Laboratorio virtual de enzimas: temperatura y pH

Este laboratorio virtual de enzimas sigue la investigación sobre enzimas de AP Biology y la práctica obligatoria (required practical) de AQA GCSE sobre el pH y la amilasa. Los estudiantes cambian un factor cada vez, anotan la velocidad relativa de la amilasa salival y la representan frente a la temperatura y frente al pH. Después calientan la enzima por encima de su óptimo y la vuelven a enfriar. Terminan con dos gráficas, un óptimo para cada factor y un Q10 calculado con sus propias lecturas. Todos los números de esta guía se leyeron en la simulación.

Relación con el currículo

• AP Biology: Unit 3 (Cellular Energetics), tema 3.3, efectos del entorno sobre la función enzimática (ENE-1), y la investigación de AP sobre la actividad enzimática. El laboratorio de AP usa peroxidasa o catalasa; esta simulación usa amilasa, pepsina y tripsina, con las mismas variables y el mismo tipo de resultado.
• AQA GCSE Biology: especificación 4.2.2.1, la práctica obligatoria sobre el efecto del pH en la velocidad de reacción de la amilasa. En el laboratorio real, los estudiantes cronometran cuándo la prueba del yodo deja de dar color negro azulado. Aquí la simulación da la velocidad directamente.
• Simulic no está afiliado al College Board ni a AQA, ni cuenta con su respaldo.

Antes del laboratorio (5 min)

Pregunta: "La amilasa se mantiene a pH 7 mientras la temperatura sube de 10 °C a 70 °C. ¿Cómo cambiará su velocidad?" Los estudiantes eligen entre una subida constante, un máximo seguido de una bajada, una línea plana o una bajada constante, y escriben una razón. En un enlace de clase es la pregunta 1; la simulación se desbloquea cuando responden.

Método en la simulación

La línea bajo la simulación muestra el modelo de velocidad, v = Vmax·f(T)·f(pH)·[S]/(Km + [S]). f(T) y f(pH) van de 0 (sin actividad) a 1 (máxima velocidad); los estudiantes los anotan como velocidad relativa. El valor "medido" cuenta los productos de los últimos 5 segundos y oscila mucho, así que úsalo solo para ver si la enzima funciona o no.

1. En los valores iniciales bajo la simulación, elige Amilasa salival e Inhibidor Ninguno. La simulación empieza a 37 °C y pH 7.
2. Serie de temperatura. Mantén el pH en 7. Arrastra el deslizador T a cada temperatura de la tabla y anota f(T). Deja 60 °C para el final.
3. A 60 °C, observa cómo las enzimas se vuelven grises y la línea de estado muestra DESNATURALIZADA.
4. Lleva T de nuevo a 37 °C sin pulsar Restablecer. Observa las enzimas y la velocidad medida durante 20 segundos. Después pulsa Restablecer.
5. Serie de pH. Mantén T en 37 °C. Ajusta cada pH de la tabla y anota f(pH).
6. Representa la velocidad relativa (f × 100) frente a la temperatura y frente al pH.

Temperatura (°C)	10	20	30	37	45	50	60
f(T)
Velocidad relativa (%)

pH	3	5	6	7	8	9	11
f(pH)
Velocidad relativa (%)

Resultados esperados

La amilasa a pH 7 da f(T) = 0,15 a 10 °C; 0,31 a 20 °C; 0,62 a 30 °C; 1,00 a 37 °C; 0,80 a 45 °C; 0,48 a 50 °C y 0,00 a 55 °C o más. Por debajo del óptimo, cada aumento de 10 °C duplica la velocidad: 0,50 a 27 °C pasa a 1,00 a 37 °C. Por encima del óptimo, la velocidad cae mucho más deprisa de lo que subió.

A 37 °C, f(pH) es 0,00 a pH 3; 0,21 a pH 5; 0,68 a pH 6; 1,00 a pH 7; 0,68 a pH 8; 0,21 a pH 9 y 0,00 a pH 11. La curva es simétrica en torno a pH 7. La pepsina tiene su máximo a pH 2 y la tripsina a pH 8, y cada una da f(pH) = 0,00 en el óptimo de la otra.

Tras llegar a 60 °C y volver a enfriar a 37 °C, las enzimas siguen grises, la gráfica de producto en el tiempo se queda plana y la velocidad medida sigue en 0 producto / 5 s. Haz notar que la línea de v vuelve a mostrar un valor (unos 61): la fórmula describe una enzima que funciona, mientras que las moléculas grises muestran lo que le pasó a este lote.

Preguntas para los estudiantes

1. Predicción: la amilasa se mantiene a pH 7 mientras la temperatura sube de 10 °C a 70 °C. ¿Cómo cambiará su velocidad?
2. En la parte del pH, ¿qué variables debes mantener iguales?
3. Amilasa a 37 °C y pH 5. ¿Cuánto vale f(pH)?
4. Lee f(T) a 27 °C y a 37 °C (pH 7). Calcula Q10 = velocidad a 37 °C ÷ velocidad a 27 °C.
5. Calienta la amilasa a 60 °C y luego enfríala a 37 °C sin Restablecer. Describe y explica lo que ves.

Respuestas para el docente:

1. Sube hasta un máximo cerca de 37 °C y luego cae a cero hacia 55 °C.
2. La temperatura (37 °C) y la enzima.
3. 0,21 (se acepta ± 0,02).
4. 1,00 ÷ 0,50 = 2,0 (se acepta ± 0,1).
5. Las enzimas siguen grises y no se forma producto. El calor cambió la forma del sitio activo, el sustrato ya no encaja y enfriar no lo revierte.

Ideas erróneas frecuentes

• "El calor mata a la enzima." Las enzimas son moléculas, no seres vivos. Se desnaturalizan: pierden su forma.
• "Al enfriar vuelve la actividad." No después de 55 °C: en este modelo solo Restablecer la recupera.
• "El frío también desnaturaliza las enzimas." A 10 °C la velocidad es baja (0,15), pero vuelve a subir al calentar.
• "Todas las enzimas funcionan mejor a pH 7." La pepsina funciona mejor a pH 2, en el estómago.

Ampliación

• Inhibidores (AP). En los valores iniciales, compara Inhibidor Ninguno, Competitivo y No competitivo. Al principio, v vale 62,5; unos 35 y 20,8. Pulsa +20 sustrato varias veces: el sustrato extra recupera buena parte de la velocidad frente a un inhibidor competitivo, pero no frente a uno no competitivo.
• Tres enzimas. Representa las curvas de pH de la amilasa, la pepsina y la tripsina en una misma gráfica y relaciona cada óptimo con su lugar en el tubo digestivo.

Preguntas frecuentes

¿Por qué anotar f(T) y f(pH) en lugar de contar productos?

El recuento de productos sale de unas pocas moléculas en movimiento, así que varía mucho de una ventana de 5 segundos a la siguiente. Los factores dan a todos los estudiantes los mismos valores con los mismos ajustes, de modo que las gráficas de la clase se pueden comparar.

¿Sustituye esto al laboratorio real?

No en AQA: las prácticas obligatorias deben seguir haciéndose a mano. Usa la simulación para planificar y predecir, o para explicar los resultados. Consulta laboratorios virtuales frente a laboratorios físicos.

¿Puedo fijar los ajustes para mi clase?

Sí. En la página Compartir, crea un enlace y fija la enzima, la temperatura, el pH, el sustrato y el inhibidor en los valores iniciales.

Relacionado

Enzimas industriales – cinética de Michaelis–Menten y enzimas inmovilizadas Velocidad de reacción: modelo de choques (concentración, temperatura, catalizador, superficie)

Para hacer la prueba de calentamiento como discusión en clase, consulta predecir, observar, explicar con simulaciones. Más ideas: ideas de clases interactivas de biología.