Lab N° 1: 17 de agosto de
2017
Nathalia A. Ramirez Guarnizo, María Juliana Pérez, Diego F. Giraldo Botero
Reconocer y comprobar con procedimientos cualitativos la presencia de carbohidratos, carbohidratos, proteínas, lípidos y aminoácidos en algunos alimentos.
Comprender las principales reacciones ocurridas ocurridas en cada proceso. Comparar los principales grupos de compuestos orgánicos con relación a su composición química y función Identificar las biomoléculas presentes en cada alimento o sustancia.
Las biomoléculas son las moléculas que constituyen los seres vivos y están constituidas por carbono, hidrogeno, nitrógeno y oxígeno y en menos cantidad de fosforo y azufre. Tienen una amplia gama de tamaños y estructuras y realizan diferentes funciones. Los cuatro tipos principales principales de biomoléculas biomoléculas son: Carbohidratos, Carbohidratos, lípidos, ácidos nucleicos y proteínas. Las proteínas son elementos estructurales principales de las células. También sirven como transportadores, moviendo nutrientes y otras moléculas dentro y fuera de las células, y como enzimas y catalizadores para la gran mayoría de las reacciones químicas que tienen lugar en organismos vivos. Las proteínas también forman anticuerpos y hormonas, e influyen en la actividad génica. Los carbohidratos son las biomoléculas más abundantes de los organismos vivos en la tierra. Cada año, más de 100.000 millones de toneladas métricas de CO 2 y H2 son convertidas en celulosa y otros productos vegetales, debido a la fotosíntesis. La materia viva está formada por moléculas que consisten en agua, lípidos, nucleótidos, aminoácidos y carbohidratos. Por lo tanto, estos últimos son los más especiales, ya que cuando se encuentran enlazados con polímeros de aminoácidos forman las glicoproteínas y con lípidos los asglicolipidos. Los carbohidratos carbohidratos se construyen a partir de cuatro tipos de unidades de azúcar: monosacáridos, monosacáridos, disacáridos, oligosacáridos y polisacári polisacáridos. dos. Los lípidos, otra biomolécula importante en los organismos vivos, cumplen una variedad de funciones, incluyendo servir como fuente de energía almacenada y actuar como mensajeros químicos. También forman membranas que separan las células de sus ambientes y compartimentan el interior de las células, dando origen a organelos, como el núcleo y la mitocondria,, en organismo mitocondria organismoss más complejos.
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Todas las biomoléculas comparten en común una relación fundamental entre estructura y función, que está influenciada por factores tales como el entorno en el que se produce una determinada biomolécula. Los lípidos, por ejemplo, son hidrófobos En agua, muchos se disponen espontáneamente de tal manera que los extremos hidrófobos de las moléculas están protegidos del agua, mientras que los extremos hidrófilos están expuestos al agua. Esta disposición da lugar a bicapas lipídicas, o dos capas de moléculas de fosfolípidos, que forman las membranas de células y organelos.
Tubos de ensayo Gradilla Pinzas para tubo de ensayo Plancha de calentamiento Pera de succión Mermelada Huevo Galleta de sodio
Gotero Varilla de agitación Baño maría Vasos de precipitado Pipeta de 10 mL Leche Jugo de manzana Arroz cocido
Aceite
Solución de Benedict Lugol Sudan III Ninhidrina 0,1% Fructosa 1% p/v
Reactivo de Biuret Agua destilada Sacarosa 1% p/v Reactivo de Fehling Glucosa 1% p/v
MONOSACARIDOS Sln de glucosa o fructosa VERTIR 4 mL 15 gotas del reactivo de Benedict AGITAR BAÑO MARIA CAMBIO DE COLOR
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Repetir procedimiento con clara de huevo (diluida) POLISACARIDOS Galleta soda y Jugo de manzana
VERTIR 4 mL 3 gotas de Lugol
Azul marino
CAMBIO DE COLOR
PROTEÍNAS Leche y Clara de huevo
VERTIR 3 mL 10 gotas reactivo de Biuret
Lila CAMBIO DE COLOR
LÍPIDOS
2 mL DE ACEITE Naranja
10 gotas de Sudan II
CAMBIO DE COLOR Repetir procedimiento con jugo de naranja
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AMINOACIDOS Huevo, Harina, etc.
ROTULAR 5 TUBOS DE ENSAYO 1 mL DE ANHIDRINA BAÑO MARIA
Violeta CAMBIO DE COLOR
Mediante distintas reacciones características se logró determinar el comportamiento químico de las Biomoleculas (macromoléculas) que están presentes en materiales biológicos:
Clara de huevo
+
Leche
+
Galleta soda
-
Resultados con la prueba de Biuret
Se observa que en la galleta soda es negativa la presencia de proteínas, mientras que en la clara de huevo y en la leche es positiva la prueba y esto es debido a que la reacción de Biuret determina la presencia de proteínas o péptidos, basándose en la reacción de una solución alcalina del sulfato de cobre con compuestos que tengan dos o más enlaces peptídicos [1]. En el caso de la leche de vaca, el reactivo de Biuret entra en contacto con la caseína (fosfoproteína conjugada) el cual representa cerca del 77% al 82% de las proteínas 4
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presentes en la leche [2] . Para la clara de huevo la principal proteína es la ovoalbúmina que representa el 60-65% del peso [3]. En el proceso de reacción, Los iones cúprico forman un complejo de coordinación con los pares de electrones no compartidos del Nitrógeno presente en los aminoácidos de las proteínas (caseína y ovoalbumina) [4] . El producto es un complejo color violeta, cuya intensidad de color depende de la cantidad de enlaces peptídicos presentes y de la naturaleza de las proteínas. (Fig. 1) “
”
Complejo de cobre formado en la reacción de Biuret
Mermelada de mora
+
+
Galleta soda
+
+
glucosa
+
+
fructosa
+
+
. Resultados de reconocimiento de Carbohidratos.
Se logra evidenciar que los resultados de los dos ensayos correspondientes son muy óptimos e importantes para identificar carbohidratos, ya que ambos emplean como oxidante el ion cúprico, Cu (II) y se fundamentan en el poder reductor del grupo carbonilo de las aldosas (glucosa), pues tienen la estructura química abierta necesaria para actuar como agentes reductores, y en algunas cetosas (generalmente positiva en fructosa) [5]. El ion cúprico se reduce a ion cuproso, Cu (I), el cual precipita en forma de óxido, de color rojo ladrillo. La principal diferencia entre el ensayo de Benedict y el de Fehling es la sustancia que compleja el ion cúprico y lo mantiene en disolución. En el reactivo de Benedict esta sustancia es el ácido cítrico, mientras que en el de Fehling es el tartrato [6]. (Fig. 2) 5
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. Reacción de oxidación.
La prueba de Benedict y de fehling nos ayuda al reconocimiento de azucares reductores, es decir, aquellos compuestos que presentan al menos un – OH hemiacetalico libre, a partir de las aldosas, y hemicetalico, a partir de las cetosas [7], como por ejemplo Glucosa, Lactosa, Maltosa y fructosa (hidroxicetona). La sacarosa no presenta poder reductor porque la unión glucosídica se establece entre el carbono 1 de la glucosa y el carbono 2 de la fructosa, con lo cual se estabilizan las estructuras cíclicas, pues se constituye un acetal y no queda ningún hemiacetal capaz de dar una cadena abierta por hidrólisis. En la actualidad, se utilizan distintos métodos para reconocer carbohidratos como por ejemplo: Para la diferenciación de monosacáridos y disacáridos se utiliza el reactivo de Barfoed, para diferenciar cetosas de aldosas se utiliza la reacción de Seliwanoff, para diferenciar pentosas de hexosas se utiliza la reacción de Bial y para la prueba de almidón se utiliza la reacción de Lugol [8]. Para este último método mencionado se hicieron unas pruebas:
Galleta soda
+
Jugo de manzana
-
Banano
-
Mermelada de mora
-
Arroz
+ . Resultados de reacción con Lugol
Al momento de realizar la prueba con la galleta soda y arroz se evidencio una coloración azul oscuro, propia de esta reacción con Lugol; mientras que la reacción de Lugol con banano, jugo de manzana, y mermelada de mora dieron negativo, formando soluciones turbias y de colores naranja oscuro. La prueba de Lugol se utiliza para evidenciar la presencia de polisacáridos como el almidón. Este polisacárido está constituido por la amilosa y la amilopectina. La amilosa (20%) es de estructura lineal, con enlaces α (1-4), que forma hélices en donde se juntan las moléculas de yodo formando un color azul oscuro; 6
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mientras que la amilopectina (80%) es de estructura ramificada, con enlaces α (1-4) (1-6), que forma hélices mucho más cortas y las moléculas de yodo son incapaces de juntarse presentando un color intermedio entre anaranjado o amarillo [9]. Los porcentajes de cada estructura varían de acuerdo de donde se extraiga el almidón. El complejo que se forma durante la reacción de Lugol con el almidón, es sensible a la temperatura, ya que al momento de calentar el tubo, el color desaparecía; esto se debe a que en las espiras del almidón se produce una modificación y el yodo se libera. Cuando la reacción mantenía una temperatura baja las espiras se reorganizaban y su color era nuevamente azul negro.
Yema de huevo
+
Aceite vegetal
+
Jugo en caja
+
Leche
+ Identificación de lípidos
Para la identificación de lípidos en estos alimentos se observa que para cada uno, la prueba es positiva debido a que al reaccionar con SUDAN III, las muestras se colorean con dicho reactivo y por su baja polaridad es más soluble en los lípidos que en el solvente utilizado para su disolución, ello gracias a las interacciones intermoleculares de tipo puente de Hidrogeno y de London (cadena hidrocarbonada) entre los lípidos y dicho reactivo. En cada muestra analizada se observó un color naranja rojizo propio de la tinción. (fig. 3)
Tinción de sustancias lipídicas por SUDAN III 7
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Galleta soda
-
Clara de huevo
+
Leche
+ Identificación de aminoácidos con ninhidrina
Se pudo observar que la reacción de ninhidrina con galleta soda no fue positiva, debido a que no presento la coloración característica de esta prueba. Al agregar una cantidad de este reactivo a la clara de huevo y a la leche, se logra determinar la prueba como positiva ya que ambas reaccionaron al entrar en contacto con el reactivo y produciendo una variación de color en cada una de estas. Ambas sustancias presentaron al menos un grupo amino y un carboxilo libre para reaccionar con la ninhidrina. Esta reacciona rápidamente con el grupo amino, lo oxida y libera amonio el cual se condensa con la ninhidrina reducida, y con otra molécula de ninhidrina libre, para producir un aducto (producto formado por la unión de dos moléculas) purpura de Ruhemann. (fig.4)
Reacción de la ninhidrina
Al observar los resultados obtenidos se puede notar que las pruebas que en este caso dieron positivas ante la presencia de aminoácidos libres fueron la albumina de huevo y la Caseína de la leche ya que estas se tornaron de color azul con tendencia a morado y violeta respectivamente. Esto se debe a que la albumina del huevo es rica en cisteína, metionina y presenta grupos sulfihidrilo, el cual está constituida por alrededor de 585 aminoácidos con 17 puentes disulfuro; la concentración de estos aminoácidos en la albumina de huevo hace que al encontrarse en presencia de ninhidrina se torne de un color azul con tendencia a morado, además de que en su estructura presenta más de un grupo amino y carboxilo libre [10]. La principal proteína de la leche es la caseína y representa alrededor del 80% del total de proteínas; está constituida por alrededor de 200 aminoácidos y sus principales son Leucina, Lisina, Valina y Tirosina, que son los responsables de que se dé la reacción coloreada con ninhidrina. 8
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La determinación de humedad es una de las técnicas más importantes y de mayor uso en el procesado, control y conservación de los alimentos, puesto que la mayoría de los productos alimenticios poseen un contenido mayoritario de agua. El contenido de humedad en un alimento es, frecuentemente, un índice de estabilidad del producto. Por otra parte, el control de la humedad es un factor decisivo en muchos procesos industriales tales como la molienda de cereales, el mezclado de productos sólidos finos, en la elaboración de pan, etc. Así mismo, en la evaluación de muchos procesos industriales es de gran importancia conocer el contenido de agua de los productos o materias primas para formular el producto y evaluar las pérdidas durante el procesado. En esta práctica se determinó la perdida de humedad del arroz, el cual estaba expuesto a una temperatura de 28 ºC en un horno, con circulación de aire caliente constante. Inicialmente se tuvo un peso de arroz de 1,03 g el cual fue decreciendo a medida que pasaba el tiempo.
1,03 g
0
0,9 g
30 min
0,65 g
60 min
0,37 g
90 min
. Cantidad de humedad por tiempo
Se observa que a medida que aumenta el tiempo, la cantidad de gramos de humedad del arroz va bajando. Esto es debido a que se encuentra bajo condiciones de temperatura superiores a la del ambiente por lo tanto tiende a perder su porcentaje de humedad.
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Durante este proceso se utilizó diferentes sustancias que contenían agua o una humedad relativa. Para esta práctica utilizamos:
Salsa de tomate
24,1
0,941
Harina
25,1
0,589
Galleta
25,1
0,559
Azúcar
24,7
0,623
Actividad de agua de alimentos
El valor aw depende de la composición, la temperatura y el contenido en agua del producto. Tiene incidencia sobre las características de calidad, tales como: textura, sabor, color, gusto, valor nutricional del producto y su tiempo de conservación. Los microorganismos necesitan la presencia de agua, en una forma disponible, para crecer y llevar a cabo sus funciones metabólicas.
[1] Quesada Mora Silva (2007). Manual de experimentos de laboratorio para Bioquímica. Editorial Universidad Estatal a Distancia (EUNED) de San José, Costa Rica, 1 ed. pág. 26-31 [2] Alais. C. (2003). Ciencia de la leche. España: REVERTE. [3] Gil. A. (2010). Composición y calidad nutritiva de los alimentos. Madrid - España: Medica Panamericana. [4] Guarnizo Franco Anderson, Martínez Yepes Pedro Nel. (2009). Experimentos de Química Orgánica con enfoque en ciencias de la vida. Editorial ELIZCOM S.A.S, 1 ed. Pág. 183 [5]https://sites.google.com/site/trabajosbioquimicos/home/informe-identificacion-deazucares-laboratorio-de-bioquimica [6] Durst H. D., Gokel G. W. (2007). Química Orgánica Experimental. Editorial REVERTE, S.A., 1 ed. pág. 485
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[7] http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/CARBOHIDRATOS_21119.pdf. pág. 910 [8] Giraldo G. German A., Mejía D. Clara M., Loango C. Nelsy. (2010). Laboratorio de Bioquímica: una visión práctica. Reproducido y editado por Ediciones Elizcom, 1 ed. pág. 75-76 [9]https://sites.google.com/site/laboratoriosbioquimica/bioquimica-i/prueba-del-almidon [10] Armstrong, F. (2008). Bioquímica. Editorial REVERTE S.A., Barcelona, España [11] Frauenfelder, H., (1988). Biomolecules, in Pines, D., ed., Emerging Syntheses in Science: Redwood City, California, Addison-Wesley. [12] Davis, B.G. and Fairbanks, A.J. (2002). Carbohydrate chemistry . Oxford University Press. [13] Fersht, A. (1999). Structure and mechanism in protein science: a guide to enzyme catalysis and protein folding. W. H. Freeman.
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