En el laboratorio se ha realizado un experimento con 10 g de patata y 2 ml de agua oxigenada para analizar la actividad de la catalasa, una enzima presente en los peroxisomas, en las condiciones indicadas en la tabla. Cuando la enzima cataliza la reacción, libera oxígeno, que se observa a modo de burbujas (efervescencia). Observe la tabla de datos y responda a las siguientes preguntas:
| Tubo | Condiciones experimentales | Resultado
Tubo 1 | 2 ml de agua (Incubar 5 minutos). Temperatura ambiente y pH neutro | Fuerte efervescencia
Tubo 2 | 2 ml de agua (Hervir 5 minutos). Temperatura extrema y pH neutro | Efervescencia nula
Tubo 3 | 2 ml de vinagre (Incubar 5 minutos). Temperatura ambiente y pH ácido | Efervescencia nula
Tubo 4 | 2 ml de NaOH (Incubar 5 minutos). Temperatura ambiente y pH básico | Efervescencia nula |
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a) ¿Cómo afectan las distintas condiciones experimentales a la actividad del enzima? Razone su respuesta. (1,0)
b) ¿Cómo afectarían las condiciones del tubo 2 a la estructura tridimensional de la catalasa? ¿Qué enlaces se verán afectados? (1,0)
La catalasa de la patata descompone el agua oxigenada en agua y oxígeno,
de modo que la efervescencia mide directamente la actividad de la enzima: si hay burbujas, la enzima funciona; si no las hay, está inactiva.
En el tubo 1 las condiciones son las óptimas —temperatura ambiente y pH neutro—, la catalasa conserva su conformación nativa y su centro activo, y por eso se observa una fuerte efervescencia. Es el control positivo del experimento.
En el tubo 2 se ha hervido la muestra. Como toda enzima, la catalasa tiene una temperatura óptima próxima a la del organismo, y por encima de ella la agitación térmica deshace su plegamiento: la enzima se desnaturaliza, el centro activo pierde la geometría que le permitía reconocer al sustrato y la actividad desaparece. La efervescencia es nula, y además el efecto es irreversible.
En los tubos 3 y 4 la temperatura es la adecuada, pero se ha cambiado el pH: vinagre en el 3, que acidifica el medio, y NaOH en el 4, que lo alcaliniza. El pH determina el estado de ionización de los grupos ácidos y básicos de las cadenas laterales de los aminoácidos; al alejarse del pH óptimo cambian esas cargas, se rompen las interacciones iónicas que sostienen la estructura y el centro activo deja de ser complementario del sustrato. En ambos casos la enzima se inactiva y la efervescencia también es nula.
La conclusión del experimento es que la actividad enzimática depende estrechamente de la temperatura y del pH, y que solo en un intervalo estrecho de ambos —el del tubo 1— la enzima es funcional.
Hervir la muestra desnaturaliza la catalasa, es decir, le hace perder su conformación tridimensional sin romper la cadena de aminoácidos. La catalasa es una proteína tetramérica, así que pierde primero su estructura cuaternaria —las cuatro subunidades se disocian— y después la terciaria y la secundaria; la cadena queda como un ovillo desordenado, incapaz de formar el centro activo, y el grupo hemo de cada subunidad se desprende.
Lo que se rompe son los enlaces débiles que mantienen esos niveles: los puentes de hidrógeno, que son los que estabilizan la hélice alfa y la lámina beta de la estructura secundaria y también parte de la terciaria; las interacciones hidrofóbicas entre las cadenas laterales apolares, que son las que mantienen el núcleo de la proteína plegado; las interacciones iónicas o puentes salinos entre grupos con carga opuesta; y las fuerzas de Van der Waals. Los puentes disulfuro, que son covalentes, resisten mucho más y solo se alteran en condiciones más drásticas.
Lo que no se ve afectado es la estructura primaria: los enlaces peptídicos son covalentes y no se rompen por el calor, de manera que la secuencia de aminoácidos permanece intacta. Por eso la desnaturalización no es una hidrólisis de la proteína, sino la pérdida de su forma, y con ella la de su función.