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Bioquímica – Química Bacharelado Experimento 02: DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE PROTEÍNAS - 03/08/2022 Cássio Siqueira, Frederico José Kolisnek, João Francisco Ramos Ribeiro Neto, Sarah da Silva Cebulski 1. INTRODUÇÃO As proteínas são estruturas que participam de todos os processos de formação e função de toda e qualquer célula. Essas macromoléculas são responsáveis pela expressão genética, pelas funções metabólicas, pelo crescimento e destruição de tecidos e uma infinidade de outras funções relacionadas. Todas as proteínas são formadas pelas mesmas 20 subunidades monoméricas, chamadas de aminoácidos, apenas ligando-se de diferentes formas em uma sequência linear. A espectrofotometria é um método analítico usado para quantificar o quanto uma substância química absorve ou emite luz em função do comprimento de onda determinado. Isso se dá, pois, a amostra incialmente se encontra em seu estado fundamental de energia e o estímulo da radiação faz com que ocorra uma transição para um estado de maior energia, onde obtemos as informações requeridas através da absorção decorrente da excitação ou da emissão ao retornar ao seu estado fundamental. O método de absorção atômica é amplamente utilizado na determinação da concentração de certo composto presente na solução, quanto maior for a concentração, maior será a absorção de luz. O método do Biureto é utilizado para determinar a concentração de proteínas em diversas finalidades como saliva, urina, plasma sanguíneo, entre outros. Apesar de não apresentar uma boa sensibilidade, seu uso é difundido, principalmente em práticas didáticas devido ao seu baixo custo, simplicidade e rapidez. O reagente de Biureto, no qual se baseia o método a ser utilizado, se apresenta como uma mistura de cobre e hidróxido de sódio e um complexante estabilizador do cobre. O cobre irá reagir com as proteínas, em meio básico, formando um complexo com a ligação peptídica, de geometria quadrada planar. Este produto tem pico de absorção na região de 540nm, sendo este o comprimento de onda utilizado para fins analíticos. 2. OBJETIVOS • Elaborar curva de calibração e estabelecer a sensibilidade de um método espectrofotométrico; • Resolver problemas específicos: cálculos envolvendo diluição de determinação da concentração de diferentes soluções. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1. Curva de Calibração Quando métodos instrumentais são utilizados, faz-se necessário calibrar o instrumento, usando amostras padrão, contendo diferentes concentrações conhecidas do analito. Por isso, como primeira etapa do experimento, foram preparadas 6 amostras para a obtenção da curva de calibração, da qual serão retiradas informações a serem utilizadas posteriormente. A preparação das amostras se deu da forma que, o Tubo 1 não recebeu a adição do analito, que neste caso é a proteína, pois esta será a amostra referência, chamada de branco, utilizado para calibrar o espectrofotômetro. Nos demais tubos foram adicionados determinados volumes de analito, diluente (água destilada) e 5mL de Reagente do Biureto, como demonstra a Tabela 1. Tabela 1 – Relação de reagentes para obtenção das amostras Tubo 1 Tubo 2 Tubo 3 Tubo 4 Tubo 5 Tubo 6 Solução padrão de proteína (5mg/mL) - 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Água destilada (mL) 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 - Reagente do Biureto (mL) 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 Após deixar as amostras em repouso pelo tempo indicado, foram realizados os ensaios no espectrofotômetro utilizando o equipamento com comprimento de onda em 540nm, pois como a solução a ser analisada é azul, ela irá absorver o amarelo, situado entre 565 e 590nm, com maior intensidade. Na Tabela 2 se apresenta os valores de absorbância obtidos e a concentração de proteína contida em cada tubo, parâmetros que foram utilizados para construir a curva de calibração representada na Figura 1. Tabela 2 – Parâmetros para a construção da curva de calibração Tubo 1 Tubo 2 Tubo 3 Tubo 4 Tubo 5 Tubo 6 Concentração de proteína (mg/mL) 0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 Absorbância 0,000 0,037 0,071 0,121 0,180 0,185 Figura 1 – Curva de calibração Tendo a curva de calibração e conhecendo a Lei de Beer, que nos diz que podemos utilizar os valores medidos de absorbância para obter a concentração, se a absortividade e o caminho ótico forem conhecidos, então podemos determinar a concentração das amostras problema no item seguinte. 3.2. Determinação da concentração de proteína em amostra-problema Para a segunda etapa experimental, foram preparados 5 tubos de ensaio como amostras problema, identificados de A até E, variando quantidades de analito (de concentração desconhecida) e de diluente, adicionando 5mL do Reagente do Biureto em cada um, como demonstra a Tabela 3. y = 0,0405x - 0,0027 R² = 0,9587 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0 1 2 3 4 5 6 A b so rb ân ci a em 5 40 n m Concentração de proteína (mg/ml) Curva de Calibração Tabela 3 - Relação de reagentes para obtenção das amostras problema Tubo A Tubo B Tubo C Tubo D Tubo E Amostra (mL) 1,0 0,5 0,4 0,3 0,1 Água destilada (mL) - 0,5 0,6 0,7 0,9 Reagente do Biureto (mL) 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 Para encontrar a concentração de proteínas na amostra, utilizamos a equação da reta (y=ax+b) obtida pela curva de calibração: y = 0,0405x – 0,0027, sendo y = absorbância e x = concentração, isola-se a variável de interesse e chegamos a equação: x = (y + 0,0027)/0,0405. Sabendo que o volume final das amostras, 1 mL (desconsiderando o Biureto), é constituído pela alíquota de proteína diluída em água, é utilizado o fator de diluição (volume final/volume da amostra) para o cálculo da concentração real de proteínas, com exceção do Tubo A, que não recebeu a adição de água. O cálculo se deu pela multiplicação da concentração obtida pelo fator de diluição. Os valores obtidos de absorbância e concentrações calculadas estão descritos na Tabela 4. Tabela 4 – Valores obtidos de absorbância e concentração Tubo A Tubo B Tubo C Tubo D Tubo E Absorbância 0,139 0,165 0,202 0,021 0,074 Concentração de proteínas (mg/mL) 3,50 4,14 5,05 0,59 1,89 Fator de diluição - 2 2,5 3,3 10 Concentração de proteínas na amostra original (mg/mL) 3,50 8,28 12,55 1,95 18,90 Pode-se observar que os valores, de absorbância, e, consequentemente, de concentração, obtidos para as concentrações das amostras problema não estão adequados seguindo a lógica que a absorbância deveria estar diminuindo com o passar das amostras, pois em cada tubo foi adicionado menor quantidade de proteínas. Além do fato que a curva de calibração foi construída com valores de concentração entre 1 e 5 mg/mL, e três das amostras desconhecidas obtiveram concentrações calculadas bem maiores que o limite esperado. Uma explicação para este fato pode ser o tempo decorrido entre o preparo das soluções e a realização do ensaio no espectrofotômetro ser maior que os 10 minutos indicados para repouso. Também pode-se especular a discrepância dos resultados como sendo erro experimental ou na leitura do equipamento, como também a efetividade dos reagentes utilizados. 3.3. Perguntas e exercícios 1) Qual a finalidade e o fundamento da técnica espectrofotométrica? A principal finalidade da espectrofotometria é conseguir quantificar a presença de determinada substância na análise. Esta técnica se baseia nas interações da radiação com a matéria para obter informações sobre uma amostra. Na espectroscopia de absorção, obtemos as informações medindo a quantidade de luz absorvida em função do comprimento de onda determinado. Isso se dá, pois, a amostra incialmente se encontra em seu estado fundamental de energia e o estímulo da radiação faz com que ocorra uma transição para um estado de maior energia, onde obtemos as informações requeridas através da absorção decorrente da excitação. 2) Conceitue: faixa de sensibilidade do método espectrofotométrico. A sensibilidade de um espectrofotômetro se dá pelalargura de banda efetiva, que pode ser menor que 1nm em instrumentos mais avançados ou maiores que 20nm para sistemas mais baratos. A escolha da largura da banda deve variar de acordo com a necessidade, e, de um modo geral, o uso de bandas mais estreitas traz uma maior sensibilidade e seletividade na aplicação da técnica. 3) Um determinado composto apresenta um máximo de absorção em 660 nm. Para uma concentração de 0,75 µmol/mL foi obtida uma absorbância de 0,4. Sabendo-se que o limite de sensibilidade do método utilizado é de 0,1µmol/mL a 3µmol/mL, calcule a concentração deste mesmo composto correspondente a uma absorbância de 0,85. Utilizando a Lei de Lambert-Beer A = ε. l. c e tendo a absortividade molar e o caminho ótico constante, podemos estabelecer uma relação direta entre a absorbância e a concentração. Assim, pode-se fazer o uso de uma regra de três para encontrar a concentração. Absorbância 0,40 ------ 0,75 µmol/mL X = (0,85 . 0,75 µmol/mL) / 0,40 Absorbância 0,85 ------ X µmol/mL X = 1,59 µmol/mL Então, a concentração correspondente a uma absorbância de 0,85 é de 1,59 µmol/mL. 4. CONCLUSÃO Apesar da discordância dos resultados obtidos para as concentrações das amostras problema, a prática do experimento foi válida para o conhecimento da identificação de proteínas através de reações de colorimetria. Para reduzir os erros e obter melhores parâmetros, uma boa alternativa é realizar os experimentos em sistema de replicatas, fazendo a média dos valores encontrados. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS NELSON, David L.; COX, Michael M. Princípios de Bioquímica de Lehninger. 7ª edição. Porto Alegre: Artmed, 2019. E-book. 9788582715345. Disponível em: https://app.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788582715345/. Acesso em: 14 de agosto de 2022. SKOOG, Douglas A.; WEST, Donald M.; HOLLER, F J.; CROUCH, Stanley R. Fundamentos de Química Analítica: Tradução da 9ª edição norte-americana. São Paulo: Cengage Learning Brasil, 2015. E-book. 9788522121373. Disponível em: https://app.minhabiblioteca.com.br/#/ books/9788522121373/. Acesso em: 14 de agosto de 2022. ZAIA, D. A. M.; ZAIA, C. T. B. V.; LICHTIG, J. Determinação de proteínas totais via espectrofotometria: vantagens e desvantagens dos métodos existentes. Química Nova, 1998.