Practica 1. Efecto del etanol en la actividad enzimática.

Título: Efecto del etanol en actividad  Enzimática

Problema:

Como bien se sabe la ingestión de alcohol en el cuerpo genera diversas reacciones que afecta diversos organismos del cuerpo, afectando el sistema nervioso central, el aparato digestivo, el corazón, aparato circulatorio, daña las células cerebrales así como los nervios periféricos, altera la acción de los neurotransmisores entre otras.¿Es posible desarrollar un modelo biológico para conocer el efecto del alcohol etílico sobre la actividad y metabolismo del hígado? ¿Cómo podríamos medir el efecto del alcohol sobre la actividad del mismo? Por último, ¿Dicho modelo biológico pudiera extrapolarse al consumo de bebidas alcohólicas por parte del ser humano?

INTRODUCCIÓN

Los seres vivos y  el metabolismo

El metabolismo es un conjunto de reacciones bioquímicas y procesos físico-químicos que ocurren en una célula y en un organismo; son todas la reacciones químicas que ocurren en la célula (sistemas nerviosos) y les permite vivir, como es la respiración.

El metabolismo se divide en dos procesos conjugados: catabolismo y anabolismo. Las reacciones catabólicas liberan energía; un ejemplo es la glucólisis, un proceso de degradación de compuestos como la glucosa, cuya reacción resulta en la liberación de la energía retenida en sus enlaces químicos. Las reacciones anabólicas, en cambio, utilizan esta energía liberada para recomponer enlaces químicos y construir componentes de las células como lo son las proteínas y los ácidos nucleicos. El catabolismo y el anabolismo son procesos acoplados que hacen al metabolismo en conjunto, puesto que cada uno depende del otro.

En nuestros cuerpos tienen lugar miles de reacciones metabólicas simultáneamente, todas ellas reguladas por el organismo, que hacen posible que nuestras células estén sanas y funcionen correctamente.

La actividad vital no es más que el desarrollo de una serie de reacciones químicas entre un conjunto de moléculas. Si un químico en un laboratorio realiza estas reacciones lo normal es que el rendimiento (cuantificado como la cantidad de producto deseado frente a la cantidad total del producto) sea muy bajo, mientras que esta misma reacción en un sistema biológico tiene un rendimiento del 99%  y se realiza a una mayor velocidad. Esto se debe a la existencia de catalizadores, la mayoría de los catalizadores biológicos que se conocen son enzimas.

Las enzimas son cruciales en el metabolismo porque agilizan las reacciones físico-químicas, pues hacen que posibles reacciones termodinámicas deseadas pero "desfavorables", mediante un acoplamiento, resulten en reacciones favorables. Las enzimas también se comportan como factores reguladores de las vías metabólicas, modificando su funcionalidad –y por ende, la actividad completa de la vía metabólica– en respuesta al ambiente y necesidades de la célula, o según señales de otras células.

Las enzimas son proteínas complejas que producen un cambio químico específico en todas las partes del cuerpo. El nombre de las enzimas es el del sustrato + el sufijo: -asa. Los nombres de las enzimas revelan la especificidad de su función: Oxido-reductasas: catalizan reacciones de oxido-reducción, las que implican la ganancia (o reducción) o pérdida de electrones (u oxidación). Las más importantes son las deshidrogenasas y las oxidasas    Transferasas: transfieren grupos funcionales de una molécula a otra. Ej.: quinasas; transfieren fosfatos del ATP a otra molécula.      Hidrolasas: rompen varios tipos de enlaces introduciendo radicales -H y -OH.      Liasas: adicionan grupos funcionales a los dobles enlaces.      Isomerasas: convierten los sustratos isómeros unos en otros.     Ligasas o Sintasas: forman diversos tipos de enlaces aprovechando la energía de la ruptura del ATP. Ej: polimerasas

La catalasa y el hígado

En la industria alimenticia evita la oxidación de los alimentos mediante diferentes técnicas, como el envasado al vacío, y también utilizando antioxidantes.

La oxidación es una reacción química de transferencia de electrones de una sustancia a un agente oxidante. Las reacciones de oxidación pueden producir radicales libres que comienzan reacciones en cadena que dañan las células. Los antioxidantes terminan estas reacciones quitando intermedios del radical libre e inhiben otras reacciones de oxidación oxidandose ellos mismos. Debido a esto es que los antioxidantes son a menudo agentes reductores tales como tioles o polifenoles. Un antioxidante es una molécula capaz de retardar o prevenir la oxidación de otras moléculas.

Hay una variedad de antioxidantes sintéticos y naturales con distintas eficiencias. El uso de antioxidantes, no sólo permite mantener la calidad normal del producto, sino también extender su vida útil. Se han utilizado muchas sustancias con este fin tanto sintéticas (BHT, BHA, TBHQ, galatos etc.), como naturales (vitamina C, vitamina E, extracto de romero, etc.).

Los antioxidantes sintéticos son los más populares y ampliamente utilizados, sin embargo existe preocupación respecto a la seguridad de estos para la salud tanto humana como animal. Esta situación ha estimulado la investigación sobre sustancias de origen natural con actividad antioxidante. Pocas de estas sustancias naturales han probado ser efectivas como antioxidantes cuando se les compara con los productos sintéticos en las mismas condiciones experimentales.

Los antioxidantes en alimentos se definen como preservantes que retardan el deterioro, rancidez o decoloración debida a la oxidación. Después de que el antioxidante se une al agente oxidante, éste no está libre para reaccionar con algunos compuestos de los alimentos y por lo tanto no puede causar su oxidación.

Los antioxidantes pueden ser enzimas que aumentan la velocidad de ruptura de los agentes oxidantes (radicales libres). Entre ellas se encuentran las enzimas superóxido dismutasa, glutatión peroxidasa y la catalasa.

La catalasa es una enzima de óxido reducción que cataliza la descomposición del peróxido en agua y oxígeno.

2H2O2 + enzima --------> O2 + 2H2O

¿Qué ocurrirá con la velocidad de la reacción de la catalasa, si  a  las muestras de hígado macerado de pollo y agua oxigenada, les agregamos, diferentes soluciones de etanol?

El sistema digestivo de los seres humanos, como en todos los mamíferos, está compuesto  por un tubo digestivo y una serie de glándulas anexas que ayudan en el procesamiento de los alimentos ingeridos, las enzimas digestivas son proteínas que actúan en la degradación de dichos alimentos, en el hígado se localizan los jugos gástricos y enzimas como la catalasa.

Muchos organismos pueden descomponer el peróxido de hidrógeno (H2O2) por la acción de las enzimas. Las enzimas son proteínas globulares responsables de la mayor parte de la actividad química de los organismos vivos. Actúan como catalizadores, que son sustancias que aceleran las reacciones químicas sin ser destruidas o alteradas durante el proceso. Las enzimas son extremadamente eficientes y se pueden utilizar una y otra vez repetidamente. Una enzima puede catalizar miles de reacciones en cada segundo. Tanto los valores de pH como de la temperatura a los que trabaja la enzima son extraordinariamente importantes. La mayoría de los organismos tienen un intervalo de temperatura preferente en el cual sobreviven y sus enzimas funcionan mejor dentro de dicho intervalo de temperatura. Si el ambiente donde se encuentra la enzima es demasiado ácido o demasiado básico, la enzima puede desnaturalizarse de forma irreversible o transformarse de modo que su forma no le permita más realizar su funcionamiento apropiado.

El H2O2 es tóxico para la mayoría de los organismos vivos. Muchos organismos son capaces dedestruirr el  H2O2 mediante la acción de enzimas antes de que pueda realizar mucho daño. El H2O2 se convierte en oxígeno y agua según la siguiente reacción:

2 H2O2 -------- 2 H2O + O2

Aunque esta reacción ocurre espontáneamente, las enzimas incrementan la velocidad de reacción de forma considerable. Se conoce que al menos dos enzimas diferentes catalizan esta reacción: a) catalasa, que se encuentra en animales y protistas; b) peroxidasa, que se encuentra en las plantas. Mucho se puede aprender sobre las enzimas mediante el estudio de la rapidez de reacciones catalizadas por enzimas. La rapidez de una reacción puede estudiarse de muy diversas formas como:

Midiendo la presión de los productos que aparecen (en este caso, O2)

Midiendo la velocidad de desaparición del substrato  (en este caso, H2O2)

Midiendo la velocidad de aparición del producto (en este caso, O2 que se desprende como gas)

En este experimento se medirá la rapidez de la actividad de la enzima bajo diferentes concentraciones  de etanol.

Al inicio de la reacción no existe aún un producto de la misma, por lo que la presión es igual a la atmosférica. Después de un corto tiempo se acumula oxígeno a una velocidad bastante constante. La pendiente de la curva en este periodo inicial es constante y de denomina velocidad inicial. A medida que se destruye el peróxido, queda menos para reaccionar y el O2 se produce a menor velocidad. Cuando se termina el peroxide ya no se produce más O2.

Hipótesis:

A mayor cantidad de etanol, mas rapida sera la reaccion que ocurre en el hígado.

Objetivos:

Usar la interfaz LabQuest y el sensor de presión de gas para medir la producción de oxígeno gaseoso a medida que el peróxido de hidrógeno se destruye por la acción de la enzima catalasa o peroxidasa a diferentes concentraciones de etanol.

Medirá y comprobará la velocidad inicial de reacción para esta enzima cuando se utilizan distintas concentraciones de etanol.

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Materiales

Interfaz de Vernier LabQuest

Sensor de presión de    de Vernier

Tapón monohoradado

Mortero

Pipera

bascula

Hígado de pollo

Agua oxigenada

Etanol

Cuatro matraces de 125 ml

Procedimiento :

1.-  Etiquetar y enumerar los matraces.

2.-  Machacar el hígado de pollo.

3.- . Colocar las muestras de hígado pollo maceradas en los tubos de ensaye.

4.-  Pesar el hígadoo en los matraces

5.-  Instalar el equipo del sensor de presión.

6.-  Iniciar una a una, las reacciones químicas esperadas, agregando  agua oxigenada, a cada       una de las muestras bajo estudio.

7.-  Proceder a medir las variaciones de presión concentración de Oxígeno de cada una de las muestras.

6.-  Observar y describir el efecto de cada una de las reacciones durante 2 minutos..

7.-  Llevar un registro de todos los cambios observados.

8.-  Obtener una a una las gráficas correspondientes.

9.-  Comentar y analizar los resultados obtenidos.

10.- Elaborar conclusiones.

Tabla 1
Etiqueta de Tubo de Ensayo	Etanol	Volumen de agua (mL)	Volumen de la disolución (10 ml)
1	0%	10	0
2	1%	9.05	0.5
3	10%	8.5	1.5
4	20%	8	2

RESULTADO

Catalasa 1- 2

	Tiempo (s)	Presion (kPa)	Presion (kPa)
1	0	79.5784530079	79.8787033628
2	50	79.4626814814	79.8155808053
3	100	79.5205672446	79.8155808053

Catalaza 3 - 4

	Tiempo (s)	Presión (kPa)	Presión (kPa)
1	0	79.4626814814	78.998932718
2	50	79.4626814814	78.998932718
3	100	79.4626814814	79.0620552754

CONCLUSIONES

Cuando hay más concentración de alcohol, la descomposición del H2O2 es más rápida y se desprende, más rápido el oxígeno, también hay un aumento de presión y también hay un ligero cambio de color.

Creemos que si la concentración de la enzima aumenta un 50% entonces la velocidad de la reacción sería más rápida y el peróxido de hidrógeno se descompondria más rápido liberando agua y oxígeno.

Los factores que influyen en la actividad enzimática serían la temperatura, la cantidad del sustrato, también podría ser el pH.