Aminoacidos y Proteinas

AMINOÁCIDOS Y PROTEÍNAS Diego Fernando Rodríguez Sánchez Stivens Félix Polo Estacio Daniela chamorro Facultad de ciencias naturales y exactas, Departamento de Química Universidad del valle 4 de Noviembre del 2013 RESUMEN: en la pasada práctica se estudiaron diferentes reacciones de los aminoácidos y las proteínas, así como las condiciones de desnaturalización de estas últimas, entre las reacciones se encuentran: acides de aminoácidos, formación de complejos, Xantoproteica, biuret y la reacción de proteínas con formaldehido. El porcentaje de rendimiento para la reacción de formación de complejo entre el ion cobre y la glicina fue de 35.74%. Datos cálculos y resultados Los datos experimentales y teóricos obtenidos en la práctica se encuentran tabulados en la tabla 1, 2 y 3. Tabla 1. Datos experimentales y teóricos obtenidos en la formación de una sal compleja de ácido aminoacético y acide de los aminoácidos. Datos Glicina + fenolftaleína transparent e Peso glicina 0.2703 g Peso oxido de cobre 1.0171 g pulverizado Peso del complejo obtenido 0.1478 g Peso teórico del complejo 0.4135 g % Rendimiento de la reacción 35.74% El cálculo del porcentaje de rendimiento se encuentra en la sección de anexos. Tabla 2. Datos experimentales de las diferentes reacciones con la solución de la albumina. Compuesto o Observación Reacción Calor Formación de coagulo a los 72°C HCl (37%) Formación de coagulo HNO3 (70%) Formación de coagulo Etanol Enturbiamiento NaOH (50%) Sin cambios Xantoproteica Naranja oscura

Análisis La relación entre la estructura y la función alcanza su máxima expresión en la química de los aminoácidos, los péptidos y proteínas1. Los aminoácidos son ácidos carboxílicos que contienen una función amida1, naturalmente se pueden obtener por la hidrolisis de proteínas obteniendo

α -aminoacidos

tipo

L

sin

mezclas racémicas2. Hay

20

tipos

de

α -aminoácidos

denominados aminoácidos estándar, que prácticamente se encuentran en todas las proteínas, los aminoácidos estándar difieren unos de otros en la estructura de las cadenas laterales R enlazadas a los átomos de carbono

α

3

, figura 1, este grupo R determina que

cada aminoácido sea química y biológicamente diferente, dándoles a los aminoácido variaciones en tamaño, polaridad, carga y reactividad química2.

Figura 1.Estructura general de un

α -

aminoácido.

ácidos que los ácidos carboxílicos pKa=10 y menos básicos que las aminas pKb=12, de echo la parte acida de los aminoácidos es el grupo NH3 y no el grupo COOH, y la parte básica es el COO- y no el NH3, debido a esto los aminoácidos son anfóteros y presentan propiedades acido básicas dependiendo del pH, figura 3, a pH bajos la parte COO -, puede protonarce y a pH bajos el NH3+ puede perder su protón.

Debido a esto los aminoácidos se pueden dividir en grupos de acuerdo a las propiedades que les confiere el grupo R2. Grupo I, Hidrofóbicos: aminoácidos con cadenas laterales R no polares, todos los aminoácidos de este grupo tienen grupos alifáticos o aromáticos y por tanto son hidrofobicos2. Grupo II, polares sin carga: compuesto por los aminoácidos con cadenas laterales polares sin carga en el pH fisiológico2. Grupo III, ácidos: aminoácidos con cadenas laterales acidas2. Grupo IV, básicos: aminoácidos con cadenas laterales básicas2. A pesar de que generalmente la estructura de los aminoácidos se escriben como un grupo carboxílico (-COOH) y un grupo amino (-NH 2), su estructura real es iónica y depende del pH; En el pH fisiológico, el grupo carboxílico pierde un protón dando lugar a un ion carboxílato, y el grupo amino se protona y da lugar a un ion amonio. A esta estructura se le denomina ion dipolar o zwitterión2, figura 2.

Figura 3. Comportamiento general de un aminoácido en función del pH. Acidez de los aminoácidos: En un tubo de ensayo se tomaron 0.1 ml de una solución al 2% de ácido amino acético (glicina) y se adiciono unas gotas de fenolftaleína, observándose un pequeño enturbiamiento de la solución, pero sin cambio de color lo cual mostro que la solución no se encontraba a pH básicos o por lo menos superiores a 8.2 4, como se esperaba, ya que la glicina es un aminoácido polar sin carga, el cual tiene un hidrogeno como grupo R, figura 4, este hidrogeno le confiere solubilidad a la glicina pero es incapaz de darle propiedades acidas o básicas.

Figura 4. Glicina.

Figura 2. Zwitterión. La combinación ácido carboxílico-amino, provoca que los aminoácidos sean menos

Formación de una sal compleja de ácido aminoacético. En un tubo de ensayo se colocaron 0.2703 g de glicina que fueron disueltos en 5ml de agua, luego se adiciono 1.0171g de óxido de cobre (II) pulverizado. La solución obtenida se hirvió durante varios minutos observándose la formación de un precipitado, posteriormente se filtró al vacío, removiendo el exceso de cobre

(II). El filtrado se vertió en una capsula de porcelana y se evaporo en baño maría hasta la aparición de unos cristales azul intensos los cuales fueron posteriormente pesados. La primer parte de la reacción es la formación parcial del complejo Cu(H2O)42+, el cual se forma a partir del calentamiento de la solución ya que el óxido de cobre es una sal básica insoluble en soluciones neutras5. Ecuaciones 1 y 2.

−¿ Ec . 1 ¿ CuO(S) + H 2 O ⇌C u+2 (acu) +2O H +2

+2

C u(acu) +4 H 2 O ⇌ Cu( H 2 O)4 Ec .2 El complejo de cobre hidratado es rápidamente desplazado por la glicina que actúa como un ligando bidentado uniéndose al cobre por medio del oxígeno del grupo carboxilo y el nitrógeno del grupo amino, formando un complejo de Cu(NH2CH2COO)2 neutro6, figura 5.

Figura 5. Formación del complejo bis(glicinato) de cobre (II) El empleo de CuO permite que la solución se torne ligeramente básica favoreciendo la formación del complejo al permitir una mayor desprotonacion del grupo amino del Zwitterión de la glicina. Después de esto la solución se llevó a sequedad hasta la formación de los cristales, en este punto se espera la formación de bis(glicinato) de cobre(II) monohidratado, el cual pierde su agua de hidratación entre 145 y 181°C para el isómero cis7. El porcentaje de rendimiento para la reacción fue de 35.74%. Coagulación de la albúmina.

En 5 tubos de ensayo se adicionaron 1ml de una solución de clara de huevo, con cada tubo se llevó un experimento diferente con el fin de determinar las condiciones de desnaturalización de la proteína contenida en la clara del huevo Tubo 1: Al primer tubo se calentó poco a poco hasta la coagulación de la proteína, la temperatura de desnaturalización por calor obtenida fue de 72°C, este tipo de desnaturalización es irreversible y se debe a el suministro de energía provoca que los átomos vibren más rápidamente, debilitando y posteriormente rompiendo los enlaces de hidrogeno, los cuales son responsables del mantenimiento de la estructura segundaria, terciaria y cuaternaria, de esta forma el suministro de calor provoca la desnaturalización de la proteína y en este caso especial para las proteínas en la clara de huevo2. Tubo 2: se adicionaron 4ml de una solución de etanol observándose un enturbiamiento de la solución, mas no la formación de cuagulo principal, el metanol es un agente desnaturalizante debido a que este como otros solventes orgánicos pueden formar puentes de hidrogeno con algunas regiones de la proteína, de tal manera que pueden romper los enlaces de hidrogeno existentes dentro de las estructuras segundarias y terciarias de las proteínas2. Tubo 3 y 4: se adicionaron respectivamente unas gotas de ácido clorhídrico y ácido nítrico, observándose la formación de una doble fase, en la cual la parte superior se formó un coágulo, blanco para el ácido clorhídrico y amarillo para el ácido nítrico, la fase inferior correspondió a una solución transparente. Los ácidos y bases fuertes provocan la ionización de las proteínas y repulsión electrostática intermolecular este cambio en la naturaleza de los grupos R también provoca eliminación de puentes salinos2, produciendo la desnaturalización de la proteína.

Tubo 5: se adicionaron unas gotas de hidróxido de sodio al 50%, sin la formación de ningún coágulo.

compuestos coloreados de color amarillo, los cuales intensifican su color en medio básico, el mecanismo general para la reacción se muestra en la figura 6.

En este experimento no se observó la desnaturalización de la proteína, aunque como se mencionó en el apartado anterior se esperaba que el uso de una base fuerte la provocara, una posible razón es que la albumina sea soluble en medio básico aun después de ser desnaturalizada, o que posea grupos R exteriores resistentes al aumento del pH. Precipitación de proteínas con metales pesados: esta parte de la práctica no se llevó a cabo, pero consistía en adicionar a tres tubos de ensayos con una solución de clara de huevo, una solución de sulfato de cobre, sulfato de mercurio y sulfato de plomo respectivamente, de una forma pausada mediante goteo. De haberse llevado a cabo estas reacciones se hubiera observado la desnaturalización debido a que los cationes como el Ag+, Hg+2, Pb+2 son atraídos a los grupos carboxílicos de la proteína y además pueden unirse covalentemente a los átomos de azufre del grupo tiol (-SH), eliminando de esta manera puentes salinos y enlaces disulfuro desnaturalizando de esta manera a la proteína, la ovalalbumina la proteína más abundante en la clara del huevo siendo rica en cisteínas y grupos sulfhidrilos lo cual permite que sea usada como primer tratamiento por el envenenamiento por metales pesados. Reacción Xantoproteica: se calentó 1.0ml de una solución de clara de huevo con 0.6 ml de ácido nítrico concentrado, observándose la formación del coagulo amarillo visto anteriormente, después de esto se basifico con hidróxido de sodio, con lo cual, la solución obtuvo una coloración naranja intensa y el coagulo se disolvió moderadamente.

Figura 6. Reacción Xantoproteica. La intensificación del color puede deberse a que en medio básico el grupo hidroxilo de la tiroxina pierde su hidrogeno, lo cual permitiría que el par electrónico libre del oxígeno pueda deslocalizarce en el anillo benzoico. Conclusiones La glicina es capaz de formar complejos con el Cu+2. Se sintetizo acido 5-nitrosalicilico por medio de una reacción de adición electrofílica. El porcentaje de rendimiento de la reacción fue de 43.17%. Las proteína oval albumina experimentan desnaturalización en medio ácido y bajo calentamiento por encima de los 72°C. Preguntas

La reacción Xantoproteica consiste en la nitración de los aminoácidos con anillos benzeicos activados en la sustitución electrofilica aromática SEA, tales como la tyrosina y el triptófano. La nitración produce

1. ¿En qué consiste la prueba de millón? ¿Cuáles proteínas dan positiva la prueba? ¿Cuál es la reacción química fundamental?

Esta reacción denominada también de Hoffman, es específica para determinar tirosina. De hecho lo que se determina son los grupos hidroxifenilos que puedan nitrarse fácilmente. El reactivo es una solución de nitrato mercúrico con ácido nítrico. El color rosa-rojo que se forma al reaccionar la tirosina con el reactivo, se cree que se debe a un complejo mercúrico con los derivados del nitrofenolb, el posible mecanismo de reacción se muestra en la figura 7.

Figura 7. Prueba de millón. 2. ¿Porque el ácido nítrico colorea la piel de amarillo? ¿Qué sucede en esta reacción? El ácido nítrico colorea la piel, debido a que este puede reaccionar con las proteínas de la piel como en la reacción Xantoproteica. 3 Describa el ensayo de la reacción coloreada del formaldehido para proteínas. 4. ¿Qué es una proteína globular? Las proteínas pueden clasificarse según su forma tridimensional, así estas pueden ser fibrosas o globulares2. Las proteínas globulares generalmente están enrolladas en forma compacta y casi esférica, suelen ser solubles en agua y tienden a moverse en el interior de la célula. La mayoría de las aproximadamente 2000 enzimas conocidas así como las hormonas proteínicas y de transporte, son globulares2. 5¿Qué es el punto isoeléctrico de una proteína? Es el pH al cual una solución con la proteína no sufre cambios al ser expuesta a un campo eléctrico, en otras palabras es el pH al cual las cargas negativas y positivas sobre la proteína se encuentran balanceadas2. 6 Escriba las fórmulas de los siguientes aminoácidos:

7 Como se determina la presencia de azufre en las proteínas. Reacción con acetato de plomo alcalino: Los aminoácidos azufrados como la metionina y la cistina se reconocen por la formación de precipitados de sulfuro de plomo de color gris oscuro o negro que se forman cuando reaccionan con acetato de plomo en medio alcalinoa.

8 Escriba las ecuaciones de las reacciones efectuadas durante el desarrollo de la práctica. Resuelta en la discusión. Bibliografía:

[ 1]

Carey F. A. “Química Orgánica” 6 ed,

McGraw-Hill, pp (1123-1172).

[ 2]

Restrepo J. Zuluaga F. “Fundamentos

estructurales de Bioquímica” 1 ed, Universidad del Valle, pp (61-126).

[ 3]

Wade L. G. “Quimica Organica” 5 ed,

Atkins J. “Principios de química los

caminos del descubrimiento” panamericana, pp (424).

Galarza

E.

Ochoa

R;

“Guías

de

laboratorio de Química Inorgánica”, Universidad del valle, guías 2013, pp (72-76).

[ 8]

Reacción Xantoproteica

Vista el 03/11/2013.

Prentice Hall, pp (726).

[4]

[ 7]

3

ed,

http://nuwanthikakumarasinghe.blogsp ot.in/2011/05/tests-for-proteins-2.html

[ b]

Rivera V, “Practicas de Bioquímica

Descriptiva” 1 ed, unisón, pp (167)

[ 5]

Sellwood J. Cane B. “Química Elemental

Básica 2”, 2 ed, Reverte, pp (244).

[ 6]

Skoog W, Holler C; “Química analítica” 7

ed, McGraw Hill, pp (292).

[ a]

Guiraldo

A.

G.

Chamorro

N.

L,

“Laboratorio de Bioquímica una visión practica” 1 ed, Universidad de Antioquia, pp (97)

Anexos Calculo del porcentaje de rendimiento de la nitración del ácido salicílico. Peso teórico:

0.2703 g glicina x

1mol glicina 1 mol Cu ( gly )2 . H 2 O 229.686 g Cu ( gly )2 . H 2 O x x 75.07 g glicina 2mol glicina 1mol Cu ( gly )2 . H 2 O

¿ 0.4135 g C u ( gly )2 . H 2 O El porcentaje de rendimiento está dado por la siguiente ecuación:

%Rendimiento=

%R=

peso obtenido x 100 Ec . 3 peso teorico

0.1478 g x 100=35.74 0.4135 g