Escola Secundária Sebastião da GamaRelatório Científico nº3

Disciplina: Biologia

Actividade enzimática (processo de catalase)

Ano: 12º Turma: BTurno: 2

Elementos do grupo:Cláudia Estanislau nº6

Filipa Lança nº12Inês Delgado nº14

Inês Fernandes nº16

Professor: Carlos Almeida

ESSG, Setúbal, 30 de Abril de 2010

2

Índice

Introdução..........................................................................................................3

Procedimento experimental...........................................................................5

Material:..........................................................................................................5Procedimento:...............................................................................................6

Resultados e observações...............................................................................7

Discussão........................................................................................................10

Conclusão........................................................................................................11

Recursos bibliográficos.................................................................................12

3

Introdução

No âmbito da matéria (Produção de Alimentos e Sustentabilidade – Microrganismos e Indústria Alimentar), executámos uma actividade que teve como objectivo a compreender a actividade enzimática, nomeadamente o processo de catalase.

Os microrganismos têm, durante milhares de anos, vindo a ser utilizados na indústria alimentar. Assim sendo, para que seja possível a ocorrência de determinados processos pelos mesmos, é necessário que se dêem reacções que constituem o metabolismo celular.

Desta forma, para que essas reacções bioquímicas se processem de forma mais rápida, são utilizadas enzimas. As enzimas são biocatalisadores (catalisadores biológicos), ou seja, substâncias orgânicas, na sua maioria proteínas globulares, que têm a capacidade de acelerar uma reacção, sem que seja alterado o equilíbrio químico da mesma. Para além disso, estas ao actuarem como catalisadores diminuem a energia necessária para desencadear uma reacção e não são destruídas pelo efeito da mesma.

A maioria das reacções bioquímicas ocorre em vias metabólicas (sequências nas quais as enzimas convertem uma substância ou substrato num produto intermédio, que é utilizado como reagente na reacção seguinte, até a formação do produto final). Deste modo, diferentes enzimas catalisam diferentes passos de vias metabólicas.

Uma das propriedades das enzimas é o facto de estas serem específicas relativamente às reacções que catalisam e aos substratos em que actuam, sendo classificadas de enzimas de especificidade absoluta aquelas que actuam em apenas um tipo de substrato (por exemplo, a maltase que actua sobre a maltose) e de enzimas de especificidade relativa as que actuam num grupo de substâncias ou reacção (por exemplo, a catalase que actua sobre as reacções de catabolismo e a lipase que actua sobre os lípidos).

Em relação ao local onde as enzimas são activadas, estas podem ser caracterizadas de, enzimas endocelulares (actuam no interior das células) e enzimas exocelulares (actuam no exterior das células). Relativamente a reversibilidade estas podem ser reversíveis (catalisam uma reacção nos dois sentidos e pode ser competitiva ou não competitiva) e irreversíveis (catalisam uma reacção num só sentido).

A catalase, como anteriormente referida, é uma enzima de especificidade relativa que decompõe o peróxido de hidrogénio (água oxigenada). Durante uma reacção se houver formação de espuma (formada pelo oxigénio libertado na reacção), significa que o organismo possui a enzima catalase.

De acordo com Daniel Koshland, a interacção enzima-substracto é explicada segundo o modelo de encaixe induzido (Fig.1), de acordo com o

4

qual, à medida que o substrato se liga a enzima o centro activo vai alterando ligeiramente a sua forma da mesma. Este modelo veio substituir o modelo de chave-fechadura proposto por Emile Fischer.

Fig.1- Diagramas que mostram a actividade enzimática através do modelo do encaixe induzido

Existem diversos factores do meio que condicionam a actividade enzimática entre os quais se destacam:

A temperatura: quando a enzima é submetida a temperatura elevada as ligações químicas rompem-se o que leva a alteração do centro activo, processo designado de desnaturação (processo irreversível). Quando a enzima é submetida a temperaturas baixas irá ocorrer a inactivação das enzimas (processo reversível). Desta forma, a temperatura ideal são os 40ºC.

O pH: Este altera a distribuição das cargas eléctricas. O pH ideal depende da enzima utilizada, podendo ser ácido para uma e básico para outra.

A concentração do substrato: Quanto maior a concentração de substrato maior a actividade enzimática.

A concentração da enzima: Quanto maior a concentração da enzima maior actividade enzimática e consequentemente maior velocidade da reacção.

/Cofactor

Apoenzima

5

Procedimento Experimental

Material:

De laboratório:

• 14 Tubos de ensaio;• 2 Suportes para tubos de ensaio;• Almofariz;• Pipetas;• Pompetes;• Marcador;• Vidros de Relógio; • Gobelés; • Placa eléctrica;• Palhinha;• Fósforos;• 2 Pinças de madeira para tubos de ensaio;• Banho-maria;• Tina com gelo;• Régua de 15cm;• Bisturi;• Espátula;• Luvas cirúrgicas; • Pinça metálica/cirúrgica.

Biológico:

• Fígado.

Reagentes:

• Ácido clorídrico (a 6%);• Água destilada;• Água oxigenada (peróxido de hidrogénio);• Dióxido de manganês;• Hidróxido de sódio;• Gelo;• Areia.

6

Procedimento:

Procedimento 1:

Com o auxílio do bisturi, cortou-se o fígado em 10 cubos com 0,5cm de aresta (aproximadamente) cada um;

Colocaram-se os pedaços de fígado num almofariz, juntando-se uma pequena porção de areia e 0,5ml de água destilada;

Esmagou-se o conteúdo do almofariz com um pilão.

Procedimento 2:

Enumeraram-se os 4 tubos de ensaio, de 1 a 4; No tubo 1 colocou-se uma quantidade de areia equivalente a um grão de

arroz e 2 ml de água oxigenada; No tubo 2 colocou-se 1 ml de água destilada e 2 ml de água oxigenada; No tubo 3 colocou-se dióxido de manganês equivalente a 2 grãos de

arroz e 2 ml de água oxigenada; No tubo 4 colocou-se extracto de fígado equivalente a 2 grãos de arroz e

2 ml de água oxigenada; 30 Segundos depois, mediram-se as camadas de espuma que se

formaram em alguns dos tubos; Para verificar o gás libertado colocou-se um fósforo aceso perto do tubo; Verificou-se o pH da solução do tubo 4; Observou-se os resultados de cada tubo e registou-se no quadro.

Procedimento 3:

Procedimento4:

Procedeu-se à marcação de 2 tubos de ensaio (C e D); No tubo C colocaram-se 2 porções de extracto de fígado, 5 gotas de

HCL e 2 ml de água oxigenada; No tubo D colocaram-se 2 porções de extracto de fígado, meia colher de

café de NaOH e 2 ml de água oxigenada; Aguardou-se 1 minuto e mediu-se, em mm, a espessura da camada de

espuma; Verificou-se o pH da solução do tubo D.

7

Resultados e observações

Tubos Conteúdo Testes

1 Areia + 2ml de água oxigenada Acção enzimática

2 1ml de água destilada + 2ml água oxigenada

Acção enzimática

3 Dióxido de manganês + 2ml de água oxigenada

Acção enzimática

4 Extracto de fígado + 2ml de água oxigenada

Acção enzimática

A1+B1 Extracto de fígado + 2ml de água oxigenada

Actividade enzimática a baixa temperatura (gelo)

A2+B2 Extracto de fígado + 2ml de água oxigenada

Actividade enzimática a temperatura ambiente

A3+B3 Extracto de fígado + 2ml de água oxigenada

Actividade enzimática a alta temperatura (70ºC)

A4+B4 Extracto de fígado + 2ml de água oxigenada

Actividade enzimática a alta temperatura (água a ferver)

C Extracto de fígado + 2ml de água oxigenada + HCl

Actividade enzimática em meio ácido

D Extracto de fígado + 2ml de água oxigenada + NaOH

Actividade enzimática em meio básico

Fig.2-Conteúdo e testes efectuados nos diferentes tubos

8

1- Resultados da observação das preparações do procedimento 2:

Tubos Resultados observados1 Espessura da camada de espuma: não observado

Gás libertado: oxigénio2 Espessura da camada de espuma: não observado

Gás libertado: oxigénio3 Espessura da camada de espuma: 7 cm

Gás libertado: oxigénioTemperatura: aumentou

4 Espessura da camada de espuma: 9 cm e transbordouGás libertado: oxigénioTemperatura: aumentoupH: 6

Fig.3-Resultado das observações da acção de uma enzima -catalase

2- Resultados da observação das preparações do procedimento 3:

Tubos Resultados observadosA1+B1 Espessura da camada de espuma: 9 cm

Observação: transbordouA2+B2 Espessura da camada de espuma: 9 cm

Observação: transbordou e libertou maior quantidade de espuma que o tubo A1+B1

A3+B3 Espessura da camada de espuma: 1 mmObservação: a camada de espuma observada, formou-se passado algum tempo (mais de 30 segundos).

A4+B4 Espessura da camada de espuma: não observado

Fig.4-Resultado das observações da influência da temperatura na actividade da catalase

9

3- Resultados da observação das preparações do procedimento 3:

Tubos Resultados observadosC Espessura da camada de espuma: 2 mm

pH: 1D Espessura da camada de espuma: 9,5 cm e transbordou

pH: 10

Fig.5-Resultado das observações da influência do pH na actividade da catalase

10

Discussão

No tubo 1 e 2 a única reacção observada foi a libertação do oxigénio. Esta pode ser verificada, uma vez que quando aproximado a chama do fósforo houve um avivamento da mesma.

No tubo 3 pode se verificar que o fundo do tubo estava quente, logo houve um aumento da temperatura. No momento em que se juntou a água oxigenada ao dióxido de manganês observou-se a formação de uma grande quantidade de espuma e verificou-se que houve libertação de oxigénio, pelo teste da chama.

No tubo 4 verificou-se a libertação de uma grande quantidade de espuma, assim que se adicionou a água oxigenada e um aumento da temperatura, devido à actuação de enzimas no fígado fresco.

No segundo procedimento, verificou que no tubo catalogado com A1+B1 houve libertação de espuma assim que se adicionou água oxigenada. A quantidade de espuma libertada foi em menor quantidade comparado ao tubo A2+B2. Isto pode ser explicado pelo facto de a baixa temperatura a que esteve sujeito o fígado, inibiu a acção das enzimas.

No tubo A3+B3 observou-se a formação de uma pequena camada de espuma passado algum tempo. Esta reacção pode-se explicar pelo facto de o fígado estar parcialmente cozido inibindo a acção das enzimas neste. O mesmo não se verificou no tubo A4+B4 onde o fígado foi sujeito a altas temperaturas cozendo-o totalmente, não se observando quaisquer reacções. Este fenómeno pode ser explicado pelo facto de o cozimento do fígado inibir a acção das enzimas, podendo mesmo desnaturá-las levando ao cessar da actividade enzimática.

No procedimento 3 pode-se inferir algo acerca da relação entre os níveis ácidos e básicos para a actividade enzimática.

No tubo etiquetado com a letra C verificou-se a formação de uma pequena camada de espuma. Esta reacção levou a concluir que os meios ácidos não são favoráveis para a actividade enzimática. No tubo D observou-se a formação de uma grande quantidade de espuma. Com o procedimento 3 pode-se afirmar que tanto um meio acido como um básico condicionam a actividade de catalase no substrato.

Todos os resultados observados nas preparações que envolviam como substrato o fígado poderão ter sido alteradas pelo facto de o grupo se ter enganado na medição da quantidade de água destilada, para se desfazer totalmente os pedaços de fígado. Este erro pode ter comprometido de uma maneira ou de outra os resultados teoricamente esperados.

11

Conclusão

Após a experiência laboratorial pudemos concluir que

ConclusãoCom esta actividade laboratorial podemos inferir que dois factoresque condicionam a actividade enzimática são a temperatura e o pH.Temperatura:As temperaturas baixas (no caso do fígado congelado), bem comoas temperaturas elevadas (no caso do fígado cozido), influenciam aactividade de enzimas como a catalase, inibindo-as de actuaremsobre o amido. Quando as enzimas são sujeitas a temperaturas muitobaixas, a inactivação é reversível (após o tubo 4 ser retirado dobanho-maria verificámos que deu-se reacção). Com relação àsenzimas que são submetidas a temperaturas elevadas conclui-se quea sua inactivação é irreversível (após se retirar o tubo 3 do banhomarianotámos que não se processou nenhuma reacção).pH:O pH também influencia a actuação das enzimas sobre o substrato.Conforme verificado, relativamente à actuação da catalase, o pHmuito baixo (solução ácida, neste caso, o ácido clorídrico) e o pHcom valores muito elevados (base, neste caso, o hidróxido de sódio)inibem a actuação desta enzima.

Julgo que desta actividade se pode concluir que, em meio ácido (com HCl), as enzimas actuam de forma mais lenta que em meio básico (com NaOH). Além disso, através de posterior pesquisa, descobri que, relativamente à temperatura, o frio torna mais lenta a actividade enzimática (como se verifica, efectivamente, na experiência com o fígado congelado). No entanto, essa situação é reversível, pelo que, após 10 minutos em banho-maria à temperatura (aproximadamente) corporal, a reacção com o fígado congelado deveria ocorrer mais rapidamente. Como tal não se verificou, julgo que posso concluir que cometemos algum erro nos procedimentos o ainda que o fígado já não estaria a uma temperatura tão baixa quanto isso, não estando verdadeiramente "congelado" (uma vez que a reacção, no tubo 4, terá ocorrido, ainda que de forma menos intensa que no tubo 2, com intensidade suficiente para esgotar o Peróxido de Hidrogénio inicial, convertendo-se este em água e oxigénio). Relativamente a altas temperaturas, depois de "cozido", as enzimas não podem ser re-activadas, permanecendo desnaturadas, ainda que colocadas em banho-maria à temperatura normal.

Aproveito para deixar as fotos tiradas na aula e ainda os links dos sites encontrados na pesquisa, muito interessantes, de facto.

Através desta actividade, comprovamos tudo aquilo que já foi dito anteriormente.

12

No caso do tubo 1 não houve reacção, pois não havia catalisadores, no tubo 2 houve

uma reacção rápida pois havia um catalisador inorgânico, no tubo 3 a reacção foi lenta

pois havia um catalisador orgânico, no tubo 4 a reacção foi muito rápida pois ao esmagarmos o figado houve uma maior superfície de contacto, no tubo 5 não

houve racção pois ao serem aquecidas foram destruidas as enzimas devido às altas temperaturas, no tubo 6 houve uma reacção lenta porque se adicionou um novo substracto e assim vimos que as enzimas se ligam e desligam, no tubo 7 não

houve reacção pois utilizou-se o peróxido de hidrogénio da outra experiência e não

houve reacção pois este já se tinha gasto, no tubo 8 não houve reacção pois a catalase

não actua em meio ácido e finalmente no tubo 9 houve uma catalase em meio básico. Nesta experiência tivemos oportunidade de observar as enzimas em função da temperatura, do PH e da superficie de contacto. Podemos então concluir com base nesta experiência que as enzimas em

temperaturas elevadas destroem-se, pois à medida que a temperatura aumenta a energia

cinética molecular aumente também, fazendo com que a temperaturas mais altas um

maior número de moléculas tenha energia de activação suficiente para participar nas

reacções químicas e a quebrar a sua estrutura terciária, a temperaturas muito baixas as

enzimas não actuam, mas não se destroem, voltando a actuar em temperatura óptima. Quanto ao PH, cada enzima tem um PH óptimo de actuação, que corresponde às condições normais do local onde as enzimas exercem a sua actividade, dai a

catalase do figado não ter actuado com o HCl, pois este só actua em meio básico. Um dos últimos factores que foi possível comprovar nesta experiência foi a concentração das enzimas, ao esmagarmos o figado há uma mior superfície de

contacto com o peróxido de hidrogénio facilitando a actuação enzimática.

13

Após esta experiência laboratorial pudemos concluir que a catalase é uma enzima que decompõe o peróxido de hidrogénio em água e oxigénio molecular, libertados em forma de gás. Este tipo de enzima, encontra-se nos peroxissomas em animais e plantas e no citoplasma de procariontes.

No início da experiência, quando se procedeu à execução do procedimento 2, observar a acçaõ de uma enzima, neste caso, a catalase,foi preciso esperar 30 segundos para poder observar a camada de espuma formada em alguns tubos. Isto deveu-se ao facto de a reacção não ser imediata em todos eles.

No procedimento 3 em que era pedido para observar a influência da temperatura na actividade da catalase, verificou-se que nos tubos A1+B1 a reacção foi imediata mas em menor quantidade que os tubos A2+B2, devido à temperatura. Ou seja, os tubos expostos ao gobelé de gelo picado, não manifestaram a mesma quantidade de espuma que os tubos expostos à temperatura ambiente porque, as temperaturas baixas comprometem a actividade enzimática.

Nos tubos A3+B3 e A4+ B4, a camada de espessura era mínima porque, as altas temperaturas comprometem também a actividade enzimática de modo a que pare totalmente.

Relativamente ao procedimento 4, a influência do pH na actividade de catalase, podemos concluir que quer o meio básico como o meio ácido são condicionadores da actividade enzimática, isto é devido ás variações no estado dos componentes do sistema à medida que o pH varia.

14

Recursos bibliográficos

“ Agente patogénico”, http://pt.wikipedia.org/wiki/Agente_patog%C3%A9nico, [consult. 08/02/10];

BibliografiaInternet (Imagens e Documentos de pesquisa) e livros :http://www.ufrgs.br/Alimentus/pao/ingredientes/ing_enzimas.htmhttp://oblogdospelachos.blogaliza.org/files/2006/07/temperatura.Gifhttp://www.thetropicaltank.co.uk/Images/phdiag.gifhttp://pt.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADgadohttp://www.cdr.unc.br/cursos/Farmacia/tubo_ensaio.jpg http://www.scibio.unifi.it/lezioni/figure/acido.jpghttp://www.pca.org.br/imagens/didiu/17lista_pca.jpghttp://tilz.tearfund.org/NR/rdonlyres/29824D15-95FE-4162-91EADA0AAAF31BD2/0/A9.gifhttp://www.emack.com.br/sao/webquest/sp/2004/terra_doente/_borders/conclusao.jpgBiologia 12 - Preparar os testes de avaliação, OSÓRIO, Lígia Silva,Areal EditoresBiologia 12 - 12.º Ano – MATIAS, Osório; MARTINS, Pedro; ArealEditores