Enzimas, complejo activado y desnaturalización proteica
Valentina fríe un huevo: la clara, transparente y líquida, se vuelve blanca y firme en segundos. En cambio, un jugo de ananá fresco puede ablandar un bife, pero el de lata no. ¿Qué tienen en común estos dos hechos? En este apartado vas a ver qué son las enzimas, cómo trabajan y por qué el calor y la acidez las arruinan.
Qué es una enzima
Dentro de tu cuerpo ocurren miles de reacciones por segundo: digerir una milanesa, obtener energía de un alfajor, copiar el ADN. A 37 °C y en agua, la mayoría serían demasiado lentas. Lo que las acelera son las enzimas.
Algunas ideas clave:
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La sustancia sobre la que actúa la enzima se llama sustrato.
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Lo que se obtiene es el producto.
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Cada enzima es específica: actúa solo sobre uno o pocos sustratos. La lactasa rompe la lactosa, pero no el almidón.
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Los nombres suelen terminar en -asa: lactasa, amilasa, lipasa, proteasa.
Las enzimas se pueden clasificar según la reacción que catalizan. Las que digieren alimentos son hidrolasas: catalizan hidrólisis, es decir, la ruptura de una molécula grande usando agua.
| Enzima | Sustrato | Productos de la hidrólisis | Dónde actúa |
|---|---|---|---|
| Amilasa | almidón (polisacárido) | maltosa y glucosa | saliva, intestino |
| Lipasa | grasas (triglicéridos) | glicerol y ácidos grasos | intestino |
| Proteasa (pepsina, tripsina) | proteínas | péptidos y aminoácidos | estómago, intestino |
| Lactasa | lactosa | glucosa y galactosa | intestino |
Definí con tus palabras qué es una enzima y explicá qué función cumple en una reacción química. Mencioná de qué tipo de biomolécula están formadas la mayoría de las…
Definí con tus palabras qué es una enzima y explicá qué función cumple en una reacción química. Mencioná de qué tipo de biomolécula están formadas la mayoría de las enzimas.
Se estudian tres enzimas que intervienen en los alimentos: la lipasa (rompe grasas), la amilasa (rompe almidón) y la proteasa (rompe proteínas). Clasificá cada una según…
Se estudian tres enzimas que intervienen en los alimentos: la lipasa (rompe grasas), la amilasa (rompe almidón) y la proteasa (rompe proteínas). Clasificá cada una según el tipo de sustrato sobre el que actúa y la reacción que cataliza (hidrólisis). Luego analizá este caso: Camila prepara un licuado con leche y lo deja varias horas a temperatura ambiente, y nota que se cortó y cambió el olor. Comparalo con lo que ocurre si lo guarda en la heladera, explicando el efecto de la temperatura sobre las enzimas involucradas y sobre la conservación del alimento.
Sitio activo y complejo activado
Una enzima es una proteína plegada con una forma tridimensional precisa. En un lugar de su superficie tiene una cavidad: el sitio activo. Allí encaja el sustrato, como una llave en una cerradura.
En el modelo del complejio activado el orden es:
En una reacción catalizada por una enzima, el sustrato se une al sitio activo y forma el complejo activado. Indicá qué es el sustrato y qué es el sitio activo, y qué…
En una reacción catalizada por una enzima, el sustrato se une al sitio activo y forma el complejo activado. Indicá qué es el sustrato y qué es el sitio activo, y qué ocurre con la enzima una vez que se forma el producto.
Energía de activación: por qué la enzima acelera
Para que unas moléculas reaccionen, primero necesitan una cantidad mínima de energía que les permita llegar al estado de transición: la energía de activación ($E_a$). Es como la altura de una loma que hay que subir antes de bajar del otro lado.
La enzima ofrece un camino alternativo con una menor energía de activación. Entonces, a la misma temperatura, muchas más moléculas tienen energía suficiente para reaccionar y la reacción es más rápida.
Explicá, usando el concepto de energía de activación, por qué una reacción catalizada por una enzima ocurre más rápido que la misma reacción sin catalizador. Indicá si…
Explicá, usando el concepto de energía de activación, por qué una reacción catalizada por una enzima ocurre más rápido que la misma reacción sin catalizador. Indicá si la enzima modifica la energía de los reactivos y de los productos, y justificá tu respuesta.
Temperatura y pH: las condiciones óptimas
Cada enzima trabaja mejor en ciertas condiciones: su temperatura óptima y su pH óptimo. Fuera de ellas, la velocidad baja.
Temperatura
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Por debajo del óptimo: al subir la temperatura, las moléculas se mueven más y chocan más y con más energía. La velocidad aumenta.
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En el óptimo: velocidad máxima (para las enzimas humanas, cerca de 37 °C).
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Por encima del óptimo: la estructura de la proteína empieza a deformarse, el sitio activo pierde su forma y la velocidad cae hasta anularse.
El deslizador cambia el ancho de la curva: en todos los casos hay un máximo y una caída a ambos lados.
pH
El pH modifica las cargas de los grupos de la proteína (por ejemplo, los $\ce{-COOH}$ y $\ce{-NH2}$ de las cadenas laterales), y con ello las atracciones que sostienen su forma. Cada enzima tiene un pH óptimo.
| Enzima | Dónde actúa | pH óptimo aproximado |
|---|---|---|
| Pepsina | estómago | 2 |
| Amilasa salival | boca | 7 |
| Tripsina | intestino delgado | 8 |
La pepsina funciona en el estómago, que es muy ácido, pero si se la colocara en pH 8 perdería su forma y su actividad. La tripsina haría lo mismo en pH 2.
Una enzima digestiva tiene su máxima actividad a 37 °C. Se midió su velocidad de reacción a distintas temperaturas: | Temperatura (°C) | Velocidad relativa | |---|---| |…
Una enzima digestiva tiene su máxima actividad a 37 °C. Se midió su velocidad de reacción a distintas temperaturas:
| Temperatura (°C) | Velocidad relativa |
|---|---|
| 10 | 15 |
| 25 | 60 |
| 37 | 100 |
| 50 | 40 |
| 70 | 0 |
Interpretá la tabla: explicá por qué la velocidad aumenta hasta los 37 °C y por qué cae hasta anularse a 70 °C.
La pepsina actúa en el estómago, con un pH cercano a 2, mientras que la tripsina actúa en el intestino delgado, con un pH cercano a 8. Explicá por qué cada enzima…
La pepsina actúa en el estómago, con un pH cercano a 2, mientras que la tripsina actúa en el intestino delgado, con un pH cercano a 8. Explicá por qué cada enzima trabaja bien en su medio y qué le pasaría a la pepsina si se la colocara en un medio de pH 8.
Desnaturalización proteica
La función de una proteína depende de su forma tridimensional. Esa forma se mantiene con interacciones débiles entre las cadenas laterales de los aminoácidos (puentes de hidrógeno, atracciones entre cargas, interacciones hidrofóbicas).
Qué la provoca:
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Calor (cocinar, pasteurizar).
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Cambios de pH (el limón sobre el pescado crudo, el vinagre).
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Alcohol y otros solventes.
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Metales pesados y agitación fuerte (batir claras).
En el huevo frito, la clara tiene proteínas globulares disueltas. El calor rompe las interacciones débiles, las cadenas se despliegan, se enredan entre sí y forman una red sólida y opaca. La clara se vuelve blanca y firme. El proceso es el mismo que inactiva una enzima, y normalmente no se revierte: un huevo cocido no vuelve a ser crudo.
Valentina fríe un huevo y observa que la clara, que era transparente, se vuelve blanca y sólida. Nombrá el proceso que sufrieron las proteínas de la clara y señalá cuál…
Valentina fríe un huevo y observa que la clara, que era transparente, se vuelve blanca y sólida. Nombrá el proceso que sufrieron las proteínas de la clara y señalá cuál es la causa que lo provoca en este caso.
Santino quiere ablandar carne para un asado y le recomiendan marinarla con jugo de ananá fresco, pero le dicen que con ananá enlatado, que fue calentado durante su…
Santino quiere ablandar carne para un asado y le recomiendan marinarla con jugo de ananá fresco, pero le dicen que con ananá enlatado, que fue calentado durante su elaboración, no funciona. Argumentá, usando los conceptos de enzima, proteína y desnaturalización, por qué ocurre esto. Explicá además qué cambios esperás en la carne ablandada y por qué un marinado excesivamente largo podría arruinar su textura.
Enzimas y conservación de alimentos
Los alimentos tienen enzimas propias y, además, microorganismos (bacterias, hongos) que producen enzimas. Esas enzimas descomponen el alimento: lipasas que enrancian las grasas, proteasas que ablandan y dan mal olor, enzimas que fermentan la lactosa.
Camila deja un licuado con leche varias horas a temperatura ambiente: las bacterias se multiplican, sus enzimas actúan rápido, la lactosa se transforma en ácido láctico, el pH baja, las proteínas de la leche (caseínas) se desnaturalizan y la leche se corta. También aparecen compuestos de olor feo por la acción de proteasas y lipasas.
En la heladera (4 °C), la temperatura está muy por debajo del óptimo: las enzimas, y los microorganismos, trabajan mucho más lento. No se destruyen, solo se enlentecen. El freezer los frena casi del todo. Pasteurizar o hervir, en cambio, desnaturaliza enzimas y mata microorganismos.
| Método | Efecto sobre las enzimas |
|---|---|
| Heladera o freezer | las enlentece (no las destruye) |
| Cocción, pasteurización | las desnaturaliza |
| Conservas con acidez (escabeche) | el pH las desnaturaliza |
Volvé al principio: el huevo frito se endurece porque el calor desnaturaliza las proteínas de la clara, y el ananá enlatado no ablanda la carne porque el calor desnaturalizó su enzima.