído de la glucosa como el grupo cetona de la fructosa están relacionados en el enlace, la sacarosa no tiene grupo aldehído, ni grupo cetona, potencialmente libres, y no es un azúcar reductor. Esta es la razón por la cual da negativo a la Prueba de Fehling. Sin embargo, la sacarosa puede ser hidrolizada por ácidos o por enzimas, como en este caso que se usó ácido clorhídrico. Esta hidrólisis de sacarosa produce una mezcla de fructosa y glucosa, llamada azúcar invertida. 7 Laboratorio de procesos químicos N° 01 Experiencia 5: Catálisis mediante ácidos y enzimas Amilasa (Saliva) La hidrólisis parcial del almidón se puede lograr mediante enzimas y ácidos, por lo que en la prueba de Lugol, se debió formar un color rojizo debido a la presencia de dextrinas, producto de la hidrólisis. CONCLUSIONES: S determinó que las enzimas son proteínas catalizadoras encargadas de aumentar el metabolismo en los seres vivos (acelera las reacciones bioquímicas). La hidrólisis de carbohidratos se generan por acción de ácidos o enzimas. CUESTIONARIO: 1. ¿Qué es una enzima? Una enzima es una proteína que se combina con uno o más compuestos de forma que reaccionan específicamente a mucha mayor velocidad que lo harían sin el enzima. Las enzimas son como las demás proteínas, tienen estructura primaria y se pliegan en una conformación particular de manera que sus grupos reactivos están dispuestos del modo apropiado para dar al conjunto actividad biológica. Los grupos reactivos de una enzima tiene dos misiones. Una es unir los compuestos particulares en proximidad al sito donde tiene lugar la catálisis y la otra función es realizar el mecanismo catalítico. [1] 2. Explique las teorías que explican la acción enzimática. El carácter proteínico de las enzimas lleva a pensar en una interacción entre el sustrato y una porción de la superficie de la proteína enzimática (en centro activo) para explicar la acción enzimática de las enzimas. Por otra parte, el estudio cinético de las reacciones enzimáticas nos muestra que la acción procede a través de la formación de un complejo enzima-substrato; para una reacción monosubstrato. E es la enzima, S el substrato, P el producto de la reacción y ES el complejo enzima-substrato. 8 Laboratorio de procesos químicos N° 01 La suposición de que la reacción tiene lugar en la superficie de la molécula de enzima da un carácter de catálisis heterogénea a la acción enzimática, de ahí que su velocidad pueda expresarse por una relación análoga a la isoterma de adsorción de Langmuir. Por otra parte, la especificidad de las reacciones enzimáticas nos indica que la interacción enzima-substrato esta medida a través de una disposición altamente precisa de los grupos químicos de la enzima, de forma que solo pueden entrar al centro activo las moléculas que encajen perfectamente en los mismos. De esta forma, una pequeña variación en la estructura molecular del substrato podría impedir su fijación al centro activo, estas ideas fueron adelantas por Emil Fischer en 1894, cuando propuso su conocida analogía de la llave y la cerradura para explicar la especificidad enzimática; una enzima es especifica hacia su substrato de la misma forma que una cerradura solo puede ser abierta por una llave determinada. Esta idea se ha mantenido básicamente inalterada durante décadas, y ha dado lugar a lo que podríamos llamar el modelo de interacción estereoquímica que explica no solo la acción enzimática, sino muchos otros fenómenos biológicos que tienen lugar a través de la interacción de una proteína y un ligando (por ejemplo, la acción hormonal y el efecto de fármacos). A pesar de su general aceptación, el modelo de la llave y la cerradura no explica algunos fenómenos en Enzimología. Para eliminar estos inconvenientes Koshland en 1959 amplio la hipótesis de la llave y cerradura para dar origen a la teoría de ajuste inducido, según la cual, la fijación del substrato al centro activo altera la configuración de la enzima de modo que acerca los grupos encargados de su transformación a sus objetivos especifico. Este punto de vista está mas de acuerdo con lo que hoy sabemos de la estructura proteica, que imaginamos mucho más flexible que lo que suponía; y así mismo encaja con el modo de acción de los llamados efectores- alostéricos. Esto no quiere decir que se haya abandonado la idea de la llave-cerradura; de hecho, la acción de muchas enzimas se puede explicar en esa línea; el ajuste inducido no ha hecho sino ampliar su significado; en un símil mecánico, podríamos hablar de llaves y cerraduras flexibles para exponer nuestro actual concepto de la acción enzimática. La teoría del ajuste inducido conduce a un desarrollo ulterior sobre la acción enzimática. Esta puede ser descrita en términos de estabilización del estado de transición. El estado de transición es una especie química inestable, situada en un máximo de energía potencial, con una configuración tridimensional que no es ni la de los reactivos ni la de los productos, sino una forma intermedia. [2] 9 Laboratorio de procesos químicos N° 01 3. ¿Qué es una hidrólisis de un carbohidrato? Explique con una ecuación química. La hidrólisis de un carbohidrato se exclusivamente en los disacáridos y polisacáridos, ya que el objetivo es separar en moléculas individuales (monosacáridos). 4. ¿La hidrólisis de un carbohidrato sólo puede ser enzimática o de qué otra manera se puede lograr? Puede observarse la hidrólisis enzimática de una proteína por la disminución de la reacción de Biuret o por la formación de grupos amínicos o por la aparición de sustancias positivas a la ninhidrina. 5. Enuncie la ecuación de Michaellis- Menten y explique el significado de la misma. El carácter proteínico de las enzimas lleva a pensar en una interacción entre el sustrato y una porción de la superficie de la proteína enzimática (en centro activo) para explicar la acción enzimática de las enzimas. Por otra parte, el estudio cinético de las reacciones enzimáticas nos muestra que la acción procede a través de la formación de un complejo enzima-substrato; para una reacción monosubstrato. E es la enzima, S el substrato, P el producto de la reacción y ES el complejo enzima-substrato. 10 Laboratorio de procesos químicos N° 01 La suposición de que la reacción tiene lugar en la superficie de la molécula de enzima da un carácter de catálisis heterogénea a la acción enzimática, de ahí que su velocidad pueda expresarse por una relación análoga a la isoterma de adsorción de Langmuir. [2] 6. Indique ejemplos de la industria donde se explique la catálisis enzimática. FERMENTACIÓN ALCOHOLICA. El trabajo de Pasteur mostro que las fermentaciones son procesos vitales que desempeñan una función de importancia fisiológica fundamental para la vida de muchas células. El desarrollo posterior de los conocimientos acerca de la naturaleza de la fermentación surgió como resultado de una observación accidental hecha por H. Buchner en 1987.Al intentar conservar un extracto de levadura, preparado moliendo células de levadura con arena, Buchner añadió una gran cantidad de azúcar y quedo sorprendido al observar un desprendimiento de dióxido de carbono acompañado de formación de alcohol. Se había descubierto así una preparación enzimática soluble, capaz de llevar a cabo la fermentación alcohólica. La fermentación alcohólica es un ejemplo conocido de los procedimientos en que se efectúan alteraciones enzimáticas, tanto cuando se agrega alguna enzima como cuando se añade algún microbio vivo (levadura). Primero se calienta el grano amiláceo para gelatinizar el almidón, y luego se añade malta (que contienen enzimas diastáticas) para convertir el almidón en azúcar fermentable (maltosa). Si el producto que se desea obtener es alcohol, se agrega entonces levadura. El empleo de amilasa en forma de malta es indudablemente la mayor aplicación industrial que tiene las enzimas, pero no es del todo conocida la acción de estas amilasas. La elaboración de vinagre con alcoholes es un proceso enzimático producido por un microbio vivo (Acetobacter aceti). Como el alcohol es oxidado y convertido en ácido acético con oxígeno de la atmósfera. Aislada de las bacterias, la enzima cataliza igualmente la oxidación, pero es mucho más económico valerse de la célula viva intacta. 11 Laboratorio de procesos químicos N° 01 BIBLIOGRAFÍA: Arias, E. B. (2013). Compendio de enzimología. España: Ediciones universidad salamanca. McGilvery, R. W. (1997). Conceptos bioquímicos. España: Editorial Reverté. 12