conceptos clave
Biología
Bioquímica
enzimas
Fisiología
química
Introducción
¿alguna vez te has preguntado cómo se digiere toda la comida que comes? No es solo el ácido del estómago el que descompone los alimentos; muchas moléculas pequeñas en el cuerpo, llamadas enzimas, también ayudan con eso. Las enzimas son tipos especiales de proteínas que aceleran las reacciones químicas, como la digestión de los alimentos en el estómago., De hecho, hay miles de enzimas diferentes en su cuerpo que funcionan las 24 horas del día para mantenerlo saludable y activo. En esta actividad científica, investigará una de estas enzimas, llamada catalasa, para averiguar cómo ayuda a proteger su cuerpo del daño.
Background
Las enzimas son esenciales para nuestra supervivencia. Estas proteínas, elaboradas por nuestras células, ayudan a transformar los productos químicos en nuestro cuerpo, funcionando como un catalizador., Un catalizador hace que las reacciones se inicien y las hace suceder más rápido, al aumentar la velocidad de una reacción que de otra manera podría no suceder en absoluto, o tomaría demasiado tiempo para sostener la vida. Sin embargo, un catalizador no participa en la reacción en sí—entonces, ¿cómo funciona esto? Cada reacción química necesita una cantidad mínima de energía para que suceda. Esta energía se llama energía de activación. Cuanto menor sea la energía de activación de una reacción, más rápido tendrá lugar. Si la energía de activación es demasiado alta, la reacción no ocurre.,
Las enzimas tienen la capacidad de reducir la energía de activación de una reacción química al interactuar con sus reactivos (los químicos que reaccionan). Cada enzima tiene un sitio activo, que es donde tiene lugar la reacción. Estos sitios son como bolsas especiales que son capaces de unir una molécula química. Los compuestos o moléculas con las que reacciona la enzima se denominan sustratos. El bolsillo enzimático tiene una forma especial para que solo un sustrato específico pueda unirse a él, al igual que solo una llave cabe en un bloqueo específico., Una vez que la molécula se une a la enzima, se produce la reacción química. Luego, los productos de reacción se liberan de la bolsa, y la enzima está lista para comenzar de nuevo con otra molécula de sustrato.
la catalasa es una enzima muy común que está presente en casi todos los organismos que están expuestos al oxígeno. El propósito de la catalasa en las células vivas es protegerlas del daño oxidativo, que puede ocurrir cuando las células u otras moléculas en el cuerpo entran en contacto con compuestos oxidativos. Este daño es el resultado natural de las reacciones que ocurren dentro de las células., Las reacciones pueden incluir subproductos como el peróxido de hidrógeno, que puede ser perjudicial para el cuerpo, al igual que un subproducto de una buena hoguera puede ser humo no deseado que te hace toser o picar los ojos. Para prevenir tales daños, la enzima catalasa ayuda a deshacerse de estos compuestos al descomponer el peróxido de hidrógeno (H2O2) en agua y oxígeno inofensivos. ¿Quieres ver la enzima catalizar en acción? En esta actividad desarmarás el peróxido de hidrógeno con la ayuda de catalasa de levadura.,o gafas protectoras
Preparación
- tome una taza y disuelva la levadura seca en aproximadamente media taza de agua tibia del grifo., El agua no debe estar demasiado caliente, sino cercana a la temperatura corporal (37 grados Celsius). Deje reposar la levadura disuelta durante al menos cinco minutos.
- Use el marcador permanente para etiquetar las cuatro tazas restantes de una a cuatro.
- a todas las tazas etiquetadas, agregue una cucharadita de jabón para platos.
- Para cup one no se hacen más adiciones en este punto.
- antes de usar el peróxido de hidrógeno, póngase las gafas de seguridad para proteger sus ojos. En caso de que derrame peróxido de hidrógeno, límpielo con una toalla de papel mojada. Si se pone en contacto con la piel, asegúrese de enjuagar el área afectada con abundante agua.,
- a la taza dos, agregue una cucharada de solución de peróxido de hidrógeno al 3 por ciento. Usa una cuchara fresca para el peróxido de hidrógeno.
- a la taza tres, añadir dos cucharadas de peróxido de hidrógeno.
- a la taza cuatro, añadir tres cucharadas de peróxido de hidrógeno.
- opcionalmente, puede agregar una gota de colorante alimenticio a cada una de las tazas etiquetadas. (Puede elegir un color diferente para cada uno para una fácil identificación)
procedimiento
- tome la taza número uno y colóquela frente a usted en el área de trabajo., Con una cucharada fresca, añadir una cucharada de la solución de levadura disuelta a la taza y agitar ligeramente. ¿Qué sucede después de agregar la levadura? ¿Ves una reacción?
- coloque la taza número dos frente a usted y nuevamente agregue una cucharada de solución de levadura a la taza. Una vez que agregas la enzima, ¿la catalasa reacciona con el peróxido de hidrógeno? ¿Puedes ver cómo se forman los productos de reacción?
- añadir una cucharada de solución de levadura a la taza número tres. ¿Ves la misma reacción teniendo lugar? ¿El resultado es diferente o el mismo comparado con la Copa número dos?,
- finalmente, agregue una cucharada de solución de levadura a la taza número cuatro. ¿Ve más o menos productos de reacción en comparación con sus resultados anteriores? ¿Puedes explicar la diferencia?
- coloque las cuatro tazas una al lado de la otra frente a usted y observe sus resultados. ¿Tuvo lugar la reacción enzimática en todas las copas o hubo una excepción? ¿Cómo se ven diferentes los resultados en cada copa? ¿Por qué crees que es así?
- Ahora, tome la taza número uno y agregue una cucharada adicional de peróxido de hidrógeno al 3 por ciento a la taza. Agitar ligeramente la taza para mezclar la solución., ¿Qué pasa ahora? Mirando todos sus resultados, ¿cuál cree que es el factor limitante para la reacción de catalasa en sus copas?
- Extra: repita esta actividad, pero esta vez no agregue jabón para platos a todas las reacciones. ¿Qué es diferente una vez que se quita el jabón para platos? ¿Todavía ves formación de espuma?
- Extra: hasta ahora se ha observado el efecto de la concentración de sustrato (H2O2) en la reacción de catalasa. ¿Qué sucede si se mantiene constante la concentración del sustrato pero se cambia la concentración de la enzima?, Intente agregar diferentes cantidades de solución de levadura a tres cucharadas de peróxido de hidrógeno, comenzando con una cucharadita. ¿Observa alguna diferencia, o la concentración de catalasa no importa en su reacción?
- Extra: ¿qué sucede si se cambian las condiciones ambientales de la enzima? Repita la reacción de catalasa, pero esta vez varíe las condiciones, como el pH agregando vinagre (un ácido) o bicarbonato de sodio (una base), o cambie la temperatura de reacción calentando la solución en el microondas. ¿Puede identificar qué condiciones son óptimas para la reacción de catalasa?, ¿Hay alguna condición que elimine la actividad de la catalasa?
- Extra: ¿puedes encontrar otras fuentes de enzima catalasa que puedas usar en esta actividad? Investiga qué otros organismos, plantas o células contienen catalasa e intenta usarlas para tu reacción. ¿Funcionan tan bien como la levadura?
observaciones y resultados
probablemente hayas visto muchas burbujas y espuma en esta actividad. ¿Qué hizo que la espuma apareciera? Cuando la enzima catalasa entra en contacto con su sustrato, el peróxido de hidrógeno, comienza a descomponerlo en agua y oxígeno., El oxígeno es un gas y por lo tanto quiere escapar del líquido. Sin embargo, el jabón para platos que ha añadido a todas sus soluciones es capaz de atrapar las burbujas de gas, lo que resulta en la formación de una espuma estable. Mientras haya enzimas y peróxido de hidrógeno presentes en la solución, la reacción continúa y se produce espuma. Una vez que uno de ambos compuestos se agota, la formación del producto se detiene. Si no agrega jabón para platos a la reacción, verá burbujas generadas pero no formación de espuma estable.,
si no hay peróxido de hidrógeno presente, la catalasa no puede funcionar, por lo que en cup one no debería haber visto ninguna producción de burbujas o espuma. Solo cuando el peróxido de hidrógeno está disponible, la reacción de catalasa puede tener lugar como probablemente observó en las otras copas. De hecho, la reacción de catalasa depende de la concentración del sustrato. Si tiene un exceso de enzima pero no suficiente sustrato, la reacción se verá limitada por la disponibilidad del sustrato., Una vez que agregue más peróxido de hidrógeno a la solución, la velocidad de reacción aumentará a medida que más moléculas de sustrato puedan chocar con la enzima, formando más producto. El resultado es una cantidad creciente de espuma producida en su taza a medida que aumenta la cantidad de H2O2 en su reacción. Deberías haber visto que se producía más espuma una vez que agregaste otra cucharada de peróxido de hidrógeno a la taza uno, lo que debería haber resultado en una cantidad similar de espuma como en la taza dos. Sin embargo, en algún momento alcanzará una concentración de sustrato en la que la enzima se satura y se convierte en el factor limitante., En este caso hay que añadir más enzima para acelerar la reacción de nuevo.
muchos otros factores también afectan la actividad de las enzimas. La mayoría de las enzimas solo funcionan en condiciones ambientales óptimas. Si el pH o la temperatura se desvían demasiado de estas condiciones, la reacción enzimática se ralentiza significativamente o no funciona en absoluto. Es posible que haya notado que al hacer los pasos adicionales en el procedimiento.
limpieza
vierta todas las soluciones en el fregadero y limpie todas las cucharas con agua tibia y jabón para platos., Limpie su área de trabajo con una toalla de papel húmeda y lávese las manos con agua y jabón.
más para explorar
Biology for Kids; Enzymes,from Ducksters
Enzymes: The Little Molecules That Bake Bread, from Scientific American
Catalase, from PDB-101
Enzyme-Catalyzed Reactions—What Affects Their Rates?, de Science Buddies
The Liver: Helping Enzymes Help You!, de Scientific American
actividad científica para todas las edades!, de Science Buddies
esta actividad le trajo en asociación con Science Buddies
