Diseño de actividades experimentales

M. en C. ALBERTO HERNÁNDEZ PEÑALOZA I.B. ROSARIO CRUZ GUZMÁN L.I. OSCAR EDUARDO RIVAS SÁNCHEZ 16/09/2014

BIOLOGÍA I

PRIMERA UNIDAD. ¿CUÁL ES LA UNIDAD ESTRUCTURAL Y FUNCIONAL DE LOS

SISTEMAS VIVOS?

PROPÓSITO:

Al finalizar la Unidad, el alumno identificará los componentes celulares y su importancia, a

través del análisis de la teoría celular y las explicaciones sobre su organización y

funcionamiento, para que reconozca a la célula como la unidad estructural y funcional de

los sistemas vivos.

APRENDIZAJES

Valora la importancia de las biomoléculas en el funcionamiento de las células.

Aplica habilidades, actitudes y valores al llevar a cabo actividades documentales y

experimentales que contribuyan a la comprensión de que la célula es la unidad

estructural y funcional de los sistemas vivos.

Aplica habilidades, actitudes y valores para comunicar de forma oral y escrita la

información derivada de las actividades realizadas.

Tema I. La célula como unidad de los sistemas vivos.

Moléculas presentes en las células: Función de carbohidratos, lípidos, proteínas y

ácidos

Aislamiento de proteínas

OBJETIVO

Que el alumno obtenga ovoalbúmina de la clara de huevo por precipitación con

sulfato de amonio, y caseína de leche por precipitación isoeléctrico.

INTRODUCCIÓN

Las palabra proteínas se deriva de la palabra griega proteicos, que significa “primero”.

Hechas de aminoácidos, las proteínas brindan estructura en las membranas, constituyen

cartílago y tejido conjuntivo, transportan oxígeno en la sangre y los músculos, dirigen

reacciones biológicas en la forma de enzimas, defienden el cuerpo contra infecciones y

controlan procesos metabólicos en la forma de hormonas. Las proteínas incluso pueden

ser fuentes de energía.

Las proteínas están compuestas de bloques constructores moleculares llamados

aminoácidos. Sin embargo sólo existen 20 aminoácidos que se encuentran comúnmente

en las proteínas humanas. Cada aminoácido tiene un átomo de carbono central

denominado carbono α, enlazado a dos grupos funcionales: un grupo amino (-NH2) y un

grupo ácido carboxílico (-COOH). El carbono α también esta enlazado a un átomo de

hidrógeno (-H) y a una cadena lateral llamada grupo R. El grupo R, que difiere en cada

uno de los 20 aminoácidos α comunes, es el que proporciona características únicas a

cada tipo de aminoácido.

Los aminoácidos se clasifican de acuerdo con su grupo R, lo que determina sus

propiedades en disolución acuosa. Los aminoácidos no polares tienen grupos R

hidrógeno, alquilo o aromático, lo que los hace hidrofóbicos (“temerosos al agua”). Cuando

un aminoácido tiene un grupo R polar, interacciona con agua porque es hidrofílico

(“amante del agua”). Los aminoácidos polares neutros contienen grupos hidroxilo (-OH),

tiol (-SH) o amida (-CONH2). Los aminoácidos polares ácidos contienen un grupo

carboxilo (-COO-). Los aminoácidos polares básicos tienen grupos R amina. En la tabla

1 se mencionan las estructuras y los nombres comunes de los 20 aminoácidos α que se

encuentran comúnmente en las proteínas, con sus grupos R.

A continuación se presenta un resumen de la clasificación de los aminoácidos.

Tipo de aminoácido Tipos de grupo R Polaridad Agua

No polar No polar No polar Hidrofóbico

Polar, neutro Contiene átomos de O y

de S, pero no carga

Polar Hodrofílico

Polar, ácido Contiene grupos

carboxilo, carga negativa

Polar Hidrofílico

Polar, básico Contiene grupos amino,

carga positiva

Polar Hidrofílico

Los aminoácidos se unen entre sí por enlaces peptídicos formado por la condensación del

α-COOH de un aminoácido, con el grupo α-NH2 de otro. Los polímeros de bajo peso

molecular se llaman polipéptidos, mientras

que el término proteína se reserva para los

polímeros de peso molecular de miles de

millones de daltons. Cada proteína es

estructural y funcionalmente única, y depende

de la secuencia de específica de aminoácidos

que la conforman. Esta secuencia específica es lo que se llama estructura primaria.

Tabla 1. Estructuras, nombres de los 20 aminoácidos.

La cadena de aminoácidos se dobla y tuerce de una

forma específica, con lo que da origen a una espiral

(alfa hélice) una estructura al azar o una lámina

plegada β. Este nivel de organización se llama

estructura secundaria. La estabilidad de estas

estructuras se debe a los puentes disulfuro entre dos

cisteínas, a los enlaces ionicos y a los puentes de

hidrógeno. También se generan atracciones

hidrofóbicas por la tendencia de las cadenas laterales

de los aminoácidos a asociarse entre sí.

La estructura terciaria de una proteína es arreglo en el

espacio de las cadenas o, en otras palabras, la forma en tres dimensiones de la

macromolécula. Muchas proteínas tienen una forma compacta, llamada proteínas

globulares; otras proteínas más rígidas forman una estructura alargada, y se llaman

proteínas fibrosas.

Algunas proteínas están formadas por dos o más

cadenas polipeptidicas, que no están unidas por

enlaces covalentes; la asociación de estas

subunidades es lo que constituye la estructura

cuaternaria. El ejemplo más conocido es la

hemoglobina, formada por dos subunidades α y dos β.

Se han desarrollado diversos métodos para el

aislamiento y la purificación de proteínas. Uno de los

más sencillos es la precipitación, en el que se hacen

cambios en el solvente que alteran la solubilidad de la

proteína.

La precipitación de las proteínas puede ser de varios tipos:

a) Precipitación con sales.

b) Precipitación isoeléctrica

c) Precipitación con solventes.

La precipitación con sales es una de las técnicas más utilizadas; también se llama

precipitación por insolubilización, por salado o salting out. Se realiza agregando altas

concentraciones de sales a la solución que se encuentra la proteína para producir su

precipitación.

Una descripción simplificada del mecanismo de insolubilización por salado está basada en

el hecho de que la adición de las sales elimina el agua de la proteína hidratada, dejando

las regiones hidrófobas (no polares) en libertad de combinarse de forma intermolecular.

Aquellas proteínas que presentan mayor número de regiones hidrófobas sobre su

superficie, forman agregados y se precipitan más rápidamente que las que presentan

pocas regiones de este tipo. Debido a esta propiedad, hay proteínas que pueden

permanecer en solución a altas concentraciones de sal.

Las sales utilizadas con mayor frecuencia son el sulfato de amonio (NH4)2SO4, sulfato de

sodio, Na2SO4, sales de magnesio y fosfato. Otra técnica para precipitar proteínas se basa

en la disminución de su solubilidad en el punto isoeléctrico. Las proteínas, por su

naturaleza anfotérica (la presencia de un grupo funcional ácido y otro básico en su

estructura) presenta carga neta negativa a pH altos y carga neta positiva a pH bajos. En

estos casos, las cargas en la superficie de la proteína pueden establecer uniones-dipolo

con el agua y repelerse entre sí, lo que mantiene su solubilidad.

Existe un pH llamado punto isoeléctrico, que es específico para cada proteína, en el cual

la carga neta de la molécula es cero. En este pH, la interacción con el agua es mínima y el

efecto de las fuerzas electrostáticas entre las moléculas de proteína es casi nulo. En estas

condiciones, la solubilidad de la proteína es mínima pues las moléculas tienden a unirse y

precipitarse.

En este experimento, se aislará la principal proteína de la leche y de la clara del huevo,

utilizando las técnicas descritas.

La caseína es la principal proteína de la leche y se encuentra en una concentración

aproximada de 35 g/l; en realidad de una mezcla heterogénea de proteínas que son

abundantes en grupo fosfato. Puede purificarse fácilmente ajustando el pH a su punto

isoeléctrico, que es de 4.8. Ya que la caseína es también insoluble en etanol, este puede

utilizarse para eliminar los lípidos presentes en la muestra.

La ovoalbúmina también es una proteína globular de reserva, con un peso molecular de 40

000 daltons, y punto isoeléctrico de 4.6.

Material y reactivos

Parte A. Obtención de albúmina de

huevo

2 vasos de precipitados 1 agitador magnético 1 parrilla 2 pipetas Beral 1 centrífuga clínica 4 tubos de centrífuga 1 gasa 1 huevo papel filtro papel pH sulfato de amonio (NH4)2 SO4

ácido acético CH3COOH al 25%

acetona éter etílico hielo

Parte B. Obtención de caseína de la

leche

4 vasos de precipitados 1 parrilla de calentamiento 3 micopipetas 1 termómetro 1 baño maria 1 centrífuga clínica 4 tubos para centrífuga papel filtro papel pH leche descremada

ácido acético: CH3COOH al 10%

hidróxido de sodio NaOH 1M etanol éter etílico

EQUIPO

Computadora.

Sensores LESA (ph y Temperatura).

Interfas

MEDIDAS DE SEGURIDAD

Utilizar lentes de seguridad y bata.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Parte A. Obtención de albúmina del huevo

1. Separe la clara de la yema del huevo y determine el volumen obtenido de la primera

2. Filtre la clara con ayuda de una gasa y recupérela en un vaso de precipitados.

3. Coloque el vaso de precipitados en un baño de hielo y agite con una barra

magnética.

4. Durante la agitación, agregue poco a poco sulfato de amonio granular, hasta

observar un precipitado. Siga agregando sulfato de amonio pues el precipitado

seguirá formándose.

5. Cuando ya no se observe un aumento en la turbidez, pase la suspensión a un tubo

de centrífuga.

6. Centrífugue. Deseche el sobrenadante

7. Resuspenda el precipitado en 15 ml de agua a temperatura ambiente.

8. Agregue ácido acético al 25% hasta alcanzar un pH de 4.5 (este valor se registra con

los sensores).

9. Centrifugue y deseche el sobrenadante.

10. Resuspenda la pastilla en 15 ml de agua a temperatura ambiente.

11. Centrifugue.

12. Lave el filtrado con acetona fría con éter etílico frio.

13. Deje secar y recupere los cristales para determinar el peso obtenido.

Parte A. Obtención de caseína de la leche

1. Tome 10 ml de leche descremada, colóquelos en baño a 40 °C y agregue ácido

acético al 10% hasta alcanzar un pH de 4.5 (este valor se registra con los sensores).

2. Pase la suspensión en un tubo de centrífuga.

3. Centrifugue la suspensión. Deseche el sobrenadante.

4. Lave el precipitado con agua destilada fría y centrifugue nuevamente.

5. Resuspenda el percipitado en 5 ml de etanol y filtre.

6. Desmenuce los grumos formados y lave el producto obtenido nuevamente con etanol

y finalmente con alcohol etílico.

7. El polvo blanco obtenido se seca al aire. Pese el producto.

REPORTE DE RESULTADOS

1. Peso obtenido de la albúmina

2. Compare sus resultados con el de otros equipos, para que conozca el rango de

valores obtenidos en su grupo. ¡Cuál es el promedio de peso de albúmina por cada

huevo?

3. Peso obtenido de la caseína.

4. La leche comercial debe tener un 3.5% de proteína. Calcule si la muestra de leche

que analizó tiene este porcentaje.

CUESTIONARIO

1. ¿A qué se llama punto isoeléctrico de una proteína?

2. Clasifique por lo menos en 2 formas que se aislaron. Indique el criterio de cada

clasificación?

3. Mencione las condiciones que se utilizaron durante la práctica en las cuales las

proteínas son insolubles.

5. Conclusiones y observaciones.

OBTENCIÓN DE DNA DE TEJIDOS

VEGETALES Y ANIMALES OBJETIVO

Que el alumno aislé el DNA de tejidos vegetales y animales.

INTRODUCCIÓN

ADN es la abreviatura de ácido

desoxirribonucleico. Constituye el

principal componente del material

genético la inmensa mayoría de los

organismos, junto con el ARN (ácido

ribonucleico). Es el componente

químico primario de los cromosomas y

el material en el que los genes están

codificados. En las bacterias el ADN se

encuentra en el citoplasma, mientras

que en organismos más complejos,

tales como plantas, animales y otros

organismos multicelulares, la mayor

parte del SADN reside en el núcleo

celular, aunque hay una pequeña

proporción en la mitocondria y en los cloroplastos.

La presencia del ADN en las células se conoce desde hace más de cien años. EL ADN fue

identificado inicialmente en 1868 por Friederich Meischer, biólogo suizo, en los núcleos de

las células de pus obtenidas de los vendajes quirúrgicos desechados y en el esperma de

salmón. El llamó a la sustancia nucleína, aunque no fue reconocida hasta 1943, gracias al

experimento realizado por Oswald Avery.

Los componentes del ADN son nucleótidos; cada nucleótido está formado por un grupo

fosfato, una desoxirribosa y una base nitrogenada. El ADN lo forman cuatro tipos de

nucleótidos, diferenciados por sus bases nitrogenadas divididas en dos grupos: dos

purínicas (o puricas) denominadas adenina (A) y guanina (G), y dos pirimidínicas (o

pirimidicas) denominadas citosina (C) y timina (T).

La estructura del ADN es una pareja de largas cadenas de nucleótidos. La estructura de

doble hélice del ADN fue descubierta en 1953 por James Watson y Francis Crick. Una

larga hebra de ácido nucleico está enrollada de otra hebra formando un par entrelazado.

El rasgo fundamental es que cada base nitrogenada de una hebra se coloca frente a una

base de la otra, de tal forma que la adenina siempre se enfrenta a la timina (lo que se

denomina A-T) y la guanina siempre a la citosina (G-C). La adenina se une a la timina

mediante dos puentes de hidrógeno, mientras que la guanina y la citosina lo hacen

mediante tres puentes de hidrógeno; de ahí que una cadena de ADN que posea un mayor

número de parejas C-G sea más estable.

La función principal del ADN es actuar como el almacén de la información genética de las

células. Esta información se utiliza para sintetizar las proteínas. En algunos

microorganismos, una sola molécula de ADN es suficiente para cumplir esta función, pero

en los organismos superiores existen varias moléculas y en los diploides cada una de

estas moléculas se encuentran duplicadas. Estas moléculas se llaman cromosomas. Los

cromosomas, además de ADN contienen proteínas llamadas histonas, que permiten al

ADN condensarse y ocupar un volumen muy pequeño.

Por ejemplo, en el hombre hay 23 pares de cromosomas en cada célula (por lo que se

llaman diploides). Las células germinales (óvulos y espermatozoides) son una excepción,

pues contienen un solo ejemplar de cada cromosoma (y se llaman células haploides).

El ADN codifica las instrucciones esenciales para fabricar un ser vivo idéntico a aquel que

provienen (o muy similar, en el caso de los organismos que se reproducen sexualmente,

donde los cromosomas del padre y de la madre se combinan).

La planta de chícharo contiene 7 pares de cromosomas. En este sencillo experimento los

aislaremos.

Material y reactivos Parte C. Aislamiento del ADN

2 vasos de precipitados de 50 ml 1 mortero y pistilo 1 varilla de vidrio 4 probetas graduadas de 100 mL 1 parrilla de calentamiento 50 gr de chícharo 1 gasa o coladera Solución de detergente Roma al 5% cloruro de sodio: ClNa agua destilada etanol frio ablandador de carne (papaína) hielo

MEDIDAS DE SEGURIDAD

No se utilizan reactivos peligroso en este experimento.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Preparación previa. Coloque etanol en el congelador 24 horas antes de la realización

de la práctica.

2. Disuelva 3g de NaCL en 90 ml de agua destilada en un vaso de precipitado; añada

jabón ROMA y agite vigorosamente.

3. Macere los 50 g de chícharos utilizando el pistilo, añada la pulpa de estos al vaso

con la solución recién preparada.

4. Coloque el vaso en un baño de agua a 60 °C por 15 minutos.

5. Enfríe la mezcla colocándola en baño de agua con hielo por 5 minutos, agitando

constantemente.

6. Opcional: Utilice una batidora portátil o una licuadora para mezclar la solución

durante unos 5 segundos.

7. Filtre la mezcla en un segundo vaso a través de una gasa; asegúrese que no pase

espuma al extracto.

8. Añada 1 g de ablandador a 10 ml del extracto recién filtrado en un tubo de ensayo.

9. Vierta cuidadosamente los 10 ml de etanol frio por la pared del tubo de ensayo, para

formar una capa superior de etanol.

10. Deje el tubo sin mover durante unos minutos mientras los ácidos nucleicos se alojan

en la capa superior de etanol.

11. Decante cuidadosamente la capa con ADN.

REPORTE DE RESULTADOS

Reporte las observaciones que hizo durante el experimento.

CUESTIONARIO

1. Cuáles son las bases púricas y pirimidicas?

2. Qué tipo de enlaces estabilizan la doble hélice del ADN?

3. Que función desempeña el ADN?

4. Para que se agrega detergente y ablandador a la suspensión de chícharo?

5. Por qué se agrega etanol frio?

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