BIOLOGÍA CONTEMPORANEA BIOQUIMICA: BIOMOLÉCULAS MC. AUSTREBERTHA ROJAS MINGUER APERTURA BIOMOLÉCULAS ACTIVIDAD 1 Resuelve el siguiente cuestionario de diagnóstico: 1) ¿Qué entiendes por biomoléculas? 2) ¿Para qué nos sirven? 3) ¿Qué función hacen las proteínas en nuestro cuerpo? 4) Y las vitaminas ¿Qué función tienen? 5) ¿Qué es un glúcido? 6) ¿Qué es colesterol? 7) ¿Qué es un triglicérido? 8) Que sucede cuando alguno de estos (azúcar, colesterol y triglicérido) se elevan en el cuerpo humano 9) ¿Las hormonas que regulan en nuestro cuerpo? 10) El ADN y el ARN ¿Qué tipo de biomoléculas son? ACTIVIDAD 2: Instrucciones: lee con atención el siguiente texto: MACROMOLECULAS Glúcidos: Los glúcidos son biomoléculas formadas básicamente por carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O). Los átomos de carbono están unidos a grupos alcohólicos (OH), llamados también radicales hidroxilo y a radicales hidrógeno (-H). Monosacáridos: Los monosacáridos son glúcidos sencillos, constituidos sólo por una cadena. Se nombran añadiendo la terminación -osa al número de carbonos. Por ejemplo, en el dibujo están representados una triosa, una tetrosa, una pentosa y una hexosa. 1. Las triosas, son abundantes en el interior de la célula, ya que son metabolitos intermediarios de la degradación de la glucosa. 2. Las pentosas, son glúcidos de 5 carbonos y entre ellos se encuentran: Ribosa y Desoxirribosa , que forman parte de los ácidos nucleicos y la ribulosa que desempeña un importante papel en la fotosíntesis, debido a que a ella se fija el CO2 atmosférico y de esta manera se incorpora el carbono al ciclo de la materia viva. Disacáridos: Están formados por la unión de dos monosacáridos, que se realiza de dos formas: ejemplo. La lactosa y maltosa. Polisacáridos: Están formados por la unión de muchos monosacáridos (puede variar entre 11 y varios miles), mediante enlace O-glucosídico, similar al visto en disacáridos, con pérdida de una molécula de agua por cada enlace. Tienen pesos moleculares muy elevados, no poseen poder reductor y pueden desempeñar funciones de reserva energética o función estructural. Los polisacáridos que tienen función de reserva energética algunos ejemplos son el Almidón, que es el polisacárido de reserva propio de los vegetales, otro ejemplo es el glucógeno es el polisacárido propio de los animales. Se encuentra abundantemente en el hígado y en los músculos. Entre los polisacáridos estructurales, destaca la celulosa, que forma la pared celular de la célula vegetal. Esta pared constituye un estuche en el que queda encerrada la célula, que persiste tras la muerte de ésta (Vergara, 2002). Lípido: Son biomoléculas orgánicas formadas básicamente por carbono e hidrógeno y generalmente también oxígeno; pero en porcentajes mucho más bajos. Además pueden contener también fósforo, nitrógeno y azufre. Es un grupo de sustancias muy heterogéneas que sólo tienen en común estas dos características: 1. Son insolubles en agua 2. Son solubles en disolventes orgánicos, como éter, cloroformo, benceno, etc. Ácidos grasos. Los ácidos grasos son moléculas formadas por una larga cadena hidrocarbonada de tipo lineal, y con un número par de átomos de carbono. Lípidos simples. Son lípidos saponificables en cuya composición química sólo intervienen carbono, hidrógeno y oxígeno. Acilglicéridos. Son lípidos simples formados por la esterificación de una, dos o tres moléculas de ácidos grasos con una molécula de glicerina. Según el número de ácidos grasos, se distinguen tres tipos de estos lípidos: o Los monoglicéridos, que contienen una molécula de ácido graso o Los diglicéridos, con dos moléculas de ácidos grasos o Los triglicéridos, con tres moléculas de ácidos grasos Los acilglicéridos frente a bases dan lugar a reacciones de saponificación en la que se producen moléculas de jabón. Ceras. Las ceras son ésteres de ácidos grasos de cadena larga, con alcoholes también de cadena larga. En general son sólidas y totalmente insolubles en agua. Todas las funciones que realizan están relacionadas con su impermeabilidad al agua y con su consistencia firme. Así las plumas, el pelo, la piel, las hojas, frutos, están cubiertas de una capa cérea protectora. Una de las ceras más conocidas es la que segregan las abejas para confeccionar su panal. Lípidos complejos. Son lípidos saponificables en cuya estructura molecular además de carbono, hidrógeno y oxígeno, hay también nitrógeno, fósforo, azufre o un glúcido. Son las principales moléculas constitutivas de la doble capa lipídica de la membrana, por lo que también se llaman lípidos de membrana. Fosfolípidos. Se caracterizan por presentar un ácido ortofosfórico en su zona polar. Son las moléculas más abundantes de la membrana citoplasmática. Glucolípidos. Son lípidos complejos que se caracterizan por poseer un glúcido. Se encuentran formando parte de las bicapas lipídicas de las membranas de todas las células, especialmente de las neuronas. Se sitúan en la cara externa de la membrana celular, en donde realizan una función de relación celular, siendo receptores de moléculas externas que darán lugar a respuestas celulares Terpenos. Son moléculas lineales o cíclicas que cumplen funciones muy variadas, entre los que se pueden citar: • Esencias vegetales como el mentol, el geraniol, limoneno, alcanfor, eucaliptol, vainillina • Vitaminas, como la A, E, K • Pigmentos vegetales, como la carotina y la xantofila Esteroides. Los esteroides son lípidos que derivan del esterano. Comprenden dos grandes grupos de sustancias: 1. Esteroles: Como el colesterol y las vitaminas D 2. Hormonas esteroideas: Como las hormonas suprarrenales y las hormonas sexuales Colesterol. El colesterol forma parte estructural de las membranas a las que confiere estabilidad. Es la molécula base que sirve para la síntesis de casi todos los esteroides Hormonas sexuales. Entre las hormonas sexuales se encuentran la progesterona que prepara los órganos sexuales femeninos para la gestación y la testosterona responsable de los caracteres sexuales masculinos. Hormonas suprarrenales. Entre las hormonas suprarrenales se encuentra la cortisona, que actúa en el metabolismo de los glúcidos, regulando la síntesis de glucógeno. Prostaglandinas. Las prostaglandinas son lípidos cuya molécula básica está constituida por 20 átomos de carbono. Las funciones son diversas. Entre ellas destaca la producción de sustancias que regulan la coagulación de la sangre y cierre de las heridas; la aparición de la fiebre como defensa de las infecciones; la reducción de la secreción de jugos gástricos. Funcionan como hormonas locales. Funciones de los lípidos. Los lípidos desempeñan cuatro tipos de funciones: • Función de reserva. Son la principal reserva energética del organismo. Un gramo de grasa produce 9'4 kilocalorías en las reacciones metabólicas de oxidación, mientras que proteínas y glúcidos sólo producen 4'1 kilocaloría/gr. • Función estructural. Forman las bicapas lipídicas de las membranas. Recubren órganos y le dan consistencia, o protegen mecánicamente como el tejido adiposo de pies y manos. • Función biocatalizadora. En este papel los lípidos favorecen o facilitan las reacciones químicas que se producen en los seres vivos. Cumplen esta función las vitaminas lipídicas, las hormonas esteroideas y las prostaglandinas. • Función transportadora. El trasporte de lípidos desde el intestino hasta su lugar de destino se realiza mediante su emulsión gracias a los ácidos biliares y a los proteolípidos. Reacción de saponificación Saponificación. Es una reacción típica de los ácidos grasos, en la cual reaccionan con álcalis y dan lugar a una sal de ácido graso, que se denomina jabón. Las moléculas de jabón presentan simultáneamente una zona lipófila o hifrófoba, que rehuye el contacto con el agua, y una zona hidrófila o polar, que se orienta hacia ella, lo que se denomina comportamiento anfipático. Reacción de esterificación • Esterificación. Un ácido graso se une a un alcohol mediante un enlace covalente, formando un éster y liberándose una molécula de agua. Proteína. Son biomoléculas formadas básicamente por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Pueden además contener azufre y en algunos tipos de proteínas, fósforo, hierro, magnesio y cobre entre otros elementos. Pueden considerarse polímeros de unas pequeñas moléculas que reciben el nombre de aminoácidos y serían por tanto las monómeras unidades. Los aminoácidos están unidos mediante enlaces peptídicos. Aminoácidos. Se caracterizan por poseer un grupo carboxilo (-COOH) y un grupo amino (NH2). Las otras dos valencias del carbono se saturan con un átomo de H y con un grupo variable denominado radical R. 20 tipos de aminoácidos. Los 20 Aminoácidos. Todos ellos tienen una parte común en su molécula que consisten en un grupo amino (NH3) y un grupo ácido, (COOH) Enzima. Son catalizadores muy potentes y eficaces, químicamente son proteínas Como catalizadores, los enzimas actúan en pequeña cantidad y se recuperan indefinidamente. No llevan a cabo reacciones que sean energéticamente desfavorables, no modifican el sentido de los equilibrios químicos, sino que aceleran su consecución. ACTIVIDADES Contesta las siguientes preguntas: 1. ¿Que son y para qué sirven las macromoléculas? 2. ¿Que función tienen en los seres vivos? 3. ¿Qué pasa si alguna de ellas no se encuentra en el planeta tierra, crees que sería sustituida por otra? 3. ¿Para qué sirve un lípido, como funciona de cuantos carbonos se compone? investiga la estructura de los triglicéridos y dibújala? 4. A continuación se te presentan algunas situaciones describe los compuestos que intervienen en cada una y ¿cómo? Elabora un cuadro a) Hibernación de un oso b) Menopausia en la mujer. c) La enfermedad Diabetes. c) La desnutrición d) Elaboración de vinos e) Stress y depresión f) Osteoporosis g) Descomposición de la materia orgánica h) Fotosíntesis j) Andropausia 5. Analiza por equipo los pros y los Contras de que pasaría, si algunos de las biomoléculas se descompensaran de sus niveles normales: 6. Supongamos que te han asignado por parte del ISSSTE la elaboración de un cartel para recalcar la importancia que tienen estos elementos en la preservación de la salud. Elabóralo y preséntalo al grupo: 7. Formas parte de un grupo ecológico y debes elaborar un plan emergente para el cuidado de la Flora, utiliza los conocimientos aprendidos realízalo enfatizando el uso de las biomoléculas: 8. Elabora una síntesis sobre lo que leíste anteriormente ________________________________ PRÁCTICA NO. 2: BIOQUÍMICA. Biomoléculas. Reconocimiento de proteínas Objetivo: El alumno reconozca las biomoléculas presentes en los diferentes alimentos Fundamento: Las proteínas debido al gran tamaño de sus moléculas forman con el agua soluciones coloidales que pueden precipitar formándose coágulos al ser calentadas a temperaturas superiores a 70ºC o al ser tratadas con soluciones salinas, ácidos, alcohol, etc. Investigación previa: Investigar información sobre biomoléculas Materiales y reactivos Material Reactivos Tubos de ensayo • Gradilla • Mechero • Vasos de precipitados • Pipetas • Vasos de precipitados • Mechero, rejilla y trípode • Varilla de vidrio o espátula • Papel secamanos de laboratorio Matraz Erlenmeyer Solución de HCl concentrado • Alcohol etílico • Solución de CuSO4 al 1% • NaOH al 20% • Clara de huevo o leche • Solución de albúmina al1-2% • Leche descremada • Acético glacial • Carbonato cálcico en polvo • Etanol 95% • Etanol acuoso 25% • Carbón activo Desarrollo de la práctica 1. Coagulación de las Proteínas La coagulación de las proteínas es un proceso irreversible y se debe a su desnaturalización por los agentes indicados que al actuar sobre la proteína la desordenan por destrucción de sus estructuras secundaria y terciaria. Técnica: 1. Colocar en tres tubos de ensayo una pequeña cantidad de clara de huevo (puede diluirse en un poco de agua para obtener una mezcla espesa) o 2-3ml de leche. 2. Calentar uno de los tubos al baño María, añadir a otro 2-3ml de HCl concentrado y al tercero 2 o 3ml de alcohol etílico. 3. Observar los resultados 4. Anotar sus conclusiones 2. Reacciones coloreadas específicas (Biuret) Entre las reacciones coloreadas específicas de las proteínas, que sirven por tanto para su identificación, destaca la reacción del Biuret. Esta reacción la producen los péptidos y las proteínas, pero no los aminoácidos ya que se debe a la presencia del enlace peptídico CONH que se destruye al liberarse los aminoácidos. El reactivo del Biuret lleva sulfato de Cobre (II) y sosa, y el Cu, en un medio fuertemente alcalino, se coordina con los enlaces peptídicos formando un complejo de color violeta (Biuret) cuya intensidad de color depende de la concentración de proteínas. Técnica 1. Colocar en un tubo de ensayo 3ml de solución de albúmina al 1-2%. 2. Añadir 4-5 gotas de solución de CuSO4 al 1%. 3. Añadir 3ml de solución de NaOH al 20%. 4. Agitar para que se mezcle bien. 5. Observar los resultados. Preguntas: 1. ¿Cómo se manifiesta la desnaturalización de la clara de huevo? 2. ¿Cuál de los tres agentes utilizados tiene mayor poder de desnaturalización? 3. ¿Cómo podríamos saber que una sustancia desconocida es una proteína? 4. ¿Qué coloración da la reacción del Biuret? 5. ¿Una proteína coagulada podría dar la reacción del Biuret? 6. Si se realiza la reacción del Biuret sobre un aminoácido como la Glicina ¿es positiva o negativa? ¿Por qué? 1. Aislamiento de Caseína y Lactosa Técnica 1. Introducir 200 ml. de leche descremada en un vaso ancho de 600 ml. No se debe dejar la leche en reposo durante mucho tiempo antes de utilizarla, ya que la lactosa puede convertirse lentamente en ácido láctico, aunque se guarde en la nevera. 2. Calentar la leche hasta aproximadamente los 40° C y añadir gota a gota una disolución de ácido acético diluido (1 volumen de ácido acético glacial en 10 volúmenes de agua), con un cuentagotas. 3. Agitar continuamente la mezcla con una varilla de vidrio durante todo el proceso de adición. Continuar añadiendo ácido acético diluido hasta que no precipite más caseína. Debe evitarse un exceso de ácido porque puede hidrolizarse parte de la lactosa. Agitar la caseína hasta que se forma una gran masa amorfa. 4. Separar la caseína con ayuda de una varilla o espátula y colocarla en otro vaso. 5. Añadir, inmediatamente, 5 g de carbonato de calcio en polvo al primer vaso (que contiene el líquido del que se ha separado la caseína). 6. Agitar esta mezcla durante unos minutos y guardarla para utilizarla luego en la siguiente práctica. Debe utilizarse cuanto antes y durante el mismo período de trabajo. Esta mezcla contiene lactosa. 7. Filtrar la masa de caseína al vacío durante aproximadamente 15 minutos para separar todo el líquido que sea posible. 8. Presionar la caseína con una espátula durante la operación de filtrado. 9. Colocar el producto entre varias toallas de papel para ayudar a secar la caseína. Cambiar el producto por lo menos en tres o cuatro ocasiones, poniendo nuevas toallas de papel, hasta que la caseína esté completamente seca. Dejar que la caseína se seque completamente al aire durante uno o dos días y finalmente pesarla. 10. La densidad de la leche es de 1,03 g/ml. Calcular el porcentaje de caseína aislada. 2. Aislamiento de la Lactosa Técnica 1. Calentar la mezcla que se guardaba del experimento anterior a ebullición suave durante aproximadamente 10 minutos. Esto causará la precipitación casi completa de las albúminas (proteinas del suero). 2. Filtrar la mezcla caliente al vacío para separar las albúminas precipitadas y el carbonato de calcio que aún quede. 3. Concentrar el filtrado (transparente), en un vaso de boca ancha de 600 ml. con un mechero Bunsen, hasta aproximadamente 30 ml. Utilizar varias varillas para ayudar a conseguir una ebullición homogénea y evitar las salpicaduras que se producirían al ir aumentando el precipitado. También se puede formar espuma, si la mezcla entra en ebullición con demasiada fuerza. Esto puede controlarse soplando suavemente sobre la superficie de la disolución de lactosa. 4. Añadir 175 ml de etanol del 95% (lejos de cualquier llama) y 1 ó 2 g de carbón activo a la disolución caliente. 5. Después de haberlo mezclado todo bien, filtrar la solución caliente al vacío. El filtrado debe ser transparente. El filtrado puede enturbiarse debido a la cristalización rápida de la lactosa, después de la filtración al vacío. Si la turbidez aumenta con relativa rapidez al dejarla en reposo, debe evitarse otra filtración, pues se perdería producto. 6. Pasar la disolución a un matraz Erlenmeyer y dejarla reposar durante la noche o hasta que se inicie el siguiente período de trabajo. En algunos casos, se requieren varios días para que la cristalización haya finalizado. La lactosa cristaliza en la pared y en el fondo del matraz. 7. Desalojar los cristales y filtrarlos al vacío. 8. Lavar el producto con unos pocos mililitros de etanol acuoso frío al 25 %. La lactosa cristaliza con una molécula de agua, C12H22O11•H2O. 9. Pesar el producto cuando esté completamente seco. La densidad de la leche es de 1,03 g/ml. Con este valor, calcular el porcentaje de lactosa en la leche. Anota tus resultados y tus conclusiones de cada una de las técnicas que desarrollaste Preguntas: 1. ¿Por qué es importante la lactosa en el ser humano? 2. ¿Las deficiencias de lactosa que enfermedades pueden provocar? 3. Observa los resultados 4. ¿Qué es y para que se utiliza la caseína? 5. ¿qué significa desnaturalización? Anota tus conclusiones de cada una de las técnicas que desarrollaste y reporta la práctica de la siguiente manera: Portada (nombre y escudo de la institución, nombre la de asignatura, nombre del trabajo, nombre del maestro, nombre de los alumnos integrantes del equipo, ciudad y fecha) Índice Introducción Investigación (Marco teórico) Resultados Cuestionarios Conclusiones Bibliografía Anexos