Cómo enseñar la función de las enzimas (sin powerpoint)

He aquí cómo enseñé la función de las enzimas con alumnos de 14 a 16 años utilizando sólo diagramas y diálogo. Puedes ver los beneficios de enseñar sin powerpoint aquí.

¿Qué son las enzimas? Para los estudiantes es una palabra extraña. Así que, en primer lugar, será mejor que echemos un vistazo. Para ello, mi animación favorita es una de lactasa de biointeractive. No sólo es bonita la animación, sino que es un contexto que resulta familiar a los alumnos.

Distinciones clave

Sin embargo, hay que hacer una distinción antes de poder explorar ese contexto. Vimos la animación por segunda vez y hablamos sobre lo que ocurre. Les dije que las enzimas son proteínas y les hice una pregunta: ¿Qué es más grande, una célula o una enzima? Les pedí que votaran levantando la mano. Como esperaba, muchos pensaron que las enzimas eran más grandes.

Es una confusión habitual; algunos alumnos tardaron en discernir entre las distintas «entidades invisibles del cuerpo». Para ayudarles, volví a las moléculas orgánicas. Dibujé una célula, como se muestra a continuación, y pregunté a los alumnos de qué estaban hechas. Respondieron que estaban hechas de moléculas orgánicas.

Pedí a los alumnos ejemplos de esas moléculas orgánicas y anoté algunos. Luego les recordé que las enzimas eran un tipo de proteína codificada en los genes.

«Entonces, ¿qué es más grande, las células o las enzimas?». volví a preguntar. Esta vez votaron por las células. Pero aún no habíamos terminado. Pregunté: «¿Cuántas enzimas creéis que caben en una célula típica?». Los alumnos propusieron números pequeños, como 100, o 1.000, tal vez 1.000.000. Les dije que podía haber miles de millones. Les dije que podían ser miles de millones. Esto les dio un mejor sentido de la escala».

Hubo otra distinción clave que los alumnos suelen confundir. Esta vez pregunté: «¿Las enzimas están vivas?» Y algunos alumnos pensaron que podrían estarlo. Después de ver la animación, supongo, puede que percibieran la acción causal y la relacionaran con la vida. Entonces volví a la idea de que las células son la unidad viva más pequeña. Con esta regla, las enzimas no pueden estar vivas, son sólo moléculas.

Poner las enzimas en contexto

Estábamos listos para volver al contexto que da sentido al concepto de enzima. La razón por la que este contexto es bueno es porque implica un contraste natural —una diferencia, una variación— con el que los alumnos están familiarizados. En clase habíamos hablado de la función de la lactasa, pero ¿y si no funcionara?

Enseñé a los alumnos la tolerancia a la lactosa, por qué probablemente evolucionó (véase este vídeo) en dos poblaciones humanas y por qué el resto de los mamíferos son intolerantes a la lactosa después del destete. «¿Y si fueras intolerante a la lactosa y bebieras leche, qué pasaría?». pregunté.

La clave está en que la enzima no está presente, por lo que la lactosa no se descompone y, por tanto, no puede ser absorbida por las células del intestino. Y si no se absorbe, se queda en el lumen y las bacterias se dan un festín. La persona experimentaría gases y diarrea, (dependiendo de la cantidad de lactosa).

«¿Y la leche sin lactosa... cómo podríamos fabricarla?». Escuché algunas de las ideas de los alumnos, a menudo más complicadas que la respuesta, y luego se las dije. Coges la leche y le añades lactasa. Así que la única diferencia es que una contiene lactosa, y la otra glucosa y galactosa (más algo de lactasa).

El mecanismo de las enzimas

Ahora, mis alumnos estaban preparados para abordar el mecanismo de las reacciones enzimáticas. Dibujé con mis alumnos un diagrama en tres etapas, que comento a continuación.

1. Enzima y sustrato

Dibujé el primer diagrama mientras los alumnos dibujaban conmigo. Después distinguí el ejemplo del concepto escribiendo «lactasa» y «lactosa» y diciendo a los alumnos que eran los «ejemplos». Necesitábamos un nombre para el concepto: la lactasa es un tipo de enzima, pero ¿qué es la lactosa? Un ejemplo de sustrato. Les dije a los alumnos que la parte de la enzima que estaba activa —la parte que llevaba a cabo la reacción— se llamaba «sitio activo».

2. Complejo enzima-sustrato

Como habían visto en la animación, dibujé el sustrato uniéndose a la enzima y le di un nombre. A continuación, comenté la analogía de la cerradura y la llave. (Señalé una diferencia crucial: las cerraduras no suelen modificar las llaves).

3. Enzima y producto

Por último, dibujé el tercer paso del diagrama. Al igual que en el primer paso, hablé de la glucosa y la galactosa como ejemplos de «productos». Las enzimas no siempre descomponen un único sustrato en diferentes productos, sino que pueden hacer lo contrario. Di un ejemplo: la glucógeno sintasa (mostrada a continuación).

Un modelo de stock y flujo

Quería que los alumnos profundizaran en lo que ocurre durante las reacciones catalizadas por enzimas y lo relacionaran con su importancia central para la vida (la autopoiesis) de las células.

Para ello, dibujé el siguiente modelo y pedí a los alumnos que dibujaran el suyo propio. Les pedí que nombraran los stocks y los flujos utilizando la información del diagrama de las enzimas que ya habíamos dibujado (arriba).

Después de escuchar algunas de las respuestas de mis alumnos, rellené mi modelo y les pedí que añadieran las respuestas (abajo).

La clave de este modelo es una distinción fundamental: el sustrato cambia (se convierte en producto), pero la enzima sigue siendo la misma. Quería que los alumnos percibieran esto. Así que les pregunté si el modelo tenía sentido.

«Supongamos que bebo una gota de leche que tiene 100 moléculas de lactosa, según este modelo, ¿cuántas enzimas necesitaría para procesarlas?». Los alumnos respondieron que harían falta 100.

«Imagina una comida completa, ¿cuántas enzimas necesitarías? El número sería enorme. ¿Cuántas proteínas necesitaríamos consumir para poder fabricar tantas enzimas? ¿Y qué pasa con todas las demás enzimas que trabajan en todas las células del cuerpo?»

La vida sería imposible sin catalizadores. El modelo no tenía sentido.

Como siempre con estos modelos, pedí a los alumnos que trazaran las ideas con la punta de los dedos. En primer lugar, les pedí que siguieran el rastro del sustrato a lo largo de la reacción. «¿Qué le ocurre al sustrato?» Se convierte en productos.

Luego les pedí que miraran el diagrama anterior; la enzima no se consume en la reacción, permanece igual. Por lo tanto, para que el modelo fuera coherente, añadimos otro flujo.

Según la teoría de la variación del aprendizaje, es vital ver cómo pueden variar los conceptos.

A continuación, les enseñé el término «catalizador biológico» y les expliqué por qué era fundamental para la vida y la autopoiesis. Y, por tanto, por qué las enzimas están codificadas en los genes: para que la memoria —de cómo construir estas partes esenciales del sistema— se conserve a lo largo del tiempo. Aprende más sobre los principios de esta forma de enseñar en Diagramas y Diálogo.