FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES PROYECTO CURRICULAR INGENIERIA AMBIENTAL INFORME N°5: DESNA DESNATURALIZACION TURALIZACION DE PROTEINAS Andrés Odeón 20132180893 20132180893
RESUMEN Las proteína proteínass son macromo macromolécu léculas las orgánica orgánicass formad formadas as por aminoác aminoácidos idos.. Las proteí proteínas nas desempeñan un gran número de funciones en las células de todos los seres vivos. Forman parte de la estructura básica de los tejidos (músculos, tendones, piel, uñas entre otros) además de ue desempeñ desempeñan an funcion funciones es metab!l metab!licas icas " regulad reguladores ores (asimil (asimilaci aci!n !n de nutrien nutrientes tes,, transp transport ortee de o#ígeno, inactivaci!n inactivaci!n de materiales materiales t!#icos " peligrosos). peligrosos). $o obstante pueden verse fácilmente fácilmente alteradas por cambios en el medio ue generarían alteraciones en sus estructuras. %n el presente laboratorio se observaran desnaturali&aci!n de proteínas por medio de calor, p' " solventes orgánicos. alabras clave *esnaturali&aci!n, proteínas, biomoléculas, p', enlaces peptídicos.
ABSTRACT roteins are made up of amino acids organic +itc are macromolecules. roteins pla" man" roles in cells of all living beings. -e" are part of te basic structure of tissues (muscles, tendons, sin, nails etc.) in addition to performing metabolic and regulator" (assimilation of nutrients, o#"gen transport, inactivation of to#ic and a&ardous materials) functions. 'o+ever te" can be easil" altered b" canges in te environment tat +ould generate a breado+n of teir structures. /n tis tis labor laborat ator or"" +ere +ere observ observed ed prot protei einn denat denatur urat atio ionn b" eat eat,, p' and and organi organicc solve solvent nts. s. 0e"+ords denaturation, proteins, biomolecules, p', lins.
OBJETIVOS General 1nali&ar el comportamiento de varias proteínas sometidas a variaciones en factores físicos " uímicos.
Obe!"#$% e%&e'()"'$% /dentificar factores ue inciden en la desnaturali&aci!n de proteínas.
MARCO TE*RICO Las proteína proteínass son biomoléc biomolécula ulass formada formadass bási básica came ment ntee por por carb carbon ono, o, idr idrog ogen eno, o, o#íg o#ígen enoo " nitr nitr!g !gen eno. o. ued ueden en adem además ás cont conten ener er a&uf a&ufre re " en algu alguno noss tipo tiposs de proteínas, proteínas, fosforo, ierro, magnesio " cobre entre otros elementos. %l término proteína deriva deriva del griego griego 2proteo 2proteos2(l s2(loo primer primero, o, lo
principal) " abla de su gran importancia para los seres vivos. La importancia de las prot proteí eína nass es, es, en un pri primer mer anál análiisis, sis, cuantit cuantitati ativa va constit constitu"en u"en el 345 del peso peso seco de la célula (635 del peso total) total) por lo ue representan la categoría de biomoléculas más abundante después del agua. agua. 7in 7in embar embargo go su gran gran impor importa tanci nciaa biol!gica reside, más ue en su abundancia
en la materia viva, en el elevado número de funciones biol!gicas ue desempeñan, en su gran versatilidad funcional " sobre todo en la particular relaci!n ue las une con los ácidos nucleicos, "a ue constitu"en el veículo abitual de e#presi!n de la informaci!n genética contenida en éstos últimos. /lustraci!n 6 %structura de las aminoácidos.
ueden considerarse polímeros de unas peueñas moléculas ue reciben el nombre de aminoácidos " serían, por tanto, los mon!meros serán su unidad. Los aminoácidos están unidos mediante enlaces peptídicos. La uni!n de un bajo número de aminoácidos da lugar a un péptido8 si el número de aminoácidos ue forma la molécula no es ma"or de 64, se denomina oligopéptido, si es superior a 64 se llama polipéptido " si el número es superior a 34 aminoácidos se abla "a de proteína. or tanto, las proteínas son cadenas de aminoácidos ue se pliegan aduiriendo una estructura tridimensional ue les permite llevar a cabo miles de funciones. Las proteínas están codificadas en el material genético de cada organismo, donde se especifica su secuencia de aminoácidos, " luego son sinteti&adas por los ribosomas.
Enla'e &e&!(-"'$
L$% a+"n$,'"-
%$Cla%")"'a'".n
7on las unidades básicas ue forman las proteínas. 7u denominaci!n responde a la composici!n uímica general ue presentan, en la ue un grupo amino (9$':) " otro carbo#ilo o ácido (9;<<') se unen a un carbono =(9;9). Las otras dos valencias de ese carbono uedan saturadas con un átomo de idr!geno (9') " con un grupo uímico variable al ue se denomina radical (9>). La f!rmula general de los aminoácidos es la siguiente
Las proteínas se clasifican en dos clases principales atendiendo a su composici!n. Las proteínas simples u oloproteínasson las ue están compuestas e#clusivamente por aminoácidos. Las proteínas conjugadas o 'eteroproteínas son las ue están compuestas por aminoácidos " otra sustancia de naturale&a no proteica ue recibe el nombre de grupo prostético. Las proteínas conjugadas pueden a su ve& clasificarse en funci!n de la naturale&a de su grupo prostético. 1sí, se abla de glucoproteínas, cuando el grupo prostético es un glúcido, lipoproteínas cuando es un lípido, metaloproteínas, cuando es un ion
Los aminoácidos se encuentran unidos linealmente por medio de uniones peptídicas. %stas uniones se forman por la reacci!n de síntesis (vía desidrataci!n) entre el grupo carbo#ilo del primer aminoácido con el grupo amino del segundo aminoácido. La formaci!n del enlace peptídico entre dos aminoácidos es un ejemplo de una reacci!n de condensaci!n. *os moléculas se unen mediante un enlace de tipo covalente ;<9$' con la pérdida de una molécula de agua " el producto de esta uni!n es un dipéptido. %l grupo carbo#ilo libre del dipéptido reacciona de modo similar con el grupo amino de un tercer aminoácido, " así sucesivamente asta formar una larga cadena. odemos seguir añadiendo aminoácidos al péptido, porue siempre a" un e#tremo $': terminal " un ;<<' terminal.
metálico, fosfoproteínas cuando es un grupo fosfato, etc.
F/n'"$ne% b"$l.0"'a -e la% &r$!e(na% 1sí como los polisacáridos se reducen a ser sustancias de reserva o moléculas estructurales, las proteínas asumen funciones mu" variadas gracias a su gran etereogeneidad estructural. *escribir las funciones de las proteínas euivale a describir en términos moleculares todos los fen!menos biol!gicos. odemos destacar las siguientes ?funci!n en&imática ?funci!n ormonal ?funci!n de reconocimiento de señales ?funci!n de transporte ?funci!n estructural ?funci!n de defensa ?funci!n de movimiento ?funci!n de reserva ?transducci!n de señales ?funci!n regulador
E%!r/'!/ra -e la% &r$!e(na% 1 primera vista podría pensarse en las proteínas como polímeros lineales de 11 unidos entre sí por medio de enlaces peptídicos. 7in embargo, la secuencia lineal de 11 puede adoptar múltiples conformaciones en el espacio. La estructura primaria viene determinada por la secuencia de 11 en la cadena proteica, es decir, el número de 11 presentes " el orden en ue están enla&ados. La conformaci!n espacial de una proteína se anali&a en términos de estructura secundaria " estructura terciaria. La asociaci!n de varias cadenas polipeptídicas origina un nivel superior de organi&aci!n, la llamada estructura
cuaternaria. or último, la asociaci!n de proteínas con otros tipos de biomoléculas para formar asociaciones supramoleculares con carácter permanente da lugar a la estructura uinaria.
De%na!/ral"1a'".n 7i en una disoluci!n de proteínas se producen cambios de p', alteraciones en la concentraci!n, agitaci!n molecular o variaciones bruscas de temperatura, la solubilidad de las proteínas puede verse reducida asta el punto de producirse su precipitaci!n. %sto se debe a ue los enlaces ue mantienen la conformaci!n globular se rompen " la proteína adopta la conformaci!n filamentosa. *e 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 ue precipitan. 1demás, sus propiedades biocatali&adores desaparecen al alterarse el centro activo. Las proteínas ue se allan en ese estado no pueden llevar a cabo la actividad para la ue fueron diseñadas, en resumen, no son funcionales. %sta variaci!n de la conformaci!n se denomina desnaturali&aci!n. La desnaturali&aci!n no afecta a los enlaces peptídicos al volver a las condiciones normales, puede darse el caso de ue la proteína recupere la conformaci!n primitiva, lo ue se denomina renaturali&aci!n. %jemplos de desnaturali&aci!n son la lece cortada como consecuencia de la desnaturali&aci!n de la caseína, la precipitaci!n de la clara de uevo al desnaturali&arse la ovoalbúmina por efecto del calor o la fijaci!n de un peinado del cabello por efecto de calor sobre las ueratinas del pelo.
MATERIALES Rea'!"#$% 1lbumina @elatina
;aseína ;lara de uevo '$
cuidadosamente los dos líuidos utili&ando un agitador, medir nuevamente el p' " anotar los resultados. >epetir procedimiento con otra proteína.
63 De%na!/ral"1a'".n &$r 'al$r %n un tubo de ensa"o colocar ml de soluci!n proteica, luego colocar el tuco en un baño de agua irviendo durante 64 minutos " enfrentar a temperatura ambiente. *ocumentar resultados " repetir con otra proteína.
In%!r/+en!$% soporte universal @radilla 1gitador de vidrio tubos de ensa"o (C) ipeta graduada (3 ml) Duestras Easos de precipitado de :34 ml ' metro
73 De%na!/ral"1a'".n &re'"&"!a'".n -e $r0,n"'
%$PROCEDIMIENTO %l laboratorio se reali&! en A etapas
23 De%na!/ral"1a'".n e!re+$
&$r
&4
&$r %$l#en!e%
1 : ml de soluci!n proteica añada : ml de etanol " agitar cuidadosamente. >epetir procedimiento con cetona en lugar del reactivo anterior. *ocumentar resultados " repetir con otra proteína.
RESULTADOS 1 : ml de soluci!n de proteína medir p' " agregar lentamente por las paredes del tubo :ml de $D<: concentrado asta ue se formen dos capas luego me&cle
Reactiv o
Leche
*elatina
Imagen
Los resultados obtenidos con la aplicaci!n del procedimiento anteriormente mencionado se muestran a continuaci!n
Descripción Al iniciar la prueba se tomó el pH de la leche el cual fue de aproximadamente 6, una vez se agregó el HNO3 paso a tener un valor ms elevado entre !"# debido al color $ue tomo el papel indicador% &gualmente se formaron grumos al interior del tubo de ensa'o indicando $ue se hab(a )cortado) la leche% Al inicio de la prueba se registró un pH de + aproximadamente ' posteriormente bao hasta !% igualmente hubo un cambio en la tonalidad pasando de amarilla a una casi transparente
Reactiv o
$ E R T # E " ! R ! N I C A -lara de Z I L huevo A $ R E U R T A # N E S " E ! D : R 1 ! a l b N a T I C A Z I L A R U T A N S E D : 1 a l b Reactiv R a T o ! N I C A Z I Leche L A R U T A N S E D : % *elatina a l b a T
Imagen
Descripción
Al inicio de la prueba se observó un pH de aproximadamente . indicando $ue la sustancia era principalmente alcalina, pero despu/s de agregar el cido paso a aproximadamente !, se formó igualmente una coagulación en la parte superior donde hubo ma'or contacto con el HNO3
Imagen
Descripción 0espu/s de llevar la leche a un ba1o de agua caliente durante un periodo de !# minutos no se evidencio un cambio en la estructura del l($uido por lo $ue se considera $ue no hubo desnaturalización de la prote(na%
2e evidencio viscosidad del cambio en la pasando de un transparente%
un cambio en la uido as( como un tonalidad del l($uido color blancuzco a uno
0espu/s de haber llevado la clara de huevo a ba1o de mar(a se evidencio un cambio signi4cativo en el estado 4sico de la muestra pasando de l($uido a solido producto de la ccion del calor sobre la sustancia%
-lara de
R huevo L A C
Reacti vo
Leche
*elatin a
-lara de huevo
Imagen
Descripción La aplicación de los solventes orgnicos genero una desnaturalización de la prote(na ' en consecuencia la creación de una bicapa en ambos casos% -on etanol 5derecha se observó una efervescencia en el momento de contacto pero posteriormente se conforman tres capas una superior ms transparente, una media con restos de leche ' una inferior ms densa% -on la acetona 5iz$uierda no se genera efervescencia pero tambi/n aparece la bicapa% 7l efecto logrado en la gelatina es mu' similar% 7n ambos casos se produce un precipitado gelatinoso producido por la cristalización de la gelatina en el fondo del tubo de ensa'o siendo ms claro en el etanol 5derecha $ue en la cetona 5iz$uierda% 7n el caso de la albumina se pudo observar como el etanol logro una desnaturalización ' coagulación de la clara de huevo mientras $ue la acetona la solubilizo%
Reacti
S vo Imagen C I N A ( R S E T N E ' L S E D N I C A T I ! I C E R S ! R C I N ! A N ( R I C A S Z E I T L N A E R ' U L T A S N E S E D D N : & I C a l A b T I a T ! I C E R ! R DE RESULTADOS ANALISIS ! La N desnaturali&aci!n provocada por medio de cambios en el p' en las proteínas se I C presenta A debido a ue las moléculas Z I involucradas aduieren cargas lo cual L A repulsi!n " esto les ace difícil genera R U su estructura tal " como sucedi! mantener T con Alas tres sustancias observadas N evidenciándose un cambio más fuerte en la S E D : & a l b a T
Descripción
lece " la clara de uevo. La alteraci!n de la carga superficial de las proteínas elimina las interacciones electrostáticas ue estabili&an su estructura terciaria " a veces puede generar precipitaci!n. La solubilidad de la proteína se vuelve mínima en su punto isoeléctrico, "a ue su carga neta es cero " desaparece cualuier fuer&a de repulsi!n electrostática ue pudiese dificultar la formaci!n de agregados lo cual facilita la
coagulaci!n de las proteínas por los cambios en el p'. 1l agregar el '$
La desnaturali&aci!n por calor observada en la prueba se evidencio con ma"or fuer&a en la clara de uevo. %sto sucede debido a interacciones débiles en enlaces idrogeno lo cual produce un cambio abrupto por la pérdida de la proteína lo cual genera desestabili&aci!n del resto. %l incremento de la temperatura aumenta la energía cinética en las moléculas con lo ue se desorgani&a la envoltura acuosa presente en las proteínas " se desnaturali&an. /gualmente el aumento en la temperatura genera ue el interior idrof!bico interaccione con el medio acuoso produciendo agregaci!n " precipitaci!n de la proteína afectada. ara el caso de la agregaci!n de disolventes menos polares ue el agua como el etanol o la acetona generan disminuci!n de la polaridad lo cual crea una disminuci!n del grado de idrataci!n de los grupos i!nicos superficiales de la molécula de proteína lo cual causa agregaci!n " finalmente precipitaci!n así como se logr! evidenciar en los resultados obtenidos. Los disolventes orgánicos interactúan con el interior idrof!bico de las proteínas desorgani&ando su estructura terciaria modificando la constante dieléctrica del medio de idrataci!n de las proteínas provocando su desnaturali&aci!n " finalmente precipitaci!n.
CONCLUSION
-odos los niveles estructurales de las proteínas dependen de un conjunto de interacciones uímicas las cuales le brindan euilibrio. La conformaci!n de la proteína nativa puede llegar a verse afectada por cambios en el medio inducidos por el p', el calor o solventes orgánicos los cuales inducen a una pérdida de la estructura tridimensional suficiente para ocasionar el fen!meno de la desnaturali&aci!n ue se observ! en este laboratorio. *ica desnaturali&aci!n observada se ocasiono por la desorgani&aci!n de las estructuras superiores (terciarias, cuaternarias) ue dejaron la cadena polipeptica reducida fen!meno ue en términos generales genera precipitaci!n. %l estudio de estos cambios estructurales al interior de estas macromoléculas reviste una gran importancia ambiental por las alteraciones ue se generan en el medio producto de la contaminaci!n atmosférica, de aguas e incremento de la temperatura global lo cual genera cambios en seres vivos a consecuencia de los efectos nocivos las sustancias ue son liberadas al ambiente.
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