1.9: Detección de biomoléculas

Objetivos de aprendizaje

Metas:

• Emplear indicadores para descubrir las características de una solución.
• Utilizar indicadores para determinar el contenido de una solución desconocida.
• Emplear controles positivos y negativos para validar una prueba.

Resultados de aprendizaje de los estudiantes:

Al finalizar este laboratorio, los estudiantes serán capaces de:

• Describir las propiedades de algunas biomoléculas importantes.
• Explicar características importantes de proteínas e hidratos de carbono.
• Realizar pruebas para detectar la presencia de carbohidratos y proteínas.
• Explicar la importancia de un control en las pruebas bioquímicas.
• Utilizar una prueba bioquímica para identificar la presencia de una molécula en una solución desconocida.

INTRODUCCIÓN

Las macromoléculas de la vida: proteínas, carbohidratos y lípidos

Las células de los organismos vivos están compuestas por moléculas grandes (macromoléculas) a veces también denominadas moléculas orgánicas debido a la presencia del elemento carbono. Muchas de las moléculas orgánicas que se encuentran en los organismos vivos son carbohidratos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos. Cada una de estas macromoléculas está compuesta por subunidades más pequeñas. Las diferentes moléculas tienen diferentes propiedades químicas. Por ejemplo, los monosacáridos como la glucosa reaccionarán con un agente químico llamado solución de Benedict pero los disacáridos, como la sacarosa, y los polisacáridos, como el almidón, no lo harán. De igual manera, las proteínas reaccionarán con una mezcla de hidróxido de potasio y sulfato de cobre pero los aminoácidos libres, carbohidratos y lípidos no lo harán.

Hoy, nos centraremos en tres de estos tipos moleculares: lípidos, proteínas e hidratos de carbono. Trabajarás con ácidos nucleicos en otro laboratorio. Es posible que desee revisar las propiedades de las biomoléculas de la vida.

Figura 1: Las estructuras moleculares y macro de sacarosa, almidón, lípidos y proteínas.

Tipo Molecular	Estructura Molecular	Estructura Macro
Sacarosa		Fuente común: Azúcar de mesa
Almidón		Fuente común: Arroz
Lípidos		Fuente común: Aceites de cocina
Proteínas		Fuentes comunes: receptores celulares, huevo, pelo, plumas

Parte I: Experimentos controlados para identificar compuestos orgánicos

Los indicadores son sustancias químicas que cambian de color cuando cambian las condiciones químicas, como el pH, o cuando se produce una reacción química produciendo una molécula coloreada. Existen muchos procedimientos bioquímicos que se pueden utilizar para detectar la presencia de moléculas importantes. En este ejercicio, probarás diversas soluciones con el fin de detectar la presencia de estas moléculas. Emplearemos controles a medida que probemos las soluciones. Los controles proporcionan resultados para comparar con la solución que se está probando. Los controles deben dar resultados predecibles. Al comparar el resultado de la solución de prueba con los controles, puede determinar el resultado de la solución de prueba.

Un control positivo contiene la variable para la que está probando. Cuando se prueba el control positivo, reacciona de manera esperada. Si, por ejemplo, estás probando un tipo de carbohidrato en soluciones desconocidas, entonces un control positivo apropiado es una solución que se sabe que contiene ese tipo de carbohidrato. La reacción resultante, cuando se realiza correctamente, demostrará que los reactivos funcionan como se esperaba y muestra cómo debería ser el resultado si la solución de prueba es positiva. Si el control positivo no reacciona como se esperaba, su prueba no es válida. Quizás sus reactivos de prueba no estén funcionando correctamente.

Un control negativo no contiene la variable para la que estás probando. A menudo un control negativo contiene solo agua. No reaccionará con los reactivos indicadores. Al igual que el control positivo, la solución de control negativo te muestra cómo es un resultado negativo y verifica que el reactivo de detección esté funcionando correctamente. Si el control negativo reacciona, el resultado de tu prueba no es válido. Quizás la solución testigo o tubo de reacción se contaminó con la variable de prueba.

I. Carbohidratos

Prueba de Benedict para monosacáridos

Las moléculas hechas de los átomos carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O), en una proporción de 1:2:1 son carbohidratos. Por ejemplo, la glucosa, uno de los carbohidratos más importantes para las células vivas, tiene la fórmula química C6H12O6. Los azúcares simples también conocidos como monosacáridos son carbohidratos. Los monosacáridos emparejados forman disacáridos. Un ejemplo común de un disacárido es el azúcar de mesa, la sacarosa. Está compuesto por los monosacáridos glucosa y fructosa ligados a la fructosa. De manera similar, la unión de tres o más monosacáridos forma un polisacárido. El almidón, el glucógeno o la celulosa son polisacáridos importantes para las células y tienen muchos monómeros de glucosa unidos entre sí de diferentes maneras.

Almidón

Figura 2. Monosacáridos (glucosa, fructosa), disacáridos (sacarosa) y polisacáridos (almidón)

El reactivo de Benedict es el indicador que utilizamos para detectar monosacáridos. Cuando los monosacáridos se mezclan con los de Benedict y se calientan, se produce un cambio de color. Si hay una pequeña cantidad de monosacárido en las soluciones, se produce una solución verdosa. Si la solución contiene una gran cantidad de monosacárido, resulta un precipitado anaranjado. Una solución precipitante significa que pequeñas partículas se depositan fuera de la solución.

Reacción 1

Monosacáridos + Reactivo de Benedict + Calor ⇒ Verde a Naranja

II. Proteínas

La célula se basa en proteínas por muchas razones funcionales. Las proteínas pueden ser catalizadores enzimáticos, formar canales para que las moléculas pasen a través de membranas, formen estructuras y más. La subunidad de las moléculas proteicas son monómeros de aminoácidos. El enlace que se forma entre los aminoácidos para formar proteínas se denomina enlace peptídico.

Los enlaces peptídicos se pueden detectar mediante el uso de dos reactivos químicos, hidróxido de potasio (KOH) y sulfato de cobre (CuSO ⁴). El hidróxido de potasio hace que una proteína se rompa para que el sulfato de cobre pueda reaccionar con los enlaces peptídicos. El color resultante es púrpura. Cuantas más proteínas, y por lo tanto más enlaces peptídicos, haya en la solución, más oscuro se volverá el púrpura resultante.

Figura 3. Aminoácidos que forman un enlace peptídico.

Pruebas para Monosacáridos con Reactivo de Benedict

Reacción 2

Proteínas + KOH + CuSO ₄ ⇒ Morado

Materiales

1. Tubos de ensayo etiquetados con el contenido que agregarás a cada tubo
2. Vaso de precipitados con agua y placa caliente (agua calentada a punto de ebullición)
3. Regla métrica
4. Marcador
5. Agua desionizada y soluciones de carbohidratos
6. Herramienta apropiada para eliminar los tubos calientes del agua

Procedimiento

1. Obtener 5 tubos de ensayo y numerarlos 1 — 5.
2. Usa un marcador para indicar 2.5 cm de la parte inferior y otra marca a 5cm de la parte inferior.
3. Llene cada tubo de ensayo hasta su marca de 2.5 cm con la solución adecuada:
   1. Agua destilada 2. Solución concentrada de glucosa 3. Solución diluida de glucosa 4. Solución de sacarosa 5. Solución de almidón
4. Agrega la solución de Benedict a cada tubo hasta la marca de 5 cm.
5. Colocar todos los tubos en un baño de agua caliente (90°C) durante 2 min y observar los cambios de color durante este tiempo.
6. Después de 2 min, retire los tubos del baño de agua y registre el color de su contenido en la siguiente tabla. También observa las reacciones de tu compañero de clase.

Observaciones

Realizar la prueba de Benedict para monosacáridos. Reproduzca esta tabla en su libro de laboratorio y complétala con sus observaciones.

Datos Cuadro 2.

Contenido del tubo	Color después de la reacción	¿Presencia de monosacárido?
1. Agua
2. Glucosa concentrada
3. Glucosa diluida
4. Solución de sacarosa
5. Solución de almidón

Instrucciones para limpiar

* Los tubos limpios son muy importantes. Los tubos contaminados pueden influir en los resultados de futuras pruebas.

1. Cuando sus observaciones estén completas, lave y enjuague cuidadosamente los tubos siguiendo las instrucciones de la parte 2. Puede dejar las marcas en ellos hasta el procedimiento de limpieza final del día.

Análisis de datos

1. ¿Cuál de las soluciones anteriores te sirve como control positivo? ¿Control negativo?
2. Examina tu prueba y tus compañeros de clase prueban las soluciones. ¿Qué soluciones fueron positivas para monosacáridos?
3. ¿Cuál contiene una mayor concentración de monosacáridos, jugo de papa o jugo de cebolla? ¿Cómo lo sabes?

4. ¿Qué soluciones no reaccionaron con la solución de Benedict?

Pruebas de enlaces peptídicos (proteína)

Materiales

• Cuatro tubos de ensayo limpios etiquetados con el contenido que agregarás a cada tubo
• agua desionizada y soluciones de prueba
• Reactivos indicadores hidróxido de potasio (KOH) y sulfato de cobre (CuSO _⁴)

Procedimiento

Realizar la prueba de enlace peptídico para proteínas

¡Precaución!

No derrame el KOH — es extremadamente cáustico. Enjuaga tu piel si entra en contacto con KOH.

1. Utilice sus cuatro tubos de ensayo limpios del procedimiento anterior. Todavía necesitan ser numerados y marcados a 2.5 y 5 cm de la parte inferior.
2. Llena cada tubo de ensayo hasta la marca de 2.5 cm con las soluciones adecuadas que se indican a continuación
   1. Agua
   2. Solución de Proteína
   3. Solución de aminoácidos
   4. Solución de prueba
3. Añadir hidróxido de potasio (KOH) a la marca de 5cm en cada tubo de ensayo.
4. Añadir cinco gotas de sulfato de cobre (CuSO ₄) al tubo y mezclar bien.
5. Registre el color del contenido de los tubos en la siguiente tabla. También observa las reacciones de tu compañero de clase.
6. Cuando termine volcar el contenido de los tubos y lavarlos. Enjuague con agua destilada.

Observaciones

Realice la Prueba de Proteína: Reproduzca esta tabla en su libro de laboratorio y complétela con sus observaciones.

Tabla de datos 3.

Contenido del tubo	Color después de la reacción	¿Presencia de proteína?
Agua
Solución proteica
Solución de aminoácidos
Solución desconocida

Instrucciones para limpiar

* Los tubos limpios son muy importantes. Los tubos contaminados pueden influir en los resultados de futuras pruebas.

Cuando sus observaciones estén completas, lave y enjuague cuidadosamente los tubos siguiendo las instrucciones de la Parte I.

Análisis de datos

1. ¿Cuál de las soluciones es un control positivo? ¿Cuál es un control negativo?

2. ¿Los aminoácidos individuales tienen enlaces peptídicos? ¿Cómo sabes que esto es cierto?

3. ¿Qué tipo de solución probaste como tu desconocida? ¿Contenía proteína?

4. Observe las reacciones de sus compañeros de clase y describa qué soluciones desconocidas contienen más y menos proteínas. ¿Cómo se puede decir?

III. Lípidos

Los lípidos son una clase de moléculas que no son solubles (no se disuelven) en agua. Están compuestos por los bloques de construcción moleculares de glicerol y tres ácidos grasos. Los ácidos grasos vienen en dos tipos principales, saturados e insaturados. Esta diferencia se debe a la presencia de tipos particulares de enlaces dentro de la molécula de ácido graso (ver figura) y afectan la forma y características del lípido global que contiene estos ácidos grasos. Es posible que desee una revisión de los lípidos.

Figura 4. Ácido graso saturado e insaturado y un lípido (triglicérido)

Pruebas de Lípido con Sudan IV

¡Precaución!

Usar guantes y evitar el contacto con Sudán IV ya que se considera un posible carcinógeno. Inmediatamente lávese la piel con jabón y abundante agua si entra en contacto con la solución.

Materiales

• Papel de filtro (lo suficientemente pequeño para caber en la placa de Petri) y lápiz con áreas etiquetadas para sustancias de prueba
• limpiar la placa de Petri vacía
• solución de 0.2% Sudán IV
• Guantes (ver advertencia de seguridad)
• Pipetas de transferencia dedicadas o micropipetas con puntas.
• Soluciones de agua desionizada, aceite vegetal y soluciones de prueba (crema, leches lácteas, leche de coco, leche de soja, etc.)
• opcional- secador

Procedimiento

1. Obtener papel de filtro y en la marca de borde lejano con lápiz qué soluciones se colocarán hacia el interior de la marca.
2. Deja caer una pequeña cantidad de solución cerca de la marca apropiada. 1. Agua destilada 2. Aceite vegetal 3-6. Soluciones de prueba
3. Dejar secar. Use un secador de pelo para acelerar este proceso.
4. Mientras el papel se está secando, responda a las preguntas de Análisis de Datos a continuación.
5. Remojar el papel en la placa de Petri que contiene 0.2% Sudan IV. (mango con las manos enguantadas)
6. Enjuaga el papel en agua destilada y deja secar.
7. Registre el color de las manchas en la siguiente tabla. También observa las reacciones de tu compañero de clase.

Observaciones

Prueba Sudan IV para lípidos: Reproduzca esta tabla en su libro de laboratorio y complétela con sus observaciones. Cuanto más oscura es la mancha, más lípido está presente.

Tabla de datos 4.

Contenidos Spot	Color después de la reacción	¿Cantidad relativa de lípido?
1. Agua
2. Aceite vegetal
3.
4.
5.
6.

Instrucciones para limpiar:

Cuando sus observaciones estén completas, deseche cuidadosamente cualquier solución Sudan IV restante en el contenedor proporcionado por su instructor. Siempre use guantes y no mueva el contenedor si existe peligro de derrame.

Análisis de datos

1. ¿Cuál de las soluciones anteriores te sirve como control positivo? ¿Tu control negativo?
2. Hipótesis qué soluciones contendrán la mayor cantidad de lípidos. ¿Por qué crees que esto es cierto?
3. ¿Qué soluciones contenían la mayor cantidad de lípidos?
4. ¿Sus observaciones apoyaron su hipótesis? ¿Te sorprendieron algunos de los resultados? Explique.

Parte II. La Saga del Despachador de Sodas

Enrique era un nuevo empleado. Este fue su primer trabajo y sólo llevaba un par de semanas en el trabajo y seguía en “contratar libertad condicional”. Le gustó la tripulación con la que trabajaba y el sueldo que vendría cada pocas semanas. Él quería quedarse. Hoy, había un problema y tuvo que averiguar algo rápido para resolverlo. Sabía que si lo hacía, el gerente estaría muy satisfecho y su trabajo estaba garantizado.

Alguien se quejaba de que el dispensador de refrescos estaba dispensando cola “regular” del dispensador de “cola dietética”. El cliente afirmó estar en una dieta baja en calorías y no estaba contento con las calorías extra consumidas. Sin embargo, había más en juego que un cliente infeliz. El directivo le dijo a Enrique que muchos de sus clientes eran diabéticos y consumir refrescos cargados de azúcar podría alterar su química de azúcar en la sangre de una manera peligrosa. No podían permitir que esos clientes fueran perjudicados.

Alcance del problema

Si el dispensador de refresco dietético tenía refresco regular, ¿entonces el dispensador de refrescos regular tenía dieta? ¿Y el despachador Dr. Pepper? Eso, al menos, sabía como el Dr. Pepper, así que estuvo bien- ¿o no? ¡Qué desastre! ¿Deberían tirar todo el refresco del dispensador y empezar de nuevo? ¿O había alguna manera de determinar si el refresco se estaba dispensando correctamente? Si pudieran determinar cuál era el problema, podrían ahorrar dinero al negocio y no desperdiciar los productos de soda.

El intento de Enrique de resolver el misterio

Enrique sabía que la mayoría de los refrescos tenían jarabe de maíz alto en fructosa pero los refrescos dietéticos tenían sustitutos del azúcar en él: Sustitutos que no eran azúcar sino que engañaban a tus papilas gustativas haciéndoles creer que lo era.

Preguntas para su libro de laboratorio:

1. ¿El refresco regular tiene jarabe de maíz alto en fructosa? Mire la etiqueta para determinar si lo hace o no. Escriba su observación en su libro de laboratorio.
2. ¿El refresco dietético tiene jarabe de maíz alto en fructosa? Mire la etiqueta para determinar si lo hace o no. Escriba su observación en su libro de laboratorio.
3. Determinar si la fructosa es un monosacárido, disacárido o polisacárido.
4. ¿Podemos hacer una prueba?

Apenas el otro día, en el laboratorio de ciencias, Enrique había hecho algunas pruebas sobre soluciones para determinar sus composiciones. ¡Una de las pruebas fue para detectar monosacáridos en solución! Sabía que su profesor de ciencias seguiría en el aula en este momento y la escuela estaba a apenas 5 minutos a pie del restaurante. ¡Podría resolver el misterio en menos de 30 minutos! Enrique rápidamente le dijo a su manager su plan y agarró algunas tazas de refresco, que etiquetó, para poder decir de qué dispensador venían, luego salió. Enrique corrió rápidamente al laboratorio de la escuela y obtuvo permiso para ejecutar su experimento. Ayuda a Enrique a montar un experimento para probar el refresco.

Más preguntas para su libro de laboratorio:

1. ¿Sería buena idea incluir controles? Si es así, ¿qué soluciones?
2. ¿Cuál (es) reactivo (es) detector (es) utilizará?
3. ¿Qué colores buscarás para indicar la presencia del refresco “regular”?
4. ¿Cuántos tubos de ensayo necesitas? ¿Cómo los etiquetarás?

Prueba de soluciones de soda desconocidas

Materiales

1. Limpie los tubos de ensayo etiquetados con el contenido que agregará a cada tubo
2. agua desionizada y soluciones para probar
3. Indicador

Procedimiento

Realizar la prueba para monosacáridos:

1. Obtener el número necesario de tubos de ensayo limpios y marcarlos a 2.5 y 5 cm como antes. Códicalos en cuanto a los contenidos (números correspondientes a tus soluciones- que registras a continuación)
2. Obtenga las soluciones desconocidas de su instructor.
3. Llenar los tubos hasta la marca de 2.5 cm con las sustancias testigo y de prueba.
4. Llenar los tubos hasta la marca de 5 cm con indicador y se necesitó tratar.
5. Reproduzca esta tabla en su libro de laboratorio y complétela con sus observaciones, luego responda las preguntas sobre la saga de refrescos.

Observaciones

Realice la Prueba Apropiada: Reproduzca esta tabla en su libro de laboratorio y complétela con sus observaciones.

Tabla de datos 5.

Contenido del tubo	Color después de la reacción	¿Presencia de fructosa?	¿Dieta o regular?
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Instrucciones para limpiar:

¡Precaución!

NO permita que el etanol entre en contacto con la placa calefactora. El etanol es muy inflamable.

*Los tubos limpios son muy importantes. Los tubos contaminados pueden influir en los resultados de futuras pruebas.

1. Cuando sus observaciones estén completas, lave y enjuague cuidadosamente los tubos siguiendo las instrucciones de la parte 1.
2. Al final del período de laboratorio, asegúrese de que todas las etiquetas se retiren de los tubos con un pequeño trozo de toalla de papel y etanol.

Conclusión Final

1. ¿Qué le dice Enrique a su manager? ¿El dispensador de refresco está estropeado o no?
2. ¿Qué, si es que hay alguna, la soda necesita cambiarse?

Preguntas de Estudio

1. ¿Por qué siempre debes incluir controles en cada procedimiento?

2. ¿Qué sirve como un buen control negativo y por qué?

3. Describir un control positivo.

4. Si haces una prueba de monosacárido en lo que crees que es un refresco “regular” con sabor a lima de limón, pero la solución es azul cielo después de calentar con Benedict ¿qué te dice esto?

5. Y si solo DESPUÉS de realizar tu prueba, lees la etiqueta del refresco de limón-lima y notas que los ingredientes no contienen fructosa sino que sí contienen sacarosa. ¿Su procedimiento de prueba es defectuoso o hay otra explicación para su resultado?

Atribuciones

1. Sacarosa Estructura Molecular de LibreTexts 5.2 Carbohidratos
2. Diagrama de estructura proteica por Dama de los Sombreros, Dominio Público, vía Wikimedia Commons.
3. Aminoácidos que forman un enlace peptídico (imagen inferior) por OpenLab en CitiTech CC-BY-NC-SA