Alianza para el Aprendizaje de Ciencias y Matemáticas (AlACiMa)

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Actividad: Enzimas en las células

Guía del Maestro

Objetivos

• Reconocer que una ecuación química representa el resultado neto de una secuencia de pasos que convierte unos reactivos a productos.

• Describir el papel que juega una enzima como agente catalítico.

• Medir una propiedad (altura o volumen de una columna de espuma) como función de tiempo y como función de temperatura.

• Organizar datos de altura o volumen de una columna de espuma como función de tiempo y como función de temperatura.

• Relacionar la medida de altura o volumen de una columna de espuma como función de tiempo a la rapidez de producción de oxígeno por la descomposición de peróxido de hidrógeno.

• Definir operacionalmente lo que es actividad enzimática.

• Describir y explicar el origen del efecto de la temperatura en la actividad enzimática

Estándares

La naturaleza de la ciencia

• Las explicaciones científicas deben cumplir con los siguientes criterios: ser consistentes con la prueba experimental y tener una estructura lógica.

• La experimentación científica está sujeta a limitaciones.

• Las matemáticas proveen un lenguaje para la ciencia y la tecnología, el cual permite caracterizar relaciones y comunicar ideas efectivamente.

Los sistemas y los modelos

• Las reacciones químicas se pueden representar por medio de ecuaciones.

La estructura y los niveles de organización de la material

• Las propiedades características de las sustancias pueden ser utilizadas para separarlas e identificarlas cuando están presentes en una mezcla.

La Energía

• Las reacciones químicas requieren energía de activación.

• La energía cinética es energía de movimiento.

Las interacciones

• Las sustancias, al juntarse, pueden formar mezclas o reaccionar químicamente.

La conservación y el cambio

• En una reacción química, el tipo y la cantidad de átomos se conservan, pero la forma como están combinados entre sí cambia.

• Cuando se perturba un sistema, algunas propiedades cambian y otras se conservan.

Trasfondo

Las enzimas son agentes catalíticos biológicos, esto es, son sustancias de importancia biológica que aceleran las reacciones químicas de tal manera que, aunque toman parte de la reacción, al final del proceso se regeneran. La mayoría de las enzimas son proteínas que típicamente están constituidas por varios cientos de aminoácidos (las riboenzimas son pedazos de ARN que actúan como enzimas). Ellas son las responsables de catalizar miles de reacciones que ocurren en las células vivas.

En las células hay muchas clases de enzimas ya que cada una de ellas es bien específica para la reacción que cataliza. Por ejemplo, la catalasa, una enzima que también está presente en la sangre, acelera la descomposición de peróxido de hidrógeno (sustancia mejor conocida como agua oxigenada). Cuando una persona sufre una cortadura, y se le aplica agua oxigenada, se observan burbujas en el área de contacto. Esas burbujas son una señal de que una reacción está ocurriendo y en este caso dicha reacción es:

2 H2O2 (ac)  H2O () + O2 (g)

Al examinar esa reacción,

• ¿sabes a qué se debe la formación de burbujas que se observa al aplicar agua oxigenada a una herida? Se debe a la formación de oxígeno como resultado de la descomposición del peróxido.

• ¿por qué será que si uno se aplica agua oxigenada sobre la piel sana, no se observan burbujas en el área de contacto? Para que se observen burbujas, el peróxido se tiene que descomponer para producir oxígeno. Si cuando el peróxido entra en contacto con la piel sana, no hay un agente catalítico que acelere la descomposición del peróxido, sencillamente dicha reacción no ocurre. La razón por la que el peróxido sí se descompone y produce burbujas en contacto con una cortadura, es por la presencia de catalasa tanto en las células (de aquellas que se rompen) y en la sangre.

• Si la enzima catalasa toma parte en la descomposición del peróxido de hidrógeno, ¿por qué su fórmula química no aparece escrita en la reacción? Una ecuación química (o reacción balanceada) representa la transformación NETA de una o más sustancias (reactivos) para producir una o más sustancias nuevas (productos). No obstante, una ecuación química no nos dice el mecanismo por el cual los reactivos se convierten en productos. En otras palabras, de la ecuación química no se puede saber la secuencia de pasos detallados que lleva a los reactivos a convertirse en productos. Eso implica que pueden existir sustancias que participan en la reacción en alguno de sus pasos, pero por el hecho de que se pueden consumir y regenerar, o producir y consumir, a la larga no hay producción ni consumo neto de las mismas. En el caso de la enzima catalasa, si bien la misma se consume durante uno de los pasos de la descomposición del peróxido de hidrógeno, ella se regenera en un paso posterior. Por eso su fórmula química no aparece escrita en la reacción.

Hoy vamos a estudiar la catalasa presente en las papas, y específicamente, utilizaremos una propiedad medible para informar la actividad de esta enzima. Además, se determinará si la temperatura afecta la efectividad de la catalasa para acelerar la descomposición del peróxido de hidrógeno. De afectarla, se determinará qué relación hay entre la actividad enzimática de catalasa y la temperatura, y se propondrá una explicación para dicha relación.

Equipo y reactivos

• Cinco (5) tubos de ensayo de 13 X 100 mm ó 5 probetas de 50 mL

• Solución fresca de peróxido de hidrógeno (H2O2) al 3%, 20 mL

• Muestra de pulpa de papa molida (10 mL) preparada en procesador de alimentos combinando una papa cortada en pedazos (100 g) con 250 mL de agua.

• Regla métrica (si se usa tubo de ensayo)

• Cuatro baños de agua o su equivalente: baño de hielo (aproximadamente 0 ºC), baño de temperatura ambiente (20 – 25 ºC), baño de temperatura corporal (cerca de 37 – 40 ºC) y baño de temperatura alta (70 – 80 ºC)

• Reloj o cronómetro

• Papel de gráfica

• Termómetro

Parte I. Demostración interactiva

Su maestra (o) le demostrará lo que ocurre cuando en un tubo de ensayo o una probeta se mezcla pulpa de papas con agua oxigenada. Preste atención a todo cambio que se esté llevando a cabo en

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