Laboratório virtual de enzimas: temperatura e pH

Este laboratório virtual de enzimas segue a investigação de atividade enzimática do AP Biology e a prática obrigatória do AQA GCSE sobre o pH e a amilase. Os alunos mudam um fator de cada vez, registram a velocidade relativa da amilase salivar e fazem o gráfico dela em função da temperatura e do pH. Depois aquecem a enzima além do ótimo e a resfriam de novo. Eles saem com dois gráficos, um ótimo para cada fator e um Q10 calculado com as próprias leituras. Todos os números aqui foram lidos na simulação.

Alinhamento com o currículo

• AP Biology: Unidade 3 (Cellular Energetics), tópico 3.3, efeitos do ambiente sobre a função enzimática (ENE-1), e a investigação de atividade enzimática do AP. O laboratório do AP usa peroxidase ou catalase; esta simulação usa amilase, pepsina e tripsina, com as mesmas variáveis e o mesmo tipo de resultado.
• AQA GCSE Biology: especificação 4.2.2.1, a prática obrigatória sobre o efeito do pH na velocidade de reação da amilase. No laboratório real, os alunos cronometram quando o teste do iodo deixa de ficar preto-azulado. Aqui a simulação informa a velocidade diretamente.
• O Simulic não é afiliado ao College Board nem à AQA, nem endossado por eles.

Antes do laboratório (5 min)

Pergunte: "A amilase é mantida em pH 7 enquanto a temperatura sobe de 10 °C para 70 °C. Como a velocidade dela vai mudar?" Os alunos escolhem uma subida constante, um pico seguido de queda, uma linha horizontal ou uma queda constante, e escrevem um motivo. Num link de turma, esta é a pergunta 1; a simulação é liberada depois que eles respondem.

Método na simulação

A linha abaixo da simulação mostra o modelo da velocidade, v = Vmax·f(T)·f(pH)·[S]/(Km + [S]). f(T) e f(pH) vão de 0 (sem atividade) a 1 (o mais rápido); os alunos os registram como a velocidade relativa. O número "medido" conta os produtos nos últimos 5 segundos e oscila bastante, então use-o só para ver se a enzima está funcionando.

1. Nos valores iniciais abaixo da simulação, escolha Amilase salivar e Inibidor Nenhum. A simulação começa em 37 °C e pH 7.
2. Série de temperatura. Mantenha o pH em 7. Arraste o controle Temperatura até cada valor da tabela e registre f(T). Faça 60 °C por último.
3. Em 60 °C, veja as enzimas ficarem cinza e a linha de status mostrar DESNATURADA.
4. Arraste a temperatura de volta para 37 °C sem clicar em Reiniciar. Observe as enzimas e a velocidade medida por 20 segundos. Depois clique em Reiniciar.
5. Série de pH. Mantenha a temperatura em 37 °C. Ajuste cada pH da tabela e registre f(pH).
6. Faça o gráfico da velocidade relativa (f × 100) em função da temperatura e em função do pH.

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

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

Resultados esperados

A amilase em pH 7 dá 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 e 0,00 a 55 °C ou mais. Abaixo do ótimo, cada aumento de 10 °C dobra a velocidade: 0,50 a 27 °C vira 1,00 a 37 °C. Acima do ótimo, a velocidade cai muito mais rápido do que subiu.

A 37 °C, f(pH) é 0,00 em pH 3, 0,21 em pH 5, 0,68 em pH 6, 1,00 em pH 7, 0,68 em pH 8, 0,21 em pH 9 e 0,00 em pH 11. A curva é simétrica em torno do pH 7. A pepsina tem o pico em pH 2 e a tripsina em pH 8, e cada uma dá f(pH) = 0,00 no ótimo da outra.

Depois de 60 °C e do resfriamento até 37 °C, as enzimas continuam cinza, a linha do produto ao longo do tempo fica horizontal e a velocidade medida fica em 0 produto / 5 s. Mostre que a linha de v volta a exibir um valor (cerca de 61): a fórmula descreve uma enzima funcionando, enquanto as moléculas cinza mostram o que aconteceu com este lote.

Perguntas para os alunos

1. Previsão: a amilase é mantida em pH 7 enquanto a temperatura sobe de 10 °C para 70 °C. Como a velocidade dela vai mudar?
2. Na parte do pH, quais variáveis você precisa manter iguais?
3. Amilase a 37 °C, pH 5. Quanto vale f(pH)?
4. Leia f(T) a 27 °C e a 37 °C (pH 7). Calcule Q10 = velocidade a 37 °C ÷ velocidade a 27 °C.
5. Aqueça a amilase a 60 °C e depois resfrie a 37 °C sem Reiniciar. Descreva e explique o que você vê.

Respostas para o professor:

1. Ela sobe até um pico perto de 37 °C e depois cai a zero até 55 °C.
2. A temperatura (37 °C) e a enzima.
3. 0,21 (aceito ± 0,02).
4. 1,00 ÷ 0,50 = 2,0 (aceito ± 0,1).
5. As enzimas continuam cinza e não se forma produto. O calor mudou a forma do sítio ativo, o substrato não se encaixa mais, e o resfriamento não reverte isso.

Erros conceituais comuns

• "O calor mata a enzima." Enzimas são moléculas, não seres vivos. Elas se desnaturam: perdem a forma.
• "Resfriar traz a atividade de volta." Não depois de 55 °C: neste modelo, só Reiniciar a restaura.
• "O frio também desnatura as enzimas." A 10 °C a velocidade é baixa (0,15), mas volta a subir quando a enzima é aquecida.
• "Toda enzima funciona melhor em pH 7." A pepsina funciona melhor em pH 2, no estômago.

Extensão

• Inibidores (AP). Nos valores iniciais, compare Inibidor Nenhum, Inibição competitiva e Inibição não competitiva. No início, v vale 62,5, cerca de 35 e 20,8. Clique em +20 substrato várias vezes: o substrato extra recupera boa parte da velocidade contra um inibidor competitivo, mas não contra um não competitivo.
• Três enzimas. Coloque as curvas de pH da amilase, da pepsina e da tripsina num mesmo gráfico e ligue cada ótimo ao seu lugar no tubo digestório.

Perguntas frequentes

Por que registrar f(T) e f(pH) em vez de contar os produtos?

A contagem de produtos vem de poucas moléculas em movimento, então varia muito de uma janela de 5 segundos para a seguinte. Os fatores dão a todos os alunos os mesmos valores nas mesmas configurações, e assim os gráficos da turma podem ser comparados.

Isso substitui o laboratório real?

Não para a AQA: as práticas obrigatórias ainda precisam ser feitas à mão. Use a simulação para planejar e prever, ou para explicar os resultados. Veja laboratórios virtuais vs. laboratórios reais.

Posso fixar as configurações para a minha turma?

Sim. Na página Compartilhar, crie um link e defina a enzima, a temperatura, o pH, o substrato e o inibidor nos valores iniciais.

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