Ejercicio resuelto de Enzimas · Biología · País Vasco · 2023

Opción 1A (2.5 puntos)
Las gráficas representan la actividad catalítica de cuatro enzimas en función de la temperatura y del pH. Responda las siguientes cuestiones:



a) ¿Cuál es la temperatura óptima de reacción de la enzima A? ¿Y de la enzima B? (0.75 p)
b) ¿Cuál será el estado de la enzima A a 0°C? ¿Y a 50°C? (0.5 p)
c) Respecto a la enzima D, ¿podría esta enzima catalizar alguna reacción al pH óptimo de la enzima C? Explica por qué (0.5 p)
d) Si situamos las enzimas C y D en un medio con pH ácido, ¿cuál de las dos presentaría más actividad? Justifica tu respuesta (0.75 p)

Las cuatro curvas son campanas: la actividad crece hasta un máximo y después cae. Ese máximo marca las condiciones óptimas del enzima, y la caída posterior se debe a que la proteína se desnaturaliza. Con esa idea se responden los cuatro apartados.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{temperatura}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{ptima}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{enzima}}\mathbf{\text{A?}}\mathbf{\text{¿Y}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{enzima}}\mathbf{\text{B?}}\mathbf{\text{(0.75}}\mathbf{\text{p)}}$

La temperatura óptima es la abscisa del máximo de cada curva.

La enzima A alcanza su máximo en torno a los $37{}^{\circ }\mathrm{C}$, que es la temperatura corporal humana: se trata de un enzima propio de un organismo mesófilo.

La enzima B alcanza el suyo en torno a los $75{}^{\circ }\mathrm{C}$, temperatura a la que la enzima A hace tiempo que ha dejado de funcionar. Corresponde a un organismo termófilo, adaptado a vivir en aguas termales o en fuentes hidrotermales, y son enzimas de este tipo los que se emplean en la PCR.



Los dos extremos de la curva se parecen en que la actividad es nula, pero la causa es muy distinta y esa es la clave del apartado.

A $0{}^{\circ }\mathrm{C}$ la enzima está intacta pero inactiva. Las moléculas tienen muy poca energía cinética, apenas se producen choques entre la enzima y el sustrato y la reacción no avanza. La proteína conserva su estructura, de modo que si se eleva la temperatura recupera su actividad: el efecto es reversible. En eso se basa la conservación de alimentos y muestras biológicas en frío.

A $50{}^{\circ }\mathrm{C}$, en cambio, la gráfica muestra que la actividad de A ya ha caído a cero después de haber pasado por su máximo. La enzima está desnaturalizada: el calor ha roto los enlaces débiles que mantenían su estructura terciaria, la cadena se ha desplegado y el centro activo ha perdido la forma que le permitía reconocer el sustrato. El efecto es irreversible, y por eso enfriar de nuevo no la recupera.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Respecto}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{enzima}}\mathbf{\text{D,}}\mathbf{\text{¿podr}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{esta}}\mathbf{\text{enzima}}\mathbf{\text{catalizar}}\mathbf{\text{alguna}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{al}}\mathbf{\text{pH}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{ptimo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{enzima}}\mathbf{\text{C?}}\mathbf{\text{Explica}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{(0.5}}\mathbf{\text{p)}}$

El pH óptimo de la enzima C es aproximadamente $2$. Si se lleva la enzima D a ese pH, la gráfica indica que su actividad es nula: la campana de D solo empieza a levantarse a partir de pH $\mathrm{5,5}$ aproximadamente.

La razón es que el pH determina el estado de ionización de los grupos ácidos y básicos de los radicales de los aminoácidos. Un pH muy alejado del óptimo protona o desprotona esos grupos, altera las interacciones iónicas y los puentes de hidrógeno que sostienen la conformación de la proteína y modifica también la carga de los aminoácidos del centro activo. La enzima se desnaturaliza y deja de reconocer al sustrato.

Por tanto, no: la enzima D no podría catalizar ninguna reacción a pH $2$.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{Si}}\mathbf{\text{situamos}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{enzimas}}\mathbf{\text{C}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{D}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{medio}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{pH}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido,}}\mathbf{\text{¿cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{presentar}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{actividad?}}\mathbf{\text{Justifica}}\mathbf{\text{tu}}\mathbf{\text{respuesta}}\mathbf{\text{(0.75}}\mathbf{\text{p)}}$

Presentaría más actividad la enzima C.

La justificación está en la posición de las dos campanas. La enzima C tiene su óptimo alrededor de pH $2$ y su intervalo de actividad se extiende aproximadamente entre pH $0$ y pH $4$, es decir, íntegramente en la zona ácida. La enzima D, en cambio, tiene su óptimo en torno a pH $8$ y solo actúa entre pH $\mathrm{5,5}$ y $10$, es decir, en la zona neutra y básica.

En un medio ácido la enzima C trabaja en sus condiciones propias mientras la enzima D está desnaturalizada.

Este resultado tiene un reflejo fisiológico claro: la pepsina del estómago, que actúa en el jugo gástrico, se comporta como la enzima C, mientras que la tripsina del intestino delgado, donde el medio es ligeramente básico, se comporta como la enzima D.