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Informe de Práctica de Laboratorio LABORATORIO DE BIOTECNOLOGÍA

FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES

Las enzimas y su acción en los alimentos Natalia Loaiza Posada, Erika Johana Arango Duque Fecha de presentación 25/06/2019 ____________________________________________________________________________________________________________________________

Resumen Las enzimas son proteínas que forman parte de las células de todos los seres vivos, debido a que son capaces de acelerar la velocidad de reacciones químicas es que se les considera catalizadores biológicos y son esenciales para que la célula esté metabólicamente activa. En el área de alimentos, las enzimas juegan un papel destacado, dado que muchas reacciones catalizadas por éstas se llevan a cabo en los alimentos o en procesos alimentarios, tanto que el 30% de las enzimas que se producen industrialmente se utilizan en el área de alimentos y bebidas. La catalasa se obtiene fundamentalmente a partir de microorganismos y su función es de antioxidante, aunque también está presente en tejidos animales y vegetales. En esta práctica se pretende determinar el contenido de esta enzima en diferentes alimentos mediante la observación de la reacción de los mismos al contacto con peróxido de hidrógeno y posteriormente la observación de la misma reacción luego de desnaturalizar la enzima mediante calentamiento. El hígado fue el que obtuvo los mejores resultados en cuanto a mantener en su estructura la enzima catalasa, con y sin acción del calentamiento.

Palabras Clave: Catalasa, alimentos, enzimas, antioxidante, desnaturalizar. ____________________________________________________________________________________________________________________________

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1. Introducción Las enzimas son ubicuas en todos los seres vivos porque son moléculas esenciales para su funcionamiento. Una de las características más sobresalientes de las enzimas es su elevada especificidad por lo que tienen una amplia aplicación en diversos sectores industriales. (Moral et al. 2015). En el área de alimentos, las enzimas juegan un papel destacado, dado que muchas reacciones catalizadas por éstas se llevan a cabo en los alimentos o en procesos alimentarios, tanto que el 30% de las enzimas que se producen industrialmente se utilizan en el área de alimentos y bebidas (Peña et al., 2014). El uso de las enzimas para la producción de alimentos data del año 2000 A.C., en productos fermentados como cerveza, vino, pan y queso, aunque fue hasta finales del siglo XIX que se acuñó el término enzima; en los años 80’s del siglo XX se incorporaron por primera vez a nivel industrial preparaciones enzimáticas comerciales para incrementar el contenido nutritivo y la digestibilidad de alimento para ganado; en la década de los 90’s se produjeron y aprobó el uso de enzimas recombinantes para queso (EUA) y pan (Reino Unido) (Peña et al., 2014). Las enzimas pueden estar relacionadas directamente con las reacciones metabólicas de las células que constituyen un alimento; por ejemplo, el que un fruto madure depende directamente de un grupo de enzimas que se expresan diferencialmente de acuerdo con la etapa de maduración; este

es el caso de las pectinasas del jitomate, manzanas y peras, entre otras, que son responsables del ablandamiento que sufren los frutos al madurar (Moral et al., 2015). La catalasa en una enzima que la podemos encontrar en muchos organismos vivos, y cataliza la reacción de descomposición del peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno; el peróxido de hidrógeno es uno de los productos del metabolismo celular en diversos organismos, pero dada su potencial toxicidad, es transformado enseguida por la enzima catalasa (González, 2010). La catalasa es una enzima antioxidante presente en la mayoría de organismos aerobios, cataliza la dismutación del peróxido de hidrógeno (H2O2) en agua y oxígeno; en la reacción de la catalasa ocurre la transferencia de dos electrones entre dos moléculas de peróxido de hidrógeno en la cual una funciona como donante y otra como aceptor de electrones. El mecanismo de reacción se lleva a cabo en dos pasos: En el primero la catalasa se oxida por una molécula de peróxido formando un intermediario llamado compuesto 1. En esta reacción se produce una molécula de agua; en la segunda parte de la reacción el compuesto 1 es reducido por otra molécula de peróxido regresando a la catalasa a su estado inicial y produciendo agua y dioxígeno. (Pérez, 2015.)

1

En esta práctica se determinó la presencia de la enzima catalasa en tejidos animales y vegetales estudiando la propiedad de desnaturalización mediante la observación de la reacción antes y después de ser sometida a calor.

Presencia o ausencia de enzima catalasa en tejido animal y vegetal 1. Se pesaron 2 gramos de cada una de las muestras (zanahoria, papa, pimentón, manzana, apio, aguacate, piña, banano, hígado y guayaba) (Figura No. 1).

2. Procedimiento Experimental La siguiente práctica, se llevó a cabo en el Laboratorio de Biotecnología de la Universidad de Caldas.

Objetivo general: 

Evaluar la presencia o ausencia de la enzima catalasa presente en diferentes alimentos de origen vegetal y animal.

Objetivos específicos: 

Determinar la presencia o ausencia de la enzima catalasa en zanahoria, papa, pimentón, manzana, apio, aguacate, piña, banano, hígado y guayaba.



Analizar el efecto del calentamiento sobre la actividad de la enzima catalasa en las diferentes muestras de origen animal y vegetal.

Figura No. 1 Peso de 2gr en cada muestra vegetal y animal 2. Utilizando el macerador se trituraron 10 muestras de alimentos: zanahoria, papa, pimentón, manzana, apio, aguacate, piña, banano, hígado y guayaba (Figura No. 2).

Materiales y métodos Se utilizaron los siguientes utensilios y equipos de laboratorio para el desarrollo de la práctica:                

Gradilla Tubos de ensayo Pipeta Jeringa Vara de vidrio Vidrio de reloj Gotero Embudo Beaker de 100 ml Peróxido de hidrógeno (H2O2) Trocitos de hígado Trocitos de zanahoria, papa, pimentón, manzana, apio, aguacate, piña, banano, hígado y guayaba Balanza Macerador Plancha de calentamiento Beaker de 500 ml

Figura No. 2 Maceración de los diferentes alimentos

3. De la solución madre, depositamos en un beaker de 100 ml peróxido de hidrogeno (H2O2) y añadimos a cada tubo de ensayo la muestra del alimento, luego, adicionamos 3 ml de peróxido de hidrógeno (H2O2) (Figura No. 3).

Procedimiento Parte I

Figura No. 3 Muestras con peróxido de hidrógeno (H2O2)

2

4. Observar lo que ocurre al agregar el peróxido de hidrogeno (H2O2) a cada una de las muestras.

6. Pasados los 10 minutos se le adiciono a cada tubo 3 ml de peróxido de hidrógeno (H2O2) y se reportó la reacción ocurrida (Figura No. 6).

5. Reportar los datos obtenidos mediante una tabla y con la siguiente simbología: - (Sin reacción) + (Poca reacción) ++ (Mediana reacción) +++ (Alta reacción)

Parte ll Desnaturalización calentamiento.

de

la

enzima

catalasa

mediante

Figura No. 6 1. Los 5 alimentos con mayor acción antioxidante (burbujeo) fueron seleccionados para realizar la segunda parte del experimento (Figura No. 4).

Adición de peróxido de hidrógeno (H2O2) a las 5 mejores muestras

3. Resultados y discusión En el primer procedimiento realizado se pudo observar que al agregar peróxido de hidrógeno, cada muestra reaccionaba diferente y se obtenía en algunas muestras reacciones rápidas y otras más lentas, pero tiempo después seguían reaccionando (presentaban burbujeo), como fue el caso del aguacate y el apio los cuales obtuvieron mayor burbujeo, es decir, una mayor cantidad de catalasa. Por otro lado, el hígado tuvo una reacción más rápida y duro menos tiempo. Las reacciones que presentaron de mayor a menor burbujeo se describen en la tabla No. 1. Figura No 4 Selección de las 5 mejores muestras 2. Se pesaron 2 gramos de cada una de las muestras en la balanza, haciendo uso del vidrio de reloj. 3. Se trituraron las 5 muestras con el macerador. 4. Previo calentamiento de agua en un beaker de 500 ml en plancha de calentamiento. 5. Se llevaron a calentamiento (baño maría) los 5 tubos de ensayo con las muestras por 10 minutos (Figura No. 5).

Tejido vegetal y animal

Presencia/ausencia de catalasa (1er. Muestreo)

Zanahoria

++

Papa

++ +

Pimentón

Selección de muestras con mejores resultados (2do. Muestreo) +

Manzana

+

Apio

+++

-

Aguacate

+++ -

-

Piña Banano

+

Hígado

+++ ++

Guayaba

++

Tabla No. 1. Resultados presencia o ausencia enzima catalasa en las 10 muestras analizadas. Figura No 5. Calentamiento de los tubos de ensayo al baño maría

3

Se puede destacar que el hígado tuvo una reacción alta al agregar peróxido de hidrógeno, lo cual concuerda con la literatura y con el estudio de González, 2010, en el cual describe “Tomamos un trocito de hígado, y lo colocamos en el fondo de un tubo de ensayo. Luego añadimos 5 ml de agua oxigenada (que es lo mismo que peróxido de hidrógeno). Inmediatamente observaremos un intenso burbujeo, que se debe al desprendimiento de oxígeno de la reacción catalizada por la enzima catalasa”, lo cual también aplica para el aguacate y el apio. Por otro lado, en su mismo estudio González, 2010, encontró que " Este sencillo experimento puede repetirse con distintos tejidos animales y vegetales, en los cuales encontraremos diferentes intensidades de burbujeo, dependiendo de la cantidad de catalasa presente en el tejido.”. Esto describe perfectamente lo que se obtuvo en nuestro ensayo con la zanahoria, papa y guayaba que presentaron un nivel medio de reacción, mientras que el pimentón, manzana y banano presentaron un nivel mínimo de reacción, y finalmente la piña no presentó reacción. En el segundo procedimiento realizado con calentamiento al baño maría, las 5 muestras elegidas del procedimiento anterior tuvieron de poca a nula reacción (burbujeo), esto es debido a que la cocción de estas muestras provoca una disminución en la actividad enzimática, como fue el caso de la zanahoria, apio y aguacate, los cuales no presentaron reacción, mientras que la papa presentó reacción mínima, y el hígado reacción media. Lo anterior es verificado con el estudio de González, 2010 en el cual se evidencia que “Todas las enzimas son proteínas. Por lo tanto, todas las enzimas sufren desnaturalización frente al calor. Esto quiere decir que cuando la temperatura es muy elevada, la enzima pierde su estructura terciaria, por lo tanto su sitio activo también se desnaturaliza, y ya no puede cumplir su función. Este hecho se puede demostrar repitiendo el experimento anterior, pero habiendo hervido previamente los trocitos de hígado. Cuando añadimos el agua oxigenada, no se observa el burbujeo”. 4. Conclusiones 



géneros Bacillus (catalasa positivo) de Clostridium (catalasa negativo). 

catalasa en los alimentos estudiados, con fines a preservar el fruto o alimento en las condiciones de refrigeración óptimas. 

esta no se desnaturalizó tan rápido como en los demás alimentos. 

La papa también fue uno de los dos alimentos que presentó la enzima catalasa después de aplicarle calor, es decir, que para su desnaturalización se requiere de más tiempo expuesto al calor o a una mayor temperatura, lo cual se puede determinar en otros ensayos futuros.

Bibliografía: Internet 

[1] González, M. 2010. La Guía. Enzima Catalasa. URL.

https://quimica.laguia2000.com/conceptosbasicos/enzima-catalasa 

[2] Moral, S., Ramírez-Coutiño, L., & García Gómez, M. 2014. Aspectos relevantes del uso de enzimas en la industria de los alimentos. Revista Iberoamericana De Ciencias, (2334-2501). Retrieved from. URL. http://www.reibci.org/publicados/2015/mayo/10 00102.pdf



[3] Peña Montes, C., & Quirasco Baruch, M. 2014. ¿ENZIMAS EN LOS ALIMENTOS? BIOQUÍMICA DE LO COMESTIBLE. Revista Digital Universitaria, 15(12).



[4] Pérez, H. 2015. CATALASA PARA EL MANEJO DEL PERÓXIDO DE HIDRÓGENO EN

presentan mayor nivel de catalasa.

lo es la microbiología, para determinar si en algunos alimentos o muestras hay estreptococos, estafilococos los cuales contienen catalasa.

El hígado fue el alimento que a pesar de aplicarle calor, seguía presentando la enzima catalasa, es decir,

Es recomendable consumir frutas como la piña,

Este procedimiento también es útil en otras áreas como

Recomendamos realizar estudios para determinar la temperatura a la cual se desnaturaliza la enzima

banano, manzana y guayaba en fresco ya que



Este método también se utiliza para diferenciar los

4

LA INDUSTRIA DE TEXTIL. UNIVERSIDAD ICESI, 18-48. URL. https://repository.icesi.edu.co/biblioteca_digital/bitstre am/10906/78583/1/TG00994.pdf

para proteger nuestras células, contrarrestando y equilibrando la producción continua de peróxido de hidrógeno. 3.

Rubrica de evaluación del informe Ítem Resumen Palabras clave Introducción Procedimiento experimental Resultados y discusión Conclusiones Bibliografía

Valoración (puntos) 5 5 10 5 10 10 5

ANEXO PREGUNTAS FINALES 1.

¿Cuál es la fuente de la que se extrae la enzima catalasa?

La catalasa es una enzima antioxidante presente en la mayoría de organismos aerobios, cataliza la dismutación del peróxido de hidrógeno (H2O2) en agua y oxígeno; en la reacción de la catalasa ocurre la transferencia de dos electrones entre dos moléculas de peróxido de hidrógeno en la cual una funciona como donante y otra como aceptor de electrones. El mecanismo de reacción se lleva a cabo en dos pasos: En el primero la catalasa se oxida por una molécula de peróxido formando un intermediario llamado compuesto 1. En esta reacción se produce una molécula de agua; en la segunda parte de la reacción el compuesto 1 es reducido por otra molécula de peróxido regresando a la catalasa a su estado inicial y produciendo agua y dioxígeno.

La proteína es un tratamiento formado por cuatro subunidades idénticas. Cada monómero contiene un grupo prostético HEMO en el centro activo. En algunas especies también contienen una molécula de NADP por subunidad cuya función es proteger a la enzima de la oxidación por su sustrato H2O2. Es una enzima tetramétrica, con cuatro subunidades idénticas de 60 KDa contiene cuatro grupos de ferroprotoporfirina por molécula no puede ser saturada por H2O2 a ninguna concentración, catalizando su conversión en agua y oxígeno, para proteger a la célula de agua oxigenada. Con dadores de H (metanol, etanol, acido fórmico, fenoles…) presenta actividad peroxidasa. El H2O2 es catalizado enzimáticamente en organismos anaerobios por la catalasa y otras peroxidasas. En animales, el peróxido de hidrogeno se destoxifica mediante las actividades de la catalasa y la glutatión peroxidasa. La catalasa no es esencial para algunos tipos de células en condiciones normales tiene un importante papel en la adquisición de tolerancia al estrés oxidativa en la respuesta adaptativa de las células. La catalasa captura el agua oxigena de que pueda escapar de la célula y lo convierte en oxigeno molecular. 4.

¿Cuál será la función de esa enzima en el organismo?

La enzima catalasa es tan crucial para nuestra salud que se encuentra en casi todos los organismos vivos en el planeta que están expuestos al oxígeno. Esta enzima antioxidante puede catalizar la conversión de peróxido de hidróxido en agua y oxígeno. El peróxido de hidrógeno es un subproducto del metabolismo celular que apoya algunas funciones útiles incluyendo una respuesta inmunológica saludable. La catalasa tiene uno de los índices de movimiento más grandes comparados con el resto de las enzimas. En otras palabras, una enzima catalasa puede cambiar 40 millones de moléculas de peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno en sólo un segundo. De hecho la enzima catalasa sirve

¿Cuál es el producto que se obtiene de su actividad?

Actúa sobre el peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) descomponiéndolo en agua y oxígeno, y liberando energía en forma de calor. El agua oxigenada es un producto resultante de las reacciones metabólicas y si no se destruye puede ser tóxica para la célula. Si se pone un tejido en contacto con el agua oxigenada se observa la aparición de efervescencia (producción de oxígeno). 5.

2.

¿Cuál es el sustrato sobre el que actúa esta enzima?

¿Cuál es el efecto del tratamiento térmico en la estructura enzimática?

Dado que todas las enzimas son proteínas, el efecto del calor, la presión, cambios en la concentración salina o cambios de pH, provocará la desnaturalización de la proteína, es decir, la pérdida de todas las estructuras de orden superior (secundaria, terciaria y cuaternaria), quedando la proteína reducida a un polímero con estructura primaria. La desnaturalización comporta, a su vez, la pérdida de la conformación nativa, es decir, la pérdida de la estructura tridimensional estable que le proporciona su función; a su vez, esta precipita al perder su solubilidad.

5

6.

Comparar y justificar los resultados obtenidos en los tubos A y B de la segunda parte de la experiencia.

Realizamos los mismos pasos que en la primera parte pero calentamos ambos tubos al baño maría durante 10 minutos, antes de verter el peróxido de hidrógeno. Como resultado, no obtuvimos el burbujeo de la parte I (asociado a la liberación de oxígeno) debido a que se había producido la desnaturalización de la enzima catalasa, debido al calor que se había aplicado. Esto ocurre debido a que al aplicar calor, se pierde la conformación nativa de la proteína, es decir, se produce la pérdida de todas las estructuras de orden superior (secundaria, terciaria y cuaternaria), perdiéndose su función y su solubilidad y quedando reducida a un polímero con estructura primaria.

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