Laboratorio de Química Orgánica I 2010Docente: Lic. Esp. Ronald Hosse S. PRACTICA Nº 14 COMPUESTOS NITROGENADOS PROTEINAS - AMINOÁCIDOS OBJETIVOS ESPECIFICOS Al término de la práctica el alumno será capaz de: Reconocer, describir o expresar con formulas el comportamiento químico de compuestos nitrogenados y proteínas. Conocer e interpretar algunas reacciones de aminas y proteínas FUNDAMENTO TEORICO Los compuestos nitrogenados son compuestos orgánicos de formula general R-NH2, Ar – NH2. Son generalmente solubles en agua, pues por ser polares pueden formar uniones de hidrógeno. Las aminas tienen la misma relación con el amoniaco que los alcoholes y los éteres con el agua. Las aminas se clasifican en primarias, secundarias o terciarias; esto depende del número de átomos de hidrógeno del amoniaco que hayan sido sustituidos por grupos alquilo o arilo: H R R R N H R N H R N R amina primaria amina secundaria amina terciaria CH3 CH3CH2NH2 (CH3)2NH2 CH3CH2CH2 N CH2CH3 etilamina dietilamina etilmetilpropilamina Laboratorio de Química Orgánica I 2010 Docente: Lic. Esp. Ronald Hosse S. Las aminas de masas moleculares bajas son gaseosas, muy solubles en el agua y tienen olores similares al del amoniaco. Las primarias pueden formar puentes de hidrógeno parecidos a los que forman los alcoholes. Sin embargo la unión N – H... N no es tan fuerte como la O-H…O debido a que el nitrógeno es menos electronegativo que el oxigeno. La diferencia en la fuerza del puente de hidrogeno es la responsable de la que existe entre los puntos de ebullición de la metilamina (-6ºC) y del alcohol metílico (65ºC). El hecho de que las tres clases de aminas puedan crear puentes de hidrógeno con el agua, explica su alta solubilidad en la misma. El par de electrones no compartido de las aminas, les permite comportarse como bases en reacciones similares a la del amoniaco cuando este reacciona con un protón para dar el ion amonio positivo. H2O + NH3 NH4 + OH H2O + CH3NH2 CH3NH3 + OH Las aminas aromáticas son bases más débiles que el amoniaco. Esta basicidad disminuida esta de acuerdo con los hechos previamente presentados en el estudio de las reacciones de sustitución aromática. El grupo amino es donador de electrones respecto al anillo aromático, activándolo hacia la sustitución aromática. Consecuentemente, el par de electrones del nitrógeno esta deslocalizado en el anillo aromáticos y se halla menos disponible para asociarse con un protón. H H H N H N H N H Laboratorio de Química Orgánica I 2010 Docente: Lic. Esp. Ronald Hosse S. PROTEINAS Las proteínas son los materiales que desempeñan un mayor número de funciones en las células de todos los seres vivos. Por un lado, forman parte de la estructura básica de los tejidos (músculos, tendones, piel, uñas, etc.) y, por otro, desempeñan funciones metabólicas y reguladoras (asimilación de nutrientes, transporte de oxígeno y de grasas en la sangre, inactivación de materiales tóxicos o peligrosos, etc.). También son los elementos que definen la identidad de cada ser vivo, ya que son la base de la estructura del código genético (ADN) y de los sistemas de reconocimiento de organismos extraños en el sistema inmunitario. Las proteínas son moléculas de gran tamaño formadas por largas cadenas lineales de sus elementos constitutivos propios: los aminoácidos. Los amino ácidos son agentes de control, mantenimiento, crecimiento y reproducción de la vida están formados aproximadamente por 20 compuestos que contienen un grupo amino y uno carboxilo, llamados amino ácidos. Estos se combinan entre sí para crear las proteínas, que son, tal vez las moléculas orgánicas más complejas de la naturaleza. Existen unos 20 aminoácidos distintos, que pueden combinarse en cualquier orden y repetirse de cualquier manera. Una proteína media está formada por unos cien o doscientos aminoácidos alineados, lo que da lugar a un número de posibles combinaciones diferentes realmente abrumador (en teoría 20200). Y por si esto fuera poco, según la configuración espacial tridimensional que adopte una determinada secuencia de aminoácidos, sus propiedades pueden ser totalmente diferentes. Los aminoácidos contenidos en las plantas y animales a manera de proteína, tienen un grupo amino unido al átomo de carbono adyacente al grupo carboxilo. La posición es conocida como carbono alfa (α) y tales amino ácidos se llaman α amino ácidos y la fórmula general es: NH2 R C COOH H Laboratorio de Química Orgánica I 2010 Docente: Lic. Esp. Ronald Hosse S. La R de esta fórmula general puede ser hidrógeno, un grupo alquilo, un anillo aromático o parte de un anillo heterocíclico. Todos los amino ácidos contenidos en las proteínas son reconocidos por sus nombres comunes. Ejemplos: O NH2 NH2 O H2 N CCH2 C COOH H2N CCH2CH2 C COOH H H asparagina glutamina NH2 HO OH O O acido 2 - amino- pentano dioico acido glutamico acido - amino glutarico O H2 N CH C OH CH2 OH 2-Amino-3-(4-hydroxy-phenyl)-propionic acid; compound with methane ácido - amino - ( p- hidroxifenil) propionico TIROSINA Laboratorio de Química Orgánica I 2010 Docente: Lic. Esp. Ronald Hosse S. Tanto los glúcidos como los lípidos tienen una estructura relativamente simple comparada con la complejidad y diversidad de las proteínas. En la dieta de los seres humanos se puede distinguir entre proteínas de origen vegetal o de origen animal. Las proteínas de origen animal están presentes en las carnes, pescados, aves, huevos y productos lácteos en general. Las de origen vegetal se pueden encontrar abundantemente en los frutos secos, la soja, las legumbres, los champiñones y los cereales completos (con germen). Las proteínas de origen vegetal, tomadas en conjunto, son menos complejas que las de origen animal. Puesto que cada especie animal o vegetal está formada por su propio tipo de proteínas, incompatibles con los de otras especies, para poder asimilar las proteínas de la dieta previamente deben ser fraccionadas en sus diferentes aminoácidos. Esta descomposición se realiza en el estómago e intestino, bajo la acción de los jugos gástricos y los diferentes enzimas. Los aminoácidos obtenidos pasan a la sangre, y se distribuyen por los tejidos, donde se combinan de nuevo formando las diferentes proteínas específicas de nuestra especie. El recambio proteico Las proteínas del cuerpo están en un continuo proceso de renovación. Por un lado, se degradan hasta sus aminoácidos constituyentes y por otro, se utilizan estos aminoácidos junto con los obtenidos de la dieta, para formar nuevas proteínas en base a las necesidades del momento. A este mecanismo se le llama recambio proteico. Es imprescindible para el mantenimiento de la vida, siendo la principal causa del consumo energético en reposo. El organismo humano puede transformar unos aminoácidos en otros de una forma limitada. No puede fabricar ocho de los aminoácidos que forman parte de sus proteínas, y en consecuencia debe tomarlos a partir de la dieta. Estos aminoácidos se llaman aminoácidos esenciales, y son: ISOLEUCINA LEUCINA LISINA METIONINA Laboratorio de Química Orgánica I 2010 Docente: Lic. Esp. Ronald Hosse S. FENILALANINA TREONINA TRIPTOFANO VALINA Además hay otros dos aminoácidos, la Cisteina y la Tirosina, que solo pueden obtenerse o bien directamente de la dieta o bien a partir de los esenciales Metionina y Fenilalanina (en cambio, a la inversa no es posible). La Histidina es también probablemente esencial en los niños, ya que la sintetizan pero en una cantidad insuficiente. El valor nutricional de un alimento proteico depende de su composición en aminoácidos. Si contiene un porcentaje menor que el necesario de alguno de los aminoácidos esenciales, su valor nutricional será proporcionalmente menor que el que tendría si contuviera una proporción suficiente de todos ellos. Es necesario prestar especial atención a los contenidos de lisina y de metionina, ya que existen proteínas (sobre todo vegetales) seriamente deficientes en ellos. El triptófano y la treonina pueden ser escasos en proteínas muy peculiares (como la gelatina), mientras que los demás aminoácidos esenciales se encuentran en proporciones suficientes en todas las proteínas. PARTE EXPERIMENTAL 1.- PREPARACION DE LA SOLUCION DE ALBUMINA MATERIALES REACTIVOS 5 tubos de ensayo 5 huevos Paños de 25 cm x 25 cm Embudos de filtración soporte PROCEDIMIENTO Laboratorio de Química Orgánica I 2010 Docente: Lic. Esp. Ronald Hosse S. Batir las claras de cuatro o cinco huevos con 1 litro de agua destilada hasta que la proteína quede dispersa. Filtrar la dispersión a través de un lienzo doblado varias veces para eliminar las materias fibrosas. 2.- COAGULACION DE LA ALBUMINA MATERIALES REACTIVOS Solución de albúmina Etanol 5 tubos de ensayo Agua destilada goteros Ac. Clorhídrico conc. Baño Maria Ac. Nítrico conc. Sol. Hidroxido de sodio conc. PROCEDIMIENTO Ponga 2 ml de la solución de clara de huevo en cinco tubos de ensayo. Caliente uno de los tubos gradualmente y observe la temperatura aproximada a la que tiene lugar la coagulación. Añada 4 ml de etanol al otro de lo tubos. Añada al tercero unas gotas de acido clorhídrico concentrado Añada al cuarto, acido nítrico. Añada al quinto solución concentrada de hidroxido de sodio. Observe en que casos ocurre la coagulación. 3.- PRECIPITACION DE UNA PROTEINA MEDIANTE CATIONES MATERIALES REACTIVOS Solución de Albumina Agua destilada 6 tubos de ensayo Ac. Clorhídrico al 10% Sol. De hidroxido de sodio al 10% Sol. De sulfato de cobre al 10% Sol. Cloruro mercúrico al 10% Laboratorio de Química Orgánica I 2010 Docente: Lic. Esp. Ronald Hosse S. PROCEDIMIENTO Ponga en seis tubos de ensayo las siguientes soluciones: a) 5 ml de agua b) 5 ml de solución de clara de huevo c) 5 ml de agua y 4 gotas de ácido clorhídrico al 10 por 100, d) 5 ml de solución de clara de huevo y 4 gotas de ácido clorhídrico al 10 por 100. e) 5 ml de agua y 4 gotas de solución de hidroxido sódico al 10 por 100. f) 5 ml de solución de clara de huevo y 4 gotas de solución de hidroxido sódico al 10 por 100. A continuación, añada a cada tubo 2 ml de solución de sulfato de cobre al 10 por 100 y observe los resultados. g) Añada un poco de solución de cloruro mercúrico a 2 ml de solución de clara de huevo y observe los resultados. 4.- PRECIPITACION DE PROTEINAS MEDIANTE ANIONES MATERIALES REACTIVOS Solución de albúmina Agua destilada 3 tubos de ensayo Ac. Clorhídrico al 10% Sol. De hidroxido de sodio al 10% Sol. Ferrocianuro potásico PROCEDIMIENTO Prepare soluciones idénticas a las b), d) y f) del apartado precedente. Añada a cada una 2 gotas de solución de fericianuro potásico Observe en que tubo se forma el precipitado más fácilmente. Explique estos resultados. 5.- REACCION COLOREADA DEL BIURET PARA PROTEINAS Laboratorio de Química Orgánica I 2010 Docente: Lic. Esp. Ronald Hosse S. MATERIALES REACTIVOS Solución de albúmina Sol. de hidroxido de sodio al 10% Tubos de ensayo Sol. de sulfato de cobre al 1% Gradilla PROCEDIMIENTO Añada a un cierto volumen de solución de clara de huevo un volumen igual de solución de hidroxido de sódico al 10 por 100. Añada a continuación una gota de sulfato cúprico al 1 por 100. Observe el color que aparece. 6.- REACCION COLOREADA DEL FORMALDEHIDO CON LAS PROTEINAS MATERIALES REACTIVOS Solución de clara de huevo (albúmina) Ac. Sulfúrico concentrado. Tubos de ensayo goteros gradilla PROCEDIMIENTO Añada una gota de solución diluida de formaldehído a una pequeña cantidad de solución de clara de huevo contenida en un tubo de ensayo.. Vierta ácido sulfúrico concentrado por la pared del tubo de manera que forme una capa en el fondo. ¿Qué puede observar? Repita el ensayo con gelatina. ¿Qué conclusiones deduce?. 7.- ENSAYO DE MILLON PARA LAS PROTEINAS Laboratorio de Química Orgánica I 2010 Docente: Lic. Esp. Ronald Hosse S. MATERIALES REACTIVOS Solución de albúmina Reactivo de Millon Tubos de ensayo Gelatina Baño Maria Gradilla PROCEDIMIENTO: Coloque en un tubo de ensayo 3 cc de solución de Albúmina. Añada 1 cc del reactivo de Millón (mezcla de HgNO3 + Hg (NO3)2 + HNO3). Llevar a Baño Maria y observar. Repetir el ensayo con gelatina. ¿Qué conclusiones deduce Nota: Cuando se ensaya de esta forma una proteína produce una coloración rojo- anaranjada siempre y cuando que contenga tirosina , fenilalanina o triptofano; en caso contrario, el ensayo es negativo. 8.- REACCION DE MOLISH MATERIALES REACTIVOS Solución de albúmina Sol. Alcohólica de β – Naftol Tubos de ensayo Ac. Sulfúrico con. Gradilla Goteros PROCEDIMIENTO: Coloque en un tubo de ensayo 2 cc de solución de Albúmina. Agregue 5 gotas de solución alcohólica de β – Naftol. Dejar escurrir por las paredes del tubo sin agitar 0,5 cc de H2SO4 concentrado. Observar en reposo. ¿Que conclusiones deduce? 9.- ENSAYO DEL ANILLO DE HELLER PARA PROTEINAS Laboratorio de Química Orgánica I 2010 Docente: Lic. Esp. Ronald Hosse S. MATERIALES REACTIVOS Solución de albúmina Ac. Nítrico concentrado Tubos de ensayo Pipetas o goteros Gradilla PROCEDIMIENTO Ponga 4 ó 5 ml de solución de clara de huevo en un tubo de ensayo de tamaño medio (de unos 13 x 150 mm). Incline el tubo y utilizando un cuentagotas de unos 2 ml de capacidad ponga debajo de la solución de la clara de huevo una capa de ácido nítrico concentrado (D= 1,42). Observe la precipitación de la proteica en la interfase entre ambas capas. ¿Qué conclusiones deduce? Nota: Este procedimiento sirve como ensayo muy útil para determinar si la orina contiene albúmina. 10.- REACCION XANTOPROTEICA DE LAS PROTEINAS MATERIALES REACTIVOS Solución de albúmina Ac. Nítrico concentrado Tubos de ensayo Sol. de hidroxido de sodio al 20% Lana Gradilla PROCEDIMIENTO Laboratorio de Química Orgánica I 2010 Docente: Lic. Esp. Ronald Hosse S. Coloque en un tubo de ensayo 3 cc de solución de Albúmina. Añada lentamente 1 cc de HNO3 concentrado. Luego gota a gota solución de NaOH al 20 %, hasta que el liquido quede alcalino. Deje reposar la mezcla y observe. Repita la experiencia con un trozo de lana o de seda Añada un trozo pequeño de lana o de seda a 1cc de acido nítrico concentrado contenido en un tubo de ensayo y caliéntelo. Observe el color del tejido. Alcalinice la mezcla añadiendo solución de hidroxido sodio y observe el cambio de color. Nota: La reacción Xantoproteica (del griego xanthos , amarillo) es positiva para aquellas proteínas cuyas moléculas contengan unidades de tirosina o de triptófano. Puede que en algún otro laboratorio de Química correspondiente a sus estudios anteriores le haya salpicado a la mano una gota de ácido nítrico; en ese caso habrá observado que la piel da la reacción xantoproteica. CUESTIONARIO 1. Resuma brevemente cada uno de los ensayos que ha realizado con las proteínas. 2. ¿Cuál es el fundamento químico del ensayo de Millón?. 3. Describa el ensayo del anillo de Heller. 4. ¿Qué es una proteína conjugada?. Laboratorio de Química Orgánica I 2010 Docente: Lic. Esp. Ronald Hosse S. 5. Se sabe que la casina contiene fósforo además de los elementos que se encuentran comúnmente en las proteínas. ¿Indica este hecho que la caseína es una proteína conjugada? 6. ¿Cuál es el número total de isomeros posibles, incluyendo los isomeros ópticos, para un tripeptido que contenga como unidades alanita, fenilalanina y triptófano? 7. La hemoglobina contiene un 0,335 por 100 de hierro. ¿Cuál es el peso molecular mínimo de la hemoglobina?. El peso molecular real de la hemoglobina es cuatro veces mayor. ¿Que nos indica esto acerca de la molécula de hemoglobina?. 8. ¿Por qué produce el acido nítrico una coloración amarilla cuando se pone en contacto con la piel? 9. ¿Por qué se utiliza frecuentemente la clara de huevo como antídoto contra varios venenos?. 10. ¿Por qué es menos soluble una proteína en su punto isolelectrico?. 11. La aparición de albúmina en la orina es un síntoma de nefritis .Indique un método para detectar proteínas en la orina. BIBLIOGRAFIA a) Vogel A.I. A Textbook of Practical Organic Chemistry Third Edition Longmans London, 1962. b) Shriner R.L., Fuson, R.C.. y Curtin D.Y. Identificación Sistemática de Compuestos Orgánicos Limusa México, 1977. Laboratorio de Química Orgánica I 2010 Docente: Lic. Esp. Ronald Hosse S. c) Brewster R.Q., Vander Werf C.A. y Mc Ewen W.E. Curso Práctico de Química Orgánica 2a. Edición Madrid, 1979. d) Pavia D.L., Lampman, G.M. and Kriz G.S. Introduction to Organic Laboratory Techniques W.B. Saunders Co. Phyladelphia, 1976.