Factores que afectan la acción enzimática: temperatura y pH
Daniela deja un envase de leche sobre la mesa de la cocina en un día caluroso, y otro en la nevera. A la mañana siguiente, el de la mesa está agrio y el de la nevera sigue bien. ¿Qué tiene que ver la temperatura con las enzimas de los microorganismos de la leche? Al final de la página lo resolvemos.
Qué factores cambian la velocidad
Una enzima es un catalizador biológico: acelera una reacción sin consumirse. Pero no siempre trabaja a la misma rapidez. La velocidad de la reacción (cuánto producto se forma por minuto) depende de las condiciones del medio:
-
la temperatura;
-
el pH (qué tan ácido o básico es el medio);
-
la concentración de sustrato;
-
la concentración de enzima.
Los dos primeros son los centrales de este apartado. En los dos primeros, un aumento primero ayuda y luego perjudica. En los dos últimos, aumentar la concentración acelera la reacción hasta que se alcanza un límite.
| Factor | Si aumenta… |
|---|---|
| Temperatura | acelera hasta el óptimo; después la velocidad cae |
| pH | acelera acercándose al óptimo; si se aleja por cualquier lado, cae |
| Sustrato | acelera hasta que los sitios activos se saturan |
| Enzima | acelera (hay más sitios activos), si hay sustrato disponible |
Menciona tres factores que pueden modificar la velocidad de una reacción catalizada por una enzima. Para cada uno, indica si su aumento puede acelerar la reacción,…
Menciona tres factores que pueden modificar la velocidad de una reacción catalizada por una enzima. Para cada uno, indica si su aumento puede acelerar la reacción, disminuirla, o ambas cosas según el valor alcanzado.
Temperatura y temperatura óptima
Mira cómo cambia la velocidad de una enzima humana al variar la temperatura.
La curva tiene dos tramos con causas distintas:
-
Antes del óptimo: al subir la temperatura, las moléculas se mueven más rápido, chocan más seguido y la enzima encuentra su sustrato con más frecuencia. La velocidad aumenta.
-
Después del óptimo: el calor agita tanto la proteína que se rompen los enlaces débiles que mantienen su forma. El sitio activo se deforma y el sustrato ya no encaja.
A temperaturas muy bajas la enzima no se destruye: solo trabaja lentamente, y al volver a calentarse recupera la actividad. Por eso la nevera conserva los alimentos. La desnaturalización por calor, en cambio, es un daño permanente.
Define los términos «temperatura óptima» y «pH óptimo» de una enzima. Luego explica qué significa que una enzima esté desnaturalizada.
Define los términos «temperatura óptima» y «pH óptimo» de una enzima. Luego explica qué significa que una enzima esté desnaturalizada.
Una gráfica muestra la velocidad de una enzima humana a distintas temperaturas: la curva sube desde 10 °C, alcanza su punto más alto en 37 °C y cae casi a cero en 60 °C.…
Una gráfica muestra la velocidad de una enzima humana a distintas temperaturas: la curva sube desde 10 °C, alcanza su punto más alto en 37 °C y cae casi a cero en 60 °C. Indica cuál es la temperatura óptima de esa enzima y describe con una frase qué ocurre con la velocidad antes y después de ese valor.
Cada enzima, su temperatura
El óptimo depende del organismo y de su ambiente. Una bacteria de aguas termales tiene enzimas con óptimo cerca de 70 °C, porque su proteína es más estable al calor. Un pez de un río andino de aguas frías tiene enzimas con óptimo cerca de 15 °C, y a 37 °C ya se desnaturalizarían. Las enzimas de cada especie están ajustadas a las condiciones en que vive.
Daniela guarda leche en una nevera y otra porción en la mesa de la cocina, a la temperatura ambiente de un día caluroso. La leche de la mesa se agria mucho antes.…
Daniela guarda leche en una nevera y otra porción en la mesa de la cocina, a la temperatura ambiente de un día caluroso. La leche de la mesa se agria mucho antes. Considerando que los microorganismos usan enzimas para multiplicarse, explica el resultado relacionando la temperatura con la velocidad de las reacciones enzimáticas. Explica también por qué hervir la leche ayuda a conservarla durante más tiempo.
Una gráfica muestra la actividad de dos enzimas según la temperatura. La enzima P, de una bacteria que vive en aguas termales, tiene su máximo cerca de 70 °C. La enzima…
Una gráfica muestra la actividad de dos enzimas según la temperatura. La enzima P, de una bacteria que vive en aguas termales, tiene su máximo cerca de 70 °C. La enzima Q, de un pez de aguas frías de un río andino, tiene su máximo cerca de 15 °C. Compara ambas enzimas: explica por qué la enzima P no se desnaturaliza a 60 °C y la Q sí, predice qué ocurriría con cada una a 37 °C y justifica por qué una temperatura alta no solo «acelera» sino que también puede destruir la actividad enzimática.
El pH y su efecto
El pH mide la acidez: va de 0 (muy ácido) a 14 (muy básico), y 7 es neutro. Cada enzima tiene un pH óptimo.
La pepsina trabaja en el estómago (pH cercano a 2) y la tripsina en el intestino delgado (pH cercano a 8). Cada una está adaptada a su lugar.
¿Por qué el pH afecta a la enzima? Una proteína tiene grupos químicos con carga eléctrica en sus aminoácidos. El pH cambia esas cargas: al variar la acidez, ganan o pierden hidrógenos. Las atracciones y repulsiones entre cargas ayudan a mantener la forma de la proteína y la del sitio activo. Si el pH se aleja del óptimo, las cargas cambian, la forma se altera y el sustrato encaja peor. Con valores muy extremos, la enzima se desnaturaliza.
La pepsina actúa en el estómago, donde el pH es muy ácido, y tiene su máxima actividad cerca de pH 2. La tripsina actúa en el intestino delgado, con un pH cercano a 8.…
La pepsina actúa en el estómago, donde el pH es muy ácido, y tiene su máxima actividad cerca de pH 2. La tripsina actúa en el intestino delgado, con un pH cercano a 8. Explica por qué la pepsina perdería casi toda su actividad en el intestino delgado y relaciona tu respuesta con la estructura de la proteína y la carga de sus grupos químicos.
Concentración de sustrato y de enzima
Santiago, en el laboratorio, mide el producto formado en un minuto con la misma cantidad de enzima y cantidades crecientes de sustrato.
| Sustrato (mM) | 1 | 2 | 4 | 8 | 16 | 32 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Producto (unidades) | 10 | 19 | 33 | 44 | 49 | 50 |
Al principio, duplicar el sustrato casi duplica el producto: hay muchos sitios activos libres. Pero después las ganancias son cada vez menores (de 16 a 32 mM solo sube 1 unidad). La razón es la saturación: todos los sitios activos están ocupados, y por más sustrato que se añada, la enzima no puede trabajar más rápido.
Con más enzima y sustrato suficiente, hay más sitios activos y la velocidad aumenta. Si falta sustrato, añadir enzima ya no sirve.
En una práctica de laboratorio, Santiago midió la cantidad de producto formado por una enzima en un minuto con distintas concentraciones de sustrato y la misma cantidad…
En una práctica de laboratorio, Santiago midió la cantidad de producto formado por una enzima en un minuto con distintas concentraciones de sustrato y la misma cantidad de enzima:
| Concentración de sustrato (mM) | Producto formado (unidades) |
|---|---|
| 1 | 10 |
| 2 | 19 |
| 4 | 33 |
| 8 | 44 |
| 16 | 49 |
| 32 | 50 |
Describe cómo cambia la velocidad al aumentar el sustrato y explica por qué los valores se estabilizan al final, usando la idea de saturación de los sitios activos.
Analizar un experimento
Un grupo de 4.° año estudia la catalasa de la papa, que descompone el peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno (la espuma es oxígeno). Para interpretar un experimento así, sigue estos pasos.
Un grupo de estudiantes de 4.° año diseña un experimento con la enzima catalasa de papas (rallada y en jugo), que descompone el peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno.…
Un grupo de estudiantes de 4.° año diseña un experimento con la enzima catalasa de papas (rallada y en jugo), que descompone el peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno. Observan el volumen de espuma de oxígeno producido en 2 minutos en cuatro tubos:
| Tubo | Condición | Espuma (mL) |
|---|---|---|
| 1 | Jugo de papa a 25 °C, pH 7 | 12 |
| 2 | Jugo de papa a 25 °C, pH 2 | 1 |
| 3 | Jugo de papa hervido y enfriado, pH 7 | 0 |
| 4 | Jugo de papa a 5 °C, pH 7 | 4 |
Analiza los resultados: identifica la variable que cambia en cada tubo respecto al tubo 1, indica cuál funciona como control, explica la causa de cada resultado y propón una modificación del diseño para determinar con mayor precisión la temperatura óptima de esta enzima.
Resumen
-
La velocidad de una reacción enzimática depende de la temperatura, el pH y las concentraciones de enzima y de sustrato.
-
Cada enzima tiene una temperatura óptima y un pH óptimo; fuera de ellos trabaja peor.
-
El frío frena la enzima (reversible); el calor excesivo o un pH extremo la desnaturalizan (casi siempre irreversible).
-
Al aumentar el sustrato, la velocidad sube hasta que los sitios activos se saturan.
-
Cada enzima se ajusta a su ambiente: pepsina (pH 2, estómago), tripsina (pH 8, intestino), enzimas de bacterias termales (70 °C).
-
Vuelve al principio: la leche de la mesa se agria porque las enzimas de los microorganismos trabajan rápido a temperatura ambiente; en la nevera van lentas, y al hervirla se desnaturalizan.