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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
ESCUELA NACIONAL PREPARATORIA Nº 2
“ERASMO CASTELLANOS QUINTO”
PRÁCTICA # 2
TASA DE REACCIÓN DEL HÍGADO DE POLLO CON EL
AGUA OXIGENADA
Badillo Gonzáles Kindalaya Ollin
Corona Cruz Deni Mellanie
Fierro Alonzo Cinthya Karina
Gallardo Aceves Brenda Alejandra
Pineda Ballesteros Erika Vanessa
Tepox Martínez Alejandra Nathin
Grupo: 604
Fecha de entrega: 23 de noviembre del 2011
Profesor: González Yoval Pablo
Tasa de reacción del hígado de pollo con el agua oxigenada
INTRODUCCION
En esta práctica trataremos de desarrollar la reacción química que se da entre
el H2O2 (agua oxigenada) y el hígado de pollo (sabiendo que este contiene una
enzima llamada catalasa que acelera la reacción), durante el cual el H2O2 se
descompone en agua (H2O) y oxígeno (O2), pudiendo observar esta
descomposición al notar que se produce un burbujeo o efervescencia.
Así mismo desarrollaremos el modo en que con materiales reciclados, pudimos
crear un dispositivo que fuera capaz de medir la cantidad de volumen de
oxígeno que se desprendía durante la reacción anteriormente mencionada.
ANTECEDENTES
Agua oxigenada
El agua oxigenada que se utiliza para desinfectar heridas y decolorar el pelo,
descompone espontáneamente liberando oxigeno en forma de burbujas. Esta
reacción en condiciones normales ocurre lentamente, pero puede acelerase
agregando un catalizador, es decir, una sustancia que acelera reacciones
químicas. Entre los catalizadores se encuentran compuestos inorgánicos, como
el dióxido de manganeso; y biológicos -enzimas- como la catalasa. (Campbell,
2001 pág. 77)
El hígado de pollo fresco es una fuente importante de peroxidasa (catalasa)
que acelera el rompimiento del agua oxigenada en moléculas de agua y
oxígeno gaseoso. Esta reacción se puede comprobar mediante el
desprendimiento de burbujas en los tejidos vivos. (Campbell, 2001 pág. 77)
*Propiedades del agua oxigenada
El agua oxigenada es una sustancia inestable, oxidante y muy tóxica. Su
acción desinfectante y decolorante se debe a que oxida componentes de los
microrganismos. En las células se produce agua oxigenada en pequeña
cantidad, como un subproducto de las reacciones bioquímicas de la
respiración. (Campbell, 2001 pág. 77)
Campbell dice que “espontáneamente, el agua oxigenada se descompone en
agua y oxígeno de acuerdo con la siguiente reacción:
2H2O2 2H2O + O2
La unión de moléculas de agua oxigenada sobre la superficie de un catalizador
sólido puede facilitar la ruptura y formación de uniones químicas.
En el caso de la descomposición del agua oxigenada, el catalizador debilita la
unión entre los átomos de oxígeno (H-O-O-H), que separan durante el
proceso.” (pág. 77)
Enzima
Las enzimas son biomoleculas que regulan la velocidad de las reacciones
químicas de la célula. Las enzimas son proteínas especificas cuya estructura
se acopla al reactivo permitiendo que se lleve a cabo la reacción. Algunas
enzimas están formadas por proteínas que contienen moléculas que no son
proteicas. Estas moléculas se llaman cofactores o grupo alostérico y pueden
contener moléculas orgánicas o inorgánicas. (Oñate, 2009; Bohinski, 1991
págs. 191)
De igual forma Oñate menciona que existen “muchos grupos alostéricos que
están formados por metales, como por ejemplo el magnesio y hierro”. (pág.
191)
La función de una enzima, es incrementar la velocidad o celeridad de una
reacción. Sin embargo, las enzimas poseen tres características. En primer
lugar son los catalizadores más eficientes que se conocen, pues basta
cantidades muy pequeñas de ellas para acelerar o disminuir una reacción.
(Oñate, 2009; Bohinski, 1991 pág. 174)
En segundo lugar, la mayoría de las enzimas se distinguen por una
especificidad de acción, lo que significa que prácticamente cada conversión de
un reactivo llamado sustrato, es catalizada por determinada enzima. La tercera
característica, es que las acciones de muchas enzimas son reguladas; es decir,
pueden cambiar alternativamente de un estado de baja actividad a otro de gran
actividad. (Oñate, 2009; Bohinski, 1991 pág. 174)
*Estructura de una enzima
Las enzimas esta formadas por polipéptidos los cuales a su vez se forman por
cadenas de aminoácidos. Para que la enzima sea funcional, la estructura debe
ser intacta. Algunas mutaciones ocasionan cambios en el orden de los
aminoácidos en la cadena, lo que afecta gravemente la función de la enzima.
(Oñate, 2009 pág. 192)
El sitio más importante de acción de la enzima se llama centro activo. El centro
activo de la enzima es un sitio muy específico, con una forma especifica, capaz
de acoplarse al sustrato y con alguna fuerza electroestática que le permite
tener mayor afinidad por el sustrato. La correcta estructura y acomodo de los
aminoácidos en la cadena polipeptídica asegura la especificidad y acción de la
enzima. (Oñate, 2009 pág. 192)
Por lo cual Oñate, afirma que “cualquier error en la cadena de aminoácidos
puede afectar la estructura globular de la enzima impidiendo que se acople al
sustrato”. (pág. 192)
Catalasa
La catalasa y la mayoría de las proteínas, tienen como característica su
estructura tridimensional. La actividad de las enzimas depende de esta
estructura, en la cual hay una zona en la que se inserta una molécula del
reactivo (o sustrato) de manera ajustada y especifica, como puede hacerlo una
llave en la cerradura. (Campbell, 2001 págs. 77-78)
Campbell, afirma así que “la unión del sustrato a la enzima desencadena la
reacción química, se liberan los productos y el sitio de unión queda libre
nuevamente, para captar otra molécula de sustrato y continuar con la reacción”.
(pág. 78)
La catalasa es una enzima que se encuentra en las células de los tejidos
animales y vegetales. La función de esta enzima en los tejidos es necesaria
para que durante el metabolismo celular, se forma una molécula tóxica que es
el peroxido de hidrogeno H2O2. Esta enzima, la catalasa lo descompone en
agua y oxígeno, por lo que se soluciona el problema. (Campbell, 2001 pág. 78)
La reacción de la catalasa sobre el H2O2 es la siguiente:
Reacción A.- la existencia de catalasa en los tejidos animales, se aprovecha
para utilizar el agua oxigenada como desinfectante en una herida. Como
muchas de las bacterias son anaerobias (no pueden vivir con oxigeno), mueren
con el desprendimiento, mueren con el desprendimiento de oxígeno que se
produce cuando la catalasa de los tejidos actúa sobre el H2O2. (Campbell, 2001
pág. 78)
Desnaturalización
Ya que la catalasa químicamente es una proteína, podemos desnaturalizarla al
someterla a altas temperaturas. Al perder la estructura terciaria, perderá
también la función catalítica por lo que no podrá descomponer el agua
oxigenada y no se observara ningún tipo de reacción. (Bohinski, 1991)
La manera de demostrar la importancia que tienen una estructura específica de
una proteína para su función biológica es alterar la estructura y determinar cuál
es el efecto de esta alteración en la función. Una alteración extrema es la total
anulación de la estructura tridimensional, un proceso denominado
desnaturalización. (Lehninger, 1993 pág. 180)
A manera de ejemplo Lehninger comenta que “se trata de un proceso tan
familiar como el que ocurre cuando se hierve un huevo. La clara del huevo, que
contiene la proteína soluble como ovoalbúmina, se coagula formando un sólido
blanco por acción del calor. Una vez enfriada, no volverá a redisolverse para
adquirir otra vez el aspecto que poseía la clara del huevo original no cocido. El
calentamiento de la ovoalbúmina ha variado su estructura, aparentemente de
modo irreversible”. (pág. 180)
Este efecto del calor es observado en prácticamente todas las proteínas
globulares como la catalasa, independientemente de su tamaño o función
biológica, aunque la temperatura exacta a la que ocurre este proceso puede
variar y ser además ocasionalmente reversible. (Lehninger, 1993 pág. 180)
El cambio de estructura provocado por la desnaturalización se asocia casi
invariablemente a la perdida de funcionalidad. (Lehninger, 1993 pág. 180)
De acuerdo con Lehninger, “esta es una consecuencia esperada a partir del
principio que enuncia que la estructura tridimensional específica de una
proteína resulta crítica para su función”. (pág. 180)
La desnaturalización de proteínas puede llevarse a cabo no solamente por
acción del calor, si no también por la acción de extremos de pH, de ciertos
disolventes orgánicos miscibles en agua como el alcohol o la acetona, de
ciertos solutos como la urea, o mediante la exposición de la proteína a
determinados detergentes. El tratamiento con cada uno de estos agentes
desnaturalizantes puede considerarse relativamente suave, en el sentido de
que no se rompen enlaces covalentes de la cadena polipeptídica. (Lehninger,
1993 pág. 180)
La ebullición de una disolución de proteína destruye una serie de interacciones
débiles. Los disolventes orgánicos, la urea y los detergentes actúan en principio
deshaciendo las interacciones hidrofóbicas que forman el núcleo estable de las
proteínas globulares; los extremos de pH alteran la carga neta de la proteína,
dando lugar a la aparición de repulsiones electroestáticas y a la destrucción de
algunos enlaces de hidrogeno. (Lehninger, 1993 pág. 180)
Recuérdese que la estructura nativa de la mayoría de las proteínas es solo
marginalmente estable. No es necesario eliminar todas las interacciones
estabilizadoras débiles para reducir la estabilidad termodinámica hasta un nivel
que es insuficiente para mantener intacta la conformación de la proteína.
(Lehninger, 1993 págs. 180-181)
La prueba más importante de que la estructura terciaria de una proteína
globular esta determinada por su secuencia de aminoácidos vino de
experimentos que demostraron que la desnaturalización de algunas proteínas
es reversible. (Lehninger, 1993 pág.181)
Algunas proteínas globulares desnaturalizadas por calor, extremos de pH o
reactivos desnaturalizantes son capaces de recuperar su estructura nativa y su
actividad biológica en un proceso conocido como renaturalización, si son
devueltas a condiciones en las que su conformación nativa es estable.
(Lehninger, 1993 pág. 181)
JUSTIFICACION
Realizaremos esta práctica, para demostrar mediante los conocimientos
previamente adquiridos, la hipótesis de que los tejidos animales (en este caso
hígado de pollo) contienen una enzima, llamada catalasa que acelera la
descomposición del H2O2.
Además de poder probar que el dispositivo que elaboramos con materiales
reciclados funciona, mediante la medición del volumen cada 2 segundos, y así
determinar la tasa de reacción del hígado y el agua oxigenada.
OBJETIVO
*Poner de manifiesto la presencia de la enzima catalasa en el tejido animal.
*Realizar un dispositivo capaz de medir el volumen de oxigeno que se
desprende de la reacción, con un mínimo de margen de error.
Figura 1. Determinación de la presencia o ausencia de la catalasa (Lourdes Luengo),
obtenida en sitios web:
http://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/enzima-catalasa
METODOLOGIA
*Realización del dispositivo
1. En primera instancia conseguimos un tubo de ensaye que ya no
ocupábamos, o bien dos moldes de gelatina.
2. Ya teniendo el envase lo sellamos muy bien para que no tuviera ningún
tipo de fuga (con un corcho en el caso del tubo de ensaye, o con silicón
si eran los moldes de gelatina).
3. Conseguimos dos jeringas, y ambas fueron introducidas en el corcho,
fijándonos previamente que no hubiera ninguna fuga.
*Realización de la reacción
1. Ya que armamos el dispositivo, colocamos el hígado de pollo crudo, y
previamente machacado en el tubo de ensaye.
2. Procedimos a cerrarlo nuevamente, y con una de las jeringas que
habíamos insertado vaciamos al tubo 4ml de agua oxigenada.
3. Al hacer reacción, se desprendería el oxigeno, y lo que sucede con la
otra jeringa vacía es que el embolo ira subiendo, por la presión (o
empuje) que provoca el oxígeno.
4. Y por ultimo mientras transcurre la reacción, con ayuda del
cronometro, iremos anotando cuantos mililitros sube el embolo cada 2
segundos.
5. Repetiremos el paso anterior cuatro veces más, para obtener
resultados mas certeros.
Figura 2. Determinación de la presencia o ausencia de la catalasa (Lourdes
Luengo), obtenida en sitios web:
http://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/enzima-catalasa
RESULTADOS
Tabla 1 En esta tabla se pueden mostrar las Observaciones y Resultados realizados durante el desarrollo del experimento, así mismo se exponen las imágenes correspondientes a cada reacción.
Tabla. 1 Resultados, Desarrollo e imágenes del experimento.
Imagen ¿Qué sucedió?
Tubo 1.Hígado entero
En el tubo numero uno teníamos el hígado crudo (entero) y agregamos agua oxigenada y al terminar de agregar el agua oxigenada empezó a hacer reacción la catalasa que está contenida en el hígado con el H2O2 .
Como resultado de la reacción la enzima catalasa rompe las moléculas del agua oxigenada convirtiéndola en agua y oxigeno. Por la liberación de oxigeno logramos observar la efervescencia que se crea por la interacción del hígado con el agua oxigenada.
Tubo 2.Hígado macerado
En el tubo numero dos teníamos hígado macerado y al agregar el agua oxigenada la reacción fue instantánea y muy fuerte ya que hay mucho mas efervescencia que en el tubo uno. Creemos que al macerar el hígado exponemos más a las enzimas de este y es por eso que la catalasa puede descomponer al agua oxigenada mucho más rápido en oxigeno y agua.
Tubo 3.Hígado cocido
En el tubo numero 3 colocamos un hígado cocido y al agregar el agua oxigenada no ocurrió ninguna reacción.En este tubo no ocurrió nada ya que con el calor que aplicamos al cocer el hígado desnaturalizamos a la enzima catalasa que esta la encargada de descomponer al agua oxigenada. La catalasa de desnaturaliza ya que es una proteína y son termolábiles.
Explicación de los resultados de la reacción de hígado de pollo con H2O2
Resultado de la medición de liberación de oxigeno en la reacción de
la catalasa y el hígado.
Tabla. 2 Velocidad de reacción de la catalasa
Tiempo (s) Vol (cm³)2 1
4 26 38 4
10 5
Fig. 3
En la figura 3 se muestra la pendiente que se genera al relacionar el volumen
del O2 liberado en cierto tiempo en la reacción del hígado con el H2O2. Así se
puede observar q esta función es de tipo lineal y tiene una pendiente de 0.5,
donde R² es igual a 1.
Nota: se hicieron varias pruebas para que los resultados fueran más precisos y exactos
debido a los diversos factores que pudieran afectarlos tales como el error humano.
Tabla. 3 Velocidad de reacción de la catalasa
Tiempo (s) Vol. (cm3)
2 1
4 2
6 3.5
8 4.7
10 5.5
Fig. 4
En la figura 4 obtuvimos resultados un poco diferentes con los primeros, mas
seguimos viendo que se produce una función lineal ascendente con una
pendiente de 0.585 que a comparación con la anterior (0.5) nos dice que tiene
un ligero aumento pero sigue siendo bastante precisa. También el R² que
anteriormente tenía un valor de 1 y ahora es de 0.9911 (disminuyo), es preciso.
Tabla. 4 Velocidad de reacción con la catalasa
Tiempo (s) Vol (cm³)2 1.54 26 3.38 4
10 5.4
Fig. 5
Ahora en la gráfica anterior se observa que la pendiente de la función lineal
ascendente disminuyo ligeramente de 0.585-0.5 a 0.49, al igual que el R² que
antes oscilaba entre 1 y 0.9911 ahora es de 0.9788.
Tabla. 5 Velocidad de reacción de la catalasa
Tiempo (s) Vol (cm³)2 14 2.46 3.18 4.2
10 5.3
Fig. 6
Por ultimo en la figura 6 de la función lineal se observa, como en la figura 4 un
ligero aumento en la pendiente (antes 0.5, 0.585 y 0.49), que ahora vale 0.52,
demostrando que nuestras pruebas en el experimento fueron realizadas de una
manera lo más preciso posible, teniendo un rango de entre 0.58 a 0.49. Así
también con R² se muestran datos cercanos que van de 1, 0.9911, 0.9788 y por
ultimo 0.9923, dando pruebas de exactitud a nuestro experimento realizado.
Tabla. 6 En esta tabla se muestra la comparación de los resultados obtenidos en las gráficas de las
pruebas en tasas de reacción del hígado con el agua oxigenada.
Ecuación Pendiente (m) R²Gráfica 1 y=0.5x 0.5 1Gráfica 2 y=0.585x - 0.17 0.585 0.9911Gráfica 3 y=0.49x + 0.3 0.49 0.9788Gráfica 4 y=0.52x + 0.08 0.52 0.9923
DISCUSION
Después de realizar el dispositivo y posteriormente la practica en el salón de
clase, hemos discutido la causa de por qué el embolo sube marcando el nivel
de oxigeno que produce la reacción.
Como podemos observar, la catalasa pertenece al grupo de enzimas que
catalizan reacciones de oxido-reducción. (Laguna J., 1979, pp. 89).
Se ha demostrado que los peroxisomas del hígado tienen un sistema de
oxidación extraordinariamente activo capaz de oxidar los ácidos grasos de
cadena larga (C16, C18). Los ácidos grasos de cadena corta no son oxidados
por los peroxisomas, pero son utilizados rápidamente por las mitocondrias.
(Conn, 1996, pag.332)
Las enzimas de la oxidación de los peroxisomas destacan por el hecho de
que la primera etapa de la oxidación es catalizada por una flavo proteína, una
acil CoA oxidasa (Conn, 1996, pag.332)
Acetil CoA + O2 acil CoA α1 β- insaturada + H2O2
Todas las enzimas asociadas β-oxidación se localizan en las membranas
internas y la matriz de las mitocondrias del hígado, esto debido a que la
membrana interna es también el sitio de los sistemas de transporte de
electrones y la fosforilación oxidativa, esta distribución es de importancia
fundamental para la liberación y conservación eficientes de la energía potencial
almacenada en los ácidos grasos de cadena larga. (Conn, 1996, pag.445)
Así, tras catalizar la descomposición de una molécula de H2O2, la catalasa
vuelve a encontrarse exactamente en el mismo estado que antes, preparada
para un nuevo ciclo. En segundo lugar, los catalizadores modifican la
velocidad de los procesos, pero no afectan la posición de equilibrio de una
reacción. (Devlyn, 1999, pp., 390).
Todo lo anterior citado nos indica que la oxido-reducción que protagoniza la
catalasa, la pudimos observar muy claramente en el experimento que
realizamos, pero al analizar todos los resultados obtenidos pudimos observar
que obtuvimos un rango de diferencia, por ejemplo con los valores de las
pendientes de la figura.3, figura. 4, figura. 5 y figura. 6 con valores de pendiente
0.5, 0.58 0.49 y 0.52 respectivamente, que aunque no varían mucho, si son
significativos, ya que pudimos haber cometido ciertos errores que pudieron
alterar los resultados reales, por ejemplo:
Si medimos la misma cantidad de agua oxigenada y de hígado en las
cuatro pruebas tomadas.
Si los valores eran los mismos o si las variaciones eran similares o
presentaban diferencias notorias.
Si el dispositivo mostraba fallas a que se debieron y como las podíamos
arreglar, además de las fallas humanas.
El hígado de pollo fresco es una fuente importante de peroxidasa (catalasa)
que acelera el rompimiento del agua oxigenada en moléculas de agua y
oxígeno gaseoso. Esta reacción se puede comprobar mediante el
desprendimiento de burbujas en los tejidos vivos. (Campbell, 2001 pág. 77)
De igual manera, como vimos en la Tabla. 1(Resultados, Desarrollo e
imágenes del experimento), en el experimento utilizamos el hígado de pollo, en
varias presentaciones: por ejemplo, el hígado entero: este presento una
reacción considerablemente rápida, sin en cambio cuando maceramos el
hígado, la reacción se llevo a cabo aún más rápido, esto lo discutimos y
estuvimos de acuerdo en que fue gracias a que el hígado macerado al estar en
pequeños trozos, la enzima catalasa estaba más expuesta, y así con el agua
oxigenada reaccionaron al mismo tiempo en todos los trocitos, por eso hubo
un desprendimiento de oxigeno y burbujas más violento, y como esta enzima
(catalasa) se encuentra en los tejidos internos del hígado, al estar completo,
tuvo que traspasar las capas del hígado hasta encontrase con la catalasa y así
reaccionar.
De la misma manera en el experimento usamos hígado previamente cosido, y
al ponerlo en contacto con el agua oxigenada, nos percatamos de que no tuvo
ninguna reacción. Por lo cual Bohinski afirma “ya que la catalasa químicamente
es una proteína, podemos desnaturalizarla al someterla a altas temperaturas.
Al perder la estructura terciaria, perderá también la función catalítica por lo que
no podrá descomponer el agua oxigenada y no se observara ningún tipo de
reacción”.
CONCLUSIONES
En base a la información previa acerca de las enzimas tales como la catalasa y
sobre el éxito obtenido con la representación del dispositivo antes descrito,
podemos concluir que gracias al experimento, precisión y cuidado, se pudo
observar que la catalasa pudo reaccionar en presencia del agua oxigenada; y
además de analizar y poder entender cómo es que estas reacciones químicas
se llevan a cabo en nuestro cuerpo, debido a que la catalasa es una enzima
que está presente en muchos sistemas biológicos ya sea en este caso, desde
tejidos animales como vegetales; también es de grande importancia a nivel
celular ya que debido a temas antes vistos en la unidad, podemos entender las
diversas reacciones que tiene a nivel celular, ya que se localiza en las
mitocondrias y los peroxisomas, además de que son específicas, debido a que
para cada reacción química hay una enzima especial, y gracias a que son
catalizadores, aceleran la velocidad de las reacciones químicas sin intervenir
directamente en ellas y obteniendo un gasto mínimo de energía de activación
de las reacciones, con ello comprendemos por que las reacciones de nuestro
metabolismo son irreversibles.
BIBLIOGRAFIA
* Bohinski, Robert, C. (1991), Bioquímica, Addison Wesley, México, pp. 174-191
* Campbell, Neil, A. et al, (2001), Biología conceptos y relaciones, Pearson Educación, México, pp. 77-78
* Conn, Erick, E. (1996), Bioquímica Fundamental, Limusa, México, pp. 332, 390, 445
* Lehninger, Albert, L. (1993), Principios de Bioquímica, Ediciones Omega, Barcelona, pp. 180-181
* Oñate, Ocaña, L. (2009), Biología, CENGAGE Learning, México, pp. 191-192
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UNAMEscuela Nacional Preparatoria Nº 2 “Erasmo Castellanos Quinto”
Alumnas: Grupo: 604
*Badillo González Kindalaya Ollin*Corona Cruz Deni Mellanie*Fierro Alonzo Cinthya Karina*Gallardo Aceves Brenda Alejandra*Pineda Ballesteros Erika Vanessa*Tepox Martínez Alejandra Nathin
