Recursos Profesor- Laboratorio de Enzima 6

© Newbyte Educational Software 1 Laboratorio de Enzima

Laboratorio de Enzimas

Version 6.12S

por Michael O’Brien,Greg Trotter and Ron BatesTraducción: Jorge Camacho

Ayudas de Instruccióny Experimentos

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Dudley N.S.W. 2290Australia

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Copyright © 1999, 2007, 2009 By Michael O’Brien

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Este Producto o es para efectos educativos únicamente y no debe emplearse para otro propósito. Contiene simplificaciones que permiten un mejor aprendizaje por parte de los estudiantes.

Se permite la duplicación de partes de este manual solo para efectos de enseñanza en la institución o sede educativa que compra este Producto o.

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Tabla de Contenido Página

Presentación al Instructor 4Sección 1: Actividades Informativas 5Sección 2: Laboratorio de Series 5Sección 3: Laboratorio de Investigación 6Opciones para Profesores 6Requisitos del Sistema e Instalación 7Pantalla del Laboratorio de Investigación 8Opciones de Acercamiento en el Laboratorio de Investigación 9Pantalla del Laboratorio de Series 10Menús Empleados en el Laboratorio de Enzimas 11 Sección 1 Estudios para el Aula de Clase. Actividad 1: Las Enzimas como Catalizadores 12Actividad 2: Estructura de una Enzima 14Actividad 3: Cómo actúan las enzimas 16Actividad 4: Factores que Afectan la Acción de las Enzimas 18Actividad 5: Aplicaciones Prácticas de las Enzimas. 26Actividad 6: Nomenclatura – Cómo se le da el nombre a las enzimas. 28 Sección 2 Experimentos con el Laboratorio de Series Exp 1: La Amilasa Humana & Variaciones de Temperatura 32Exp 2: Variación de Temperatura y Enzimas 36Exp 3: El pH y la Actividad de la Enzima 40Exp 4: Concentración de Enzimas 44Exp 5: Concentración de Sustrato 48 Sección 3 Experimentos con el Laboratorio de Investigación Exp 6: Las Enzimas y sus Productos 52Exp 7: Temperatura Optima de las Enzimas 56Exp 8: pH Optimo para Diferentes Enzimas 60Exp 9: Actividad de la Catalasa 64 Localización y Solución de Problemas 68


Presentación al Instructor del Laboratorio de Enzimas

Este programa de simulación está diseñado para permitirle a los estudiantes la investigación de reacciones enzimáticas tanto de manera cuantitativa como cualitativa, a tiempo que ofrece la oportunidad de simular una gran variedad de reacciones en forma acelerada.

El programa y los recursos para el instructor están diseñados como un paquete que le permita al profesor de biología realizar experimentos realistas. Tanto instructores como estudiantes pueden basarse en el programa y su manual sin dificultades, y en la confianza de que los resultados obtenidos se ajustan correctamente a la literatura existente al respecto.

El Laboratorio Enzimas es un recurso de gran calidad que le permite al estudiante aprender de forma especial lo que debe saber acerca de las enzimas y los factores que las influencian.

El paquete es lo suficientemente versátil como para utilizarlo en una gran variedad de ambientes educativos, desde un solo computador, hasta actividades de presentación dirigidas por el profesor, o de investigación individual de los estudiantes mismos.

El Laboratorio de Enzimas no es simplemente una base de datos. El uso de diagramas realistas y su sencillo sistema de controles permite que los estudiantes descubran por simple observación y análisis los efectos de distintos factores sobre la conducta de las enzimas.

Se recomienda muy especialmente la sección “Laboratorio de Investigación” a los profesores, porque animan a los estudiantes a diseñar sus propios experimentos con el fin de investigar distintos aspectos de la actividad enzimática. De ahí, los lleva a probar su método en un experimento donde ellos controlan todas las variables. Los experimentos le presentan a los estudiantes preguntas analíticas sobre los datos recogidos, y sugiere actividades que buscan mayor investigación individual.

Debe asegurarse de conocer bien el programa antes de presentárselo a sus estudiantes. Una simple demostración al principio de cada lección le ahorrara tiempo a largo plazo.

Finalmente, confío que este recurso le sea de utilidad a usted y a sus estudiantes. Se trata de un recurso abierto con el que espero:

• Le permita a sus estudiantes experimentar libremente • Los anime a utilizar el método científico al diseñar sus propios experimentos, y • Se sienta en libertad de comunicarse conmigo si encuentra algún problema o tiene sugerencias.

Posibles formas de empleo:

Para demostraciones magistrales – Presentando la relación entre distintas condiciones ambientales y la consiguiente reacción de la enzima. Así se presentan y explican fácilmente, conceptos tales como especificidad y condiciones óptimas para cada enzima.

En Experimentos de los Estudiantes - Al llevar a cabo reacciones enzimáticas simuladas, los estudiantes pueden deducir por sí mismos, las relaciones entre condiciones, sustratos y Producto o. Los experimentos y actividades que aparecen en este manual les permiten descubrir relaciones claves aplicando investigación científica a cada concepto.

Para Diseño de Experimentos – Los experimentos aquí incluidos no son, desde luego, los únicos disponibles. Sus estudiantes pueden fácilmente diseñar muchos más experimentos que involucren enzimas.

Sección 1: Actividadades InformativasLas actividades 1-6 están diseñadas para usarse como ejercicios en clase, o como tarea. No es necesario llevar a cabo todas las actividades de esta u otras sección.

Una forma de manejar el paquete completo es escoger un tema; e.g. “Como afecta el calor a las enzimas”, darle a los estudiantes solo aquellos ejercicios en clase que tengan que ver con temperatura, y llevar a cabo un “Laboratorio de Series” sobre el mismo tema para que luego ellos utilicen el “Laboratorio de Investigación” con un experimento que muestre los efectos de cambios de temperatura en la enzima.

La familiaridad que los estudiantes adquieran con los conceptos presentados en esta sección optimizará el tiempo que pasen frente al computador.

Sección 2: Laboratorio de SeriesPara aquellos que ya han usado una versión previa de esta aplicación, este representa el mayor cambio. En vez de usar experimentos artificialmente “controlados”, el programa permite ahora hasta 101 experimentos simultáneos.

Esto permite investigar fácilmente las tendencias en los experimentos. Por ejemplo: para ver la tendencia en temperatura, simplemente escoja 0 °C como la primera temperatura, y 100 °C como el último. Haga clic en Empezar, y puede ver como se presentan todos los 101 resultados al mismo tiempo.

Por defecto, las graficas tienen un acercamiento de 10X, dado que las tendencia más importantes tienden a dares en las fases tempranas de las reacciones.


Sección 3: Laboratorio de Investigación

Esta sección replica la situación de un laboratorio y le permite a los estudiantes visualizar lo que sucede en el matraz cuando usan los botones de acercamiento.Aquí, la mayoría de las variables se puede cambiar durante un mismo experimento. El ‘Laboratorio de Investigación’ refuerza el método científico y el diseño experimental.

Se debe animar a los estudiantes para que estudien bien su diseño experimental antes de intentar hacer los ejercicios de esta sección. Ellos pueden controlar todas las variables. Una investigación del efecto del pH sobre la actividad de la enzima requeriría que se hicieran varios experimentos.

Las actividades de esta sección, son solo ejemplos de lo que se puede hacer. Haga que sus estudiantes investiguen las reacciones de las enzimas diseñando y realizando cualquier experimento que ellos escojan. Anímelos a usar el Método Científico en su diseño, y resalte la necesidad de controlar los matraces.

** Todos los matraces contienen las coenzimas y los cofactores que las reacciones necesitan para poder continuar. ** Nota sobre las concentraciones de Enzimas:Durante los experimentos que emplean temperaturas muy altas, la cantidad de enzimas disminuirá debido a la desnaturalización de sus moléculas. En el casos de experimentos en series, la enzima y el sustrato se han incubado a distintas temperaturas antes de mezclarse.

En los experimentos nos referimos a las Concentraciones Remanentes como a la concentración de enzimas que queda luego de una desnaturalización por efecto del calor. El programa no reduce la cantidad de enzimas desplegadas cuando se utilizan inhibidores.

Los Experimentos Guardados se pueden encontrar en el directorio de Experimentos Guardados, el cual se encuentra en el directorio de Programas\Newbyte\Laboratorio de Enzimas 6 de su disco duro. Con todo, su administrador de sistemas puede ubicarlos en otro archivo. Cuando cargue o guarde los experimentos, podría tener que navegar a ese directorio a través del menú.

Opciones para ProfesoresCuando accede al ítem OPCIONES del menú del profesor, puede evitar que los DATOS DE VELOCIDAD DE REACCION se puedan ver o imprimir, siempre y cuando esté corriendo el programa desde la maquina desde donde se carga el programa.

Para confirmar sus cambios tiene que introducir el Código del Instructor = 6elXpp (X = Día + mes) (el = Laboratorio de Enzimas) e.g. si la fecha es marzo 7 entonces X= 7 + 3 = 10 el código sería 6el10pp

Requisitos del Sistema e Instalación:

Este es un programa Windows™. Corre en Windows XP, 2000, 98 etc. o en Mac OS X para Macintosh.

REQUISITOS DEL SISTEMA

El Laboratorio de Enzimas requiere de los siguientes componentes de sistema:1. Pentium II 1.2 GHz o de mayor velocidad.2. Sistema Operativo Windows XP o similar. (Mac OS X para Macintosh)3. Approx. 20Mb de espacio libre en el disco duro.4. Resolución de pantalla de por lo menos 1024 x 768 con miles de colores.

INSTALACION

Para incorporar el Laboratorio de Enzimas a su Computador Windows: 1. Introduzca el CD de Enzimas en el Drive adecuado (e.g. D:).2. Abra el directorio SETUP.3. Haga doble clic en el archivo SETUP.EXE. 4. Siga las sugerencias de instalación.5. Al final de la instalación se abre el programa. En ese momento tendrá que completar el proceso de instalación, introduciendo los detalles de registro. Use el nombre completo del colegio. No acepta iniciales. 6. Su Código Clave para el programa se encuentra dentro de la cubierta del DVD.7. cuando termina la instalación puede encontrar una shortcut en Start > All Programs > Newbyte > Laboratorio de Enzimas 6.

Para desinstalar en Windows

1. Inicie el sistema operativo de Windows2. Corra el instalador de nuevo hasta cuando le de la opción de retirar el programa.


Pantalla del Laboratorio de Investigación

Botones de Menú para Archivo, Graficacion, Datos y Ayuda, que permiten controlar el programa, sus graficas y datos.

Botones Laboratorio de Investigación y de Series. –Le permiten pasar de uno a otro.

Botón Turbo – acelera la reacción. Esto es bueno para toda de datos y demostraciones.

El Aparato de burbujas puede retirarse desde el menú de opciones.

Lectores de Temperatura y pH, y botones para cambio de menú.

Los botones Inicio, Pausa y Continuar controlan la reacción, su inicio y pausa.

Notas Importantes:• El botón de resTablacer da origen a una nueva reacción usando los

mismos valores de inicio. Úselo cuando lleve a cabo múltiples reacciones con las mismas soluciones.

• Elmenúdegraficaciónlepermiteescogerlosdatosquesehandegraficar.

• ElbotónBorrarGraficasoloborralagraficaperonoeliminaningúndato almacenado para la reacción.

• LosgráficosnoseborrancuandoiniciaotroexperimentosiusaRESTablaCER. Esto para permitirle la comparación de distintos experimentos. Use el botón BORRAR GRAFICA antes de empezar un nuevo experimento si no quiere que los gráficos actuales continúen allí.

Los botones de acercamiento le permiten ver lo que sucede en el matraz.

Botones de Selección de sustrato, enzima, Producto o e Inhibidor. Presentan el nombre, así como los botones y lectores para los cambios en

la concentración.

Recipiente de Reaccion.

Opciones de Acercamiento en el Laboratorio de Investigación

Los botones de acercamiento le permiten a los estudiantes visualizar lo que sucede en el matraz de reacción, en un sentido general, en una enzima y hasta en un centro activo.

Zoom 1 - Vista general.

Las moléculas naranja representan el sustrato y las azules el Producto o.

Haga clic en cualquier enzima verde para de inmediato pasar a ver su centro activo.

Zoom 2 - Vista de la Enzima.

Escoja esta opción para ver la enzima completa y lo que la rodea.

Zoom 3 - Vista del Centro Activo. Observe el centro active y su interacción con las moléculas del sustrato y los inhibidores competitivos.Vea el inhibidor Acompetitivo y su efecto en la enzima.


MenúsEmpleadosenelLaboratoriodeEnzimas

Archivo Cargar Experimento – Carga la preparación y datos de una investigación o experimento del Laboratorio de Series y lo pasa a la pantalla correcta. Guardar Experimento - Guarda la preparación y datos de una investigación o experimento del Laboratorio de Series.Imprimir pantalla – Imprime el contenido de la pantalla. ImprimirGráficos – Imprime los gráficos activos. Imprimir Datos – Imprime los datos del experimento activo. Imprimir Acercamiento – Imprime la vista de acercamiento actual.Salir – Sale del programa y vuelve a Windows.

Opciones Cambiar Nombre Grupo – permite cambiarle el nombre al grupo en las impresiones y datos almacenados.Opciones Profesor – le permite no mostrar la velocidad de reacción. Ver Aparato Burbujas – muestra u oculta el aparato de burbujas. Color Solución en Matraz – le cambia el color de la solución en el matraz para ciertos niveles del experimento. Gráficas – si las moléculas en el área de acercamiento se mueven muy lentamente, ajuste aquí la cantidad de ellas.

GráficosBorrartodoGrafico – retira de la pantalla los gráficos escogidos VerTodoGrafico – hace visibles todos los gráficos disponibles VerVariosGráficos – Escoja de uno a seis tipos de gráfico que pueden verse. Dependiendo del experimento, podría desear cambiar los gráficos visibles. ImprimirGrafico – imprime los gráficos actuales.

Datos Ver Datos - muestra en la pantalla los datos recogidosImprimir Datos – datos enviados a la impresoraExportar Datos – a un archivo de texto para usarlos en hojas de cálculo y otros programas Generar Datos Cada - 1-10 segundos (Solo para el Laboratorio de Investigación).

AyudaPara Recordar – ayuda general acerca del programa. Ayuda Laboratorio de Investigación – información adicional Ayuda Laboratorio de Series – información adicional Acerca del Laboratorio de Enzimas – información acerca del auto del programa y su versión.

lBusque en nuestro sitio web las últimas versiones del programa para su

actualización GRATUITA. Continuamente mejoramos nuestros programas; si encuentra algún error, déjenos saber y lo resolveremos DE INMEDIATO.

Pantalla del Laboratorio de Series

Botones de Menú para Archivo, Graficacion, Datos y Ayuda, que permiten controlar el programa sus graficas y datos.

Botones Laboratorio de Investigación y de Series. –Le permiten pasar de uno a otro.

Botón Turbo – acelera la reacción. Esto es bueno para toda de datos y demostraciones.

Lectores de Temperatura y pH, y botones para cambio de menú.

Los botones Inicio, Pausa y Continuar controlan la reacción, su inicio y pausa.

Notas Importantes:• Sepuedengraficarhastatresseriesdeexperimentosaunmismotiempo.• Sisecambianlosvaloresdeinicio,losfinalesolaenzima,elsustratooel

inhibidor,sedainicioaunnuevoexperimento.• ElbotónderesTablacerdaorigenaunanuevareacciónusandolos

mismos valores de inicio. Úselo cuando lleve a cabo múltiples reacciones con las mismas soluciones.

• Elmenúdegraficaciónlepermiteescogerlosdatosquesehandegraficar.• ElbotónBorrarGraficasoloborralagraficaperonoeliminaningúndato

almacenado para la reacción.• Losgráficosnoseborrancuandoiniciaotroexperimentosiusa

RESTablaCER. Esto para permitirle la comparación de distintos experimentos. Use el botón BORRAR GRAFICA antes de empezar un nuevo experimento si no quiere que los gráficos actuales continúen allí.

Botones de Selección de sustrato, enzima, Producto o e Inhibidor. Presentan el

nombre, así como los botones y lectores para los cambios en la concentración en los

experimentos de series.

Tubos de ensayo.


Actividad 1: Las Enzimas como Catalizadores Un catalizador es una sustancia que acelera la velocidad de una reacción sin cambiar su estructura química.

Para que podamos comprender la forma como funciona un catalizador, debemos ante todo ver la forma cómo funcionan todas las reacciones químicas. Consideremos el estallido de la pólvora en el aire.

La pólvora y el oxigeno de la atmosfera pueden coexistir sin que haya de por medio una reacción. Si se enciende un fosforo que eleve su temperatura, la pólvora se combinara con el oxigeno y liberara energía en forma de calor y de luz. El fosforo da el empuje energético necesario para que se inicie la reacción. La cantidad de energía que se necesita para iniciar una reacción se conoce con el nombre ENERGIA DE ACTIVACION.

Un catalizador reduce la energía de activación; se requiere entonces un menor empuje para dar inicio a la reacción. Es importante recordar que el catalizador no se desgasta, sino que puede utilizarse una y otra vez.

El grafico 1 a continuación, muestra cómo baja la energía de activación para una reacción cuando hay participación de un catalizador.

Gráfico 1 Energía de Activación

Comparación de los diagramas de energía de activación para una reacción con, y sin catalizador.

Las Enzimas son catalizadores biológicos. Ellas permiten que ocurran reacciones dentro de las células vivas, a temperaturas y presiones moderadas en el cuerpo humano. Logran esto reduciendo la energía de activación que se necesita para una reacción. Como todo catalizador, la enzima no se consume un una reacción. Una pequeña cantidad puede catalizar una reacción muchas veces.

La Tabla 1 compara la energía requerida para descomponer el peróxido de hidrogeno en agua y oxigeno entre una reacción sin catalización, catalizada inorgánicamente, y catalizada por medio de una enzima.

Tabla 1 Energías de Activación en la descomposición del Peróxido de Hidrógeno.

Catalizador Ninguno Fe++ Catalasa

Energía de Activación (KJmol-1) 70 -76 42 7

Velocidad de Reaccion 1 104 1010 Relativa

Preguntas Guía

1. El diagrama que sigue puede usarse para ilustrar el concepto de Energía de Activación. Marque la parte del diagrama que representa Energía de Activación.

2. Qué es una enzima? 3. Cómo aceleran una reacción?4. Por qué son importantes las enzimas para todos los seres vivos?

AB

Energía de Activación

A + B

No Catalizada

Catalizada


Actividad 2: Estructura de una EnzimaLas enzimas son proteínas. Al igual que todas las proteínas sestan compuestas de aminoácidos, ligados por uniones de péptidos y en bucles de forma tridimensional. Parte de esa figura tridimensional consiste en una bolsa o ranura, conocida como el Centro Activo. Figura 1 Centro Activo de Una Enzima.El centro activo es la región a la cual se une el sustrato y donde tiene lugar la reacción catalítica. La naturaleza química y configuración espacial del centro activo determina la especificidad de las enzimas. La enzima solo se une con un sustrato que tenga dimensiones químicas y espaciales complementarias.

La Figura 1 ilustra la reacción entre una enzima y su sustrato.

En algunos casos, el centro activo incluye un átomo o una molécula llamada cofactor. Los cofactores pueden ser iones de metal como el Zn2+, Mn2+, Mg2+ y el Fe2+.

Cuando el Cofactor es una vitamina se llama coenzima. e.g. Niacina, Riboflavina y Tiamina.

La Figura 2 ilustra la relación entre el cofactor de la enzima y el sustrato.

El cofactor puede alterar a adicionarle al centro activo de forma que el sustrato de “ajuste” y pueda ocurrir la reacción.

La Carboxipeptidasa es una enzima del sistema digestivo humano que rompe las proteínas en unidades más pequeñas. El centro active de la carboxipeptidasa incluye un átomo de zinc (ion cofactor metálico).

Enzima

Sustrato 2

Enzima

Sustrato 1

Sustrato 1

Enzima Sustrato 2

Enzima

Sustrato 3

Enzima Sustrato 3Co-F

Co-F

Complejo enzima-sustrato-cofactor

El zinc se mantiene en su lugar por medio de uniones químicas dentro de la enzima.

La coenzima NAD+, sirve como receptor o donante de hidrogeno para la enzima deshidrogenasa.

Alcohol Deshidrogenasa

CH3CH2OH + NAD+ CH3CHO +NADH + H+

As the coenzyme is altered we might consider it more as a cosubstrate.

Los Cimógenos

Algunas enzimas son tan activas que la célula que las fabrica corre el riesgo de ser digerida por la enzima. La célula debe almacenar estas enzimas de forma inactiva , lo que se llama una protoenzima o cimógeno.

La activación no tiene lugar sino hasta después de haber sido secretadas de la célula.

El sufijo –ógeno, se usa cuando se le da nombre a los cimógenos.

Figura 3 Estructuras de un Pepsinógeno. El acido Hidroclórico ataca la cadena de péptidos en el pun ‘H’, lo que resulta en una Pepsina activa.

Preguntas Guía

1. Defina los términos enzima, cofactor, coenzima y centro activo.2. Que evita que la proteasa Pepsina digiera la célula que la produce?3. complete los diagramas que siguen y marque cada uno con la lista de la derecha.

EnzimaCofactorSustratoCentro ActivoComplejo enzima-cofactorComplejo enzima-sustrato-cofactor

Pepsina

Se retira un pequeño segmento

para activar la enzima.

H


Actividad3:CómoactúanlasenzimasYa desde 1894 el científico alemán, Emil Fischer sugirió una hipótesis para explicar cómo actúan las enzimas proponiendo que “solo si la enzima y el sustrato tienen forma geométrica similar pueden aproximarse las moléculas de una y otro”. El mecanismo candado-llave de Fischer sugiere que el sustrato se ajusta a una cavidad en la superficie de la enzima similar a la de una llave que entra en un candado.

Para que una reacción tenga lugar, la enzima y el sustrato deben ajustarse como lo hace la llave a su candado.

Esta hipótesis explicaba por qué las enzimas eran tan especiales. El sustrato tenía que cumplir con una forma y configuración química única para unirse al centro activo de la enzima.

Fischer pensaba que si los sustratos tenían una geometría molecular distinta, no le “servirían al candado” y por tanto no ocurriría una reacción. En 1963 Daniel Koshland modifico el mecanismo de acción de las enzimas propuesto por Fisher. Koshland sugirió que la enzima era más flexible de lo que se pensaba. Con un mecanismo de “ajuste inducido”, el centro activo de la enzima sufría cambios en su forma en presencia del sustrato.

La unión del sustrato hace que la enzima cambie de forma para que se ajuste exactamente a ella. Koshland dedujo que la enzima era una “molécula de sostén” que le daba la más ventajosa orientación al sustrato de forma que las uniones químicas pudieran hacerse y deshacerse.

Productos

Complejo Enzima-Sustrato

Sustrato

Enzima

Centro Activo

Enzima Enzima

Productos

Sustrato Sustrato

En cualquier caso, la reacción catalizada ocurre en dos etapas:

S + E SE P + E

S = sustrato E = enzima P = producto o

La formación del complejo enzima-sustrato se debe a fuerzas electrostáticas ente las dos que alinean el sustrato de la mejor forma para la reacción. el Producto o que así se forma se separa luego de la enzima. Esto permite que la enzima quede disponible para trabajar con otras moléculas de sustrato.

Reacciones catalizadas por enzimasPor lo general, todas las reacciones de enzimas catalizadas se clasifican en dos categorías: 1. Anabolismo - Pequeñas moléculas se unen entre sí para formar moléculas complejas.

EnzimaA + B AB

2. Catabolismo – Moléculas complejas se dividen en moléculas simples.

Enzima AB A + B

Algunas enzimas pueden catalizar ambos tipos de reacción. La enzima actúa en ambos sentidos hasta que encuentra equilibrio.

Preguntas Guía

1. Con base en sus propios diagramas, describa la principal diferencia entre las teorías de Fischer y de Koshland acerca de la acción de las enzimas.

2. Dibuje estas figures e identifique en ellas: La Enzima El Sustrato El Producto o El complejo enzima-sustrato

3. Para cada una de las reacciones siguientes, clasifíquela como anabólica o catabólica. a. Harina que forma glucosa b. La digestión de las proteínas c. La digestión de las grasas d. Glicógeno que forma glucosa e. Aminoácidos enlazados para formar proteínas.


Actividad 4: Factores que Afectan la Acción de las Enzimas

Son muchos los factores que afectan la actividad de las enzimas: La concentración de las enzimas La concentración del sustrato La concentración del Producto o La Temperatura El pH Inhibidores y venenos

La concentración de las enzimasA medida que aumenta la concentración, la velocidad de reacción aumenta de forma lineal. A mayor concentración de enzimas, mayor velocidad de reacción.

Gráfico1&2 Velocidad de Reacción vs Concentración de Enzimas

Gráfico 1 Velocidad de Reacción vs Concentración de Enzimas con exceso de sustrato.

Gráfico 2 Velocidad de Reacción vs Concentración de Enzimas donde la concentración de enzimas es infinita.

En el Gráfico 2 la concentración de sustrato se convierte en factor limitante a la velocidad de reacción. cuando el sustrato está saturado de la enzima, la adición de más enzimas no tendrá ningún efecto en la velocidad de reacción.

La concentración del sustrato Por el gráfico 3 podemos observar que inicialmente la velocidad de la reacción aumenta en forma lineal con el aumento de concentración de sustrato. Luego de esta fase inicial, la velocidad se reduce hasta llegar a un máximo.

La enzima se satura de sustrato y la reacción se hace dependiente del tiempo de actividad de la enzima. Cada enzima se encuentra ocupada todo el tiempo y la liberación de Producto o por parte de la enzima se convierte en una “reacción en cuello de botella”.

Gráfico3 Velocidad de Reacción vs Concentración de Sustrato

Km representa la concentración del sustrato a la cual la enzima trabaja a la mitad de su máxima velocidad. El valor Km se utiliza para comparar enzimas distintas.

La concentración del ProductoUna enzima solo puede acelerar una reacción. No permitirá que una reacción ocurra si no debe ocurrir bajo condiciones normales. Si la reacción es reversible, entonces la misma.

A + B C + D

enzima puede usarse para que la reacción proceda de ambas formas. En este caso, la dirección de la reacción depende de las concentraciones relativas de sustrato y Producto o. Cualquier exceso de sustrato enviara la reacción hacia la derecha, mientras que un exceso de Producto o lo hará hacia la izquierda.

La enzima acelerara la reacción en cualquiera de las direcciones hasta que se logre un equilibrio. e.g. cuando el efecto de la reacción a la derecha sea igual al de la reacción hacia la izquierda. En el último caso, la creciente concentración del Producto o reduce la velocidad de formación de Producto o a partir del sustrato. De hecho, el Producto o se convierte en sustrato.

El Gráfico 4 muestra el estado de equilibro en la acción de una lipasa sobre una grasa.

Gráfico4 Lipasa en acción

La dirección de la reacción de arriba depende de la concentración relativa de acido graso (Producto o). Una alta concentración de ácidos grasos lleva a una síntesis de lípidos, mientras que una baja concentración de ácidos grasos tiene como resultado una hidrólisis de lípidos para la formación de más ácidos grasos.

Veloc

idad d

e Rea

cción

Concentración de Enzimas

Veloc

idad d

e Rea

cción

Concentración de Enzimas

Ve

loci

da

d d

e R

ea

cció

n

Concentración de Sustrato

1/2 Máxima Velocidad

Máxima Velocidad

Km

Tiempo (Hrs)

Con

c. A

cido

s G

raso

s

Síntesis de lípidosHidrólisis de lípidos


El pHToda enzima tiene un cierto pH en la cual es más activa, conocido como su pH Optimo. La mayoría tiene su pH optimo dentro del rango de 6-8, pero hay excepciones. e.g. la pepsina, pH 1-2, la Tripsina, pH 8. Al igual que con la temperatura, el pH optimo refleja el ambiente en el que se encuentra la enzima. El gráfico 6 muestra una velocidad típica de reacción vs su pH..

Gráfico6 Velocidad de Reacción vs pH

Velocidad de Reacción

0 7 14pH

El enlace del sustrato al centro activo se debe en parte en las cargas electrostáticas de cada cual y a la atracción resultante. Tanto el estado de carga del centro activo como del sustrato se ven afectados por cambios en los niveles de pH.

Gráfico7 Carga Vs pH

Gráfico 7: El pH óptimo corresponde al pH que la enzima probablemente tenga bajo una carga opuesta a la del sustrato.

TripsinaPepsina

TemperaturaTodas las reacciones aumentan con un aumento de la temperatura. La energía adicional impartida a las moléculas por efecto del calor, aumenta la energía cinética (K.E) de las moléculas. El mayor movimiento de las moléculas aumenta la probabilidad de que estas choquen entre sí. Son estas colisiones entre reactivos las que descomponen y crean enlaces químicos entre las moléculas reactivas.

En una reacción catalizada, aumentar la temperatura incrementa la energía cinética de enzimas y sustratos y por tanto aumenta la probabilidad de que esas dos moléculas se encuentren y se combinen. Pero aumentar la temperatura también reduce la actividad de las enzimas.

Como todas las proteínas, las enzimas se destruyen aumentado la temperatura. Los enlaces débiles que la sostienen en su forma tridimensional única, se rompen y el bucle de la cadena polipéptida se desenrolla. Cuando esto ocurre, la configuración del centro activo se altera y en algunos casos se pierde.

Si fuéramos a graficar las velocidades de reacción de las enzimas contra temperatura, tendríamos una grafica como la que presentamos en el Grafico 5.

Gráfico5 Velocidad de Reacción vs Temperatura


Temperatura (°C)

La velocidad de reacción aumenta inicialmente a un máximo luego de lo cual baja. La parte superior de este grafico recibe el nombre de Temperatura Optima de la Enzima.A esa temperatura, la ganancia en velocidad de reacción a causa de aumento en la temperatura se equilibra con la perdida de actividad enzimática por causa de desnaturalización.

Las temperaturas optimas de las enzimas generalmente reflejan la temperatura ambiental del organismo del cual provienen. Para un pez ártico, la temperatura optima puede ser tan baja como 5 °C, mientras que para bacterias de aguas termales esta puede estar en el rango de los 70-80 °C . La velocidad de desnaturalización difiere entre las especies, pero la mayoría de las enzimas se desnaturalizan a temperaturas sobre los 60 °C.

Probabilidad de que el Sustrato tenga Carga Negativa

Probabilidad de que el CentroActivo tenga Carga Positiva

Probabilidad de que el sustrato se enlace

a la Enzima.

pH

Pro

babi

lidad

0

1

0


Inhibidores y VenenosLosinhibidoressonsustanciasquecuandoestánpresentes,reducenlaactividad catalítica de una enzima.

Inhibidores Competitivos:Los inhibidores competitivos son sustancias que tienen suficiente similitud con el sustrato, que pueden ocupar un centro activo. No se obtiene ningún Producto o, pero evitan que el sustrato se combine con la enzima. El efecto de los inhibidores competitivos se puede obviar aumentando las concentraciones de sustrato; e.g. Inhibición del malonato sobre la enzima succinato deshidrogenasa.

CH2COOH CHCOOH COOH CH2 CH2COOH CHCOOH COOH

Succinato Fumarato Malonato

El malonato tiene la misma configuración química del succinato y por tanto ocupa el mismo centro activo. De ahí que se le clasifique como inhibidor competitivo.

En este diagrama, el Inhibidor C ocupa el mismo centro activo del sustrato 1 y actúa como inhibidorcompetitivo.

Inhibidores Acompetitivos – ocupan un sitio distinto de la enzima. Su presencia en la enzima evita la unión del sustrato alterando el centro activo de la enzima.

En este caso el inhibidor ocupa un lugar diferente de la enzima y al hacerlo, altera el centro activo para el sustrato.

Tal inhibidor se conoce como Acompetitivo. Este tipo de inhibición no puede reducirse al aumentar de los niveles de sustrato, puesto que este sigue ligado a su sitio secundario y vuelve inactiva a la enzima.

Preguntas Guía

1. El Cuajo contiene una enzima llamada renina que cuaja la leche. Una tableta de cuajo se disuelve en agua y luego se hicieron 5 diluciones en 5 tubos de ensayo. A los tubos se añaden 10 ml(cm3) de leche. Seguidamente, se incuban los tubos a 35°C y se registro el tiempo que tomo la leche en solidificarse en cada tubo. Se produjo el siguiente grafico:

Gráfico8 Tiempo vs Concentración de Renina

Tiempo de

Solidificacion

1 2 3 4 5Tubo de Ensayo

a) Que tubo tiene la mayor concentración de enzima? b) Cual tiene la menor concentración? c) Por que no mejora el tiempo entre los tubos 4 y 5? d) Cuál de los tubos tuvo una mayor velocidad de reacción?

2. Para una concentración de enzima dada, la curva de velocidad de reacción vs concentración de sustrato se ve como el grafico 9.

Gráfico9 Velocidad de Reacción vs Concentración de sustrato

Concentración de sustrato

Haga un gráfico similar en sus notas, e indique en él la forma que tomaría la curva si la concentración de enzima fuera la mitad de la original.

Enzima Enzima

Enzima

Enzima

Sustrato 2

Sustrato 1

Inh.C

Inh.

Sustrato 1

Enzima Enzima

Enzima

Enzima

Sustrato 2

Sustrato 1

Inh.C

Inh.

Sustrato 1

Velo

cida

d de

Rea

cció

nR

eact

ion

Rat

e

Enzyme Concentration

Rea

ctio

n R

ate

Enzyme Concentration


3. Cómo cambia la actividad de la enzima con cambios en: a) Temperatura ? b) pH ?

4. Gráfico10 Concentración de Producto o vs Tiempo

a) Describa el efecto que 80°C tienen sobre la enzima. b) A partir de esta información, cual es la temperatura óptima de la enzima?

5. Se hizo la comparación de bacteria y descomposición en ciertas verduras a distintos niveles de pH.

Gráfico11 Concentración de Bacteria vs pH

Concentración Bacteriana

6 7 8pH

a) A partir de la información del gráfico, cual es la relevancia de decapar (encurtir) una verdura en vinagre?

b) Qué efecto puede tener el enfriamiento en la velocidad de descomposición de las verduras? Explique.

6. Lea la siguiente información relativa a algunos inhibidores comunes.

Los organofosfatos tales como el gas nervioso y el Malathion se unen al centro activo de la enzima acetilcolinesterasa. Esta enzima es responsable de descargar impulsos nerviosos. Su inhibición lleva a parálisis.

El cianuro se combina con los cofactores de Fe2+ en muchas enzimas importantes en la respiración, afectando así la forma de sus centros activos.

La penicilina inhibe la producción de paredes celulares en las bacterias enlazándose a un sitio que cambia el centro activo a cargo de la producción de muco-proteínas.

Clasifique estos inhibidores como competitivos o acompetitivos.

a) Organofosfatos b) Cianuro c) Penicilina

Preguntas Adicionales

50°C

60°C

70°C40°C80°C

Pro

duct

o o

Obt

enid

o

Tiempo


Actividad 5: Aplicaciones Prácticas de las Enzimas Preguntas Guía

1. Con base en la información de la página anterior, complete la tabla 1 que sigue:

Tabla 1 Uso de las Enzimas Enzima Acción Aplicación

2. Algunas personas son sensible a la penicilina como antibiótico. La enzima penicilinasa, producida por ciertas bacterias puede usarse para el tratamiento de pacientes que presentan alergia a la penicilina. Como trabaja en ese caso la penicilinasa?

3. Algunas enzimas dan lugar a Producto os que reaccionan cambiando de color. Dado que la temperatura afecta la actividad de las enzimas, como podría utilizarse una enzima así, para indicar si los alimentos se han descongelado accidentalmente?

Alcohol Deshidrogenasa

Alcohol AcetaldehídoEmpleado en el análisis de concentración de alcohol en la sangre. Pruebas de CAS para

automovilistas.

Amilasas Amidones Glucosa Mejora la acción de la levadura en la

fabricación del pan. Permite que la levadura produzca más CO2 y mejore su textura.

Ficina Proteínas Polipéptidos Disuelve la gelatina en las películas de

Rayos X para permitir la recuperación de la plata en el proceso de reciclaje.

Tripsina Proteínas Pequeños Péptidos

Predigestion de la papilla para bebes.

Renina Coagula la Leche.

Se usa en la fabricación de quesos

Subtilisina Proteínas PolipéptidosLa contienen algunos detergentes en polvo para retirar manchas de origen proteínico,

e.g. Sangre.

Celulasa Celulosa Carbohidratos simples

Aclara los jugos de frutas.

Papaína Proteínas PolipéptidosEvita la turbidez en la cerveza cuando

se enfría. Se usa también para ablandar Producto os cárnicos.

LisozimaDescompone las paredes celulares de las

bacterias hidrolizando muco-péptidos.Usada en el tratamiento de infecciones

de los ojos.

Preguntas Adicionales:


Actividad 6: Nomenclatura – Cómo se le da elnombre a las enzimas

Por lo general el nombre de una enzima indica el sustrato con el que interactúa.

El sufijo “asa” se añade al nombre del sustrato. e.g. La ureasa ataca la urea. La tirosinasa ataca la tirosina.

Los nombres tradicionales de algunas enzimas se mantienen en uso común, como la Pepsina, la Catalasa, la Quimotripsina, y la Papaína. Dichos nombres se derivaron casi siempre de la fuente de la enzima. Así por ejemplo, la papaína proviene de la fruta verde del papayo. (La misma palabra enzima, viene del griego, “en levadura”).

Las enzimas se clasifican en 6 grandes grupos dependiendo del tipo de reacción que se catalice.

Hidrolasas - Reacciones Hidrolíticas. Estas enzimas introducen agua en ciertas uniones de sus sustratos. Son a menudo reversibles. e.g. Enzimas de la digestión:

amilasas lactasa maltasa sacarasa proteasas lipasas

A continuación, la ecuación de la hidrólisis de la sacarasa por acción de la enzima hidrolasa invertasa.

Agua + Sacarosa Glucosa + Fructosa

Oxidoreductasas - Reacciones de Oxidación-Reducción.

Las oxidoreductasas suministran energía a otros procesos celulares y transforman constituyentes dietéticos. e.g.

Deshidrogenasas Oxidasas Peroxidasas

La alcohol deshidrogenasa, que se halla concentrada en el hígado, descompone el alcohol en el cuerpo.

Alcohol + NAD+ Acetaldehído + NADH + H+

Transferasas - Transfieren un grupo químico de una molécula a otra.

Las reacciones de transferencia pueden involucrar grupos fosfato, metal, o amida. Ejemplos de estos son:

TransaminasasTransmetilasas

Esa reacción para la glutámico-aspártico aminotransferasa se presenta a continuación: COOH COOH COOH COOH

CH2 CH2 CH2 CH2 + + CH2 C=O CH2 CHNH2

CHNH2 COOH C=O COOH

COOH COOH Acido + Acido Acido + Acido Glutámico Oxaloacético Alfacetoglutárico Aspártico

Liasas - – Retira grupos de una molécula de forma no hidrolítica.

Un tipo de liasa, las descarboxilasas retiran el dióxido de carbono de los ácidos carboxílicos.

La enzima Lisina descarboxilasa convierte la lisina en cadaverina.

CH2 NH2 CH2 NH2

(CH2)3 (CH2)

3 + CO2 CH NH2 CH2 NH2

COOH

Lisina Cadaverina + Dióxido de Carbono


Isomerasas - Isómeros que originan cambios intra-moleculares.

Los isómeros tienen la misma fórmula molecular pero distinta forma estructural. Las isomerasas convierten un isómero en otro y otro reacomodando sus moléculas. e.g.

cis-trans Isomerasa.

La fosfohexosa isomerasa cataliza la siguiente reacción:

Glucosa 6-fosfato Fructosa 6-fosfato

Ligasas - Combina la hidrolisis de la adenosina trifosfato (ATP) - también llamada trifosfato de adenosina, con los enlaces de dos sustratos.

Estas enzimas también se conocen como sintetasas.

Las ligasas son enzimas de unión. La ligasa ADN puede emplearse para descomponer y unir segmentos del ADN. Esta acción es la base de técnicas de INGENIERIA GENETICA en las que se crean bacterias a través del corte y pegado de información genética en forma de ADN.

Esta técnica fue empleada en la producción de una bacteria que produce la insulina humana. En el proceso, un segmento del ADN capaz de producir la insulina se inserta al ADN de una bacteria huésped.

Bucle de ADN bacteriano

Ligasa

Segment eliminado

Nuevocapítulode ADN

Nuevo bucle deADN bacteriano

Preguntas Guía

1. Que sustratos catalizan las siguientes enzimas? a) Proteasa b) Lipasac) Carbohidrasad) Peroxidasa

2. Cómo podría usar un Ingeniero Genético la Ligasa para desarrollar una nueva cepa bacteriana?

3.a) Cuál de los compuestos (A, B, C) representa a la enzima, cuál el Producto o y cuál el sustrato en estos diagramas?

La enzima:El Producto o: El sustrato:

3.b) Qué otro compuesto se halla presente en la reacción?

3.c) Clasifique esta enzima.

4. Se dan una serie de reacciones en las que cierta cantidad de nucleótidos se combinan formando una cepa larga de ADN. Qué tipo de enzima se uso para catalizar estas reacciones?

5. Lactosa, Maltosa, Urea y Tirosina.

Ponga al frente de la enzima más probable, cada uno de los sustratos mencionados arriba:

Enzima Sustrato Maltasa Tirosinasa LactasaUreasa

A

agua

C''

C'

BA

B

B


Exp1:LaAmilasaHumana&VariacionesdeTemperatura

Nombre :___________________________ Fecha:______________

Introducción: Todas las enzimas tienen una temperatura óptima a la cual trabajan mejor. Nuestros cuerpos tienen problema para funcionar si estamos muy acalorados o sentimos demasiado frío. Las enzimas de comportan de forma similar.

La α-amilasa humana es una enzima de la digestión, presente en la saliva y los jugos pancreáticos. Esta enzima es responsable de la descomposición de los almidones en maltosa, isomaltosa y glucosa. Gran parte de esa descomposición ocurre en el intestino delgado porque el bajo pH del estomago desactiva la enzima, que trabaja mejor en un pH de 7. Al igual que con otras enzimas, una alta temperatura desnaturaliza (afecta) la α-amilasa.

Objetivo:Investigar el efecto de cambios en la temperatura sobre la actividad de la α-amilasa humana.

Procedimiento:Durante esta actividad estaremos empleando el computador para similar una serie de experimentos en 101 tubos de ensayo, cada uno 1°C más caliente que el anterior. Enzimas y sustratos se incuban por 5 minutos a distintas temperaturas antes de combinarlas para iniciar los experimentos.

1. Escoja Series de Experimentos y con el menú de Archivo > Cargar Experimento cargue el Exp_1.els del directorio Experimentos Guardados. Asegúrese de que los siguientes pre-esTablacidos estén correctos:

Sustrato Almidón 100 100 Enzima α-amilasa 100 100 Producto Maltosa 0 0 Inhibidor Ninguno 0 0 Temperatura 0 100 pH 7.0 7.0 ElmenúdeGráficosenProductoynohayningúngraficovisible.

2. Haga clic en el botón de Inicio y prepárese a hacerle clic al botón de pausa cuando el experimento haya llegado a 1 minuto. Pista: Apague el Turbo a los 50 segundos.

3. Haga clic en el botón de Datos al lado de la pantalla para observar los datos recogidos. Complete la tabla de la siguiente página o imprima los datos usando la opción de imprimir en la parte superior del menú de datos.

4. Diagrame la velocidad de reacción en el Gráfico 1 empleando para ello una línea sencilla. Esto se puede hacer fácilmente escogiendo la Velocidad inicial de reacción del menú de gráficos.

5. Dibuje una grafica de la Concentración de la enzima en el Grafico 2, también con una sola línea. Esto se hace fácilmente escogiéndola del menú de gráficos.

Resultados: Complete esta tabla a mano o imprima los datos desde el menú. Tabla 1

0 10 20 30 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 50 60 70 80100

00 20 40 60 80 100

50

100

Temperatura (°C)

Velocidad de

Reacción(Unidades Arbitrarias)

Gráfico1 Velocidad de Reacción

Temperatura(°C )


(Unidades Arbitrarias)

Concentración Restante de la

Enzima(Unidades Arbitrarias)


Preguntas Guía

1. Con base en el Gráfico 3, a que temperatura (Temperatura óptima) parece estar más activa la α-amilasa ?

2. Cuál es la importancia biológica de esta temperatura?

3. En la gran mayoría de reacciones químicas, “a mayor temperatura mayor velocidad de reacción”. Por qué, entonces, se reduce la velocidad de la reacción luego de haber alcanzado la temperatura optima?

4. Si se incuba una solución a 100°C por varios minutes y luego se enfría a 35°C, la Velocidad de Reacción seria de cero. Por qué?

5. La α-amilasa humana actúa sobre los almidones produciendo qué 3 productos?

6. Los perros no tienen amilasas salivares. Puede sugerir por qué ha habido muy poca presión evolutiva para que la desarrollen?

00 20 40 60 80 100

50

100

Temperatura (°C)

Gráfico2 Enzima Restante

00 20 40 60 80 100

50

100

Temperatura (°C)

Velo

cida

d de

Rea

cció

n

(Uni

dade

s A

rbitr

aria

s)


Traslade los datos de la Tabla 1 al gráfico a continuación:

Velocidad de



Exp 2: Variación de Temperatura y Enzimas

Nombre :___________________________ Fecha:______________


Las Proteasas son enzimas que descomponen las proteínas durante la digestión, para formar pequeños péptidos.

Objetivo:Investigar el efecto de variaciones de temperatura sobre la actividad de proteasas similares de distintas especies.

Procedimiento:Durante esta actividad estaremos empleando el computador para similar una serie de experimentos en 101 tubos de ensayo, cada uno 1°C más caliente que el anterior. Enzimas y sustratos se incuban por 5 minutos a distintas temperaturas antes de combinarlas para iniciar los experimentos.

1. Escoja Series de Experimentos y con el menú de Archivo > Cargar Experimento cargue el Exp_2.els del directorio Experimentos Guardados. Asegúrese de que los siguientes pre-establacidos estén correctos:

Sustrato Proteína 100 100 Enzima Proteasa 1 100 100 Producto Péptidos 0 0 Inhibidor Ninguno 0 0 Temperatura 0 100 pH 5.0 5.0

ElmenúdeGráficosenProductoynohayningúngraficovisible.



4. Diagrame la velocidad de reacción en el Gráfico 1 empleando para ello una línea sencilla. Esto se puede hacer fácilmente escogiendo la velocidad inicial de reacción del menú de gráficos.

5. Dibuje una grafica de la concentración de la enzima en el Grafico 2, también con una sola línea. Esto se hace fácilmente escogiéndola del menú de gráficos.

6. Haga clic en resTablacer y repita los pasos 2-5 luego de pasar a Proteasa 2. (Use un color distinto en las graficas e identifique cada línea trazada)

Resultados Tabla 1

Temperatura(°C )

20 30 32 34 36 38 40 42 44 50 60 62 64 66 68 70 72 80 90100

00 20 40 60 80 100

50

100

Temperatura (°C)

Velocidad de



1 2 1 2


Conc. Restante de la Enzima


Preguntas Guía1. Con base en el Gráfico 3, Cuales son las temperaturas optimas

probables de las Proteasas 1 y 2?

2. Al frente de cada fuente indique la enzima más probable.

Ser Humano :- Bacteria de Agua Caliente :-

3. Sugiera una razón de por qué la Proteasa 2 tiene una Temperatura Optima mucho mayor a la de la Proteasa 1.

4. Ambas enzimas son proteasas. Era de esperar que tuvieran estructuras moleculares idénticas. Por qué?

5. En el gráfico a continuación, dibuje una posible curva de velocidad de reacción vs temperatura para una enzima proteasa de un pez del ártico. (Temperatura ambiental 5°C)

6. On the Gráfico above sketch a possible Velocidad de Reacción vs Temperatura curve for an protease enzyme from a polar bear. Label both curves.

00 20 40 60 80 100

50

100

Temperatura (°C)

Conc. Restante de la Enzima


Gráfico2 Enzima Restante

00 20 40 60 80 100

50

100

Temperatura (°C)

Velo

cida

d de

Rea

cció

n

(Uni

dade

s A

rbitr

aria

s)


00 20 40 60 80 100

50

100

Temperatura (°C)

Velocidad de





Exp 3: El pH y la Actividad de la Enzima

Nombre :___________________________ Fecha:______________

Introducción: La Pepsina y la Tripsina son enzimas proteasas, lo que indica que descomponen las moléculas de las proteínas como parte del proceso digestivo.

La pepsina se encuentra en el estomago. La Tripsina es secretada del páncreas al duodeno. Ambas se liberan en forma de cimógeno inactivo y entran en acción en el estomago y el lumen del tracto intestinal.

ProteasaProteína Péptidos

Objetivo:Comparar el efecto del pH en la actividad de ambas proteasas de la digestión.

Procedimiento:Durante esta actividad estaremos empleando el computador para similar una serie de experimentos en 101 tubos de ensayo, cada aumentará el pH de 0.1.


Sustrato Proteína 100 100 Enzima Tripsina 100 100 Producto Péptidos 0 0 Inhibidor Ninguno 0 0 Temperatura 37.0 37.0 pH 1.0 11.0





5. Dibuje una grafica de la concentración de la enzima en el Grafico 2, también con una sola línea. Esto se hace fácilmente escogiéndola del menú de gráficos.

6. Haga clic en restablecer y repita los pasos 2-5 luego de pasar a Pepsina. (Use un color distinto en las graficas e identifique cada línea trazada)

Resultados Tabla 1

01 3 2 7 9 11

50

100

pH

Velocidad de



Tripsina PepsinapH

Velocidad de Reacción(Unidades Arbitrarias)

1.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.07.58.08.59.09.5

10.010.511.0


Preguntas Guía

1. Con base en el Grafico 2, cuales son los pH óptimos de estas enzimas digestivas?

2. Sugiera por qué la Pepsina es mas activa a bajos niveles de pH.

3. Sugiera por qué la Tripsina es más activa a niveles de pH mayores de 7.

4. Ambas enzimas son proteasas. Era de esperar que tuvieran estructuras moleculares idénticas. Por qué?

01 3 5 7 9 11

50

100

pH

Velo

cida

d de

Rea

cció

n

(Uni

dade

s A

rbitr

aria

s)

Gráfico2 Velocidad de Reacción vs pH

Plot the data from Tabla 1 on the Gráfico below. 5. En el gráfico que sigue, dibuje la posible velocidad de reacción vs curva de pH para una proteasa que sea más activa sobre pH 7.

6. El sustrato sobre el que actúa la enzima afecta la forma como esta reacciona a distintas condiciones de pH. Puede ofrecer alguna idea de por qué?

Actividades Sugeridas:

1. Diseñe un experimento para obtener el pH óptimo de dos enzimas diferentes en el laboratorio.

Pruebe su método utilizando la opción “Laboratorio de Investigación” de este programa.

NOTA: El experimento 8 de este manual hace este tipo de experimento.

01 3 5 7 9 11

50

100

pH

Velocidad de




Exp 4: Concentración de Enzimas

Nombre :___________________________ Fecha:______________

Introducción: La catalasa está presente en todas las células y en mayor concentración en el hígado y las células de la sangre. Evita la acumulación de ciertos peróxidos tóxicos que se forman durante la respiración.

Catalasa 2H2O2 2H2O + O2

La Catalasa acelera el proceso naturalmente por un factor de 1010.

Objetivo:Investigar el efecto de la concentración de la enzima catalasa en la descomposición del peróxido de hidrogeno.

Procedimiento:Durante esta actividad estaremos empleando el computador para simular una serie de experimentos en 101 tubos de ensayo, cada uno contendrá una unidad más de enzimas que el anterior.


Sustrato Peróxido de Hidrogeno 100 100 Enzima Catalasa 0 100 Producto Oxigeno 0 0 Inhibidor Ninguno 0 0 Temperatura 37.0 37.0 pH 7.0 7.0





Resultados Tabla 1

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 65 60 65 70 75 80 85 90 95100



00 20 40 60 80 100

5

10

Concentración de Enzima (Unidades Arbitrarias)

Velocidad de



Concentración de Enzima



Preguntas Guía

1. A qué conclusión pudo llegar respecto de la concentración de enzimas y la velocidad de reacción en las secciones de 0-5 en el grafico?

2. Por qué se nivela la velocidad de reacción cuando las concentraciones de enzima son mayores?

Traslade los datos de la Tabla 1 al gráfico a continuación: 3. La mayoría de los procesos metabólicos ocurren en series de reacciones.

Los productos de la reacción catalizada por la enzima pueden pasarse a la siguiente:

En una reacción, el Paso 1 provee el sustrato para el Paso 2.

E1E2Sustrato Producto 1 Producto 2

Step-1 Step-2

En la ruta descrita arriba, la velocidad máxima del Paso 1 es de 3.0 m. mol/sec. y en el Paso 21, de 4.5 m.mol/sec. Cuál sería la velocidad de la reacción general que sigue?

Sustrato Producto 2

4. Dada una misma ruta, la eficiencia de la reacción en la formación del producto 2 dependerá de que las velocidades de reacción tanto de E1 como de E2 sean iguales. Si la velocidad de reacción de E1 es el doble de la de E2, cómo puede la célula evitar la acumulación de producto 1?


1. Haga un listado de los pasos necesarios en la construcción de un experimento que demuestre que el sustrato puede ser un factor limitante de la velocidad con que la enzima cataliza la reacción.



00 20 40 60 80 100

5

10

Concentración de Enzima (Unidades Arbitrarias)

Velo

cida

d de

Rea

cció

n

(Uni

dade

s A

rbitr

aria

s)

Gráfico2 Velocidad de Reacción vs Concentración de Enzima


Exp5:ConcentracióndeSustrato

Nombre :___________________________ Fecha:______________

Introducción: La catalasa está presente en todas las células y en mayor concentración en el hígado y las células de la sangre. Evita la acumulación de ciertos peróxidos tóxicos que se forman durante la respiración.

Catalasa 2H2O2 2H2O + O2

La Catalasa acelera el proceso naturalmente por un factor de 1010.

Objetivo:Investigar el efecto de la concentración de peróxido de hidrógeno en la velocidad de reacción de la enzima catalasa.

Procedimiento:Durante esta actividad estaremos empleando el computador para simular una serie de experimentos en 101 tubos de ensayo, cada uno contendrá una unidad más de enzimas que el anterior.


Sustrato Peróxido de Hidrogeno 0 100 Enzima Catalasa 10 10 Producto Oxigeno 0 0 Inhibidor Ninguno 0 0 Temperatura 37.0 37.0 pH 7.0 7.0





00 20 40 60 80 100

5

10

Concentración de Sustrato ((Unidades Arbitrarias)

Velocidad de



Resultados Tabla 1

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 65 60 65 70 75 80 85 90 95100






Preguntas Guía

1. Describa la relación entre concentración de sustrato y velocidad de reacción.

2. Por qué se nivela la gráfica?

Traslade los datos de la Tabla 1 al gráfico a continuación: 3. Si la concentración de enzima fuera mayor, como afectaría esto el gráfico?

4. En el grafico que sigue, dibuje la curva que resultaría si la concentración de enzimas fuera la mitad de la del grafico 1.


1. Haga un listado de los pasos necesarios en la construcción de un experimento que demuestre que la enzima puede ser un factor limitante de la velocidad con que la enzima cataliza la reacción.



00 20 40 60 80 100

5

10

Concentración de Sustrato (Unidades Arbitrarias)

Velo

cida

d de

Rea

cció

n

(Uni

dade

s A

rbitr

aria

s)

Gráfico2 Velocidad de Reacción vs Concentración de Sustrato

00 20 40 60 80 100

5

10

Concentración de Sustrato (Unidades Arbitrarias)

Velocidad de




Exp 6: Las Enzimas y sus Productos

Nombre :___________________________ Fecha:______________

Introducción: Las enzimas tienen acciones muy especificas. Una enzima puede actuar en más de un sustrato si ambos tienen una formación molecular común. Algunos sustratos pueden recibir la acción de distintas enzimas.

Objetivo:Identificar los sustratos y productos de distintas enzimas.

Procedimiento:Estos son experimentos realistas. Las concentraciones de sustrato y de producto en el matraz cambian según avanza el experimento. Si se cambiaran el sustrato o la enzima, el programa daría inicio a un nuevo experimento; pero el producto que se está monitoreando sí puede cambiarse a mitad del experimento.

Para obtener buenos resultados, tendrá que escoger la combinación correcta de sustrato, enzima y producto.

1. Escoja Laboratorio de Investigación. Seleccione la primera enzima de la tabla usando el botón Menú de Enzimas a un lado de la palabra Enzima de la pantalla.

2. Escoja un sustrato usando el botón del Menú de Sustratos.

3. Haga clic en Inicio.

4. Si la concentración del sustrato decrece, es porque escogió una combinación probable. Registre el sustrato con la encima correspondiente en la Tabla 1.

Pista: Si se inicia la reacción y no hay sustrato, pruebe cambiar el pH.

5. Si no tiene reacción, vuelva al paso 2.

6. Si la concentración de producto es mayor a cero, registre el producto y su correspondiente enzima en la Tabla 1.

7. Escoja un Producto Nuevo. Y repita los pasos 6 & 7 hasta que haya examinado todos los productos para cada combinacion enzima-sustrato que funcione.

8. Repita los pasos 2 a 8 hasta que todos los sustratos se hayan probado con la enzima.

9. Escoja la siguiente enzima y repita los pasos 2 a 9, hasta que haya probado todas las enzimas.

Substrato Enzima Productos

Resultados Tabla 1

α-amilasa

β-amilasa

Catalasa

Lipasa

Pepsina

Tripsina


3. Existen dos enzimas distintas que hidrolizan el almidón. Cómo indican los resultados que puedan actuar de manera diferente?

4. Si dos enzimas actúan sobre un mismo sustrato y obtienen el mismo producto, son necesariamente la misma enzima? Explique.

5. Qué reacciones de esta actividad dan como producto un gas?

6. Complete la Tabla siguiente conectando los sustratos, las enzimas y los productos con líneas.

Preguntas de Comprensión:

1. El nombre común del triglicérido es:

2. Cuál es el grupo de compuestos de los que el almidón es ejemplo?

3. Otro ejemplo de un carbohidrato encontrado en los mamíferos es:

4. Nombre de la enzima que sirve para descomponer el almidón.

5. Por qué es la descomposición de los almidones un proceso necesario?

6. Cuáles son los productos de la digestión de las proteínas?

7. Escriba en palabras la ecuación para la descomposición del peróxido de hidrogeno:

8. Las enzimas son ....................... ; la parte directamente involucrada en la reacción con el sustrato se conoce como ....................... .

10. La acción de una enzima se ve afectada por condiciones tales como ......................., ................, fuerza de …............, ............... de iones y la presencia de …................. .

Preguntas Guía

1. Un ejemplo de dos enzimas que actúan sobre un mismo sustrato es:

2. Por qué las enzimas solo actúan sobre ciertos y determinados sustratos?

Substrate

Proteínas

Triglicéridos

Peróxido de Hidrogeno

Almidón

Enzyme

Lipasa

α-Amilasa

β-Amilasa

Pepsina

Catalasa

Trypsina

Product

Maltosa

Acidos Grasos

Dextrinas

Péptidos

Agua

Glucosa

Isomaltosa

Glicerol

Oxigeno


Exp7:TemperaturaOptimadelasEnzimas

Nombre :___________________________ Fecha:______________


Las proteasas son enzimas que descomponen proteínas durante la digestión para formar pequeños péptidos.

Objetivos:1. Encontrar la temperatura óptima de tres proteasas2. Relacionar las enzimas estudiadas a su ambiente particular.

Procedimiento:En este experimento se va a alterar la temperatura de cada solución por un minuto. Las reacción se puede seguir detectando la cantidad de sustrato que reacciona en un cierto periodo de tiempo.

1. Escoja Laboratorio de Investigación, haga clic en Restablecer y borre toda gráfica.

2. Asegúrese de que los siguientes pre-establacidos estén correctos: Sustrato Proteína 100 Enzima Proteasa 1 100 Producto Péptidos 0 Inhibidor Ninguno 0 Temperatura 37.0 pH 5.0 ElmenúdeGráficosenProductoynohayningúngraficovisible.

3. Haga clic en el botón de Inicio y prepárese a activar el botón de pausa cuando el experimento haya llegado a 1 minuto. Pista: Apague el Turbo a los 50 segundos.

4. Registre la concentración del producto en la Tabla 1.

5. Haga clic en Restablecer. Esto devuelve todos los parámetros a sus valores iniciales.

6. Cambie la temperatura de su solución al siguiente valor de la tabla. Repita los pasos 3 a 6 hasta que haya probado con todas las temperaturas.

7. Repita los pasos 2 a 7 para las demás enzimas.

8. Lleve los resultados al Grafico 1. (Cambie de color para cada caso)

Resultados

Temperatura

(˚C)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

Concentración de Producto(Unidades Arbitrarias)

Proteasa1

Proteasa2

Proteasa3

Tabla 1


Traslade los datos de la Tabla 1 al gráfico a continuación.(use la clave para distinguir las enzimas)

KEY

_______________________

_______________________

_______________________

Preguntas para Discussion:

1. De sus resultados , cuales son las temperaturas optimas para las 3 enzimas?

2. Cómo se asemejan los tres gráficos?

3. Cómo se asemejan las 3 enzimas?

4. Esperaría usted que las estructuras moleculares de las enzimas fueran idénticas?

5. Cómo se relacionan las temperaturas optimas a los organismos en los que se encuentran?

6. A que temperatura empieza a decrecer la actividad de cada enzima por causa de desnaturalización? Marque esas tres áreas en el Gráfico 1.


00 20 40 60 80 100

100

200

Temperatura (°C)

Con

cent

raci

ón d

e P

rodu

cto

(Uni

dade

s A

rbitr

aria

s)Gráfico1 Concentración de Producto vs Temperatura

250


Exp8:pHOptimoparaDiferentesEnzimas

Nombre :___________________________ Fecha:______________

Introducción: La Pepsina y la Tripsina son enzimas proteasas, lo que indica que descomponen las moléculas de las proteínas como parte del proceso digestivo.

La pepsina se encuentra en el estomago. La Tripsina es secretada del páncreas al duodeno. Ambas se liberan en forma de cimógeno inactivo y entran en acción en el estomago y el lumen del tracto intestinal.

ProteasaProteína Péptidos

Objetivo:Encontrar el pH óptimo para dos proteasas humanas y referirlos a los ambientes en que operan.

Procedimiento:Se les puede alterar el pH y por tanto comparar la actividad de la enzima bajo diferentes condiciones. La reacción puede seguirse detectando la cantidad de sustrato que reacciona en un periodo de tiempo dado.


2. Asegúrese de que los siguientes pre-establacidos estén correctos: Sustrato Proteína 100 Enzima Tripsina 100 Producto Péptidos 0 Inhibidor Ninguno 0 Temperatura 37.0 pH 1.0 ElmenúdeGráficosenProductoynohayningúngraficovisible.


4. Registre las concentraciones de sustrato y producto en la Tabla.

5. Empiece un nuevo experimento haciendo clic en Restablecer.

6. Cambie el pH y repita los pasos 4 a 6 hasta que complete la tabla

7. Repita los pasos 3 a 6 para la pepsina.

8. Lleve los niveles de sustrato al Grafico 1 y los de producto al Grafico 2. (use un color diferente para cada Grafico)

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

Concentrac Sustrato

(Unidades)

Resultados Tabla 1

pHSugerido Concentrac

Producto(Unidades)

Concentrac Sustrato

(Unidades)

ConcentracProducto

(Unidades)

Diagrame a continuación los datos de sustrato de la tabla 1. (use la clave para diferenciar las enzimas)

00 2 4 6 8 10

50

100

pH



Gráfico1 Substrato vs pH

Key

Tripsina Pepsina


Traslade los datos de la Tabla 1 al gráfico a continuación: (use the key to indicate the different enzymes)

Key

00 2 4 6 8 10

100

200

pH

Con

cent

raci

ón d

e P

rodu

cto

(Uni

dade

s A

rbitr

aria

s)

Gráfico2 Concentración de Producto vs Temperatura250

Preguntas Guía

1. Con base en sus resultados, cual es el pH optimo de las dos enzimas?

2. Cómo se asemejan las dos gráficas?

3. Cómo se asemejan las enzimas?

4. Esperaría usted que las estructuras moleculares de las enzimas fueran idénticas?

5. La tripsina se encuentra en el estomago. La pepsina en el intestino delgado. Como se relacionan los valores óptimos de pH al ambiente en el que se encuentran?

6. Compare ambas graficas. Cómo se comparan los cambios en sustrato a los del nivel de producto?



Exp9:ActividaddelaCatalasa

Nombre :___________________________ Fecha:______________

Introducción: La Catalasa es una enzima que retira el peróxido de hidrógeno tóxico de las células y lo convierte en agua y oxígeno. Se encuentra en altos niveles en el hígado, las células rojas de la sangre y en los riñones. La catalasa también existe en plantas y microorganismos.

Objetivo:Estudiar la temperatura y actividad de pH de la catalasa.

Procedimiento:Se dará inicio a un nuevo experimento con cada nueva temperatura y nivel de pH. La reacción puede seguirse detectando la cantidad de sustrato.


2. Asegúrese de que los siguientes pre-establacidos estén correctos: Sustrato Peróxido de Hidrogeno 100 Enzima Catalasa 50 Producto Oxigeno 0 Inhibidor Ninguno 0 Temperatura 20.0 pH 70 ElmenúdeGráficosenProductoynohayningúngraficovisible.


4. Registre las concentraciones de sustrato y enzima en la Tabla.

5. Empiece un nuevo experimento haciendo clic en Restablecer.

6. Cambie la temperatura al siguiente valor y repita los pasos 3 a 5.

7. De sus resultados escoja el mejor rango de temperatura para la enzima.

8. Trate de obtener una mayor velocidad de reacción. (más producto después de 1 min.) probando con la temperatura. Registre sus resultados.

9. Use la misma técnica para determinar el pH optimo de esta enzima con la temperatura fijada en la optima de las enzimas. Registre sus resultados en la Tabla 2.

Resultados Tabla 1

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

Temperatura Concentrac ConcentracSugerida (°C) Sustrato (U. A.) Producto (U. A.)

Tabla 2

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

pH Concentrac Sugerido Producto (U. A.)

Temperatura óptima de la Catalasa:

___________

pH óptimo de la Catalasa:

____________


Preguntas Guía

1. Por qué hay un aumento inicial en la actividad de la enzima con un aumento de temperatura?

2. por qué la actividad decrece rápidamente cuando se sobrepasa la temperatura óptima?

3. Por qué se encuentra la temperatura optima en este nivel particular?

4. En cuál de las siguientes condiciones operaria efectivamente la catalasa?

i) lumen del estomago: ii) lumen del intestino: iii) protoplasma de la célula:

5. Qué evidencia hay de que se produjo un gas en esta reacción?

6. Dibuje la curva Sustrato vs Temperatura para la Catalasa usando los resultados de su experimento.

Cómo se relaciona al gráfico 1?

00 20 40 60 80 100

50

100

Temperatura (˚C)



Gráfico3 Concentración de Sustrato vs Temperatura

00 20 40 60 80 100

25

50

Temperatura (˚C)

Concentraciónde Producto


Gráfico1 Concentración de Producto vs Temperatura

00 2 4 6 8 10

20

50

pH

Concentraciónde Producto


Gráfico2 Concentración de Producto vs pH


Plot the product data from Tabla 2.

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