Macromoléculas - Universidad de Puerto Rico Humacao

UNIVERSIDAD DE PUERTO RICO- HUMACAO
DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA
BIOL 3013
Experiencia de Laboratorio: Macromoléculas: hidratos de carbono, lípidos y proteínas
Adaptado y traducido por la Dra. Melissa Colón Cesario, UPRH 2009 de:


“Exercise Six: Biologically Important Molecules”, Biology Laboratory Manual, Vodopich &
Moore, McGraw Hill, 2008.
“Laboratory #3: Chemical Composition of Cells”, Laboratory Manual Biology, Mader,
McGraw Hill, 2007.
Objetivos:
1.
2.
3.
4.
5.
Reconocer la importancia de los carbohidratos y lípidos
Utilizar pruebas bioquímicas para detectar la presencia de almidón y azúcares.
Reconocer los componentes de un lípido.
Utilizar la pruebas para detectar la presencia de lípidos.
Utilizar pruebas bioquímicas para detectar la presencia de proteínas en una solución.
Introducción a macromoléculas:
Todos los organismos se componen de la unidad básica de la materia conocida como el
átomo. Cuando los átomos se unen con otros átomos producen moléculas. Las moléculas
orgánicas están directamente asociadas con los organismos vivos, debido a que son los
bloques que componen la estructura celular. Las moléculas orgánicas grandes se forman
mediante la síntesis por deshidratación y se destruyen mediante el proceso de hidrólisis. Lo
que implica que para romper una macromolécula tenemos que romper una molécula de agua
(hidrólisis), mientras que al formar una macromolécula se produce una molécula de agua
(síntesis de deshidratación).
Disacárido
Monosacárido
Hidrólisis
Síntesis por
deshidratación
Agua
Monosacárido
Entre las diferentes clases de moléculas orgánicas que existen nos vamos a enfocar en
los hidratos de carbonos (monosacáridos, disacáridos, polisacáridos), los lípidos (grasas) y las
proteínas. Para detectar estas moléculas en diferentes soluciones vamos a utilizar agentes
bioquímicos que reaccionan solo cuando estas moléculas están presente.
Lípidos
monómero
Hidratos de Carbono
monosacáridos
ácido graso
macromolécula
Hidratos de Carbono: Los hidratos de
carbono son macromoléculas que se
componen de pequeñas moléculas
conocidas como monómeros. Estos
monómeros son azúcares simples
conocidas como monosacárido (Ej.
Glucosa). Otros carbohidratos tienen una
organización más compleja, como los
disacáridos y los polisacáridos. Los
disacáridos se componen de dos
unidades de azúcar como la maltosa.
Los polisacáridos se componen de
cadenas de glucosas como por ejemplo el
glucógeno, el almidón y la celulosa.
almidón
triglicérido
La glucosa es utilizada como fuente de energía en los organismos vivos. La energía se
libera cuando la glucosa se rompe formando dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O). Esta
energía liberada es la que utilizan los organismos para hacer trabajo. Nosotros los animales
almacenamos el azúcar en forma de glucógeno, mientras las plantas las almacenan en forma
de almidón.
Lípidos: Los lípidos son moléculas que son insolubles en agua y solubles en solventes como
alcohol y eter. Por lo general, los aceites y las grasas se componen de tres moléculas de
ácidos grasos unidos y una molécula de glicerol (triglicérido). Las grasas son la fuente de
almacenaje a largo plazo de energía en el cuerpo humano. Los lípidos incluyen a las grasas,
los aceites, los fosfolípidos, los esteroides y el colesterol.
Proteínas: Las proteínas son moléculas con estructuras versátiles que se encuentran en las
diferentes formas de vida. Los monómeros de las proteínas son conocidos como los amino
ácidos, los cuales están compuestos por un grupo amino (-NH2), un grupo carboxilo (-COOH) y
un grupo variable (R). El grupo R es quien da la propiedad distintiva de cada amino ácido. Al
igual que los hidratos de carbono y los lípidos los enlaces entre los amino ácidos es mediante
la síntesis por deshidratación. El enlace entre amino ácidos es conocido como un enlace
peptídico. Un enlace peptídico se forma entre el grupo amino (-NH2) de un amino ácido y el
grupo carboxílico (-COOH) del amino ácido adyacente. Las proteínas se caracterizan por tener
cuatro niveles de organización en su estructura: primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria.
La estructura primaria está relacionada con la secuencia de amino ácidos, mientras que la
secundaria está asociada con la formación de puente de hidrógeno entre amino ácidos que no
están adyacentes. La estructura terciaria está envuelta con la tridimensionalidad de la proteína.
Las proteínas son funcionales solo y cuando su estructura terciaria sea correcta. Algunas
proteínas adquieren la estructura cuaternaria, es decir se asocian con otras cadenas de
polipéptidos para ser funcionales (Ejemplo: la hemoglobina). Entre las funciones que tienen las
proteína
Estructura
Estructura
Estructura
Estructura
Terciaria
Primaria
Secundaria
Cuaternaria
s en la
Lámina β
célula se
HN
Terminal amino
encuentr
Amino ácidos
an:
generar
estructur
α hélice
a,
movimie
nto,
defensa, almacenaje, señales y catálisis.
+
3
Detectar la presencia de hidratos de carbohidratos, lípidos y proteínas
Para detectar la presencia de lípidos e hidratos de carbonos en las soluciones se
utilizan algunas sustancias químicas que reaccionan con el sustrato produciendo un cambio en
color. Si el cambio en color es observado, entonces la reacción es positiva e indica que la
molécula orgánica de interés está presente. Si no se observa cambio en color, entonces la
reacción es negativa e implica que la molécula orgánica de interés no está presente, solo está
presente el solvente. Para cada experimento recuerda incluir o identificar al grupo control
adecuado. El grupo control te permite observar las diferencias entre los resultados positivos y
negativos.
Prueba para detectar almidón:
Para detectar la presencia del almidón se utiliza una solución de iodo(I2KI). La solución
de iodo distingue al almidón de los monosacáridos, disacáridos y otros polisacáridos. La
solución de iodo (amarillo-marrón) reacciona químicamente con los espirales que se forman en
la molécula de almidón cambiando a un color azul-negro. Si los hidratos de carbono no están
en espiral, entonces la solución de iodo no reacciona (permanece amarillo-marrón).
Procedimiento:
Identifique 5 tubos de ensayos limpios.
1
2
3
4
5
Tabla 1: Prueba de almidón
Tubo
Contenido
1
1 mL agua
2
1 mL solución de
1% almidón
3
1 mL jugo de
cebolla
4
1 mL jugo de papa
5
1 mL solución de
glucosa
Color de la
Reacción
Conclusión
Tubo 1
1. Mezcla 1 mL de agua y 5 gotas de solución de iodo.
2. Anota el color de la solución en la Tabla 1.
Tubo 2
1. Agita la solución de almidón que se encuentra en la mesa central antes de obtener tus
muestras. Después de agitar la solución de almidón, mezcla 1 mL de la solución de 1%
almidón y 5 gotas de solución de iodo. Agita.
2. Anota el color de la solución en la Tabla 1.
Tubo 3
1. Mezcla 1 mL de jugo de cebolla (tritura pequeños pedazos de cebolla en un mortero y
añade agua) con 5 gotas de solución de iodo. Agita.
2. Anota el color de la solución en la Tabla 1.
3.
Tubo 4
1. Mezcla 1 mL de jugo de papa (jugo de papa: tritura pequeños pedazos de papa en un
mortero y añade agua) con 5 gotas de solución de iodo. Agita.
2. Anota el color de la solución en la Tabla 1.
Tubo 5
1. Mezcla 1 mL de solución de glucosa y 5 gotas de solución de iodo. Agita la mezcla.
2. Anota el color de la solución en la Tabla 1.
Preguntas:
De los resultados obtenidos, conteste las siguientes preguntas. Escriba su conclusión en la
Tabla 1.
1. ¿Cuál de las soluciones es el control positivo? Explique su contestación.
2. ¿Cuál es el control negativo? Explique su contestación.
3. ¿Cuál tiene un color más intenso el jugo de papa o el jugo de cebolla? ¿Por qué?
Prueba para detectar azúcares:
Muchos de los monosacáridos (glucosa y fructosa) son agentes reductores, porque en su
estructura molecular poseen grupos aldehídos (-CHO) o cetonas (-C=O) libres que reaccionan
Tabla 2: Algunas reaciones típicas del Reactivo Benedict
Químico
Categoria del Químico
Reacción Benedict después de Calentar
Agua
Inorgánico
Azul (no cambia)
Glucosa
Monosacárido (carbohidratos)
Varía con las concentraciones:
Bien bajo (verde); Bajo (amarillo); Moderado (amarilloanaranjado); Alto (anaranjado); Bien alto (anaranjado-rojo)
Maltosa
Disacáridos (carbohidrdatos)
Varía con las concentraciones – Ver “Glucosa”
Almidón
Polisacárido (carbohidrato)
Azul (no reacciona)
*Precaución: El reactivo Benedict es un agente altamente corrosivo. Si la piel tiene contacto con el reactivo lava el
área afectada con agua y jabón.
con agentes oxidantes débiles. Para detectar azúcares se utiliza el reactivo Benedict, el cual
contiene un agente oxidante débil (cobre) que reacciona con las azúcares. Las azúcares
reaccionan con el reactivo Benedict después de ser calentado en un baño de agua caliente,
generando un cambio de la solución de color azul a verde, amarillo, anaranjado o rojo (ver
Tabla 2).
Procedimiento Experimental:
Identifique 5 tubos de ensayos limpios.
1
2
3
4
5
Tabla 3: Prueba del Reactivo Benedict
Tubo
Contenido
1
1 mL agua
2
1 mL solución de
1% glucosa
3
1 mL jugo de
cebolla
4
1 mL jugo de papa
5
1 mL solución de
almidón
Color después
de calentar
Conclusión
Tubo 1
1. Mezcla 1 mL de agua y 7 gotas del Reactivo Benedict.
2. Calienta en un baño de agua caliente de 5 a 10 minutos. Anota el color de la solución
en la Tabla 3.
Tubo 2
1. Mezcla 1 mL de solución de glucosa con 7 gotas de Reactivo Benedict.
2. Calienta en un baño de agua caliente de 5 a 10 minutos. Anota el color de la solución
en la Tabla 3.
Tubo 3
1. Mezcla 1 mL de jugo de cebolla y 7 gotas del Reactivo Benedict.
2. Calienta en un baño de agua caliente de 5 a 10 minutos. Anota el color de la solución
en la Tabla 3.
Tubo 4
1. Mezcla 1 mL de jugo de papa con 7 gotas del Reactivo Benedict.
2. Calienta en un baño de agua caliente de 5 a 10 minutos. Anota el color de la solución
en la Tabla 3.
3.
Tubo 5
1. Mezcla 1 mL de solución de almidón y 7 gotas del Reactivo Benedict.
2. Calienta en un baño de agua caliente de 5 a 10 minutos. Anota el color de la solución
en la Tabla 3.
Preguntas:
De tus resultados, determina cuál de estas soluciones está compuesta por azúcares. ¿Cómo
llegas a esta conlusión? Escribe tu conclusión en la Tabla 3.
1. ¿Cuál de las soluciones es el control positivo? Explique su contestación.
2. ¿Cuál es el control negativo? Explique su contestación.
3. ¿Cuál tiene más azúcares, el jugo de papa o el jugo de cebolla? ¿Cómo llegas a esta
conclusión?
Compare los resultados de la Tabla 1 y la Tabla 3. En las células de las plantas la glucosa
frecuentemente se almacena en forma de almidón
i)
¿La glucosa se almacena en forma de almidón en la papa?
ii)
¿La glucosa se almacena en forma de almidón en la cebolla?
iii)
¿Cómo estos hallazgos explican los resultados de la Tabla 3?
Prueba detectar los Lípidos
Las pruebas para los lípidos están basadas en la habilidad de absorber pigmentos en
forma selectiva. El Nile Blue A es un colorante soluble en grasas que genera un cambio de
color en la solución de lípidos (de azul a violeta claro).
Procedimiento:
1. Identifique 4 tubos de ensayos limpios
1
2
3
4
Tabla 4: Prueba para lípidos
Tubos
Solución
1
1 mL de solución lípida + 270
µL de Nile Blue A
2
1 mL de solución A + 270 µL
de Nile Blue A
3
1 mL de solución B + 270 µL
de Nile Blue A
4
1 mL de agua + 270 µL de
Nile Blue A
Descripción de la reacción
2. Añade los materiales listados en la Tabla 4.
3. Añade 250 µL de la solución Nile Blue A a los tubos
4. Mezcla el contenido de cada tubo. Anota el color en la Tabla 4.
Preguntas:
1. ¿Cuál de los tubos es el control positivo para la prueba de lípidos?
2. ¿Qué tipo de moléculas orgánicas están presentes en la solución l desconocida A y B?
Explique su contestación.
3. Los lípidos proveen más del doble de calorías por gramo que los carbohidratos. Basado
en sus resultados, ¿cuál solución tiene más calorias, el desconocido A o B? Explique
su contestación.
Pruebas para detectar proteínas
El reactivo de Biuret es utilizado para detectar proteínas o péptidos debido a que es una
solución que detecta los enlaces peptídicos. El reactivo de Biuret (azul) contiene una solución
fuerte de hidróxido de sodio o potasio (NaOH o KOH) y pequeñas cantidades de solución de
sulfato de cobre (CuSO4). Es el cobre (Cu+2) del reactivo de Biuret quien identifica los enlaces
peptídicos de las proteínas produciendo un color violeta en la solución.
Tabla 5: Pruebas para detectar proteínas
Reactivo de Biuret (azul)
Proteínas
Péptidos
Violeta
Violeta-Rosa
* Precaución: El reactivo de Biuret es un corrosivo. Tenga cuidado al utilizar este
reactivo durante el experimento. Si tiene algún contacto en su piel, lave el área con
jabón y agua. Siga las instrucciones del instructor para descartar la solución.
Procedimiento:
1. Identifica cuatro tubos de ensayo con los nombres listado en la Tabla 6. Añade a cada
tubo el volumen determinado.
2. Añade a cada tubo 5 gotas del reactivo de Biuret. Mezcla la solución.
3. Anota los colores en la Tabla 6.
1
2
3
4
Tabla 6: Resultados de la prueba de Biuret
Tubo
Solución
1
2 mL de agua
2
2 mL de albúmina
3
2 mL de pepsina
4
2 mL de almidón
Color
Preguntas:
1. ¿Cuál de las soluciones es el control positivo? Explique su contestación.
2. ¿Cuál es el control negativo? Explique su contestación.
3. ¿Cuál solución contiene más proteínas la albúmina o el almidón? Explique su
contestación.
4. Los amino ácidos libres tienen enlaces peptídicos?
Prueba detectar los Lípidos
Las pruebas para los lípidos están basadas en la habilidad de absorber pigmentos en forma
selectiva. El Sudan IV es un colorante soluble en grasas que genera un cambio de color en la
solución de lípidos (de azul a rojo-anaranjado).
1
2
3
4
Tabla 4: Prueba para lípidos
Tub
os
Solución
1
1 mL de solución lípida + Sudan IV
2
1 mL de miel + Sudan IV
3
1 mL de agua destilada + Sudan IV
4
1 mL de solución lípida + agua
Descripción de la reacción
Procedimiento:
1.
2.
3.
4.
Identifique 4 tubos de ensayos limpios
Añade los materiales listados en la Tabla 4.
Añade 5 gotas de la solución Sudan IV a los tubos
Mezcla el contenido de cada tubo. Anota el color en la Tabla 4.
Preguntas:
1. ¿Cuál observación indica una prueba positiva para los lípidos?
2. ¿La solución lípida es soluble en agua?
3. ¿La miel contiene muchos lípidos?
4. Los lípidos proveen más del doble de calorías por gramo que los carbohidratos. Basado
en sus resultados, ¿cuál solución tiene más calorias, la solución de aceite o la miel?
Referencias:
Audesirk T, Audesirk, G & Byers B.E. Capítulo 4: Moléculas biológicas. Biología: La vida
en la Tierra. (8va ed.). Pearson Prentice Hall.
Campbell, Reece, Urry, Cain, Wasserman, Minorsky & Jackson. (2008) Chapter 4: Carbon
and Molecular Diversity. Biology. 8va Ed. Pearson Benjamin Cummings, USA.
Raven, Johnson, Losos, Mason & Singer. (2008) Biology. 8va Ed. McGraw Hill, USA
Primera Clase Graduada de Microbiología en el 1990: