REACCIONES ENZIMÁTICAS Y FACTORES QUE AFECTAN LAS REACCIONES ENZIMÁTICAS

REACCIONES ENZIMÁTICAS Y FACTORES QUE AFECTAN LAS REACCIONES ENZIMÁTICAS

Nombre Apellido1, Nombre Apellido1

1UNIVERSIDAD DE PAMPLONA, LABORATORIO DE BIOQUÍMICA, PAMPLONA, NORTE DE SANTANDER, COLOMBIA, OCTUBRE DEL 2020.

Objetivo general

Identificar y analizar los factores que afectan la catalasa y la actividad enzimática (en reacciones enzimáticas).

Objetivos específicos

* Identificar qué es una enzima y cómo actúan en reacciones intracelulares.

* Analizar e identificar los factores que afectan la actividad enzimática.

* Familiarizarse con las propiedades de los enzimas y observar la actividad de la catalasa

* Medirá y comparará la velocidad inicial de reacción para esta enzima cuando se utilizan distintas concentraciones de la enzima que reacciona con H2O2.

1. INTRODUCCIÓN

Las enzimas son el grupo más variado y especializado de las proteínas, su función es actuar como catalizadores, permitiendo que las reacciones que transcurren en los seres vivos puedan desarrollarse a un ritmo adecuado. Las enzimas son capaces de acelerar reacciones químicas específicas en un medio acuoso, y en condiciones en las que los catalizadores no biológicos, serían incapaces de realizar iguales funciones (Alters, S. 2000).

Las enzimas no se consumen en las reacciones, ni tampoco se alteran, razón por lo cual no se necesitan en grandes cantidades. Las enzimas actúan sobre los sustratos formando un complejo enzima-sustrato; esto ocurre en un lugar en específico conocido como el sitio activo de la enzima, siendo estas muy selectivas, porque pocas moléculas pueden interactuar bien con este sitio (Alters, S. 2000).

Ilustración 1. Modificada de OpenStax, CC BY 3.0.

Las enzimas trabajan óptimamente bajo condiciones específicas y ciertos cambios pueden alterar el funcionamiento de la enzima, desactivarla o hasta destruirla. Algunas enzimas necesitan activadores para cambiar su conformación de modo que pueda formarse el complejo enzima–sustrato (Stoker, H. (2013). 

1.1. Factores que afectan la actividad enzimática

Son aquellos agentes o condiciones que pueden modificar el funcionamiento de las enzimas (Russell, P. et al. 2007). 

1.1.1. Cofactores y coenzimas

Las enzimas que requieren cofactores o coenzimas generalmente no se activan hasta que esta molécula se une:

• Apoenzima ? enzima a la cual no se ha unido el cofactor (inactiva).

• Holoenzima ? enzima a la cual se unió el cofactor (activa).

Las coenzimas son moléculas orgánicas que contienen carbono, como las vitaminas que se encuentran en los alimentos (Berg, J. et al. 2015).

1.1.2. Concentración de sustrato

Principalmente, la velocidad de la reacción o catálisis varía de acuerdo a la concentración del sustrato. Al aumentar la concentración de sustrato, la actividad enzimática aumenta, hasta alcanzar la velocidad máxima, punto donde la enzima se satura, debido a que las enzimas tienen todos sus sitios activos ocupados. En caso de que la concentración del sustrato sea menor, la velocidad de reacción disminuye (Stoker, H. (2013). 

1.1.3. Fuerza osmótica

La mayoría de las enzimas no pueden tolerar concentraciones de sal extremadamente altas. Los iones interfieren con los débiles enlaces iónicos de las proteínas. Las enzimas típicas son activas en concentraciones salinas. Existen excepciones como las enzimas de las algas y bacterias halófilas (Seager, S.et al (2016).

1.1.4. Salinidad

La concentración de sales también afecta el potencial iónico y en consecuencia pueden interferir en ciertos enlaces de las enzimas, los cuales pueden formar parte del sitio activo de la misma. En estos casos, al igual que con el pH, la actividad enzimática se verá afectada (Voet, D. et al., 2016). 

1.1.5. Temperatura

Las enzimas son muy sensibles a la temperatura (Timberlake, K. (2013).

* A bajas temperaturas, las reacciones disminuyen mucho o se detienen, porque decrece la cinética molecular, esta inactividad se debe a la desnaturalización térmica., pero la acción catalítica reaparece cuando la temperatura se eleva a valores normales para la enzima.

* A temperaturas más altas, la actividad enzimática aumenta a medida que las moléculas reactantes se mueven más rápido para generar más colisiones con las enzimas. Se conoce como temperatura óptima.

La velocidad por lo general se duplica por cada 10°C de aumento térmico. La actividad enzimática máxima se alcanza a una temperatura óptima, luego la actividad decrece y finalmente cesa por completo a causa de la desnaturalización progresiva de la enzima por acción de la temperatura (Stoker, H. (2013). 

1.1.6. Efecto del pH

Las enzimas son más activas a su pH óptimo, el pH que mantiene la estructura terciaria adecuada de la proteína. Si un valor de pH está arriba o abajo del pH óptimo, se alteran las interacciones de los grupos R, lo que destruye la estructura terciaria y el sitio activo.

Como resultado, la enzima ya no puede unirse a un sustrato de manera adecuada y no ocurren reacciones. Si se revierte un pequeño cambio en el pH, una enzima puede recuperar su estructura y actividad. Sin embargo, grandes variaciones respecto del pH óptimo destruyen de manera permanente la estructura de la enzima (Timberlake, K. (2013).

1.1.7. Activadores enzimáticos

Algunas de las enzimas requieren la presencia de otros elementos para funcionar mejor, estos pueden ser cationes metálicos inorgánicos como Mg2+, Mn2+, Zn2+, Ca2+, Co2+, Cu2+, Na+, K+, etc. En raras ocasiones, también se necesitan aniones para la actividad enzimática, por ejemplo: el anión cloruro (CI-) para la amilasa. Estos pequeños iones se denominan cofactores enzimáticos.

También existe otro grupo de elementos que favorecen la actividad de las enzimas, llamados coenzimas. Un ejemplo sería la vitamina B12, que es la coenzima de la metioninasintasa, una enzima necesaria para el metabolismo de las proteínas en el cuerpo (Seager, S.et al, 2016). 

1.1.8. Inhibidores enzimáticos

Todos los inhibidores provocan una disminución de la velocidad de la reacción enzimática (afectan la eficiencia de la enzima). No obstante, cada tipo de inhibidor afecta de manera diferente a los parámetros cinéticos (Voet, D. et al., 2016).

Hay tres tipos comunes de inhibición enzimática: competitiva, no competitiva e inhibición del sustrato:

A. Inhibidores competitivos

Un inhibidor competitivo es un compuesto químico similar a un sustrato que puede reaccionar con el sitio activo de la enzima. Cuando el sitio activo de una enzima se ha unido a un inhibidor competitivo, el sustrato no puede unirse a la enzima (Seager, S.et al (2016). 

B. Inhibidores no competitivos

Un inhibidor no competitivo también es un compuesto químico que se une a otro lugar del sitio activo de una enzima, llamado sitio alostérico. En consecuencia, la enzima cambia de forma y ya no puede unirse fácilmente a su sustrato, por lo que la enzima no puede funcionar correctamente.

Los cofactores orgánicos se conocen como coenzimas. Las enzimas pueden afectarse negativamente por inhibidores que impidan la actividad enzimática. Estos inhibidores pueden afectar el sitio activo de dos maneras: competitivamente, al bloquear el sitio activo, o no competitivamente, al pegarse en otro lugar de la enzima y alterar indirectamente la forma del sitio activo. Si establece uniones de naturaleza débil y reversible se denomina coenzima (Voet, D. et al., 2016). 

Estos activadores se conocen como cofactores y pueden ser tan simples como iones metálicos (Berg, J. et al. 2015).

1.2. Factores que afectan el funcionamiento de la catalasa.

Un tipo de enzima, es la enzima catalasa, pertenece a la categoría de oxidorreductasas. Esta enzima se enfoca en catalizar la descomposición del peróxido de hidrogeno en oxígeno y agua. El peróxido de hidrogeno es uno de los productos que se utilizan en el metabolismo. Sitio celular, pero dado a su alto nivel de toxicidad la enzima catalasa lo transforma de inmediato.

La catalasa es una hemoproteína que contiene cuatro grupos hemo. Además, posee actividad de peróxidasa, utiliza una molécula de peróxido de hidrógeno (H2O2) como sustrato donador de electrones y otra molécula de H2O2 como oxidante o aceptor de electrones (Irma, R. et al., 2014)

Esta enzima está presente en casi todas las células aeróbicas y actúa descomponiendo peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) en agua y oxígeno, según la siguiente reacción 1:

Rxn 1.

En la reacción de la catalasa ocurre la transferencia de dos electrones entre dos moléculas de peróxido de hidrógeno en la cual una funciona como donador y otra como aceptor de electrones (Díaz Adelaida 2003).

2. METODOLOGÍA

2.1. Equipo e insumos.

Baño serológico, portaobjetos, vasos desechables, cuchara, una papa, una hoja de planta, polvo de levadura, un champiñón, un limón.

2.2. Productos químicos

100 mL de peróxido de hidrogeno, limadura de hierro, agua, hielo.

2.3. Procedimiento

Diagrama de flujo 1. Procedimiento 1, En el que se evaluó los factores que afectan la catalasa, utilizando las muestras: Azúcar, sal, papa, hoja (planta), levadura, champiñón, limadura de hierro.

Diagrama de flujo

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