Las enzimas son proteínas que incrementan la velocidad de una reacción química y no se consumen durante la misma (algunos tipos de ARN pueden actuar como enzimas, usualmente rompen y sintetizan enlaces fosfodiester; a estas moléculas se les denomina “ribozimas” y se encuentran en muy baja proporción en la naturaleza).

Las moléculas de enzimas contienen hendiduras o cavidades denominadas sitio activo. El sitio activo está formado por las cadenas laterales de residuos específicos, lo que ocasiona que tenga un arreglo tridimensional particular, diferente al resto de la proteína. Este sitio es afín por la estructura tridimensional del sustrato:

sitio activo sitio activo



Figura: representación de la formación del complejo enzima-sustrato.

El sitio activo la enzima (E) une al substrato (S) formando un complejo enzima-substrato (ES). En el complejo ES, E transforma a S en él o los productos, formando el complejo enzima-producto (EP), finalmente la enzima libera del sitio activo a P, regenerándose.


E + S D ES D E + P

La mayoría de las reacciones catalizadas por enzimas son muy eficientes y transcurren desde 106 hasta 1014 veces más rápido que la misma reacción no catalizada. Típicamente, cada molécula de enzima es capaz de transformar cada segundo de 100 a 1000 moléculas de substrato en producto. El número de estas moléculas transformadas a producto por molécula de enzima en cada segundo, se conoce como el número de recambio.

Tabla: Eficiencia de las reacciones catalizadas por algunas enzimas.

Las enzimas son muy específicas por el substrato de la reacción que catalizan. Interactúan con una o muy pocas moléculas y catalizan únicamente un tipo de reacción, por lo que las moléculas con las que interactúan deben ser muy parecidas, tanto en composición, como en estructura tridimensional. Por ejemplo, en la siguiente figura, en el panel A, se muestra la reacción catalizada por la enzima triosafosfato isomerasa (enzima que cataliza el paso 5 de la glucólisis), en el panel B se muestran inhibidores de la catálisis:

Algunas enzimas se asocian con moléculas de carácter no proteíco que son necesarias para el funcionamiento de la enzima, estas moléculas se denominan cofactores. Comúnmente, los factores encontrados en las enzimas incluyen iones metálicos como el Zn2+ o el Fe2+, también pueden ser moléculas orgánicas que se denomina coenzimas como el NAD+, FAD, la conezima A y la C, generalmente las coenzimas son derivados de las vitaminas. A la enzima en ausencia de su cofactor (cuando lo tiene), se le denomina apoenzima, en presencia de su cofactor (cuando lo tiene), se le denomina holoenzima. La apoenzima generalmente carece de actividad biológica. La diferencia entre un cofactor y un grupo prostético, como el grupo hemo, es que este último está unido de manera covalente a la enzima, mientras que el cofactor puede ser removido de la misma con relativa facilidad.

La actividad enzimática puede ser regulada, esto quiere decir que dependiendo de los requerimientos metabólicos, las enzimas son activadas o inhibidas, para acelerar o disminuir la velocidad con la que catalizan la reacción, respondiendo así a las diferentes necesidades de sus productos en la célula. La regulación más común es modificando la concentración de su(s) substrato(s).

En los eucariontes, muchas enzimas se localizan en organelos específicos en la célula. Esta compartamentalización ayuda a aislar los substratos de la reacción o productos de la misma, de tal forma que no hay competencia de reacciones, de esta manera se provee un medio favorable para la reacción, de tal forma que es posible localizar diferentes partes del metabolismo en diferentes organelos, haciendo a la célula una entidad organizada en donde simultáneamente funcionan miles de enzimas.

Virtualmente todas las reacciones en los seres vivos se llevan a cabo por enzimas, que son las proteínas que catalizan a las reacciones químicas, incrementando la velocidad a las cuales estas reacciones de manera natural ocurren, en el proceso las enzimas no resultan modificadas, es decir, el estado inicial de la enzima es igual al final. A pesar de la inmensa variedad de reacciones que son energéticamente posibles en los seres vivos, las enzimas conducen a los reactivos, a menudo denominados substratos, en las vías metabólicas de los seres vivos.

A cada enzima se le asignan dos nombres. El primero es corto y es como se conoce a la proteína de manera coloquial, es el nombre sugerido. El segundo es más completo e infiere propiedades sobre la reacción que la enzima desarrolla, se le conoce como nombre sistemático, este nombre permite reconocer a la enzima sin ambigüedad y localizarla en el metabolismo.

Muchas de las enzimas poseen en su nombre el sufijo “-asa” unido al nombre del substrato de la reacción que cataliza, por ejemplo:

Ureasa: proteína cuyo sustrato es la urea

Lactasa: proteína cuyo sustrato es la lactosa


También suele utilizarse este sufijo a la descripción de la reacción que la enzima cataliza:


Lactato deshidrogenasa: deshidrogena (le quita Hidrógenos) al lactato

Adenilato ciclasa: hace un ciclo en la adenina.


Algunas enzimas poseen nombres que no representan su actividad o sustrato:
Lisozima

· Tripsina

La Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular (IUBMB), desarrolló un sistema de nomenclatura en el cual las enzimas se dividen en seis clases principales, cada una con numerosos subgrupos:

Para todas las clasificaciones se muestran ejemplos representativos:


1.- OXIDOREDUCTASAS:


catalizan reacciones de oxidación-reducción:

2.- TRANSFERASAS:

catalizan la transferencia de grupos que contienen C, N, o P:

EQUILIBRIO ÁCIDO-BASE

En el equilibrio ácido-base el principal problema homeostático es mantener la concentración de electrones de líquidos corporales en un nivel adecuado. La homeostasis se logra en gran parte mediante los sistemas de amortiguación del cuerpo, que balancean sustancias ácidas y básicas para preservar el pH fisiológico. Sólo con el pH adecuado se llevan a cabo las reacciones químicas que producen energía para el organismo.

Un sistema amortiguador (Amortiguador o solución amortiguadora) es una sustancia que controla los cambios bruscos de pH, protege al cuerpo reduciendo los cambios de pH que se producen por la adición de ácidos o álcalis. Con frecuencia está formado por un ácido débil (H+) y su base conjugada (A-); lo que realiza una solución amortiguadora es transformar un ácido fuerte en ácido débil y una base fuerte en una base débil. Cuando se le agrega un ácido fuerte, parte de los iones de hidrógeno adicionales se combinan con la base conjugada del amortiguador en vez de quedarse en la solución. Cuando se agrega una base fuerte a una solución amortiguadora, la forma ácida del amortiguador libera protones, lo que limita la reducción de concentración de protones libres y preserva el pH.

El líquido extracelular humano, incluyendo la sangre entera tiene pH levemente alcalino, de 7.35 a 7.45; hay varios mecanismos para equilibrar el pH in vivo y estos incluyen soluciones amortiguadoras que neutralizan los ácidos y bases fuertes, estos son la regulación respiratoria de la concentración de oxígeno y dióxido de carbono, y la regulación renal de la excreción de sal.

El mecanismo de la respiración regula el pH dependiendo de la concentración de CO2, la función de los pulmones en el equilibrio ácido-básico es regular la cantidad de dióxido de carbono que se elimina al exhalar aire, ya sea reteniendo CO2 o aumentando su eliminación.

La función de los riñones es mantener constante el medio interno, para ello regula el equilibrio del agua y la excreción de iones manteniendo un patrón normal de electrolitos y un pH fisiológico. El mecanismo renal controla el pH ya que el riñón reabsorbe el ion bicarbonato evitando que se excrete y lo regresa procurando que regrese a circulación sanguínea. También elimina el exceso de H+ con ayuda de los fosfatos y el cloruro de amonio eliminando el exceso por orina.

También existen ciertos sistemas que nos ayudan a la regulación de dicho pH como:

Sistema amortiguador Bicarbonato/Ácido carbónico. Ayuda a nivelar el pH sanguíneo (que puede ser desnivelado por la temperatura, la dieta y algunas enfermedades) quitándole un hidrógeno al ácido fuerte y poniéndoselo al bicarbonato.
Sistema amortiguador de Fosfatos. Excretan fosfatos en orina en altas cantidades, lo que permite que los riñones regulen los iones positivos incluyendo iones hidrógeno y iones sodio.
Sistema amortiguador de Hemoglobina. La hemoglobina es importante no sólo por su capacidad de transportar oxígeno y dióxido de carbono, sino también por su capacidad amortiguadora. Gran parte de Dióxido de carbono que procede de procesos metabólicos y penetra a los eritrocitos es amortiguado por la hemoglobina y tiene un valor de amortiguación elevado. El dióxido de carbono se difunde al interior de las células y se combina con grupos amino y grupos de histidinimidazol en la hemoglobina para formar compuestos carbaminados.
Sistema amortiguador de proteínas. Las proteínas sirven como amortiguadores principalmente en las células de los tejidos pero también, aunque en menor grado en el plasma. El punto isoeléctrico de las proteínas es inferior al pH fisiológico, lo que significa que actúan como polianiones al pH 7.4 y liberan el exceso de protones que se requiera.


Las soluciones de ácidos o bases débiles y sus conjugados exhiben amortiguamiento, la capacidad para resistir un cambio de pH después de la adición de un ácido o base fuerte. Puesto que muchas reacciones metabólicas van acompañados de la liberación o captura de protones, la mayor parte de las reacciones intracelulares son amortiguadas. El metabolismo oxidativo produce CO2, EL ANHÍDRIDO DEL ÁCIDO CARBÓNICO, QUE SI NO SE AMORTIGUA PRODUCE ACIDOSIS GRAVE. Para mantener el pH constante se utilizan como amortiguadores al fosfato, al bicarbonato y las proteínas, que aceptan o liberan protones para resistir un cambio de pH.

El amortiguamiento se observa mediante un medidor de pH al titular un ácido o base débil. También se puede calcular el cambio de pH que acompaña a la adición de ácido o base a una solución amortiguada.

Muchos ácidos de interés biológico poseen más de un grupo ionizable. La presencia de carga negativa adyacente impide la liberación de un protón de un grupo cercano, elevando su Pka. Esto resulta evidente de los valores de pka para los tres grupos ionizables del ácido fosfórico y el ácido cítrico. El efecto de la carga adyacente disminuye con la distancia.

El pka de un grupo funcional también se afecta profundamente por el medio circundante. El medio podría elevar o disminuir el pka dependiendo de si él ácido no disociado o su base conjugada es la especie cargada. El efecto de la constante diélectrica sobre el pka puede observarse al agregar etanol al agua. El pka de un ácido carboxílico aumenta, en tanto el de un aminoácido disminuye debido a que el etanol reduce la capacidad del agua para solvatar una especia cargada.

La eficacia y capacidad de un sistema amortiguador depende de la relación entre las concentraciones de la base conjugada (o sal) y el ácido débil, como se indica en la ecuación Henderson-Hasselbach:

pH = pK + log [sal]/[ácido]

En está ecuación se expresa la relación entre el pH de la forma ácida del par amortiguador (representa el punto medio entre los límites extremos del efecto amortiguador) y la concentración de cada miembro del par amortiguador. El pK es diferente para cada solución amortiguadora y se determina midiendo el pH de una solución que contenga concentraciones iguales de los dos componentes que constituyen el par amortiguador. Como el logaritmo de 1 es igual a 0, entonces pK = pH (del sistema amortiguador).






DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

MATERIAL

Potenciómetro
Agitador magnético
1 probeta de 50 ml
1 probeta de 10 ml
1 agitador de vidrio
1 bureta
1 soporte universal
1 pinza para bureta
2 vasos de precipitados de 250 m
1 vaso de precipitados de 100 ml
1 litro de solucion de hidroxido de sodio 0.1 N
1 litro de solución de monofosfato de sodio 0.1 N
500 ml de solucion de Cloruro de Sodio 0.1 N
150 ml de solución de ácido clorhídrico 0.1 N


DESARROLLO


Experimento A

En un vaso de precipitados de 250 ml, colocar 50 ml de la solución de cloruro de sodio 0.1 N y agregue 10 ml de la solución de ácido clorhídrico 0.1 N, y medir su pH introduciendo los electrodos del potenciómetro.
Mediante una bureta, agregar lentamente solución de hidróxido de sodio 0.1 N a la solución anterior, que debe de estar en agitación constante, observar los cambios de pH después de la adición de cada ml de hidróxido de sodio. Suspender la operación hasta llegar a los 20 ml.
Con los resultados obtenidos elaborar una gráfica en papel milimétrico (pH vs ml de hidróxido de sodio 0.1 N) y observar si hubo amortiguación.


Experimento B

En un vaso de precipitados de 250 ml, colocar 50 ml de la solución de monofosfato de sodio 0.1 N, introducir los electrodos del potenciómetro y medir su pH.
En agitación constante agregar lentamente solución de hidróxido de sodio 0.1 N mediante una bureta y anotar los cambios de pH después de la adición de cada ml. Suspender la operación hasta llegar a 40 ml.
Con los resultados obtenidos elaborar una gráfica en papel milimétrico (pH vs ml de hidróxido d sodio 0.1 N) y observar si hubo amortiguación.


La titulación se utiliza para determinar la cantidad de un ácido en una solución. En este procedimiento, se titula un volumen determinado de ácido con una solución de una base fuerte, normalmente hidróxido de sodio (NaOH), de concentración conocida. El NaOH se añade en pequeñas porciones hasta que se ha consumido (neutralizado) el ácido según nos indica el potenciómetro. En la gráfica del pH frente a la cantidad de NaOH añadido o curva de titulación del ácido titulado, después de la adición de cada cantidad de NaOH a la solución, se mide el pH de la mezcla. Este valor se representa frente a la fracción de la cantidad total de NaOH requerida para neutralizar el ácido. En el punto medio de la titulación las concentraciones del dador de protones y del aceptor de protones son iguales, por lo tanto, en este punto el pH es numéricamente igual al pKa del ácido. Y la zona sombreada es la región útil con capacidad tamponante.

HIDROLISIS ALCALINA DE LOS LIPIDOS

1. 
   
   SAPONIFICACIÓN
   
   La mayoría de los jabones eliminan la grasa y otras suciedades debido a que algunos de sus componentes son agentes activos en superficie o agentes tenso activos. El jabón puede reducir la tensión superficial del agua (incrementando la humectación) y adherir y hacer solubles en agua sustancias que normalmente no lo son, y todo esto se lo permite la estructura de su molécula. Si no se eliminara la suciedad, se provocarían focos de suciedad que serían la causa de muchas epidemias, enfermedades… que provocarían muertes.
   
   La hidrólisis alcalina de los triacilgliceroles es el proceso denominado saponificación; los productos de está reacción química son glicerol y la sal correspondiente al catión de la base fuerte que se utilizó. El procedimiento más sencillo consiste en calentar grasas animales con hidróxido de sodio (NaOH) o hidróxido de potasio (KOH). Las sales sódica o potásica de la hidrólisis se conocen como jabones. La gran utilización de estos se debe a su capacidad para dispersar o solubilizar materiales insolubles en agua, los cuales forman agregados microscópicos (micelas). Cuando se usa agua dura (contiene altas concentraciones de calcio y magnesio), los jabones se convierten en sus sales insolubles de calcio y magnesio, generando residuos; ello impide que se utilicen como detergentes. Los detergentes sintéticos, como el dodecil-sulfato de sodio (SDS), son menos sensibles al agua dura, por lo que tienden a reemplazar a los jabones naturales en muchas aplicaciones industriales.
   
   
   
   DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
   
   MATERIAL:
   
   1 vaso de precipitados de 100 ml
   1 vaso de precipitados de 250 ml
   1 vaso de precipitados de 600 ml
   1 anillo
   1 rejilla
   1 mechero de Bunsen
   1 soporte universal
   1 varilla de vidrio
   1 probeta graduada de 50 ml
   2 tubos de ensaye de 15 x 150 mm
   1 embudo de 75 mm de diámetro
   1 balanza
   1 gasa de 15 x 15 cm
   1 gradilla
   Solución de hidróxido de sodio al 30%
   Solución aturada de cloruro de sodio
   Hielo en cubos
   Aceite de coco
   
   DESARROLLO:
   
   Pesar 15 g de lípido en un vaso de 250 ml.
   Añadir al vaso de 600 ml, 100 ml de agua.
   Introducir el vaso de 250 ml en el vaso de 600 ml y calentar guante 15 minutos a baño María.
   En un vaso de 100 ml, mezclar 20 ml de hidróxido de sodio con 20 ml de alcohol etílico.
   Agregar lentamente la mezcla anterior al vaso de 250 ml, agitar y calentar la mezcla resultante durante 15 minutos.
   Agregar al vaso de 250 ml, 30 ml de solución saturada de cloruro de sodio y seguir agitando y calentando durante 5 minutos mas.
   Suspender el calentamiento y sacar el vaso del baño Maria, añadir dos o tres cubos de hielo y agitar.
   Decantar lo anterior sobre una gasa colocada en la boca del embudo, recibir el filtrado en un vaso y tirarlo posteriormente.
   Sobre la gasa quedará el jabón, tomar una pequeña porción de este y añadirla a un tubo con agua hasta la mitad de su capacidad.
   Agitar el tubo anterior y observar si se forma o no espuma, lo que demostrará la presencia del jabón.
   En otro tubo agregar agua hasta la mitad de su capacidad, 1 ml del lípido y un poco de la sustancia obtenida en el número 9, agitar y observar.
   
   El jabón se produjo a partir de una reacción de saponificación, es decir, al poner ácido graso en calor y mezclar con hidróxido de sodio habiendo una reacción que produce glicerol. Cuando calentamos el aceite de coco, este se fue disolviendo, y una vez líquida echamos el NaOH, fue ahí cuando tras unos minutos se produjo la reacción dando lugar a una masa color café muy clarito y al añadirle el NaCl templado se formo un compuesto que se dividía en dos partes, de las cuales, la parte sólida era el jabón.

Experimento sobre densidad

MATERIAL:

• 1 lata de coca-cola
• 1 lata de coca-cola light
• 1 cubeta
• agua

PROCEDIMIENTO:

1. Llenar la cubeta hasta 3/4 con agua
2. Sumergir con cuidado y simultaneamente ambas latas de coca-cola
3. Observar los resultados

RESULTADOS:

La lata de coca-cola light floto a mayor superficie que la lata de coca-cola "normal". esto es debido a que la coca-cola light tiene menor densidad que la coca-cola "normal" por lo que flota en una superficie mayor.

Experimento de cargas

Material:

• 1 caja de petric o recipiente transparente
• pimienta en polvo o talco
• cotonetes
• jabon líquido

Procedimiento:

1. Llenar la caja de petric con agua hasta la mitad
2. espolovrear una capa de pimienta o talco
3. remojar el cotonete en el detergente líquido
4. acercar el cotonete remojado al agua previamente espolvoreada

Resultados:

Conclusion:

como pudieron observar en el video, al tocar el cotonete la capa de talco, está se desprendió sumegiendose al fondo de tal forma que se formaba un espacio vacío; este fenomeno es por las cargas del isopo remojado en jabón liquido y el agua con talco, pues como todos saben las cargas del mismo tipo se repelen.