Enzimas y acción enzimática
Valentina mastica un pedacito de pan y, después de un minuto, nota que sabe un poco dulce. El pan no tiene azúcar agregada de más. ¿De dónde salió ese sabor? Y, por otro lado, ¿por qué la clara de huevo se vuelve blanca y sólida en la sartén y nunca vuelve a ser transparente? En este apartado vas a ver que detrás de las dos situaciones hay proteínas: unas que trabajan (las enzimas) y su estructura, que es muy delicada.
Qué es una enzima
Dentro de tu cuerpo ocurren miles de reacciones por segundo. Si se produjeran sin ayuda, a 37 °C serían tan lentas que no podrías vivir. Lo que las acelera son las enzimas.
Algunas ideas clave:
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El sustrato es la sustancia sobre la que actúa la enzima (el reactivo).
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Los productos son las sustancias que se forman.
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Cada enzima es específica: actúa sobre un sustrato (o un tipo de sustrato) y cataliza una reacción determinada.
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Una enzima no cambia el resultado de la reacción (qué reactivos y qué productos hay); solo hace que llegue más rápido.
Por eso se las nombra casi siempre con el sufijo -asa: amilasa (actúa sobre el almidón, antes llamado amilo), lactasa (sobre la lactosa), proteasa (sobre proteínas), lipasa (sobre lípidos).
Así se cierra la primera parte del gancho: el pan se vuelve dulce porque la amilasa convierte el almidón (que no es dulce) en azúcares pequeños (que sí lo son).
Definí con tus palabras qué es una enzima y explicá qué significa que sea un catalizador biológico. Mencioná qué ocurre con la enzima al finalizar la reacción que…
Definí con tus palabras qué es una enzima y explicá qué significa que sea un catalizador biológico. Mencioná qué ocurre con la enzima al finalizar la reacción que catalizó.
En la saliva hay una enzima llamada amilasa, que actúa sobre el almidón del pan. Indicá cuál es el sustrato, cuál es la enzima y cuáles son los productos de esta…
En la saliva hay una enzima llamada amilasa, que actúa sobre el almidón del pan. Indicá cuál es el sustrato, cuál es la enzima y cuáles son los productos de esta reacción, y explicá a qué se debe que el pan masticado durante un rato adquiera un sabor dulce.
Cómo acelera una enzima: el complejo activado
Para que una reacción ocurra, los reactivos tienen que superar una "barrera" de energía: la energía de activación. En lo más alto de esa barrera se forma una estructura inestable, el estado de transición (o complejo activado).
Una enzima no empuja la reacción: baja la barrera.
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El sustrato encaja en una zona de la enzima llamada sitio activo, que tiene forma y características químicas complementarias.
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Se forma el complejo enzima-sustrato. En él, el sustrato queda en una posición favorable y con sus enlaces tensionados, de modo que llega al estado de transición con menos energía.
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Se forman los productos, que se separan del sitio activo, y la enzima queda libre.
Fijate en lo que cambia y en lo que no:
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Cambia: la energía de activación (es menor con enzima), y por eso la reacción es más rápida.
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No cambia: la energía de los reactivos, la energía de los productos y, por lo tanto, el calor total liberado o absorbido. La enzima tampoco modifica hacia dónde va la reacción: solo cuán rápido llega.
Explicá, usando el modelo del complejo activado (complejo enzima-sustrato), cómo logra una enzima acelerar una reacción. En tu respuesta incluí los términos sitio…
Explicá, usando el modelo del complejo activado (complejo enzima-sustrato), cómo logra una enzima acelerar una reacción. En tu respuesta incluí los términos sitio activo, energía de activación y estado de transición, y aclará si la enzima modifica o no la energía de los reactivos y de los productos.
Qué influye en la actividad enzimática: pH y temperatura
Las enzimas son proteínas, y su sitio activo depende de que la proteína mantenga su forma tridimensional. Por eso son sensibles al ambiente.
El pH
Cada enzima trabaja mejor a un pH óptimo. Lejos de ese valor, cambian las cargas de los grupos de la proteína, se altera la forma del sitio activo y el sustrato encaja peor. La velocidad cae.
Ejemplos: la pepsina del estómago tiene su óptimo en pH ≈ 2 (jugo gástrico ácido), mientras que las enzimas del intestino delgado trabajan mejor a pH cercano a 8.
La temperatura
La temperatura tiene dos efectos opuestos:
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Efecto sobre los choques: al subir la temperatura, las moléculas se mueven más rápido y chocan más seguido y con más energía. Esto aumenta la velocidad.
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Efecto sobre la estructura: a temperaturas altas, la proteína se agita tanto que pierde su forma y se desnaturaliza. El sitio activo se deforma y la enzima deja de funcionar.
A bajas temperaturas domina el primer efecto: la velocidad crece. Cerca de la temperatura óptima (37 °C para muchas enzimas humanas) llega al máximo. Más arriba, domina el segundo efecto y la actividad se desploma.
Por eso la curva tiene forma de campana asimétrica y no es una recta creciente.
Una enzima digestiva se midió a distintos pH, con estos valores de velocidad relativa de reacción (en %): | pH | 1 | 2 | 4 | 6 | 8 | |---|---|---|---|---|---| |…
Una enzima digestiva se midió a distintos pH, con estos valores de velocidad relativa de reacción (en %):
| pH | 1 | 2 | 4 | 6 | 8 |
|---|---|---|---|---|---|
| Velocidad | 20 | 100 | 40 | 5 | 0 |
(a) Indicá cuál es el pH óptimo. (b) Decidí si esta enzima podría ser una enzima del estómago o del intestino delgado (pH cercano a 8) y justificá. (c) Explicá por qué la velocidad disminuye a pH alejados del óptimo.
Una enzima de la leche tiene actividad máxima a 37 °C. Un grupo de estudiantes midió su velocidad a 10 °C, 37 °C, 50 °C y 70 °C. Predecí cualitativamente y justificá el…
Una enzima de la leche tiene actividad máxima a 37 °C. Un grupo de estudiantes midió su velocidad a 10 °C, 37 °C, 50 °C y 70 °C. Predecí cualitativamente y justificá el comportamiento en cada temperatura, distinguiendo el efecto de la temperatura sobre la frecuencia de choques entre moléculas del efecto sobre la estructura de la proteína. Después, dibujá o describí la forma general de la curva velocidad en función de la temperatura, y explicá por qué no es una recta creciente.
Desnaturalización de proteínas en la cocina
La desnaturalización es la pérdida de la estructura tridimensional de una proteína (sin romper los enlaces peptídicos que unen a los aminoácidos). La cadena se desordena y deja de cumplir su función. Los agentes que la provocan son principalmente el calor y los cambios de pH (ácidos o bases fuertes).
Ejemplos cotidianos:
| Situación | ¿Desnaturalización? | Por qué |
|---|---|---|
| Clara de huevo que se cuaja en la sartén | Sí | El calor despliega la ovoalbúmina; las cadenas se enredan y forman un sólido blanco |
| Leche que se corta con limón | Sí | El ácido baja el pH y la caseína pierde su estructura y precipita |
| Azúcar disuelto en el mate | No | Es solo disolución de una sustancia; no hay proteínas involucradas |
Cuando una enzima se desnaturaliza, el sitio activo se deforma y pierde su actividad. Es lo que le pasa a la bromelina del ananá cuando se hierve o se enlata: el calor la desnaturaliza y ya no ablanda la carne.
Así se cierra el segundo hilo del gancho: la clara se vuelve sólida y blanca porque el calor desnaturaliza sus proteínas, y ese cambio no se revierte al enfriar.
Clasificá cada situación como un caso de desnaturalización de proteínas o no, y justificá brevemente en cada caso: (a) la clara de huevo que se vuelve blanca y sólida al…
Clasificá cada situación como un caso de desnaturalización de proteínas o no, y justificá brevemente en cada caso: (a) la clara de huevo que se vuelve blanca y sólida al freírla; (b) el azúcar que se disuelve en el mate; (c) la leche que se corta al agregarle jugo de limón.
Micaela quiere ablandar un bife con jugo de ananá fresco, que contiene la enzima bromelina, que degrada proteínas. Probó con ananá fresco y con ananá en lata, que fue…
Micaela quiere ablandar un bife con jugo de ananá fresco, que contiene la enzima bromelina, que degrada proteínas. Probó con ananá fresco y con ananá en lata, que fue calentado a más de 100 °C durante el envasado, y notó que solo el fresco ablanda la carne. Explicá a qué se debe la diferencia entre ambos resultados y qué le pasó a la estructura de la enzima.
Clasificación de las enzimas y diseño de un experimento
Las enzimas se agrupan según el tipo de reacción que catalizan:
| Clase | Qué hace | Ejemplo |
|---|---|---|
| Oxidorreductasas | Transfieren electrones (redox) | Deshidrogenasas |
| Transferasas | Pasan un grupo de una molécula a otra | Quinasas |
| Hidrolasas | Rompen enlaces usando agua | Amilasa, lactasa, proteasas, lipasas |
| Liasas | Rompen o forman enlaces sin agua ni redox | Descarboxilasas |
| Isomerasas | Reordenan una molécula en su isómero | Glucosa-fosfato isomerasa |
| Ligasas | Unen moléculas usando energía (ATP) | ADN ligasa |
Las enzimas digestivas de este apartado (amilasa, proteasas, lipasas, lactasa) son todas hidrolasas.
Cómo comprobar una hipótesis
Para comprobar que la causa de un fenómeno es una enzima, se diseña un experimento controlado: se cambia una sola variable y se mantienen constantes todas las demás.
Lautaro prepara un postre de gelatina con frutas. Observa que con kiwi o ananá frescos la gelatina no solidifica, pero con las mismas frutas hervidas durante unos…
Lautaro prepara un postre de gelatina con frutas. Observa que con kiwi o ananá frescos la gelatina no solidifica, pero con las mismas frutas hervidas durante unos minutos sí lo hace. Sabiendo que la gelatina es una proteína (colágeno desnaturalizado) y que estas frutas contienen enzimas proteasas, proponé una explicación completa del fenómeno. Luego proponé un experimento controlado con una variable que cambie y las que se mantengan constantes para comprobar tu hipótesis, e indicá qué resultado esperás.
Volvé al principio: el pan se vuelve dulce porque la amilasa rompe el almidón en azúcares pequeños, y la clara se solidifica porque el calor desnaturaliza sus proteínas.