Ejercicio resuelto de Enzimas · Biología · Aragón · 2022

En algunos animales la digestión de ciertos glúcidos comienza ya en la boca, gracias a una enzima presente en la saliva, especializada en hidrolizar los enlaces glucosídicos $\alpha(1 \rightarrow 4)$. Esto se puede demostrar al realizar una digestión in vitro en el laboratorio, en la que el glúcido se expone durante 15 minutos a $37\,^{\circ}\text{C}$ a la enzima salival. Si a continuación se lleva a cabo el denominado test de Fehling, se revelará la presencia de ciertos glúcidos como la glucosa (en este caso el líquido pasará del color original, azul, a rojo). Sabiendo esto, se realiza el experimento que se resume en la siguiente tabla: [2 puntos]

	Contenido del tubo y reacción	Test de Fehling Tubo 1	Solución que contiene únicamente glucosa	Rojo Tubo 2	Solución que contiene únicamente almidón	Azul Tubo 3	Patata + 1 ml de agua (37 °C durante 15 minutos)	Azul Tubo 4	Patata + 1 ml de saliva (37 °C durante 15 minutos)	Rojo Tubo 5	Patata + 1 ml de saliva (primero se lleva a 100 °C y después se deja a 37 °C durante 15 minutos)	Azul Tubo 6	Celulosa + 1 ml de saliva (37 °C durante 15 minutos)	¿?

a) Explique adecuadamente por qué el resultado del test de Fehling es diferente en los tubos 3 y 4. [0,5 puntos]

b) Si medimos la cantidad de enzima que hay en el tubo 4 antes y después de la reacción, ¿cuál será el resultado esperado? Justifique su respuesta. [0,25 puntos]

c) ¿A qué puede deberse el resultado diferente de este test en los tubos 4 y 5? Justifique su respuesta. [0,5 puntos]

d) Indique otro factor que pueda tener un efecto similar al observado en el tubo 5. [0,25 puntos]

e) ¿De qué color será el líquido al realizar el test de Fehling sobre el tubo 6? Razónelo. [0,5 puntos]

$\textbf{a) Explique adecuadamente por qué el resultado del test de Fehling es diferente en los tubos 3 y 4. [0,5 puntos]}$

Conviene partir de los dos tubos de control. El tubo 1, con glucosa, da color rojo, y el tubo 2, con almidón, sigue azul: el reactivo de Fehling no reacciona con el almidón, solo revela azúcares reductores libres como la glucosa.

La patata es rica en almidón, pero en ambos tubos ese almidón está intacto de partida. La diferencia está en lo que se añade.

En el tubo 3 se añade agua, es decir, no hay enzima. Sin la amilasa salival el almidón no se hidroliza, no se libera glucosa y el reactivo no encuentra ningún azúcar reductor con el que reaccionar: el líquido permanece azul.

En el tubo 4 se añade saliva, que aporta la amilasa. La enzima hidroliza los enlaces glucosídicos $\alpha(1 \rightarrow 4)$ del almidón y libera maltosa y glucosa. Al haber ya glucosa libre en el medio, el test de Fehling reacciona igual que en el tubo 1 y el color vira a rojo.

$\textbf{b) Si medimos la cantidad de enzima que hay en el tubo 4 antes y después de la reacción, ¿cuál será el resultado esperado? Justifique su respuesta. [0,25 puntos]}$

La cantidad de enzima será exactamente la misma antes y después.

La justificación está en la propia definición de catalizador: una enzima acelera una reacción química disminuyendo su energía de activación, pero no se consume ni se modifica en el proceso. Al terminar cada ciclo catalítico se libera intacta y queda disponible para actuar de nuevo sobre otra molécula de sustrato. Por eso basta una cantidad mínima de amilasa para hidrolizar una gran cantidad de almidón.

$\textbf{c) ¿A qué puede deberse el resultado diferente de este test en los tubos 4 y 5? Justifique su respuesta. [0,5 puntos]}$

La diferencia se debe a que en el tubo 5 la enzima ha sido desnaturalizada por el calor.

En el tubo 4 la saliva se mantiene a $37\,^{\circ}\text{C}$, que es la temperatura corporal y, por tanto, la temperatura óptima de la amilasa salival. La enzima conserva su conformación nativa y su centro activo, hidroliza el almidón y se libera glucosa, de modo que el test da rojo.

En el tubo 5 la saliva se lleva primero a $100\,^{\circ}\text{C}$. A esa temperatura se rompen los enlaces débiles que mantienen la estructura tridimensional de la proteína —puentes de hidrógeno, interacciones iónicas e hidrofóbicas—, la enzima se desnaturaliza y su centro activo se deforma, con lo que ya no puede reconocer ni fijar el almidón. Además, la desnaturalización térmica es irreversible, así que bajar después la temperatura a $37\,^{\circ}\text{C}$ no recupera la actividad. Como no se libera glucosa, el líquido sigue azul.

$\textbf{d) Indique otro factor que pueda tener un efecto similar al observado en el tubo 5. [0,25 puntos]}$

El pH. Un pH muy alejado del óptimo de la enzima altera el estado de ionización de los radicales de los aminoácidos, rompe los enlaces iónicos que estabilizan el plegamiento y desnaturaliza la proteína igual que hace el calor, inactivándola.

También tendrían un efecto similar la presencia de metales pesados, de disolventes orgánicos o de detergentes, o una concentración salina extrema.

$\textbf{e) ¿De qué color será el líquido al realizar el test de Fehling sobre el tubo 6? Razónelo. [0,5 puntos]}$

El líquido será azul.

El razonamiento se apoya en la especificidad de la enzima. La amilasa salival hidroliza únicamente enlaces glucosídicos $\alpha(1 \rightarrow 4)$, que son los que unen las glucosas del almidón. La celulosa está formada también por glucosas, pero unidas mediante enlaces $\beta(1 \rightarrow 4)$, una configuración distinta que la amilasa no reconoce y que no encaja en su centro activo.

Al no hidrolizarse la celulosa no se libera glucosa, y sin azúcares reductores libres el reactivo de Fehling no reacciona: el tubo conserva su color azul original. Esta es también la razón por la que la especie humana no puede digerir la celulosa, que constituye la fibra de la dieta.