(Reacciones de aminoácidos y proteínas) Daniel Jiménez 1244997 (
[email protected]) Diana Sabogal 1236432 (
[email protected]) Laboratorio de Química Orgánica General Universidad del Valle Departamento de Química
RESUMEN Los aminoácidos son las unidades elementales constitutivas de las moléculas denominadas Proteínas, las cuales desempeñan un número mayor de funciones en las células de todos los seres vivos. Para este laboratorio se realizaron diferentes ensayos (Acidez, formación de una sal, coagulación, coagulación, precipitación etc.), con el fin de evidenciar los efectos causados por la temperatura, ácidos y sales, en estas moléculas orgánicas. RESULTADOS Acidez de los aminoácidos:
Tabla N°1. N°1. Reacción de Glicina con solución acuosa de tornasol. Compuesto Cantidad Resultado Ácido aminoacético 2% 1 mL Al momento de adicionar la (Glicina) solución acuosa de tornasol a la glicina no se observó Solución acuosa de tornasol 2 gotas ningún cambio de color. Fig. 1. [Fuente: Los autores]
Figura 1. Mezcla 1. Mezcla de solución acuosa de tornasol y ácido aminoacético [Fuente: Alejandro Sosa]
Formación de una sal compleja de ácido aminoacético:
Tabla N°2. Reacción en la formación de una sal compleja de ácido aminoacético con oxido de cobre II. Compuesto Cantidad Resultado Al mezclar estos tres compuestos, dio como Ácido aminoacético 5 mL resultado un color oscuro (Glicina) negro, después de calentar por aproximadamente 5 min, se observó que en la parte media del tubo de ensayo la mezcla fue cambiando a un azul claro y se precipitó el exceso de Agua 3 mL cobre II en la parte superior e inferior Fig.2. Después de filtrar, se calentó formando cristales de color azul (sal compleja de ácido aminoacético y cobre) Fig. Oxido de cobre (II) 1g 3. [Fuente: Los autores]
Figura 3Formacion de precipitado de cobre II [Fuente: Alejandro Sosa]
Figura 2. Reacción después de calentar formación de cristales [Fuente: Alejandro Sosa]
Coagulación de la albúmina:
En cinco tubos de ensayo se colocan 1 mL de solución de clara de huevo, el cual se hace reaccionar con los siguientes compuestos (Fig. 4): Tabla N°3. Observaciones prueba de coagulación de la albumina. Compuesto Cantidad Resultado Al calentar un 1mL de clara de huevo en baño maría, este se Calor 93°C coagulo cuando el agua alcanzo la temperatura de 93°C Etanol 4 mL Se observa algo de coagulación. HCl concentrado Gotas Se observa coagulación. Ácido nítrico
Gotas
Se observa coagulación.
Hidróxido de Sodio concentrado [Fuente: Los autores]
Gotas
No se observa coagulación.
a)
b)
c)
d)
Figura 4. Reacción de desnaturalización de la albumina de huevo. En la imagen a. no hubo reacción (Hidróxido de Sodio), b, c y d si hubo desnaturalización. [Fuente: Alejandro Sosa] Precipitación de proteínas con metales pesados:
Tabla N°4. Reacción de precipitación de proteínas con sulfato de cobre (II). Compuesto Cantidad Resultado Solución de clara de Al realizar la mezcla de huevo 1 mL estos dos compuestos, se observa un color azul claro con precipitado. Sulfato de cobre (II), al gotas (Fig.5). 5% [Fuente: Los autores]
Figura 5. Coloración azul claro de la reacción de precipitación de las proteínas [Fuente: Alejandro Sosa] Reacción Xantoproteica:
Tabla N°5. Resultados de la reacción Xantoproteica. Compuesto Cantidad Solución de clara de huevo
1 mL
Ácido nítrico concentrado
5 mL
Hidróxido de Sodio [Fuente: Los autores]
Figura 6. Mezcla de clara de huevo y
Reacción de Biuret: ácido nítrico concentrado (formación
de espuma) [Fuente: Alejandro Sosa]
Gotas
Resultado Al momento de calentar la albumina y el ácido nítrico, se formaron dos fases, una de color amarilla en el fondo y una clara con espuma en la superficie (Fig.6). Al adicionar el hidróxido de sodio en exceso se formaron tres fases, una en el fondo de color claro, en la superficie traslucida y en el medio una de color amarillo oscuro el cual se coagulo (Fig.7).
Figura 7. Coagulación de la albumina en el centro de las mezclas [Fuente: Alejandro Sosa]
Reacción de biuret
Tabla N°6. Cantidades de compuestos y resultados de la reacción de Biuret. Compuesto Cantidad Resultado Al momento de la mezcla de la solución de clara de Solución de clara de huevo 1 mL huevo y el hidróxido de sodio, se presenta una mezcla homogénea; al adicionar el sulfato de cobre se formaron dos fases, la traslucida y una azul oscura Hidróxido de Sodio al 10% 1 mL en el fondo. Se procede a calentar al baño maría y el color se torna violeta (Fig. Sulfato de cobre (II) al 2% Gotas 8). [Fuente: Los autores]
Figura 8. Coloración violeta de la reacción de Biuret [Fuente: Alejandro Sosa] Reacción coloreada del formaldehido para proteínas:
Tabla N°7. Reacción de solución de clara de huevo, solución diluida de formaldehido y ácido sulfúrico concentrado. Compuesto Cantidad Resultado Después de realizar el Solución de clara de huevo 0.5 mL proceso de mezclado se formaron dos capas, donde la capa superior fue blancuzca y la capa inferior traslucida, es Solución diluida de una reacción exotérmica ya Formaldehido. 1 gota que al agregar el ácido sulfúrico concentrado el tubo de ensayo se calentó (Fig. 9). Ácido sulfúrico concentrado gotas [Fuente: Los autores]
Figura 9. Resultados de la reacción coloreada del formaldehido [Fuente: Alejandro Sosa] ANÁLISIS DE RESULTADOS Durante esta práctica se llevaron a cabo varios ensayos y pruebas químicas para la determinación los aminoácidos y las proteínas. Los aminoácidos son los monómeros de las proteínas y están unidos por enlaces peptídicos. la estructura de las proteínas se pueden considerar cuatro niveles de organización: primario, secundario, terciario y cuaternario [1].
Figura 10. Nivel se organización de las proteínas [Fuente: Internet ref 2] Acidez de los aminoácidos:
Los aminoácidos presentan propiedades no muy comunes, debido a que son solubles en agua y otros disolventes polares, pero son insolubles en disolventes no polares como el éter dietílico o benceno; en este caso el ácido aminoacético o Glicina que es uno de los
aminoácidos más sencillos y presentan estas propiedades; los aminoácidos son menos ácidos que la mayoría de los ácidos carboxílicos y menos básicos que la mayoría de las aminas [17]. Los aminoácidos existen en disolución acuosa principalmente en la forma de un ion dipolar o zwitterion (hibrido) [18], estos iones dipolares en los aminoácidos son sales internas. Además los aminoácidos son anfóteros ya que contienen en la misma molécula ambos iones, el carboxilato y el amonio, ya que pueden reaccionar como ácidos o como bases. El pH en el cual un aminoácido tiende a adoptar una forma dipolar neutra (igual número de cargas positivas que negativas) se denomina punto isoeléctrico.
Figura 11. Nivel se organización de las proteínas [Fuente: Internet ref 19] Al adicionar la solución de tornasol no se observó reacción aparente de cambio de color, quiere decir que la glicina se encontraba en forma de ion dipolar, ya que este ion se encuentra en estado neutro y no reacciona. Puede ser que desde que se preparó la solución de ácido aminoacético y el momento de la mezcla haya pasado el tiempo suficiente para que la solución se estabilizara a la forma de ion dipolar. Formación de una sal compleja de ácido aminoacético: Al mezclar ácido aminoacético o glicina con óxido de cobre (II) pulverizado (color negro) se obtiene una solución azul con precipitado negro que corresponde al exceso de óxido de cobre; se filtró y calentó el sólido de color azul claro hasta que empezó la formación de los cristales de color azul claro. La coloración azul de la sal se presentó por la formación del complejo neutro de cobre/ácido aminoacético, esta reacción está dada mediante la siguiente ecuación:
CH2 –COOH + NH2
CuO
H2O ∆
En el cual dos moléculas de ácido aminoacético se coordinan al cobre el cual esta enlazado a átomos de oxígeno y nitrógeno presentando una gran estabilidad, el cual puede tomar dos configuraciones trans o cis, las cuales tiene un grupo de cuatro ligantes coplanares con geometría cuadrada [20]
Coagulación de Albúmina
Se estudió el comportamiento de las proteínas bajo condiciones de calor y variación del pH; en este caso la albumina de huevo o clara de huevo. Cuando las proteínas son sometidas a estos cambios se dice que se desnaturalizo; es decir, la solubilidad de las proteínas puede verse reducida (perdida de las estructuras de orden superior, secundaria, terciaria y cuaternaria), hasta el punto de producirse su precipitación .Esto se debe a que los enlaces que mantienen la conformación globular se rompen y la proteína adopta la conformación filamentosa. De este modo, la capa de moléculas de agua no recubre completamente a las moléculas proteicas, las cuales tienden a unirse entre sí dando lugar a grandes partículas que precipitan (coagulación). Las proteínas que se hallan en ese estado no pueden llevar a cabo la actividad para la que fueron diseñadas, en resumen, no son funcionales. [2]. La desnaturalización no afecta a los enlaces peptídicos: al volver a las condiciones normales, puede darse el caso de que la proteína recupere la conformación primitiva, lo que se denomina renaturalización. [2]. En la reacción de la clara de huevo con solventes orgánicos miscibles con el agua como el etanol, precipitan las proteínas porque sus bajas constantes dieléctricas reducen el poder de solvatación de sus soluciones acuosas hacia los iones disueltos, como las proteínas [3]. La sensibilidad de las proteínas a la desnaturalización térmica depende de numerosos factores, tales como la naturaleza y concentración de proteínas, la actividad de agua, el pH, la fuerza iónica y la naturaleza de los iones presentes. Esta desnaturalización, frecuentemente, va acompañada de un descenso de la solubilidad, de segregación de moléculas proteicas desplegadas, así como de un aumento de la capacidad de absorción de agua por la proteína [4].En el caso de la clara de huevo, esta desnaturalización por temperatura hace que no sea reversible, la albumina se precipita, dando como resultado un solido blanco. El pH del medio en el cual está la proteína tiene influencia considerable en el proceso de desnaturalización. La mayoría de las proteínas son estables para una determinada zona de pH y frecuentemente se desnaturalizan cuando se someten avalores de pH muy, altos o muy bajos (ácidos o bases); el cual se observó cuando de agrego el ácido nítrico y el ácido clorhídrico [3]. Con el hidróxido de sodio no se observa coagulación, entonces se puede decir que los sitios ácidos de la albúmina no se ven afectados por la presencia del hidróxido de sodio, probablemente porque la cantidad de este reactivo no fue lo suficiente para la desnaturalización y precipitación de la proteína.
Precipitación de proteínas con metales pesados: Se estudió el comportamiento de las proteínas, en este caso la albumina, con el sulfato de cobre (II). Cuando el metal pesado reacción a con la proteína genera enlaces entre los grupos amino libre y carboxilo libre, lo que provoca que aya un precipitado, este precipitado es una sal insoluble. !"#$ %sta misma reacción la podemos evidenciar con iones como &n ', g ', *e+, Cu', Sb +, g", Cd', -b'.!"$ sí como se ve en la figura #, la albumina de clara de uevo (ovoalb/mina) reacciono con el sulfato de cobre (II) que es de color a0ul, generando un precipitado blancu0co, por lo cual podemos saber que existía presencia de proteína y que esta reacción efectivamente con el metal pesado que adicionamos.
Reacción Xantoproteica:
Esta reacción es una prueba cualitativa la cual nos va a decir si hay presencia de grupos de aminoácidos aromáticos como fenilalanina, tirosina, triptófano en las proteínas estudiadas; con la adición de ácido nítrico concentrado (HNO3), nos mostrara con una coloración amarilla que es una proteína con aminoácidos aromático cuando los grupos bencenos hayan reaccionado con el ácido nítrico [5], esta reacción se explica por la nitración de grupos cíclicos de la familia del benceno, este proceso se puede acelerar al aumentar la temperatura durante la reacción. Luego se alcalina la reacción adicionándole hidróxido de sodio la solución pasa de un color amarillo claro a un color naranja o amarillo oscuro. Reacción de biuret
Es una reacción que tiene como fin identificar la presencia de péptidos y/o de proteínas, debido que la reacción entre CuSO4 en un medio acuoso y los enlaces peptídicos. Cuando la reacción da una color entre azul y violeta, sabemos que la reacción ha dado positiva para los elementos en cuestión, como lo hemos presenciado en el laboratorio, en el caso de que no se encontraron peptidos o proteinas como lo es la albúmina, nos encontraríamos con un precipitado de color amarillo.
Figura 12. Reaccion de Biuret positiva. [Fuente: Ref. 14] Algunos de los resultados pueden ser que El reactivo, de color azul, cambia a violeta en presencia de proteínas, y vira a rosa cuando se combina con polipéptidos de cadena
corta. El hidróxido de potasio no participa en la reacción, pero proporciona el medio alcalino necesario para que tenga lugar.[14] SOLUCIÓN AL CUESTIONARIO 1. ¿Qué es una proteína globular? Las proteínas pueden ser de dos clases, fibrosas o globulares. Las proteínas fibrosas son materiales estructurales de animales, insolubles en agua. Las globulares son muy diferentes, ya que tienden a ser solubles en agua y tienen forma casi esférica. Estas proteínas no son estructurales sino que realizan funciones bilógicas. Pueden ser enzimas, hormonas, proteínas de trasporte (hemoglobina) o proteínas de almacenamiento. Las proteínas globulares tienen más aminoácidos con cadenas laterales polares o iónicas que las proteínas fibrosas, que son insolubles en agua. Las proteínas globulares son principalmente helicoidales, pero forman pliegues que les permiten que la forma total sea globular. [6]
Figura 13. Proteína Globular [Fuente: Internet ref 7 ] 2. ¿Qué es el punto isoeléctrico de una proteína? El punto isoeléctrico (PI) de un aminoácido depende de su estructura; y es el promedio de las dos constantes de disociación ácida que incluyen el zwitterion neutro (igual número de cargas positivas que negativas). En cuanto a los aminoácidos con una cadena lateral que sea un ácido fuerte o un ácido débil, el PI es el promedio de los dos valores de pKa más bajos. En el caso de los aminoácidos con una cadena lateral básica, el PI es el promedio de los dos valores de pKa más altos. [8]
Figura 14. Ejemplos de punto isoeléctrico [Fuente: Internet ref 8 ] Así como los aminoácidos tienen sus PI, las proteínas también tienen un PI global debido a los numerosos residuos ácidos o básicos que pueden contener.
3. ¿Cómo se determina la presencia de azufre en las proteínas? Los aminoácidos azufrados se diferencian del resto en que contienen azufre en su composición, de ahí su nombre. El azufre es un mineral necesario para la formación del colágeno y otros componentes proteicos que forman parte del tejido conectivo, como la queratina y otros mucopolisacáridos que componen los huesos, los cartílagos, los tendones y los ligamentos. Para aminoácidos azufrados utilizamos un medio alcalino y junto con sales de plomo formamos un precipitado negro (pbs). [9] Reacción de los aminoácidos azufrados se pone de manifiesto por la formación de un precipitado negruzco de sulfuro de plomo. Se basa esta reacción en la separación mediante un álcali, del azufre de los aminoácidos, el cual al reaccionar con una solución de acetato de plomo, forma el sulfuro de plomo.
Figura 15. Reacción para determinar azufre en las proteínas [Fuente: Internet ref 10 ] Si se forma un precipitado de color negruzco nos indica que se ha formado sulfuro de plomo, utilizándose el azufre de los aminoácidos, lo que nos sirve para identificar proteínas que tienen en su composición aminoácidos con azufre. [10]
4. ¿Qué propiedades presentan las albúminas? ¿Qué función tiene la albúmina de suero sanguíneo? La albumina presenta carga eléctrica negativa, la membrana basal del glomérulo renal, también está cargada negativamente, lo que impide la filtración glomerular de la albúmina a la orina por ende esta no va a ser eliminada [11], tiene como función transportar moléculas de bajo peso molecular como bilirrubina, hormonas sexuales, ácidos grasos libres, algunos medicamentos entre otras moléculas que son transportadas en sangre [12], y además es importante para el mantenimiento de la presión oncótica, necesaria para la distribución correcta de los líquidos corporales entre el compartimento intravascular y el extravascular, localizado entre los tejidos. CONCLUSIONES Las proteínas tienden a sufrir cambios físicos y químicos los cuales se aprecian cualitativamente. Los aminoácidos tienen un rango de pH entre 6-7, lo cual confirma la presenta del estado dipolar zwitterion, en medio neutro. Los aminoácidos tienen una propiedad que los hacen ser anfóteros, ya que contienen en la misma molécula ambos iones, el carboxilato y el amonio, y pueden reaccionar como ácidos o como bases. Los diferentes cambios de color en las reacciones, así como en la reacción xantoproteíca en la cual las proteínas que contengan grupos bencénicos darán positivo. En general las reacciones coloridas nos ayudan a saber con qué grupo funcional está formada la proteína y así también de que aminoácido está formado. Se lograron realizar las practicas sugeridas en el laboratorio y observar el comportamiento de una proteína, como la albumina, estas reacciones nos sugieren métodos para detección de enfermedades o tratamientos a alguna condición, como la de precipitación de metales pesados que nos muestra un posible tratamiento por intoxicación por metales pesados; o la identificación de elementos que podemos encontrar pero no sabemos si es solo un aminoácido o es una proteína. REFERENCIAS [1]Arquitectura de las moléculas de proteína http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/2000024/lecciones/cap01/01_01_13_14.htm l (Consultado el 18 de Noviembre de 2014) [2]Desnaturalizando Proteínas. http://pendientedemigracion.ucm.es/info/analitic/Asociencia/DesnatProteinas.pdf (Consultado el 18 de Noviembre de 2014)
[3]Donald Voet, Judith G. Voet; Bioquimica, 3 th ; Ed. Médica Panamericana, Buenos Aires, 2006, 140-141p. [4] 7.1Agentes Físicos. http://mazinger.sisib.uchile.cl/repositorio/lb/ciencias_quimicas_y_farmaceuticas/penacchiot tii01/capitulo01/07a.html. (Consultado el 18 de Noviembre de 2014) [5] Reconocimiento de Proteínas http://www.angelfire.com/scifi/anarkimia/Reconocimiento%20de%20Protenas.htm (Consultado el 21 de Noviembre de 2014) [6] Procesos biológicos integrados PDF. http://www.google.com.co/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=10&ved=0CEcQFj AJ&url=http%3A%2F%2Fcipb.jimdo.com%2Fapp%2Fdownload%2F9017225570%2FPRO CESOS%2BBIOL%25C3%2593GICOS%2BINTEGRADOS%2Bparte%2B1.pdf%3Ft%3D1 412653568&ei=GUNzVJSYKYyagwT_p4KYAg&usg=AFQjCNE0ZJA1Jsgzs_bhuD_aoEQ QFVgmXA (Consultado el 17 de Noviembre de 2014) [7] Estructura terciaria. http://haruko8.angelfire.com/Estructura/estructura%20terciaria.html (Consultado el 17 de Noviembre de 2014) [8]Aminoácidos, Péptidos y Proteínas. http://tuylaquimica.files.wordpress.com/2011/03/aminoacidos-peptidos-y-proteinasespectacular.pdf(Consultado el 17 de Noviembre de 2014) [9]Reconocimiento de aminoácidos que contienen azufre en las proteínas. http://es.scribd.com/doc/68940573/Reconocimiento-de-Aminoacidos-Que-ContienenAzufre-en-Las-Proteinas(Consultado el 17 de Noviembre de 2014). [10]Reconocimiento de proteínas. http://www.juntadeandalucia.es/averroes/recursos_informaticos/concurso2001/accesit_4/p roteinas.html(Consultado el 17 de Noviembre de 2014) [11] La albúmina sérica, Función, Tipos, Propiedades físicas, Estructura. http://centrodeartigo.com/articulos-utiles/article_105230.html(Consultado Noviembre de 2014)
el
21
de
[13]ttp122333.quimbiotec.com2saber4mas4albumina.pp [13] Identificación de proteínas mediante la reacción el Biuret http://catedras.quimica.unlp.edu.ar/qo3/Apuntes/Biuret.pdf (Consultado el 23 de Noviembre de 2014) [14]Proteínas 1, Ensayo de Biuret. http://quimicaorganicaproteinas1y2.blogspot.com (Consultado el 27 de Noviembre de 2014) [15] RECONOCIMIENTO Y PROPIEDADES DE LAS PROTEINAS, 2. PRECIPITACIÓN DE PROTEÍNAS POR FOMACION DE SALES INSOLUBLE. http://academico.upv.cl/doctos/KINE-7011/%7BB1987286-67F3-4C1E-B40E-
59C33C389AE4%7D/2012/S2/GUIALABN%C2%B02-2012.pdf (Consultado el 27 de Noviembre de 2014) [16] PROTEINAS Y AMINOÁCIDOS, Prueba para metales pesados. http://agu.inter.edu/halices/caseina.pdf (Consultado el 27 de noviembre de 2014) [17]Ralph J. Fessenden; Joan S. Fessenden,Ed. Grupo Editorial Iberoamerica; 1983, 864p. [18]Mc MURRY.; J. Química orgánica. 2008. 7a Edición. Editorial: cengage learning. [19]Aminoacidos Esenciales http://www.monografias.com/trabajos94/aminoacidos-esenciales/aminoacidosesenciales.shtml (Consultado el 18 de Noviembre de 2014) [19]Síntesis de isómeros geometricos ttp122sgp3e.i0t.uam.mx2files2users2uami25pn2file26uimica4de4Coordinacion274Isomeros48eom etricos.pdf (Consultado el 18 de Noviembre de 2014)
