Instituto Politécnico Nacional

Escuela de Medicina y Homeopatía

Bioquímica Humana I

Práctica 6: Anhidrasa carbónica

Espinosa Sierra Karina

González Rentería Luis Gerardo

López Calixto Vicente Alexis

Gallegos Olmedo Ammisaddai

Biol. Daniel Candelas Villagómez

Ciudad de México, octubre 6 de 2017

Introducción

El trabajo realizado en la presente práctica se basa en la observación, mediante el

uso de un indicador se logró detectar plenamente la actuación de una enzima en

muestras de sangre.

Marco teórico

En general, todas las reacciones metabólicas están reguladas por las enzimas,

unas proteínas globulares que actúan como catalizadores, aumentando la

velocidad de aquellas reacciones que son energéticamente posibles. Las enzimas

permiten las reacciones en las condiciones de temperatura, presión y pH propios

del medio intracelular, reduciendo la energía de activación necesaria para que se

produzca la reacción. Las enzimas no experimentan cambios estructurales al final

del proceso químico que catalizan.

        A mediados del siglo XIX, el científico francés Louis Pasteur estudiando la

fermentación alcohólica descubrió las enzimas que denominó

inicialmente fermentos. Pasteur creía que la actividad enzimática era inseparable

de las células vivas, pero en el año 1897 Eduard y Hans Buchner consiguieron

extraer y separar, sin que perdieran su capacidad catalítica, las mismas enzimas

de las correspondientes células. A principios del siglo XX, E. Fisher observó la

especificidad y en el año 1926 J. Summer obtuvo la primera enzima cristalizada y

purificada, la ureasa.

Las enzimas son las proteínas más especializadas, como corresponde a su

acción catalizadora de los procesos biológicos: degradación de nutrientes,

transformaciones energéticas, síntesis de moléculas orgánicas, regulación de

procesos metabólicos, etc.; incluso se mantienen activas fuera de la célula.

La mayoría de las reacciones celulares no se pueden producir

espontáneamente a la velocidad adecuada, pues requerirían una elevada

temperatura que sería letal para la célula, por la que es decisiva la acción

enzimática para conseguir dicha velocidad de reacción. Aunque hemos dicho que

los enzimas son generalmente proteínas, existen otros enzimas de naturaleza

ribonucleoprotéica, denominados ribozimas.

Las enzimas actúan sobre sustancias determinadas, conocidas

como sustratos, cuya transformación hacen posible. En muchos casos el sustrato

es una sustancia muy compleja que debe transformarse en otra u otras más

simples; la enzima se une al sustrato a través de numerosas interacciones débiles

como son: puentes de hidrógeno, electrostáticos, hidrófobos, etc., en un lugar

específico, el centro activo o centro catalítico. Este centro es una pequeña porción

del enzima constituido por una serie de aminoácidos que interaccionan

específicamente con el sustrato debilitando los enlaces que mantienen unidos a

los átomos que lo forman y haciendo más sencilla su transformación.

Normalmente el centro activo del enzima es como una hendidura, que puede

modificarse al unirse con el sustrato.

De los aminoácidos que constituyen las enzimas unos desempeñan una

función estructura l, otros facilitan la unión enzima-sustrato, llamados de fijación y

otros, los catalíticos, hacen posible la transformación del sustrato.

Unión de un sustrato con el centro activo de un enzima.

 

Las enzimas pueden realizar su función con los radicales de sus

aminoácidos, otras necesitan además un componente no proteico

llamado cofactor; el conjunto enzima-cofactor se conoce como holoenzima. El

cofactor es con frecuencia un ión metálico (Fe2+, Mg2+, etc.), en otros casos es un

compuesto orgánico conocido como coenzima. Si el cofactor (ión metálico o

coenzima) está unido mediante enlace covalente a la parte proteica (apoenzima)

se le conoce como grupo prostético. Son varias las vitaminas que actúan como

coenzimas, como se verá más adelante.

Las enzimas presentan algunas propiedades típicas:

- Son solubles en agua y difusibles en los líquidos orgánicos.

- Se requieren en dosis mínimas, ya que, como catalizadores que son, no

sufren cambio en la reacción.

- Tienen gran actividad, pudiendo transformar un sustrato de masa molecular

mucho mayor que ellas.

- Hacen que las transformaciones se produzcan a gran velocidad.

- Disminuyen la energía de activación y permiten que la reacción se realice a

menor temperatura.

- Son sustancias muy específicas, no actúan sobre cualquier sustrato.

- Se alteran por acción del calor, cambios de pH, radiaciones, etc., como

todas las proteínas.

Especificidad. De entre las propiedades de las enzimas merece un comentario la

especificidad. La especificidad enzimática se refiere a la capacidad de cada

enzima para diferenciar sustancias que tienen características semejantes

(especificidad de sustrato) o para realizar una transformación concreta

(especificidad de acción). La especificidad de sustrato es absoluta cuando un

enzima sólo puede catalizar la transformación de una sustancia (en algunos casos

sólo puede unirse a uno de los isómeros D o L de una misma sustancia, pero no a

los dos); se habla de especificidad de grupo cuando una misma enzima puede

catalizar la transformación de un grupo de sustancias que tienen un tipo de enlace

determinado (por ejemplo, la α-glucosidasa tiene acceso a glúcidos con enlace α),

o que son portadoras de determinado grupo (las fosfatasas separan los grupos

fosfatos de cualquier tipo de molécula).

MECANISMO DE ACCIÓN.

Cualquier reacción química se inicia con la rotura de ciertos enlaces entre

los átomos que constituyen las moléculas de los reactivos para formar,

posteriormente, los nuevos enlaces que originan las moléculas de los productos.

Ese estado en el que los enlaces de los reactivos están debilitados o rotos, aún no

se han formado los nuevos, se conoce como estado de transición oestado activado.

Para alcanzar el estado de transición y, en definitiva, para que la reacción

química tenga lugar, es preciso comunicar a los reactivos cierta cantidad de

energía, denominada energía de activación. Esto ocurre tanto en las reacciones

endotérmicas como en las exotérmicas.

En las llamadas reacciones espontáneas, la energía de activación es tan 

baja que se obtiene de la propia energía cinética de las moléculas o incluso de la

luz que incide en el lugar de reacción. En las reacciones no espontáneas,  sin

embargo, esta energía es tan alta que no se producen si no se aplica calor.

La acción catalizadora de las enzimas consiste en rebajar la energía de

activación para llegar fácilmente al estado de transición y permitir que la reacción

se lleve a cabo. En definitiva, sin la presencia del catalizador no es posible

alcanzar el estado de transición espontáneamente, y con él, sí es posible.

 

Perfil de energía libre en una reacción sin catalizar (A) y comparación con el

efecto de un catalizador (B)

Las enzimas aceleran las reacciones disminuyendo la energía de

activación. Los catalizadores realizan su acción favoreciendo la aproximación de

moléculas de los reactivos, pero como no actúan como tales, no se consumen.

Únicamente ayudan a que se produzca la reacción.

Todas las reacciones metabólicas (salvo alguna excepción) son reacciones

catalizadas por enzimas. Cuando un sustrato se encuentra con la enzima

correspondiente, la reacción catalizada se produce en tres etapas:

1. En primer lugar, el sustrato se une a la apoenzima formando el complejo

enzima-sustrato (ES). Como ya se ha apuntado, esta unión se caracteriza

por un alto grado de especificidad, de modo que para cada tipo de sustrato

y de reacción se necesita una enzima concreta.

La especificidad enzimática se debe a la estructura proteica de la

apoenzima, la cual presenta una zona, denominada centro activo, con una

forma espacial característica en la que se acopla el sustrato. Este

acoplamiento se ha comparado con el que existe entre una llave y su

cerradura: sólo es posible abrirla si los salientes y entrantes de una y otra

encajan exactamente, por lo que cualquier cambio que se produzca en la

forma impedirá su acoplamiento.

La teoría de la «llave~cerradura», propuesta en 1890 por Emil Fischer, se

considera esencialmente correcta, aunque en la actualidad se ha probado que en

algunas enzimas el centro activo es capaz de modificar su forma para adaptarse al

sustrato, de ahí que a este proceso, postulado por Daniel E. Koshland Jr. en 1958,

se le denomine de «ajuste o acoplamiento inducido». Sería algo semejante a la

introducción de una mano en un guante. La propia mano (que en esta

comparación equivaldría al sustrato) hace que el guante (equivalente al centro

activo de la enzima) se adapte mejor cuando se introduce en él.

Modelo de la llave-cerradura.

El centro activo de la enzima posee, por sí mismo, una forma complementaria a la

del sustrato

Modelo de ajuste inducido.

El centro activo de la enzima, se adapta a la forma del sustrato.

        Los radicales de los aminoácidos del centro activo se unen al sustrato y

consiguen debilitar sus enlaces provocando cambios energéticos que permiten

alcanzar el estado de transición.

         La unión es reversible, pues una parte del complejo enzima-sustrato (ES) se

disociada.                               

                                                      E+S   «  ES 

        Debido precisamente a esa reversibilidad, esta primera etapa es la más lenta.

2. Una vez formado el complejo enzima-sustrato, el cofactor lleva a cabo la

reacción y se obtiene el producto final (P). Esta etapa es muy rápida e

irreversible.

                                                           ES   «  E+P 

         En el caso de que no existan cofactores, la acción catalítica la realizan

algunos aminoácidos del propio centro activo. 

3.  El producto se libera del centro activo y la apoenzima queda libre para

volver a unirse a nuevas moléculas de sustrato.

Actividad enzimática

CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS

Se conocen alrededor de 2000 enzimas. Para nombrarlas se emplea un término

que alude al sustrato y al tipo de reacción catalizada, al que se añade la

terminación -asa. Por ejemplo, la aspartato transaminasa es una enzima que lleva

a cabo la reacción de transferencia de un grupo amino desde el ácido aspártico al

ácido pirúvico.

La nomenclatura recomendada por la Comisión Internacional de Enzimas (IEC),

organismo que cataloga las enzimas conocidas, consiste en un código de cuatro

números que hacen referencia a la clase en que está incluida, a la subclase, a la

subdivisión y a la enzima concreta de que se trate. Aunque más precisa, esta

nomenclatura no resulta cómoda y se utiliza con menos frecuencia que la anterior.

Según el tipo de reacción que catalizan, las enzimas se clasifican en seis clases

como se muestra en el cuadro siguiente:

Objetivo

El alumno constatará la modificación en la velocidad de una reacción ante la

presencia de una enzima.

Material y método

3 tubos de ensayo de 25 x 200

mm

3 pipetas de 5ml

1 probeta de 20ml

1 cronómetro

2 tubos Vacutainer (tapón lila)

2 agujas para Vacutainer

1 soporte de aguja Vacutainer

1 ligadura

1 matraz Erlenmeyer de 50ml

2 pipetas de 1ml

Azul de bromotimol al 0.01%

en agua de la llave

Solución salina al 0.9%

Torundas en alcohol

Agua destilada

Hielo

Sangre humana

Experimento:

El profesor preparará en el matraz Erlenmeyer una mezcla a partes iguales de

sangre y solución salina suficiente para todos los equipos.

1. Marcar cada equipo sus tubos con las letras A, B y C respectivamente.

2. Agregar a cada uno de los tubos 15 ml de agua destilada a pH neutro

(medidos con la probeta) y 1ml de azul de bromotimol (indicador)

3. A los tubos A y B agregar 0.1ml de mezcla de sangre-solución salina, agitar

los tubos hasta tener una mezcla de color uniforme.

4. Introducir todos los tubos en un vaso con hielo y agua durante 10min.

5. Sacar el tubo A del agua con hielo e introducir hasta el fondo del tubo una

pipeta de 5ml, soplar en forma lenta y constante dentro de la solución del

tubo al mismo tiempo que inicia el conteo de tiempo en el cronómetro; al

observar el cambio de color en la solución, detener el cronómetro y anotar

el tiempo transcurrido.

6. Repetir lo anterior con el tubo B.}

Nota: la persona que le soplo al tubo anterior debe soplarle a los otros 2 tubos.

7. Con los resultados de los tubos A y B obtener un promedio y ese será el

resultado de su experimento en presencia de enzima.

8. Sacar el tubo C del agua con hielo, introducir hasta el fondo del tubo, una

pipeta de 5ml y soplar hasta el cambio de color en la solución, midiendo el

tiempo en que ocurre esto, este será el resultado del experimento sin

enzima.

9. Hacer las conclusiones con respecto a la actividad enzimática del

experimento.

Resultados

Cuestionario 1. ¿Cuál es la función de las enzimas?

Son moléculas de naturaleza proteica que catalizan reacciones químicas, siempre que

sean termodinámicamenteposibles

2. Explica el mecanismo por el cual las enzimas aceleran las reacciones.

La acción catalizadora de las enzimas consiste en rebajar la energía de activación

para llegar fácilmente al estado de transición y permitir que la reacción se lleve a

cabo.

3. ¿Cómo está formado el sitio activo de una enzima?

La parte de la enzima donde se une el sustrato se llama sitio activo (puesto que

allí es donde sucede la “acción” catalítica). Generalmente, el sitio activoserá un

bolsillo o hendidura en la superficie de laenzima y suele ser una pequeña parte

de la molécula total

4. ¿Qué es el Km y qué significa?

la Km nos da una idea la afinidad que tiene el enzima por su sustrato, cuanto mayor es Km menor es la afinidad, cuanto menor es Km mayor es la afinidad.

Conclusiones

Karina: Las enzimas son importantes ya que disminuyen la energía de activación,

permitiendo acelerar todo tipo de reacciones químicas, ya que estas son muy

lentas y requieren de mucha más energía y en caso de no llevarse a cabo, el

organismo no sería funcional. Las enzimas son esenciales en mucho de los

procesos necesarios para la vida como digerir alimentos, regenerar tejido,

degradar sustancias.

Luis: En esta practica pudimos observar la importancia de las enzimas como

catalizadoras y así danos una idea mejor de cómo se llevan a cabo reacciones

químicas en nuestro cuerpo sistema digestivo y la importancia para la absorción

de alimentos.

Alexis: La digestión así como en muchas otras reacciones químicas en nuestro

cuerpo se dan con mayor facilidad gracias a las enzimas ya que sin ellas todos los

procesos serian lentos o simple mente no se podrían llevar acabo y con los

procesos que llevamos en esta práctica nos pudimos dar cuenta.

Ammisaddai: la sangre a bajá temperatura no contiene tanto CO2 ya que se

encuentra en agua ,y así los eritrocitos no tienen tanto carbonato , teniendo más

oxígeno el color de la muestra no varía , al contacto con el popote al soplar se

inserta más CO2 en la muestra cambiando el color.

Contribuciones

Karina:

https://www.youtube.com/watch?v=yMHbe433BMY

Luis:

Alexis: https://www.youtube.com/watch?v=HWPQMOeR088

Ammisaddai:

https://www.youtube.com/watch?v=seUhzfJBHgY

Bibliografía

http://www.medigraphic.com/pdfs/neumo/nt-2010/nt104d.pdf