Práctica

Universidad Nacional Autónoma de México

Escuela Nacional Preparatoria N° 2 “Erasmo Castellanos Quinto”

Práctica N° 2

Determinación de la Velocidad de Reacción de la Catalasa.

Materia: Biología V

Profesor: Pablo González Yoval

Grupo: 604

Integrantes:

Olivera López Ramses Reyna González Emmanuel Sánchez García Nancy Donají Torres Ramírez Laura Maricela Vargas López Fernanda Amairani Zavala Baca Diana Ildegar

Fecha de entrega: miércoles 23 de Noviembre de 2011

Ciclo escolar: 2011-2012

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Practica No. 2 Determinación de la Velocidad de Reacción de la Catalasa

Introducción

La mayoría de las veces, las enzimas pasan inadvertidas cuando se estudia los procesos metabólicos del organismo, por eso es que, nosotros nos tomamos la tarea de demostrar la importancia de las enzimas en el organismo, en este caso de la catalasa, y profundizar un poco las reacciones que se llevan a cabo mediante cálculos matemáticos.

Primero definiremos que es la catalasa y su función. “La catalasa es una enzima que se encienta en las células de los tejidos animales y vegetales. La función de la catalasa en los tejidos es necesaria porque durante el metabolismo celular, se forma una molécula tóxica que es el peróxido de hidrógeno, H2O2. La catalasa aumenta la velocidad de la descomposición del peróxido de hidrógeno aproximadamente 1000 millones de veces.” (Melo, Cuamatzi, 2004, p. 105).

Pero, ¿qué es el peróxido de hidrógeno? “Es un líquido transparente e incoloro; es agua con una molécula extra de oxígeno: H2O2.El peróxido de hidrógeno, también llamado, agua oxigenada, es uno de los productos del metabolismo celular en diversos organismos, pero dada su potencial toxicidad, es transformado enseguida en agua y oxígeno por la enzima catalasa.” (Devlin, 1999, p. 140).

Ahora, sabiendo esto, la descomposición del peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno queda como se muestra en la Figura 1.

2H 2O2→2H 2O+O2

“Todas las enzimas son proteínas, por lo tanto, todas las enzimas sufren una desnaturalización, que son cambios ambientales o los tratamientos químicos que pueden causar una desorganización en la conformación nativa de la proteína, con la pérdida concomitante de la actividad biológica. Como la conformación nativa sólo es estable de manera marginal. La energía necesaria para causar la desnaturalización es con frecuencia pequeña.” (Melo, Cuamatzi, 2004, p. 98).

“La catalasa tiene una Km (Son unidades de concentración que representan la cantidad de sustrato necesaria para fijarse a la mitad de la enzima disponible y producir la mitad de la velocidad máxima. El subíndice “m” se refiere a Michaeli-Menteln como reconocimiento a sus esfuerzos de investigación. Como una aproximación puede considerarse que el valor de Km representa la concentración

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Figura 1: Reacción de descomposición del peróxido de hidrógeno. Melo, V. Cuamatzi, O. (2004).

del sustrato en una célula viva) alta para el H2O2, por tanto, su efecto es limitado y sólo puede ejercer su función bajo condiciones donde los niveles de H2O2 están particularmente elevados.” (Mamposo, 1998).

“La cinética enzimática estudia la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas. Estos estudios proporcionan información directa acerca del mecanismo de la reacción catalítica y de la especificidad del enzima. La velocidad de una reacción catalizada por un enzima puede medirse con relativa facilidad, ya que en muchos casos no es necesario purificar o aislar el enzima. La velocidad puede determinarse bien midiendo la aparición de los productos o la desaparición de los reactivos.” (Devlin, 1999, p. 160)

“La relación entre la velocidad y la concentración de los reactivos puede expresarse mediante una ecuación muy simple. Para escribir estas reacciones se utilizan constantes de velocidad (simbolizadas por k).Un valor exponencial de 1 significa que la velocidad de reacción incrementa en forma lineal con la concentración del reactivo, doblándose con cada duplicación en la concentración del reactivo. Esta situación se denomina cinética de primer orden” (Bohinsk, 1991, p. 181).

Objetivos

Diseño y elaboración de un dispositivo que nos permita calcular la velocidad de reacción de la catalasa con agua oxigenada (H2O2).

Determinar la velocidad de reacción de la catalasa con agua oxigenada (H2O2).

Metodología.

Para realizar esta práctica necesitaremos conocer dos procedimientos.

1. Elaboración del dispositivo.

2. Procedimientos de la reacción química entre el hígado de pollo y el peróxido de hidrógeno.

Comenzaremos con el desarrollo y elaboración del dispositivo:

1. Primero se requiere una manguera de aproximadamente 54 cm. que graduaremos con ayuda de una jeringa, agregando poco a poco un mililitro

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de agua. Dejaremos 3 cm de manguera sin graduar. A partir del tercer centímetro se hace la marca de 0 ml, graduar del cero en adelante.

2. Necesitaremos un recipiente con tapa (recipiente 1), esta última con 2 perforaciones del tamaño de la manguera, en uno de los hoyos se insertarala manguera graduada sólo dejando adentro del recipiente los 3 cm que no se graduaron, dejando la marca de 0 ml a la misma altura de la tapa del contenedor. Sella las posibles fugas que puedan existir alrededor de la manguera con plastilina o silicón. Para sostener el peso de la manguera, se pegará un palito de bandera a la superficie de la tapa del contenedor y con cinta adhesiva transparente pegar el palito a la manguera.

3. En la segunda perforación se insertará una manguera más corta de 12 cm aproximadamente sin graduar, sólo se dejaran dentro del contenedor 1ó 2 cm de la manguera. Sella las posibles fugas que puedan existir alrededor de la manguera con plastilina o silicón.

4. A través de la manguera corta, se introducirá al recipiente, agua con colorante (cualquier color, en este caso rosa) con ayuda de una jeringa, puede ser la misma que se empleó para graduar la manguera de 54 cm. Se debe llenar el contenedor hasta el tope, para que el agua coloreada llegue a la altura de la marca de 0 ml de la otra manguera.

5. Necesitaremos otro recipiente (recipiente 2), igual al primero, con tapa y ésta a su vez con dos perforaciones, una del tamaño de la manguera de 12 cm y otra del tamaño de una tapa de goma de tubo de ensayo. El extremo libre de la manguera corta sin graduar ya conectada al primer contenedor, se conectara a la perforación de la tapa del segundo recipiente, sellando de igual modo, para evitar fugas, con plastilina. El la perforación restante de la tapa del segundo recipiente, se colocara un tapón de goma de tubo de ensayo, sellando con plastilina las posibles salidas de aire.

6. En el segundo recipiente se colocara en su interior el hígado de pollo, y con una jeringa (con aguja), se inyectara el agua oxigenada a través del tapón de goma.

Ahora se describirá el proceso a realizar para efectuar la reacción química, por medio de la cual se obtendrá el volumen de oxígeno que desplazara el mismo volumen de agua, para que pueda ser medido.

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1. Primero se necesita un hígado de pollo macerado. Con ayuda de una báscula se pesaran 10 gramos de hígado de pollo macerado.

2. Ahora se depositaran los 10 gramos de hígado de pollo macerado en el recipiente 2, (aquel que en su tapa tiene el tapón de goma) y para hacer que los resultados no se vean afectados, se inyectara con una jeringa 10 ml de agua oxigenada, en proporción a los 10 gramos de hígado de pollo.

3. Una vez iniciada la reacción, se comenzara a elevar un volumen de agua en el otro contenedor, subirá por la manguera graduada, este volumen de agua será proporcional al volumen de oxigeno que se desprende de la reacción que se efectuó en el recipiente 2. Una vez que se note la elevación de agua a través de la manguera graduada, es decir, el cambio de volumen, se comenzara a registrar cada dos segundos el volumen que se desplazó de agua a causa del volumen de oxígeno.

4. Anota en una Tabla la cantidad de mililitros que se registraron a los 2,4, ó 6 segundos que se inició la reacción.

5. Repite los cuatro pasos anteriores unas 3 veces más, para hacer la prueba de que tus resultados son precisos.

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Manguera

Frasco con 2 orificios, con agua

Frasco donde se coloca el hígado con H2O2

Manguera que transporta el O2 liberado

Resultados

Durante el desarrollo de la práctica se llevaron a cabo 4 muestras para así analizar los resultados y obtener un promedio de las 4 pruebas.

A continuación se presentan los resultados de nuestra primera prueba (Véase Tabla 1 y Figura 1).

Tabla 1.-Resultados de la primera prueba.

Nota: En esta Tabla se muestra la relación entre los valores independientes (tiempo)

y dependientes (mL).

1 2 3 4 5 6 7 8 90

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

3

5

7

9f(x) = x + 1R² = 1

Y [O2] (ml)

Y [O2] (ml)

Linear (Y [O2] (ml))

O2 (mL)

Tiempo (s)

Figura 1.- Gráfica de la prueba 1

Como se muestra en la Figura 1, la ecuación de la recta es la siguiente:

6

Pendiente= X

X Y

Tiempo (s) [O2] (ml)

2 3

4 5

6 7

8 9

y= x+1

Y el valor del coeficiente de determinación es:

R2= 1

Como R2= 1 podemos concluir que nuestros resultados no tienen ningún error, puesto que son precisos.

Con esto podemos determinar que la velocidad de reacción en esta primera prueba es:

Velocidad de reacción= 1 mL/s

Posteriormente se presentaran de igual forma los resultados obtenidos, pero ahora en nuestra segunda prueba (véase Tabla 2 y Figura 2)

Tabla 2.- Prueba 2 resultados

X Y

Tiempo (s) [O2] (ml)

2 3

4 5

6 8

8 10

Nota: Se presentan los datos de la prueba 2 de igual forma viendo relación entre tiempo y concentración.

7

1 2 3 4 5 6 7 8 90

2

4

6

8

10

12

3

5

8

10f(x) = 1.2 x + 0.5R² = 0.993103448275862

Y [O2] (ml)

Y [O2] (ml)Linear (Y [O2] (ml))

O2 (mL)

Tiempo (s)

Figura 2.- Gráfica de los datos en prueba 2

Como podemos ver en la Figura 2 la línea no pasa por el centro de todos los datos, en este caso nuestra precisión no fue tan exacta, pero al realizar nuestra regresión nos pudimos dar cuenta de esto, también se observa en la ecuación de la recta, puesto que si la comparamos con la ecuación de la Figura 1 podemos darnos cuenta que es muy distinta.

Para obtener la ecuación debemos observar lo datos de en la Figura 2 con esto llegando a:

y= 1.2x+0.5

Y analizamos que: R2= 0.9931,(véase Figura 2) de igual modo el valor es cercano a 1 por lo tanto no existió una gran diferencia entre la prueba 1.

Con esto podemos determinar que la velocidad de reacción en la segunda prueba es:

Velocidad de reacción= 1.2 mL/s

A continuación se presentan los resultados de la prueba 3.

Tabla 3.- Presentación de datos en la prueba 3

X YTiempo (s) [O2] (ml)

8

2 34 56 78 9

Nota: Datos de la prueba 3 analizando los segundos y los mL de concentración.

1 2 3 4 5 6 7 8 90123456789

10

f(x) = x + 1R² = 1

Y [O2] (ml)


O2 (mL)

Tiempo (s)

Figura 3.- Representación grafica de la prueba 3

Mediante el análisis correspondiente vemos que los datos de esta prueba en general son iguales a los de la prueba uno, por lo consiguiente el razonamiento es el mismo que en el primer caso.

Ecuación: y= x+1

Y determinamos que R2= 1

Con esto podemos determinar que la velocidad de reacción en esta tercera prueba es:

Velocidad de reacción= 1 mL/s

Con esto visualizando que es igual a la velocidad de la prueba 1.

Para finalizar se presentan los datos de la ultima prueba.

Tabla4.- Datos de la última prueba

X YTiempo (s) [O2] (ml)

2 3

9

4 56 78 10

Nota: Datos correspondientes para la creación de la grafica Concentración (mL) vs Tiempo (s)

1 2 3 4 5 6 7 8 90

2

4

6

8

10

12

3

5

7

10f(x) = 1.15 x + 0.5R² = 0.988785046728972

Y [O2] (ml)


O2 (mL)

Tiempo (s)

Figura4.- Representación grafica de la 4ª prueba.

Al finalizar esta prueba observamos que de igual forma los datos observados en la Figura 4 no son muy precisos, puesto que la recta de regresión no pasa por el centro, vemos que R2= 0.988, concluyendo que no fue una gran variación puesto que el valor se acerca a 1.

Con el análisis de los datos (véase Figura 4) llegamos a la siguiente ecuación:

y= 1.15x+0.5

Siendo esta la ecuación de nuestra recta.

Con esto podemos determinar que la velocidad de reacción en esta última prueba es:

Velocidad de reacción= 1.15 mL/s

Tabla5.-Promedio de los datos de la concentración en las 4 pruebas

Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 4 Promedio

10

Tiempo 2 seg. 3 3 3 3 3Tiempo 4 seg. 5 5 5 5 5Tiempo 6 seg. 7 8 7 7 7.25Tiempo 8 seg. 9 10 9 10 9.5

Nota: Se muestra el promedio de los datos obtenidos durante nuestro experimento.

A continuación se muestra la grafica promedio del experimento:

1 2 3 4 5 6 7 8 90123456789

10

3

5

7.25

9.5f(x) = 1.0875 x + 0.75R² = 0.999207920792079

Y [O2] (ml)


O2 (mL)

Tiempo (s)

Figura5.- Representación grafica del promedio de los datos

Con esto se puede concluir que el promedio de la velocidad de reacción es de:

Velocidad de reacción promedio = 1.0875 mL/s

Obtenida de la ecuación presentada en la Figura5. Y Obteniendo una dispersión de los datos (R2) cercana a 1, es decir, 0.9992 por lo tanto nuestros datos son precisos en cuanto a nuestro experimento. Y observando que la línea de regresión pasa por el centro en la mayoría de los puntos.

Cálculo del valor teórico y comparación con el valor observado:

En la prueba 1 se obtuvo la siguiente ecuación:

y= x+1

Donde:

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1 es la pendiente de nuestra rectax es el tiempo o la abscisa de nuestra grafica, 1 es nuestro punto de intersección en la ordenada

Sustituyendo valores obtenemos:

Tabla 6.-Calculo de valor teórico

X Y valor teórico

Tiempo (s) [O2] (ml) y=x+12 3 34 5 56 7 78 9 9

Nota: Comparación de los datos observados y los datos teóricos según la ecuación de la recta.

Con el análisis de los resultados (véase Tabla 6) nos damos cuenta que nuestros valores observados son exactos en relación con nuestros valores teóricos.


y= 1.2x+0.5

Donde:

1.2 es la pendiente de nuestra rectax es el tiempo o la abscisa de nuestra grafica, 0.5 es nuestro punto de intersección en la ordenada

Sustituyendo los valores obtenemos:

Tabla 7.-Prueba 2 (valor teórico)

X Y Valor teórico

Tiempo (s) [O2] (ml) y=1.2x+0.52 3 2.94 5 5.36 8 7.78 10 10.1


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Mediante el análisis de la Tabla7, nos dimos cuenta que existe una pequeña diferencia entre los datos observados y los valores teóricos, pero sin caer en una exageración puesto que solo son decimas las que varían.


y= x+1

Donde:

1 es la pendiente de nuestra rectax es el tiempo o la abscisa de nuestra grafica, 1 es nuestro punto de intersección en la ordenada


Tabla 8.-Prueba 3 calculo de valor teórico

X Y valor teórico

Tiempo (s) [O2] (ml) y=x+12 3 34 5 56 7 78 9 9


Con el análisis de la ecuación y el valor teórico (véase Tabla 8) nos damos cuenta que nuestros valores observados son exactos en relación con nuestros valores teóricos. Como lo analizamos en la prueba 1.


y= 1.15x+0.5

Donde:

1.15 es la pendiente de nuestra rectax es el tiempo o la abscisa de nuestra grafica, 0.5 es nuestro punto de intersección en la ordenada.


Tabla 9.-Calculo de valor teórico ultima prueba

X Y Valor

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teóricoTiempo (s) [O2] (ml) y=

1.15x+0.52 3 2.84 5 5.16 7 7.48 10 9.7


Mediante los datos presentados en la Tabla 9, nos dimos cuenta que existe una pequeña diferencia entre los datos observados y los valores teóricos, pero sin caer en una exageración puesto que solo son decimas las que varían.

Con la presentación de los datos y las graficas se finalizan los resultados.

Discusiones

En el caso de lo mencionado por Melo y Cuamatzi (2004, p. 105) estamos de acuerdo ya que pudimos comprobar que el peróxido de hidrógeno efectivamente es descompuesto por la catalasa liberando oxígeno ya que al hacer nuestro experimento con nuestro catalímetro pudimos observar la reacción por medio de burbujas (demostrándonos el oxígeno liberado).

De acuerdo con Devlin (1999, p.140) él nos dice que la enzima catalasa transforma rápidamente el peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno. Estamos de acuerdo en lo que él nos menciona ya que al momento de macerar el hígado e introducirlo a nuestro catalímetro y al suministrarle el agua oxígenada (H2O2) pudimos observar en cuestión de segundos que esto es efectivamente verídico ya que, como habíamos mencionado anteriormente, se observan burbujas indicándonos la presencia de agua y la liberación de oxígeno.

Lo que mencionaremos posteriormente habla de lo que hicimos previamente a nuestra práctica (hecha en casa), todo esto con el fin de explicar la desnaturalización de las proteínas. De acuerdo a Melo y Cuamatzi (2004, p.98) nos hablan de la desnaturalización de las proteínas que no es otra cosa que quitarle las propiedades a las enzimas, en este caso siendo proteínas del hígado, esta desnaturalización se lleva a cabo por cambios ambientales, en este caso, al momento de la cocción del hígado dando lugar a la descomposición de las enzimas. Esto lo pudimos comprobar al momento de poner el pedazo de hígado en el recipiente con agua oxigenada ya que no observamos ningún cambio en éste porque no había presencia de enzimas. Por lo tanto estamos de acuerdo con ellos por lo ya mencionado.

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Todo lo anterior lo podemos explicar más amenamente de esta manera, con nuestras palabras:

1. De descomposición: 2H2O2 2H2O + O2 Esto es porque el peróxido de hidrógeno da lugar a la formación de agua y la liberación de oxígeno en estado gaseoso. La liberación del Oxígeno, es notable a la vista cuando se comienza a producir un burbujeo al contacto del agua oxigenada con el hígado de pollo.

2. Irreversible: 2H2O2 2H2O + O2 La reacción es irreversible porque los

productos que se obtienen, al pertenecer a las reacciones del metabolismo, son utilizadas prácticamente al instante, como productos de nuevas reacciones. En nuestro dispositivo, el oxígeno liberado, se desplazaba por completo hacia el otro recipiente, evitando así que volviera a formarse peróxido de hidrógeno una vez más.

De acuerdo a Mamposo (1998) él nos dice que Km son unidades de concentración que representan la cantidad de sustrato de una célula viva, tomando al peróxido de hidrógeno como el sustrato y la enzima catalasa que se encuentra en el hígado. La enzima catalasa entonces produce una velocidad máxima con el peróxido de hidrógeno haciendo que la reacción se acelere. Estamos de acuerdo con él ya que las condiciones del hígado fueron favorables por la reacción que se hizo en cuestión de segundos, comprobando que fue una reacción rápida y viendo de esta forma que Km fue alta.

Según Devlin (1999. P. 160) la cinética enzimática estudia la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas. Estos estudios proporcionan información directa acerca del mecanismo de la reacción catalítica y de la especificidad del enzima; estamos de acuerdo con esta idea ya que la enzima catalasa tiene una especificidad que actúa sólo en la descomposición del peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno, es decir, la enzima solamente tiene esa función. La velocidad de una reacción catalizada por un enzima puede medirse con relativa facilidad, ya que en muchos casos no es necesario purificar o aislar el enzima; esto lo pudimos verificar ya que el hígado a pesar de tener microorganismos u otras sustancias más la enzima catalasa actuó para la descomposición de peróxido de hidrógeno. La velocidad puede determinarse bien midiendo la aparición de los productos o la desaparición de los reactivos; los observamos al momento de introducir el agua oxigenada en el hígado de pollo ya que aparecieron los productos (el agua y el oxígeno) y gracias al oxígeno liberado pudimos ver el desplazamiento del agua con nuestro dispositivo como ayuda para medir la velocidad de la reacción de la catalasa presente en el hígado.

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De acuerdo a Bohinsk (1991. P.181) el valor exponencial de 1 significa que la velocidad de la reacción incrementa en forma lineal con la concentración del reactivo; esto es verídico ya que en la primera Tabla de resultados podemos comprobar que el valor de R es exactitud de los resultados (esto viene explicado detalladamente en la parte de los “resultados”) por lo tanto el incremento es en forma lineal con la concentración del reactivo. Esto lo pusimos a prueba con la concentración de reactivo (peróxido de hidrógeno) con una proporcionalidad de 10ml de peróxido de hidrógeno a 10gr de hígado de pollo, pudiendo tener como resultado valores exactos y precisos como se pudo verificar en la Tabla 1, teniendo un resultado de una línea recta.

Al finalizar nuestro trabajo y obteniendo los resultados ya mostrados, nos dimos cuenta que el funcionamiento del dispositivo fue el correcto, puesto que los datos tienen un rango de diferencia muy pequeño.

Los datos en las 4 pruebas se mantienen de cierto modo constantes, ya que inician en los primeros segundos con la misma liberación de oxigeno, poco a poco mientras el tiempo avanza, en algunas de las pruebas hay una diferencia, pero no tan grande para encontrar un problema en el dispositivo.

Los resultados obtenidos creemos que fueron los correctos en cuanto al uso y objetivos del equipo, ya que quizá al hacer una comparación con otros equipos exista una diferencia entre los resultados, pero esto implicara analizar diferentes cosas, como puede ser, la cantidad usada de los reactivos, el funcionamiento de su dispositivo, el tiempo medido, entre otras cosas.

El uso y funcionamiento del dispositivo fue el correcto, así como los resultados obtenidos, el equipo se siente satisfecho con los datos generados al finalizar la practica, y por lo tanto se concluye que los datos son correctos en cuanto a los factores utilizados.

Conclusiones

En la unidad número 2: “Metabolismo” del curso de Biología V, el principal objetivo es analizar todas aquellas reacciones químicas que el cuerpo necesita realizar para poder funcionar correctamente y evitar el aumento en su grado de entropía.

El Metabolismo puede dividirse en anabolismo y catabolismo, y la reacción que se llevó a cabo en esta práctica, es un claro ejemplo del catabolismo ya que se descompone el peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno. Esta reacción es exergónica pues libera más energía de la que se absorbe. En el experimento

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puede comprobarse porque, en el frasco donde se pone el hígado y el agua oxigenada puede percibirse un aumento de temperatura.

Finalmente, gracias a este experimento, podemos comprobar que, de acuerdo a lo que hemos tratado en clase sobre las enzimas, según lo que nos dice Bohinski, C., 1991, son éstas las que se encargan de acelerar vertiginosamente la velocidad de una reacción y además tienen la característica de poseer una estricta especificidad, pues la catalasa reacciona exclusivamente con el peróxido de hidrógeno.

Bibliografías:

Bohinsk, C. (1991) a. Bioquímica. México: Addison Wesley. pp. 174-181.

Bohinsk, C (1991) b. “Capitulo 5: Enzimas” en Bioquímica (5ta, ed) México: Addison Wesley Longman

Devlin, T. (1999). Bioquímica. España: Reverté. pp. 140-160.

Mamposo, M. (1998). Centro de Investigaciones y Evaluaciones Biológicas (CIEB)en sitios Web. bvs.sld.cu. Recuperado el 18 de Noviembre de 2011, de http://bvs.sld.cu/revistas/end/vol10_1_99/end02199.htm

Melo, V., Cuamatzi, O. (2004), Bioquímica de los procesos Metabólicos. México: Reverté. pp. 98-105.

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http://bvs.sld.cu/revistas/end/vol10_1_99/end02199.htm

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