Introducción.

Las enzimas, son una clase de proteínas cuya función es la de catalizar las reacciones químicas, haciendo que dichas reacciones se aceleren. Esto es posible debido a que, al unirse a sus sustratos, disminuyan la energía de activación necesaria para alcanzar el intermedio de transición de esta reacción. De esta forma, las enzimas aceleran la reacción, siempre y cuando las condiciones de la reacción sean adecuadas. Gracias a las enzimas, la mayoría de los procesos metabólicos del organismo ocurren en poco tiempo y permiten el normal funcionamiento de los organismos vivos. Aparte de su importancia biológica, estas proteínas han sido utilizadas en la industria aprovechando sus propiedades catalíticas, y así poder llevar a cabo algunos procesos que de otra manera no serían posibles. Por ejemplo, tienen utilidad en la industria alimentaria (proteasas para el procesamiento de carne), para sintetizar polímeros (lipasas inmovilizadas para la síntesis de poliésteres), en la industria médica y farmacéutica (ribonucleasa como antineoplásico), etc.

Un ejemplo de enzima fácil de estudiar es la catalasa. Esta enzima tiene una función defensiva en los organismos, ya que se encarga de la disociación del peróxido de hidrógeno, que es una especie que produce estrés oxidativo, un proceso perjudicial para nuestro organismo responsable de distintas patologías: cáncer, envejecimiento, inflamación, enfermedades cardiovasculares… Como consecuencia de la reacción catalizada por la catalasa, se produce agua y oxígeno (Ilustración 7). Esto es una ventaja, ya que gracias a la liberación de oxígeno se producen burbujas, lo cual hace evidente la reacción. Un ejemplo de esta reacción puede detectarse en las heridas, ya que, al curarlas, añadiendo agua oxigenada, se aprecia la formación de burbujas y espuma blanca, resultado de la reacción de la catalasa, con el peróxido de hidrógeno. Además, la catalasa está presente en la gran mayoría de los organismos, si bien algunos microorganismos no la presentan. Así, la presencia de catalasa en los microorganismos sirve de criterio para clasificarlos.

La catalasa, como proteína enzimática, está sometida a regulación y su actividad puede verse afectada por diversos factores: cambio de pH y/o de temperatura, concentración de sustrato, presencia de inhibidores, etc. Cuando estas condiciones no son las adecuadas, la catalasa no presenta una estructura adecuada para catalizar la reacción, es decir, adquiere una estructura desnaturalizada. En estas condiciones, llamadas condiciones desnaturalizantes, la actividad enzimática es nula, debido a que la enzima ha perdido su estructura y por tanto su capacidad catalítica.

En el experimento planteado, se somete a la catalasa a diferentes condiciones desnaturalizantes con el fin de observar como varía la actividad enzimática. Además, se preparará una muestra en la cual las condiciones sean las adecuadas para que la catalasa catalice la reacción. A este tipo de muestras se les conoce como controles, ya que se comprueba que la enzima, en condiciones normales, es activa.

Como se mencionó anteriormente, la catalasa es una enzima muy ubicua, por lo que se encuentra en la mayoría de los organismos. Para su estudio, por ejemplo, se puede utilizar uno de estos organismos sin necesidad de extraer la enzima, lo cual facilita el ensayo. En este caso, se va a utilizar la patata, debido a su bajo coste y su fácil manipulación.

Además, la medición de la actividad va a ser cualitativa, es decir, no se va a medir una unidad exacta de actividad enzimática (lo cual podría realizarse mediante el uso de un espectrofotómetro). La cuantificación de la actividad se va a realizar por comparación en la aparición de burbujas entre cada muestra con respecto al control positivo. En el control positivo, al no haber aplicado condiciones desnaturalizantes, la actividad enzimática será máxima.

Objetivos

• Conocer lo que es una enzima y un ejemplo práctico.
• Conocer los mecanismos de regulación de la actividad enzimática.
• Medir la actividad enzimática mediante un método cualitativo.
• Conocer aplicaciones de las enzimas.

Materiales

• 4 tubos de ensayo.
• Gradilla para los tubos de ensayo.
• Probeta.
• Bisturí.
• Agua oxigenada.
• Agua.
• Patatas
• 10 ml de hidróxido sódico 2M (NaOH)*.
• 10 ml de ácido clorhídrico 2M (HCl)*.
• Baño termostatizado a 100ºC **.

* Guardar precaución pues tanto el NaOH como el HCl son muy corrosivos, y pueden provocar quemaduras, a las concentraciones utilizadas en la práctica.

** Trabajar con precaución, pues el agua del baño está hirviendo y puede provocar quemaduras.

Procedimiento

Los pasos a seguir para la realización de esta práctica son:

• Nombrar los 4 tubos como: C (Control), T (muestra para observar el efecto de la temperatura), A (muestra para observar el efecto del pH ácido), B (muestra para observar el efecto del pH básico).
• Con la ayuda del bisturí, cortar la patata en pequeños dados aproximadamente de 1 cm³.
• Introducir los dados de patata en cada tubo de ensayo.
• Añadir a cada tubo los siguientes volúmenes:
  • Al tubo C no se le añade nada.
  • Tubo T: 2 ml de agua. Este tubo es colocado con precaución dentro de una gradilla situada en el interior del baño termostatizado a 100ºC, y se mantiene allí unos 5 minutos para permitir que la patata hierva.
  • Tubo A: 2 ml de HCl.
  • Tubo B: 2 ml de NaOH.
• Una vez añadidos todos los volúmenes y habiendo hervido la patata, dejar reposar durante 5 minutos.
• A continuación, tubo por tubo se van añadiendo 2 ml de agua oxigenada y anotando si hay presencia de burbujas o no.

Resultados esperados

En esta tabla se muestran los resultados esperados. En el tubo C (control) es normal que aparezcan burbujas ya que la enzima está en su estado nativo y funciona correctamente. Por lo tanto, la actividad enzimática será máxima. En los otros tubos, al haberse sometido a condiciones desnaturalizantes, tanto por altas temperaturas (tubo T) como por cambio de pH (tubos A y B), no aparecen burbujas. Es decir, la catalasa se ha desanaturalizado y no presenta actividad catalítica.

Cuestiones

Como actividad adicional, se propondrá a los alumnos que debatan, y aporten ejemplos que conozcan, de aplicaciones y utilización de enzimas en la vida diaria. Finalmente, se podrá discutir qué finalidad tiene la aplicación de agua oxigenada cuando nos hacemos una herida.

Referencias

http://www.asmscience.org/content/education/protocol/protocol.3226

http://www.ehu.eus/biomoleculas/enzimas/enz3.htm#e

http://www.mclibre.org/otros/daniel_tomas/laboratorio/catalasa/catalasa.html

https://es.scribd.com/doc/20709625/practica-CATALASA

https://es.slideshare.net/rosaber14/prctica-2-actividad-de-catalasa

https://www.amybrownscience.com/2012/04/everything-about-enzymes-and-free-lab.html

Plou, F. J. (2016) ‘Las enzimas.’ Edited by CSIC y Catarata.