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BIOLOGIA GENERAL GUIA DE LABORATORIO N°3 DETERMINACIÓN CUALITATIVA DE ALGUNOS COMPONENTES DEL PROTOPLASMA CÉLULAR

ELABORADO POR: GRUPO DE LABORATORIO N° KARINA CASTELLAR MARTINEZ YURANIS MACEA MEDINA MARIA ALEJANDRA RIVERO MORALES JAIR JAVIER SALCEDO ATENCIO

PRESENTADO A: BIO. JAVID MOISES DOVALE AGUAS DOCENTE DE BIOLOGIA

UNIVERSIDAD DE CARTAGENA FACULTAD DE CIENCIAS FARMACEUTICAS PROGRAMA DE QUIMICA FARMACEUTICA CARTAGENA DE INDIAS 14 DE OCTUBRE 2019

Biomoléculas: cadenas de vida Karina Castellar Martínez, Yuranis Macea Medina, María Rivero Morales, Jair Salcedo Atencio Universidad de Cartagena sede Zaragocilla, Cartagena de Indias, COLOMBIA. [email protected], [email protected] , [email protected] , [email protected].

RESUMEN El estudio de las biomoléculas en las prácticas de la biología general demuestra claramente la transformación de la materia en diferentes estados ya sea sólido, líquido o gaseoso, evidenciando así la presencia de carbohidratos, lípidos, proteínas, enzimas y ácidos nucleicos en algunas muestras naturales; usando reactivos químicos para su identificación. Además

Palabras claves Biomoleculas Carbohidratos Lípidos Proteínas Enzimas Ácidos Nucleicos Reactivos Químicos

OBJETIVO GENERAL ♦ Identificar en forma cualitativa la presencia de algunos componentes que se encuentran en el protoplasma celular. OBJETIVOS ESPECIFICOS ♦ Determinar mediante métodos cualitativos la presencia de carbohidratos, lípidos, proteínas, enzimas y ácidos nucleicos en muestras de materia viva. ♦ Reconocer la composición química de los reactivos que se utilizan en la identificación de los compuestos protoplasmáticos. ♦ Investigar las reacciones que se producen en la identificación de los compuestos protoplasmáticos.

INTRODUCCIÓN Las biomoléculas son compuestos de carbono con una variedad de grupos funcionales y se encuentran jerárquicamente organizados en las células. La versatilidad de los átomos de carbono para formar enlaces covalentes sencillos y dobles principalmente, es de gran significancia biológica porque a partir de ellos se establecen unidades monoméricas como los monosacáridos, aminoácidos y nucleótidos. La polimerización de estas unidades monoméricas primarias permite la aparición de un segundo nivel de complejidad al que pertenecen macromoléculas como los polisacáridos (almidón y glucógeno), proteínas (albúmina e histonas) y ácidos nucleicos (DNA y RNA). Las interacciones de macromoléculas a través de diferentes tipos de fuerzas

intermoleculares y mecanismos complejos de empaquetamiento, permiten la conformación de las diferentes organelas (membranas plasmáticas) y estructuras supramoleculares, como los cromosomas. Finalmente la interacción conjunta de las biomoléculas en sus diferentes niveles de organización permite la conservación de la estructura y funcionamiento de las células (Ver FiguraNo.5.1). En esta práctica se estudiarán los dos primeros niveles de complejidad estructural de algunas biomoléculas, para lo cuál el estudiante deberá consultar acerca de sus características y propiedades físico-químicas, de forma tal que pueda comprender los resultados de los ensayos que aquí se realicen.

MARCO TEORICO

BIOMOLECULAS Son compuestos de carbono con una variedad de grupos funcionales y se encuentran jerárquicamente organizados en las células. Las biomoléculas o moléculas biológicas son todas aquellas sustancias propias de los seres vivos, ya sea como producto de sus funciones biológicas o como constituyente de sus cuerpos, en un enorme y variado rango de tamaños, formas y funciones. Los seis conjuntos principales de biomoléculas son los carbohidratos, proteínas, lípidos, aminoácidos, vitaminas y ácidos nucleicos. El cuerpo de los seres vivos está conformado principalmente por combinaciones complejas de seis elementos primordiales, que son el carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S). Esto se debe a que dichos elementos permiten: 

 

la formación de enlaces covalentes (compartiendo electrones) sumamente estables, ya sean simples, dobles o triples; la formación de esqueletos tridimensionales de carbono; la construcción de múltiples grupos funcionales con características sumamente distintas y particulares.

Por esta razón, las biomoléculas suelen estar constituidas por este tipo de elementos químicos. Todas ellas comparten, además, una relación fundamental entre estructura y funciones, en la que interviene también el entorno en el que la biomolécula tiene lugar: por ejemplo, los lípidos poseen un costado hidrófobo, o sea, que repele el agua, por lo que suelen organizarse en presencia de ella de modo tal que los extremos hidrófilos (atraídos por el agua) queden en contacto con el entorno y los hidrófobos queden a su resguardo. Este tipo de funciones son clave para la comprensión del funcionamiento bioquímico de los organismos vivientes. Según su naturaleza química, las biomoléculas pueden clasificarse en orgánicas e inorgánicas. 

Biomoleculas inorgánicas: Existen biomoléculas comunes a los seres vivientes y a los cuerpos inertes, pero que sin embargo resultan indispensables para la existencia de la vida. Este tipo de moléculas no están basadas en el carbono, como ocurre con la química orgánica, sino que pueden presentar diversos tipos de elementos, atraídos entre sí por sus propiedades electromagnéticas.

Algunos ejemplos de biomoléculas inorgánicas son el agua, ciertos gases monoatómicos como el oxígeno (O2) o el hidrógeno (H2), o sales inorgánicas como los aniones y cationes. 

Biomoleculas orgánicas: Por otro lado, existen biomoléculas orgánicas, o sea, basadas en la química del carbono y que son producto de las reacciones químicas propias del cuerpo o del metabolismo de los seres vivientes. Su constitución atómica es semejante a la de ellos, aunque pueden presentar también elementos poco usuales, como los metales de transición: hierro (Fe), cobalto (Co) o níquel (Ni), llamándose entonces oligoelementos y siendo indispensables, aunque en cantidades moderadas, para la vida. Cualquier proteína, aminoácido, lípido, carbohidrato, ácido nucleico o vitamina es un buen ejemplo de este tipo de biomoléculas.

Las biomoléculas pueden tener muy diversas funciones, tales como:     

Funciones estructurales. Funciones de transporte. Funciones de catálisis. Funciones energéticas. Funciones genéticas.

MOSACARIDOS

Los monosacáridos son moléculas relativamente pequeñas que constituyen la base estructural de carbohidratos más complejos. Estos varían en términos de su estructura y de su configuración estereoquímica. Los monosacáridos son compuestos derivados de aldehídos o cetonas y contienen al menos tres átomos de carbono en su estructura. No pueden sufrir procesos de hidrólisis para descomponerse en unidades más simples. Pueden enlazarse con otros monosacáridos por medio de enlaces glicosídicos y formar una diversidad de compuestos, de gran importancia biológica y estructuralmente muy variados. El ejemplo más distinguido de un monosacárido, y también el más abundante en la naturaleza, es la dglucosa, formada por seis átomos de carbono. La glucosa es una fuente indispensable de energía y es el componente básico de ciertos polímeros, como el almidón y la celulosa.

By Alejandro Porto [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses /by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons AMINOACIDOS Los aminoácidos son monómeros que forman la base de las proteínas vitales para el funcionamiento adecuado de nuestro organismo.

Los aminoácidos están compuestos por un grupo amino (NH 2) que es un radical básico, y un grupo carboxilo (COOH) que es un grupo ácido. Las proteínas de los seres vivos están compuestas por la combinación de 20 aminoácidos importantes para el organismo. La unión de 2 aminoácidos se debe a un enlace peptídico entre el carbono del grupo carboxilo del primer aminoácido y el nitrógeno del grupo amino del segundo aminoácido. Esta unión libera una molécula de agua y forma lo que se denomina un péptido. Entre sus funciones, los aminoácidos ayudan a descomponer los alimentos, al crecimiento o a reparar tejidos corporales, y también pueden ser una fuente de energía. son también los encargados de permitir la contracción muscular o mantener el equilibrio de ácidos y bases en los organismos. Aparte, cada uno de los diferentes aminoácidos cuenta con una función independiente. Tipos De los cerca de 250 aminoácidos que existen, hay 20 aminoácidos, denominados proteinogénicos, que se consideran importantes y esenciales para el correcto funcionamiento del organismo y que se dividen de la siguiente forma: Esenciales Son aquellos que no produce el cuerpo y por lo tanto han de adquirirse a través de alimentos: histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptófano y valina.

No esenciales Son los aminoácidos que sí produce el cuerpo: alanina, asparagina, ácido aspártico y ácido glutámico.

https://s1.significados.com/foto/estruc tura-aminoacido-significados_bg.jpg Los aminoácidos están formados, de manera general, por un carbono, un grupo carboxilo (COOH), un grupo amino (NH 2), un hidrógeno y un grupo funcional denominado cadena lateral o grupo R. En este sentido, el grupo carboxilo se une al grupo amino por medio de un mismo carbono (átomo central), denominado carbono alfa. Este carbono se asocia a un hidrógeno y a un grupo R, que determinará el comportamiento químico del aminoácido. NUCLEOTIDO Un nucleótido es la pieza básica de los ácidos nucleicos. El ARN y el ADN son polímeros formados por largas cadenas de nucleótidos.

Un nucleótido está formado por una molécula de azúcar (ribosa en el ARN o desoxirribosa en el ADN) unido a un grupo fosfato y una base nitrogenada. Las bases utilizadas en el ADN son la adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T). En el ARN, la base uracilo (U) ocupa el lugar de la timina.

glicosidico con pérdida de una molécula de agua por cada enlace. El número de monosacáridos de cada molécula de polisacárido es variable, oscilando entre unos pocos cientos y varios miles, dando lugar a cadenas de gran longitud y pesos moleculares muy elevados. Se distinguen por dos grandes tipos de polisacáridos: 

 https://es-static.zdn.net/files/d31/ace37b48d1d291d7a 0640371f089a426.jpg

Homopolisacáridos: Formados por un solo tipo de monosacáridos, caso del almidón, glucógeno, célulosa, quitina y pectina. Heteropolisacáridos: Formados por mas d un tipo de monosacáridos, como la hemicelulosa, gomas y mucopolisacáridos.

https://www.genome.gov/sites/default/ files/tg/es/illustration/Nucleo__tido.jpg POLISACARIDOS Los polisacáridos son glúcidos formados por la unión de muchos monosacáridos mediante enlaces O-

https://arribasalud.com/wpcontent/uploads/2018/08/polisac %C3%A1ridos-665x285.jpg

MATERIALES: ♦ Tubos de ensayos ♦ Pipetas ♦ Goteros ♦ Gradillas para tubos de ensayos ♦ Mechero de alcohol ♦ Pinzas ♦ Reactivo de Benedict ♦ Solución de glucosa al 3% ♦ Fruta madura ♦ Macerado de pan ♦ Lugol ♦ Solución de clara de huevo ♦ Solución de gelatina sin sabor ♦ Suero fisiológico ♦ Hidróxido de sodio al 10% ♦ Sulfato de cobre al 0.5% ♦ Aceite vegetal ♦ Grasa animal ♦ Sudan III o IV ♦ Agua destilada ♦ Papel filtro ♦ Anhídrido acético ♦ Cloroformo ♦ Ácido Sulfúrico concentrado ♦ Solución reactivo de almidón al 0.1%

PROCEDIMIENTO: Determinación de carbohidratos: Monosacáridos: a. En un tubo de ensayo se vierten 5ml del reactivo de Benedict, y se calienta hasta ebullición. No debe cambiar de color. b. Se añade al mismo tubo de ensayo 1ml de una solución de glucosa y se calienta hasta ebullición. ¿Qué color aparece? Una turbidez verde indica de 0.1 a 0.3% de azúcar reductor, y un precipitado rojo naranja o rojo ladrillo, indica que la concentración de azúcar supera el 1.5%. c. Macere un pedacito de fruta madura y adiciónela a un tubo de ensayo que contiene 5 ml de reactivo de Benedict. Caliente hasta ebullición. ¿Nota algún cambio? Analice los resultados y saque conclusiones.

Polisacárido: a. Haga una suspensión acuosa de almidón y vierta en un tubo de ensayo 2 ml de ella. b. Agréguele a la anterior solución dos gotas de solución de lugol. ¿Qué cambio se experimenta? Anote los resultados. Caliente hasta ebullición esta solución por dos minutos, ¿Se experimenta algún cambio? Deje el tubo de ensayo en reposo hasta que se enfríe. ¿Qué sucede? c. Deposite dos gotas de lugol en una solución acuosa de un macerado de

pan, ¿Qué conclusiones.

sucede?

Saque

Proteínas: a. Diluya la clara de huevo en 50ml de suero fisiológico o en agua. b. A 1ml de la solución anterior se añaden dos gotas de sulfato de cobre al 0.5% y 1ml de hidróxido de sodio al 10%, ¿Se produce algún cambio? c. En un tubo de ensayo, coloque 2ml de solución de gelatina sin sabor, y proceda como en el caso anterior. Agregue dos gotas de sulfato de cobre y 1ml de hidróxido de sodio agite y anote los resultados.

Lípidos: a. Coloque en un tubo de ensayo 3ml de agua. Agregue una pizca del reactivo Sudan III agite y observe, anote los resultados. b. En el mismo tubo de ensayo adicione 1ml de aceite vegetal, agite nuevamente y deje en reposo por unos minutos. Luego observe y anote los resultados. c. En otro tubo de ensayo coloque 2ml de grasa animal y agregue una pizca de Sudan III.

Si la grasa está solidificada caliente un poco para derretirla. Agite y anote los resultados, comparándolos con los del tubo anterior. Saque conclusiones.

Enzimas: a. En un tubo de ensayo limpio y seco coloque un embudo pequeño con papel filtro. Enjuáguese la boca con suero fisiológico y descarte. b. Sí es necesario mastique un trocito de parafina (vela) y la saliva secretada viértala sobre el embudo, recogiendo la saliva filtrada en el tubo. c. Coloque, en una serie de 5 a 10 tubos de ensayo, dos gotas de lugol en cada uno. d. En otro tubo coloque 10mL de suspensión acuosa de almidón y añádale 1ml de saliva y agite. e. Cada 20 segundos pase 1mL de la mezcla almidón más saliva a cada uno de los tubos de la serie, hasta que no se produzca coloración. Observe la variación de los colores a lo largo de la serie. f. Caliente a ebullición otra muestra desaliva y repita todo el experimento.

DISCUSION DE RESULTADOS. Carbohidratos Observamos que, al evaporar el reactivo de benedict con 1ml de glucosa, tomó una coloración rojizanaranja. Esto quiere decir que ambos son azúcares reductores, y que el resultado fue positivo. El Cu 2+ se reduce a Cu+, convirtiéndose en óxido cuproso.

En cuanto a la identificación de los polisacáridos, Añadimos una solución acuosa de Almidón a un tubo de ensayo. Seguidamente se le añade lugol y toma una coloración azul-violeta, esto se debe a que el yodo modifica las propiedades físicas de esta molécula haciendo aparecer ese color. Seguidamente se calentó la solución y ésta volvió a su tono inicial (transparente). En este proceso ocurre la reacción de adición, esto hace que vuelva a su color inicial.

Proteínas En este procedimiento, el grupo amino de las proteínas reacciona con los iones del reactivo de Biuret y el reactivo cambia de azul a violeta. Observamos que la reacción de biuret fue positiva con la solución. Por este motivo tomó el color morado indicando la presencia de enlaces peptídicos.

Lípidos El reactivo de Sudán produce una reacción hidrofóbica donde los grupos no polares (los hidrocarbonos) se agrupan y son rodeados por moléculas del reactivo. Esta prueba tiñó los hidrocarbonos de color rojo.

Enzimas La saliva tiene una enzima que degrada el almidón, sin

embargo, la reacción fue lenta. Por lo tanto en el laboratorio se evidenció que poco a poco iba cambiando el aspecto físico.

RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS *¿Qué es un azúcar reductor? Los azúcares reductores son todos aquellos azúcares que tienen un grupo carbonilo completo. La glucosa es el azúcar reductor más abundante en el organismo. Se considera que los azúcares que dan resultados positivos en las reacciones de Benedict, Fehling o Toller son azúcares reductores. *Cite ejemplos de azucares reductores y no reductores 1. Azúcares reductores, como la glucosa, fructosa, lactosa y maltosa.

Imagen vía https://www.quimicaorganica.or g/foro/118-productosnaturales/356-loscarbohidratos-como-az %C3%BAcaresreductores.html ‘’Azúcares no reductores son aquellos que se unen por enlaces glucosídicos de tipo

Alfa o Beta; el grupo OH de una hexosa se combina con el grupo aldehído (CHO) de otra hexosa liberando una molécula de H2O, el licor de Feeling no tiene efecto sobre ellos lo cual lo determina como azúcar no reductor, por ejemplo la sacarosa, trehalosa’’ – Richard Ordoñez Quesada (Universidad Superior Politécnica del Litoral, 20/11/2013).

Imagen vía https://www.quimicaorganica.or g/foro/118-productosnaturales/356-loscarbohidratos-como-azúcaresreductores.html * ¿Cuáles son los componentes del reactivo de Benedict? El reactivo de Benedict está compuesto por Sulfato cúprico (compuesto químico del cobre, azulado soluble en agua), citrato de Sodio y carbonato anhidro de sodio y NaOH (alcaliniza el medio).

* ¿Que reacción se produce cuando se calienta el tubo de ensayo que contiene el reactivo de Benedict y glucosa? En cuestión de minutos se presenta un cambio de color en la mezcla debido a que se produce un agente reductor en la muestra. * ¿Cuál es la naturaleza del precipitado de color rojo ladrillo que se forma en la anterior reacción? En la reacción de Benedict, se puede reducir el Cu2+ que presenta un color azul, en un medio alcalino, el ión cúprico (otorgado por el sulfato cúprico) es capaz de reducirse por efecto del grupo aldehído del azúcar (CHO) a su forma de Cu +. Este nuevo ion se observa como un precipitado rojo ladrillo correspondiente al óxido cuproso (Cu 2O), que precipita de la solución alcalina con un color rojonaranja, a este precipitado se lo considera como la evidencia de que existe un azúcar reductor. * ¿Cuál es la composición química del lugol? El lugol o solución de Lugol es una disolución de yodo molecular I2 y yoduropotásico KI en agua destilada. Fue preparada por primera vez en 1829 y nombrada en honor al médico francés J.G.A. Lugol. Se utiliza esta disolución como indicador en la prueba del yodo, que sirve para identificar polisacáridos como los almidones, glucógeno y ciertas dextrinas, formando un complejo de inclusión termolábil que se caracteriza por presentar distintos colores según las ramificaciones que presente la molécula. El Lugol

no reacciona con azúcares simples como la glucosa o la fructosa. *A qué se debe la desaparición del color azul violáceo de la solución de almidón cuando se calienta hasta ebullición? La prueba de yodo se da como consecuencia de la formación de cadenas de poliyoduro a partir de la reacción entre el almidón y el yodo presente en el reactivo de lugol. La amilosa y la amilopectina son componentes del almidón pero la amilosa 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 violeta; mientras que la amilopectina es de estructura ramificada El azul indigo desaparece momentáneamente ya que al calentarse la solución el complejo de yodo con el almidón que se forma en frio se desnaturaliza. *¿Por qué aparece nuevamente el color cuando la anterior solución se enfría? El proceso de formación de complejo colorido es reversible, por lo que al enfriarse la solución, se vuelve a estabilizar y se observa como reaparece el color. * ¿En qué consiste la reacción del biuret? La reacción de Biuret es producida por los péptidos y proteínas, excluyendo los aminoácidos, debido a la presencia del enlace peptídico que se destruye al liberarse los aminoácidos.

* ¿En qué consiste la reacción xantoproteica? La reacción Xantoprotéica es un método que se puede utilizar para determinar la presencia de pro...