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UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP RELATÓRIO DE AULAS PRÁTICAS CURSO : Biomedicina DISCIPLINA: Bioquimica Estrutural NOME DO ALUNO: Marlene Barbosa de Melo R.A: 0419349 POLO: UNIP Ibitinga/SP DATA: 16/04/2022 1 INTRODUÇÃO A Bioquímica Estrutural é de grande impacto na nossa compreensão dos detalhes de processos que ocorrem com alta precisão nas células. A Bioquímica Estrutural visa estudar os processos químicos, estruturas e processos biológicos que ocorrem nos organismos vivos e funções dos componentes celulares como as biomoléculas (compostos sintetizados pelos seres vivos e que estão envolvidas em seu metabolismo): proteínas, carboidratos, lipídeos, ácidos nucleicos e outras biomoléculas, e como as alterações nas suas estruturas afetam a sua função. Para melhor entendimento do que aprendemos em aulas teóricas sobre esses processos, foi realizado aulas práticas no laboratório da instituição de ensino com auxílio da professora, roteiros e questões de fixação. Realizamos experimentos práticos para entender indicadores de pH e sua escala, na qual são substâncias que tem propriedades de mudanças de cor, que indica se é uma solução ácida ou base. Associamos pH com soluções tampão, com reações que ocorrem em nosso sangue, aprendendo assim a manusear um pHmetro, na qual mede o pH das soluções. Realizamos titulação de aminoácidos, onde consiste na remoção gradual de prótons através da adição de uma base e a curva de titulação corresponde ao gráfico dos valores de pH da solução em função do volume de base adicionado. Detecção de aminoácidos e proteínas em solução por meio de reações de coloração como o reagente de Biureto, na qual comprova a presença de proteínas e ligações peptidicas apresentando uma determinada coloração. Compreendemos a desnaturação proteíca onde se perde estrutura da proteína devido algum fator, como temperatura. Experimentos para observar a atividade enzimática das proteínas que tem como função controlar a velocidade de proteínas e regular as reações que ocorrem no organismo, relembramos funções dos carboidratos e suas estruturas, diferenciando-os através de soluções. E lípideos, observando as insaturações em óleos e gorduras. 2 Aula 01 - Roteiro 01 Indicadores de pH O pH é definido como potencial hidrogeniônico de uma solução, na qual é estabelecido pela concentração de íons de hidrogênio (H+). Ele expressa o grau de acidez ou basicidade da solução. (LEHNINGER,2014) Os indicadores de pH são substâncias com propriedades de mudanças de cor, eles são ácidos ou bases orgânicas, de acordo com pH do meio que entra em contato, ele pode sofrer dissociação ou associação, no qual o deslocamento de equilibrio de pH irá provocar a mudança na coloração. Ou seja, caso o indicador de pH for composto por um ácido fraco em equilibrio com uma base conjugada (espécie formada após o ácido doar seu próton) e entrar em contato com uma solução ácida, ira aumentar a quantidade dos íons H3O+ no meio. Essa quantidade de íons será diminuída através de uma reação com a base conjugada, deslocando o sentido do equilíbrio para a esquerda para formar o ácido fraco, ficando de uma cor. Mas caso este indicador entre em contato com um meio básico, os íons da solução reagirá com íons do indicador, diminuindo assim a concentração deles no meio. Assim, o meio a fim de produzir mais íons o equilibrio quimico irá se deslocar para outro lado, tentando formar esses íons, mudando para outra cor. (LEHNINGER,2014) Figura 1- Escala de pH A escala de pH é constituída de uma série de números variando de 0 a 14, os quais indicam vários graus de acidez ou alcalinidade. Se o pH for 7 o meio da solução será neutro, mas se pH for menor que 7 ele será ácido e caso seja 3 maior, ele será básico. (ANDRADE, 2018) Para melhor compreensão realizamos um experimento com repolho roxo na qual realizamos os seguintes procedimentos: Usamos o extrato do repolho extraídos de suas folhas, enumeramos 11 tubos de ensaio e passamos 2ml da solução de extrato do repolho para cada um deles, após em 10 tubos desses foi adicionado soluções indicadoras: hidróxido de sódio, cloreto de sódio, água sanitária, sabão em pó, leite, detergente, vinagre, bicarbonato de sódio, albumina e água, para observação de cores e pH que o meio (extrato) com essas substâncias resultaria. A tabela a seguir demonstra os resultados que obtivemos na aula. Como pode se observar Vinagre se classificou como ácido na solução de extrato de repolho roxo obtendo pH próximo a 5. Cloreto de sódio 10%, Detergente incolor, Água sem gás, Leite e Albumina foi considerado neutro por se ter pH igual a 7. Os demais como o Ácido clorídrico, Hidróxido de Sódio, Água Sanitária, Sabão em pó e Bicarbonato de Sódio se encontraram acima de 7, expressando a solução como básica. Extrato de repolho roxo Cor 1- Ácido clorídrico 0,5M vermelho forte 2- Hidróxido de Sódio 0,1M amarelo 3- Cloreto de Sódio 10% roxo claro 4- Vinagre rosa 5- Detergente Incolor roxo 6- Água Sánitaria amarelo 7- Água sem Gás roxo 8- Sabão em Pó verde claro 9- Leite roxo 10- Bicarbonato de Sódio verde escuro 11- Albumina roxo pH aproximado 10 13 7 5 7 13 7 10 7 9 7 4 A partir dos resultados obtidos, fazer uma discussão sobre o caráter ácido/básico das substâncias analisadas e, se possível, discutir se as pessoas com gastrite ou refluxo podem ingerir essas substâncias. Pessoas que portam gastrite, pois eles estimulam o sistema digestivo produzir mais acidez, porque o sistema nervoso é acionado, estimulando a produção de ácido clorídrico no estômago. Assim, o suco gástrico fica mais ácido e a agressão é maior. O suco gástrico é formado basicamente por água, ácido clorídrico e enzimas digestivas. Seu pH varia entre 1,5 e 2, mas em indivíduos com gastrite ele fica ainda mais ácido. Discutir sobre as técnicas de identificação de proteínas (albumina) e a importância clínica A albumina é uma proteína de alta qualidade produzida pelo fígado e que exerce diversas funções no organismo, como transportar nutrientes pelo sangue, combater os radicais livres e fortalecer o sistema imunológico, sendo a mais abundante do organismo, estruturalmente ela é composta de vários segmentos em alfa hélice, que se agrupam para formar dois subdomínios (A e B). Uma das principais técnicas de identificação de proteínas é a tecnica de biureto, na qual é uma substância formada por hidróxido de potássio, sulfato de cobre e tartarato de sódio e potássio usada em dosagem e identificação de proteínas com a finalidade de corrigir atividades enzimáticas, pois quando reagi com os íons cúpricos, forma um produto de coloração roxa/violeta. Aula 01 - Roteiro 02 pH e Solução Tampão Soluções tampões são soluções que resistem a mudanças de pH quando a elas são adicionados ácidos ou bases, e também quando ocorre uma diluição. Elas são resistente devido ao resultado do equilibrio entre as soluções participantes do tampão. (ANDRADE, 2018)5 Existem diferentes tipos de soluções tampão, funcionando em diferentes faixas de pH, tanto em sistemas biológicos como em processos industriais. As soluções tampão são essências para os sistemas biológicos devido a regulação do pH tanto no meio intracelular quanto extracelular, há diversas soluções tampão em um organismo vivo. (FLORUCCI,2001) Ou seja, um tampão é constituído de uma mistura de um ácido fraco e sua base conjugada ou de uma base fraca e seu ácido conjugado. Ácido = doa próton ou íon hidrogênio. Base = recebe próton ou íon hidrogênio. Ácido forte – se dissocia totalmente –> Ácido fraco – se dissocia parcialmente <–> Nesta aula prática, aprendemos como manusear, compreender um pHmetro, calibramos ele com solução pH 4 e pH 7. Medimos o pH de 20mL de água que foi colocada em um béquer com barra magnética ( misturador) e foi colocado gota a gota, 10 gotas de ácido clorídrico (HCl) 5M. Para melhor entendimento de soluções tampão, em um béquer contendo 20 mL de solução tampão (ácido acético + acetato de sódio), colocar 10 gotas (gota a gota) de ácido clorídrico (HCl) 5M, anotando os valores de pH a cada gota. Gotas HCl 5M 1 4.11 2 4.11 3 4.11 4 4.11 6 4.11 Gotas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 NaOH 5M 4.67 4.67 4.67 4.67 4.67 4.67 4.67 4.67 4.67 4.68 6 Acetato + 10 Gotas HCl 5M Realizamos o mesmo com procedimento com o NaOH 5 Acetato + 10 Gotas de NaOH 5M 7 8 9 10 4.11 4.11 4.11 4.0 ph 14 - - - 11 9 8 7- 6 5 H2O 5.49 H2O NacH 11.86 HcL Não NACH muda 5.20 0,11 H2O HcL 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3 7 Por apresentar um ácido fraco, o pH dessas soluções são baixos. Ocorre assim o efeito tampão que quando a adição de um ácido ou base, é resistente as variações. Como foi citado, quase todos os processos biológicos, são dependentes do equilibrio do pH, exemplo o nosso sangue que é uma solução tamponada, pois as trocas gasosas que ele realiza só ocorrem nele devido ele estar tamponado com pH entre 7,3 a 7,5. Pois nele temos uma solução tampão bicarbonato composta por ácido carbônico (H2CO3) e ânion bicarbonato (HCO -), grupamentos aminas e hemoglobina (aminoácido histidina), e dentro das células temos um dos tampões mais importantes que é o fosfato (H2PO4- + HPO4), ou seja, através da respiração conseguimos aumentar ou diminuir a quantidade de hidrogenios livres, mantendo constante o pH do sangue pela respiração. (LEHNINGER,2014) Quando pH do sangue se encontra abaixo de 7,3 ele está em estado de Acidose que pode ser provocado por problemas metabolicos como diabetes melitus, consumo de álcool e tambem provocado por respiração, onde há o acúmulo de dióxido de carbono, causado por doenças que afetam a respiração. E quando o pH se encontra acima de 7,5 está em estado de Alcalose na qual é 8 causada de forma metabólica devido a perda excessiva de H+ (exemplo: vômito intenso) e respiratório quando o dióxido de carbono (CO2) está baixo no sangue, podendo ser causado por uma crise de pânico, ansiedade. (LODI,2012) Para pacientes que apresentam problemas pulmonares, o tampão ácido carbono e íon bicarbonato é pouco eficiente, neste caso o paciente se utiliza de um mecanismo renal, mas leva horas para fazer a compensação. Para a correção da acidose em pacientes, se administra íon bicarbonato e para correção de alcalose ácido lácteo. Isso deve ser realizado lentamente e em pequenas quantidades. Soluções tampões em todos os processos, irá resistir as variações e manter equilibrio do pH. - Discutir a função da solução tampão ácido carbônico/bicarbonato de sódio do sangue e do tampão tris-acetato para fazer experimentos com o DNA do RNA. A solução tampão de ácido carbônico/bicarbonato de sódio no sangue tem como função ajudar a controlar o pH sanguíneo, pois quando um ácido é adicionado ao sangue, o bicarbonato do tampão reage com ele produzindo um sal, formado com o sódio do bicarbonato e ácido carbônico. O ácido carbônico produzido pela reação do bicarbonato do tampão, se dissocia em CO2 e água e é eliminado nos pulmões. Na biologia molecular, também usamos solução tampão na análise de DNA, o principal usado no processo da eletroforese é o Tris-Acetato-EDTA, pois ela ocorre dentro de uma matriz, gel que possibilita a corrida da amostra, então o gel é introduzido dentro da solução tampão que irá fornecer manutenção ao pH. Aula 02 – Roteiro 01 Titulação de Aminoácidos. Os aminoácidos são móleculas orgânicas que se ligam através de ligações peptídicas e são compostas sempre por um grupo carboxila (-COOH), um grupo amina (NH2), hidrogênio e um carbono alfa (C), onde todos vão se ligar a ele e um grupo R (de 20 tipos diferentes, um para cada aminoácido existente), formando 9 assim as proteínas. Cada proteína é formada por uma sequência específica de aminoácidos, sequência essa que determinará sua conformação tridimensional. (CAMPBELL, 2007) Fórmula Geral dos Aminoácidos: COO- I H3N+ - C - H I R Os aminóacidos executam diversas funções no nosso organismo e são divididos em Não essencias (nosso corpo pode sintetizar) e Essenciais (que somos incapazes de produzir). Eles também aparesentam caráter anfótero, que possuem grupos podendo reagir tanto como ácidos como bases. (BACCAN, 1979) De acordo com a variedade do Grupo R, os aminoácidos podem ser apolares, polares e com cadeias laterais eletricamente carregadas. Os apolares são glicina, alanina, valina, leucina, isoleucina, metionina, fenilalanina, triptofano e prolina. Os aminoácidos polares são serina, treonina, cisteína, tirosina, asparagina e glutamina. Os aminoácidos com cadeias laterais eletricamente carregadas são o ácido aspártico, ácido glutâmico, lisina, arginina e histidina. (CAMPBELL, 2007) Na curva de titulação dos aminoacidos, no ínicio observamos que os grupos dos aminoácidos carboxilíco e amina estão ácidos. Com a titulação o grupo carboxílico irá liberar prótons e durante a liberação é mostrado um ponto onde a concentração do doador de prótons é igual a do íon dipolar desse aminoácido, ponto de inflexão, correspondente a pH igual a pK (medidor da tendência de ceder prótons) do grupo ácido que não está sendo titulado. O ponto onde observamos o fim da liberação de prótons por parte do carboxilíco é chamado ponto isoelétrico pI, esse ponto tem o pH caraterístico, onde se observa todo o aminoácido como íon dipolar, ou seja, a carga total é igual zero. Com a continuação da titulação, o 10 próton do grupo NH3 + será liberado. Também se observa um ponto de inflexão nessa segunda parte da curva de titulação. (FERRIER, 2019) A aula prática teve o objetivo de manusearmos o pHmetro e determinar o pH dos aminoácidos Glicina e Ácido glutâmico. Identificamos dois béqueres como A1 e A2 e adicionamos em cada um 20ml de solução do aminoácidoglicina 0,1M. No béquer A1 colocamos uma barra magnética e colocamos na agitação, junto colocamos o eletrodo do pHmetro, e titulamos com NaOH 0,5 N, gota a gota e anotando o pH. No béquer A2 repetimos o processo só que com o titular HCl 0,5M. Identifcamos mais dois béqueres como B1 e B2, e reptimos o processo porém ao invés da glicina, adicionamos em cada um 20ml da solução de ácido glutâmico. Obtendo os seguintes pH: Glicina gotas NaOH0,5M gotas HCl 0,5M 2 3 4 5 6 7 8 9 10 8.23 8.40 8.57 8.74 8.86 8.97 9.07 9.14 9.20 21 31 41 51 61 71 81 91 101 111 121 9.87 10.23 10.50 10.69 10.88 11.04 11.17 11.34 11.49 11.67 11.82 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 6.96 6.17 4.83 4.24 3.95 3.75 3.50 3.39 3.26 3.17 3.06 gotas HCI 0,5 N 11 21 2.34 Foram adicionadas um 121 gotas de NaOH glicina, na qual podemos observar o aumento do pH. E foram adicionadas 211 gotas de HCl na solução de glicina, onde notamos a diminuição do pH. Ácido Glutâmico pH no ínicio se encontrava em 3,13. gotas NaOH 0,5m 31 41 51 61 71 81 91 101 111 121 131 141 151 161 171 181 191 201 211 2.07 1.83 1.65 1.50 1.38 1.26 1.15 1.03 0.93 0.83 0.73 0.63 0.53 0.45 0.36 0.28 0.21 0.13 0.11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 3.09 3.10 3.08 3.07 3.06 3.04 3.03 3.02 3.00 2.99 2.85 2.72 2.60 2.40 2.30 2.11 2.03 1.93 1.83 110 210 220 230 240 260 280 300 330 350 1.77 1.40 1.36 1.31 1,12 1.06 1.04 1.00 0.98 0.94 12 gotas HCl 0,5m pH 10 20 30 40 50 60 Aula 02- Roteiro 02 Detecção de aminoácidos e proteínas em solução por meio de reações de coloração. As proteínas são móleculas orgânicas formadas por aminoácidos, unidos por ligações peptídicas (é formada entre o grupo amina de um aminoácido e o grupo carboxila do aminoácido seguinte, com perda de uma mólecula de água). As protéinas tem funções estruturais, de transporte, de defesas, enzimas. E ela é classificadas em níveis estruturais: Primário – é uma sequência de aminoácidos ligados por ligações peptídicas. (nível estrutural mais simples e importante, pois o arranjo espacial da molécula deriva desse sequenciamento) Secundário - posição de um aminoácido em relação aos aminoácidos PK2 =NH3 II 3.12 PKR -C I DH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 3.12 3.13 3.14 3.15 3.17 3.18 3.19 3.22 3.25 3.50 3.51 80 4.09 120 4.66 140 5.01 170 6.60 200 9.61 220 9.97 240 10.22 270 10.55 300 10.87 320 11.12 349 12.08 13 vizinhos. Ex.: α-hélice; β-conformação ou folha. Terciário: posição de todos os aminoácidos no espaço. Pode envolver diferentes tipos de estrutura secundária. Ex. globular, fibrosa Quaternário: para oligoméricas, posição de uma subunidade em relação as outra. (FERRIER, 2019) Figura 2- Níveis estruturais das proteínas. As proteínas podem reagir quimicamente pelo grupo amínico, pelo grupo ácido ou pelo radical R. As reações pelo grupo amínico ou pelo grupo ácido são reações gerais dos aminoácidos, e formadora das proteínas. E através de alguns métodos de coloração podemos identificar as proteínas presentes nos alimentos. (FERRIER, 2019) Na aula prática para observarmos a reação da coloração utilizamos o método de Biureto. O Biureto é um reagente composto por hidróxido de sódio e sulfato de cobre, a reação de biureto detecta a presença de ligações peptidicas, na reação do biureto, o NaOH, presente em solução, conduz a cadeia peptídica a um desarranjo em sua estrutura tridimensional. Os íons Cu2+ presentes em solução, originados do sulfato de cobre, formam um complexo com os aminoácidos, estabelecendo interações com os átomos de nitrogênio da cadeia peptídica. Dependendo da complexidade a reação com protéinas fica roxa e com peptídeos rosa. Mas no caso de aminoácidos livres, a reação de biureto não consegue detectar, pois os amioácidos não estão ligados a nenhum aminoácido, pois é necesssário estarem ligados a menos dois 14 aminoácidos. (CISTERNAS, 2001) No método, numeramos 8 tubos de ensaio: No tubo 1 adicionamos 2 mL do reativo do biureto + 1 mL de água. No tubo 2, 1 mL do reativo do biureto + 1 mL da solução de albumina 10%. No tubo 3, 1 mL do reativo do biureto + 1 mL da solução de aminoácido glicina 1%. No tubo 4, 1 mL do reativo do biureto + 1 mL de leite sem ferver. No tubo 5, 1 mL do reativo do biureto + 1 mL de leite fervido. No tubo 6, 1 mL do reativo do biureto + 1 mL de amido 1%. No tubo 7, 1 mL do reativo do biureto + 1 mL de óleo de cozinha. No tubo 8, 1mL do reativo do biureto + 1 mL de suco de fruta. O que obtemos: O tubo 1, serve como branco, mostrando apenas a coloração do reativo de biureto que é azul clara. O tubo 2, de albumina, reagiu positivamente obtendo uma coloração roxa, devido a presença de proteínas, com ligações peptídicas. O tubo 3, de aminoácido glicina, reagiu negativamente obtendo coloração azul, pois ele é um aminoácido, mas sem ligações peptídicas. O tubo 4, de leite, reagiu positivamente obtendo coloração roxa, pois ele apresenta varias proteínas em sua composição. O tubo 5, de leite fervido reagiu positivamente O tubo 6, de amido reagiu negativamente O tubo 7, de óleo de cozinha resultado negativo. O tubo 8, de suco de fruta reagiu negativamente. Ou seja, para que a reação seja positiva é necessário que a molécula apresente pelo menos duas ligações peptídicas na molécula, mas tudo também depende da temperatura, pois caso seja alta pode ocorrer a desnaturação da molécula, fazendo a perder suas estruturas, como a ligação peptídica. 15 Os resultados da utilização do método de biureto na detecção das proteínas da clara do ovo cru seriam semelhantes ao do ovo cozido? Justifique. A clara de ovo normal é uma proteína com ligações peptidicas, já no ovo cozido ocorre o processo de desnaturação, o calor quando cozinhamos o ovo desnaturam as proteínas pois o calor rompe a ligação, mas continua sendo uma protéina. - É possível também detectar aminoácidos livres por esse mesmo teste (biureto)? Justifique No caso de aminoácidos livres a reação de biureto não consegue detectar, pois os amioácidos não estão ligados a nenhum aminoácido, pois é necesssário estarem ligados a menos dois aminoácidos. - Como se explica o aparecimento de cor no experimento realizado? Haja vista que o íon metálico Cu+2 não apresenta a formação de compostos coloridos, pois, ao analisar a sua distribuição eletrônica [Ar]3d10, ele já possui o orbital d completo e estável, não havendo transição eletrônica. Por isso, não há absorção dos comprimentos de onda da luz branca e todos esses comprimentos de onda que compõem a luz branca são refletidos, sendo incolores os seus compostos por conta desse fato. Formado pela interação entre moléculas de proteínas e um íon livre de cobre (Cu+2) na presença de uma base forte, que agecomo catalisador da interação. O parecimento de coloração violeta indica que os íons Cu2+ provenientes do CuSO4 formaram complexo com ligações peptídicas presentes na amostra, indica que se trata de uma proteína ou peptídeo. - Sabendo-se que um peptídeo apresenta os aminoácidos em sequência Gly- Ala-Cys, esboce o peptídeo. A inversão da ordem dos aminoácidos no peptídeo (Cys-Ala-Gly) altera a molécula? Por quê? Sim, com a inversão da ordem dos aminoácidos ocorre a alteração da molécula, visto que os grupamentos amino e carboxílicos que irão reagir serão diferentes nas moléculas. 16 Aula 03 – Roteiro 01 Desnaturação Proteica Desnaturação Proteica - Para uma protéina exercer suas funções, ela deve estar com suas estruturas primárias, secundárias, terciárias e quartenárias íntegras. Na desnaturação proteíca há perda das estruturas secundária e terciária da proteína ou rompimento de ligações peptídicas, que podem ser provocadas por diversos fatores como calor, radiações eletromagnéticas de certos comprimentos de onda (como as emitidas em um microondas ou os raios ultravioletas do Sol), ácidos e bases, solventes orgânicos, íons de metais pesados. (ARAUJO, 2004) Alteração de solubilidade de proteínas em presença de soluções salinas e solventes orgânicos - Quando adicionamos sais neutros a uma solução, ocorre um aumento da força iônica do sistema. Assim, quando adicionamos pequenas quantidades de sal a uma solução contendo proteínas, as cargas provenientes da dissociação do sal passam a interagir com as moléculas protéicas, diminuindo a interação entre elas. (ARAUJO, 2004) Fizemos experimentos: -Para ver a ação da temperatura nas proteínas adicionamos em um tubo de ensaio 2mL de solução ovoalbumina 10%, com a ajuda de uma pinça colocamos sob o bico de bunsen, após ferver observamos que ele cozinhou, devido a desnaturação proteica. -Para observar a ação do pH nas proteínas, em um tubo de ensaio, colocamos 2mL de solução de ovoalbumina 10% e adicionamos 2 mL de HCl 5M. Em outro tubo, colocamos 2 mL de solução de ovoalbumina 10% e adicionamos 2 17 mL de HCl 0,5M, demonstrando acidez, pois a organização saturou. - Para ação de solventes orgânicos sobre as proteínas, em um tubo colocamos 2mL de solução de ovoalbumina 10% e adicionamos 2 mL de etanol gelado, demonstrando polaridade. -Para ação de sais sobre as proteínas, em um tubo, colocamos 2 mL de solução de ovoalbumina 10% e adicionamos 2 mL da solução saturada de sulfato de amônio, demonstrando presença de cargas. Esses experimentos são técnicas de desnaturação, onde ocorre a precipitação por temperatura ela desnatura as proteínas, transformando-as em proteínas que são insolúveis, devido a modificação na sua estrutura. Já a desnaturação por ácidos fortes, transformando-as proteínas em meta proteínas que são solúveis. A adição de solventes orgânicos como o etanol, éter dietílico e acetona, quando adicionado às soluções aquosas de proteínas, podem levar à precipitação das mesmas.(ARAUJO, 2004) Figura 3- Experimento aula prática. - Analise a figura a seguir que mostra a mudança da estrutura terciária de uma proteína enzimática, pela modificação das condições às quais ela está exposta. 18 Essa mudança é chamada de: a) Saturação e pode ser causada pela alteração do pH do meio. b) Renaturação e pode ser causada pela alteração da temperatura do meio. c) Saponifização e pode ser causada pela alteração de pH do meio. d) Floculação e pode ser causada pela mudança de densidade do meio. e) Desnaturação e pode ser causada pela alteração de temperatura do meio. - Logo após a colheita, os grãos de milho apresentam sabor adocicado, devido à presença de grandes quantidades de açúcar em seu interior. O milho estocado e vendido nos mercados não tem mais esse sabor, pois cerca de metade do açúcar já foi convertida em amido por meio de reações enzimáticas. No entanto, se o milho for, logo após a colheita, mergulhado em água fervente, resfriado e mantido em um congelador, o sabor adocicado é preservado. Por que esse procedimento preserva o sabor adocicado dos grãos de milho? Se esse processo for realizado, ocorre a desnaturação nas proteínas devido a temperatura da água fervendo, perdendo suas estruturas. Mas ao mantê- las em baixasa temperaturas como congelada, o amido presente no milho não será catabolizado pelas atividades enzimáticas digestivas, preservando 19 o sabor adocicado. -Qual a diferença (para o nosso corpo) se tomarmos leite direto da caixa longa-vida e leite fervido? E o que diz a respeito ao leite propriamente dito, o que mudou? O leite da caixa sofre o processo de ultrapasteurização, sendo aquecido em uma temperatura que é quase o dobro da normal por certo tempo e depois resfriado. Nesse aquecimento, os micro-organismos benéficos do alimento e que auxiliam na digestão também são mortos, reduzindo o seu valor nutritivo. O leite fervido sofre uma pasteurização em elevada temperatura como 75graus, para que os micro- organismos ‘’mals’’ presentes nele sejam mortos. - Sabe-se que quando se colocam gotas de limão no leite aparece o coalho. Qual a possível explicação? Relacione com a digestão de proteínas pelo estômago. Explicar por que a enzima pepsina (que é responsável pela digestão, junto com o HCl) não se comporta como as proteínas que se submetem à digestão no estômago. Porque o limão ácido abaixa o pH e torna o leite mais ácido, a acidez muito alta faz o leite coagular, ele coagula na hora, pois a proteína fica instável. A enzima pepsina não se comporta como as proteínas que se submetem à digestão no estômago, pois de início ela esta inativa, apenas quando ela pois ela só age no meio ácido. A pepsina é inicialmente liberada em uma forma inativa, só quando ela entra em contato com o ácido clorídrico (HCl) transforma-se na forma ativa. 20 Aula 03 - Roteiro 02 Atividade Enzimática As enzimas são proteínas que atuam controlando a velocidade e regulando as reações que ocorrem no organismo, elas catalizam reações químicas específicas atuando sobre substratos específicos e em locais específicos desses substratos, ou seja, são altamente específicas. A ação das enzimas pode ser influenciada por alguns fatores, como a temperatura elevada, pH e enzimas reguladoras. (PRICE, 2000) As enzimas realizam um grande trabalho químico, pois após catalisar a transformação química, não sofrem nenhuma alteração e permanecem disponíveis para catalisar uma nova trasnformação. (PRICE, 2000) Substrato – é a molécula que irá sofrer transformação pela ação da enzima. Produto – é o resultado da transformação do substrato pela enzima. Sítio catalítico – é o local da enzima onde se encaixa a mólecula do substrato. As enzimassão de grande importância no organismo, mas principalmente nos processos digestivos pois elas têm como função digerir os alimentos, absorver os nutrientes e calorias, ou seja, elas ajudam na quebra de moléculas de macronutrientes, facilitando o processo de absorção. Elas são produzidas Tubo Composição 1 4mL de gelatina + 2mL de água 2 4mL de gelatina + 2mL de extrato de mamão 3 4mL de gelatina + 2mL de extrato de abacaxi 4 4mL de gelatina + 2mL de extrato suco maça Teste Controle Mamão Abacaxi Controle suco Resultado + - - + 21 naturalmente pelos órgãos do sistema digestivo, principalmente pelo pâncreas. Sendo as principais a Amilase ( função de quebrar os carboidratos, mais especificamente o amido, transformando-o em maltose e glicose), Protease (quebra as proteínas, promovendo a melhor absorção desse macronutriente no organismo) e a Lipase ( responsável pela quebra das gorduras, ou seja, atua sobre os lipídios, transformando-os em ácidos graxos e glicerol). Na falta de enzimas no corpo, é comum que casos de problema de digestão aconteçam. (PRICE, 2000) Realizamos alguns procedimentos sobre a Atividade enzimática, dando ínicio com a atividade enzimática de extratos vegetais com gelatinas, preparamos gelatinas e separamos os extratos das frutas, peneirando o extrato. Identificamos 4 tubos de ensaio, colocandoa gelatina + extratos, levamos ao freezer até que o tubo 1 (controle) gelifique. A ocorrência ou não da proteólise será avaliada por meio da gelificação. Após um banho de gelo de alguns minutos (o suficiente para ocorrer a gelificação do controle – tubo 1),os tubos foram inclinados ligeiramente para verificar a viscosidade do meio em cada um deles. Obtivemos os resultados abaixo: Foi observado que ocorreu a gelatificação no tubo 1, devido a ausência de enzimas proteolíticas. Nos tubos 2, 3 e foi observada a redução da gelatificação, o que ocorre devido à presença de enzimas proteolíticas, quei impedem a formação do gel.No tubo 2, a enzima proteolítica presente é a papaína outra enzima protease derivada do látex do mamão e também é semelhante à pepsina, ela estimula a digestão de gorduras e proteínas e é útil para melhorar a absorção geral de nutrientes e, no tubo 3, abromelina, uma enzima protease encontrada no suco e no caule do abacaxi, semelhante à pepsina, é uma ajuda digestiva natural. enzimasessas que provocaram a degradação das macromoléculas de https://vitat.com.br/proteina/ https://vitat.com.br/alimentos-gorduras/ 22 proteínapresentes na gelatina, causando a perda do processo de gelificação. A proteólise, é uma atividade realizada por proteases que são enzimas que possuem função de quebrar as ligações entre os aminoácidos e as ligações proteicas, nesses vegetais ela está relacionada a papaína e a bromelina, que auxiliam na digestão. (PRICE, 2000) - As enzimas estão presentes em pequenas quantidades no organismo. Elas são moléculas extremamente específicas, atuando somente sobre um determinado composto e efetuam sempre o mesmo tipo de reação. Em relação às enzimas, foram feitas as afirmações I. Enzimas são proteínas que atuam como catalisadores de reações químicas. II. Cada reação química que ocorre em um ser vivo, geralmente, é catalisada por um tipo de enzima. III. A velocidade de uma reação enzimática independe de fatores como a temperatura e o pH do meio. IV. As enzimas sofrem um processo de desgaste durante a reação química da qual participam. São verdadeiras as afirmações: a) I e II. b) I e III. c) I, II e IV. d) III e IV. e) I, II, III e IV. - Arquilino Pestana, professor de Biologia, após expor para seus alunos do 1º ano do Ensino Médio o conteúdo referente a enzimas – biocatalizadores de natureza proteica –, propôs-lhes o seguinte questionamento: “Sabendo-se que os peroxissomos são organelas que contêm uma catalase – a peroxidase –, o que ocorrerá quando acrescentarmos aos recipientes a seguir, numerados de 1 a 3, peróxido de hidrogênio (H2O2)?” Recipiente 1: carne cozida a 80 ºC por 1,5 horas e recém-cortada em pequenos pedaços. Recipiente 2: carne descongelada e recém-cortada em pequenos 23 pedaços, após três dias de congelamento a -2 ºC. Recipiente 3: Solanum tuberosum (batata) recém-cortada em pequenos pedaços, tendo sido mantida todo tempo em temperatura de 32 ºC. Podemos afirmar que: I. No recipiente 1 não ocorrerá nenhuma alteração, pois as enzimas desnaturam em temperaturas superiores a 40 ºC. II. Nos recipientes 1 e 2, nenhuma alteração será percebida, pois tanto temperaturas elevadas quanto baixas provocam inativação enzimática. III. No recipiente 2 ocorrerá um “borbulhamento” na superfície da carne, em decorrência da ação da peroxidase, promovendo a quebra do peróxido de hidrogênio em água e oxigênio, visto que temperaturas baixas apenas inativam as enzimas, sendo um fenômeno reversível. IV. No recipiente 3 ocorrerá a seguinte reação: H2O2 H2O + O, já que, a 32 ºC, a peroxidase está em seu ótimo de temperatura. V. No recipiente 3 não ocorrerá qualquer tipo de reação, já que os peroxissomos são organelas típicas dos animais. Assinale a alternativa cuja(s) assertiva(s) é(são) correta(s). a) I, III e IV. b) II e IV. c) II, apenas. d) I, III e V. e) III, apenas Aula 04 – Roteiro 01 Determinação de açúcares em solução Os carboidratos são responsáveis por liberar glicose, fornecer energia para as células por ser a primeira fonte de energia celular, eles impedem que as proteínas sejam usadas para energia, atrapalhando suas funções e eles fazem a manutenção metabólica glicêmica para que o corpo continue funcionando bem. Ou seja, ao 24 ingerimos carboidratos, temos glicose na corrente sanguínea constantemente, esta é a principal molécula que fornece energia para as células do corpo. (LEHNINGER,2014) O carboidrato é um macronutriente formado por moléculas de carbono, hidrogênio e oxigênio, apresentando uma fórmula empírica (CH2O)n. Eles podem ser poliidroxialdeídos ou poliidroxicetonas, isto é, possuem um grupo que pode ser aldeído ou cetona, respectivamente, e várias hidroxilas, geralmente uma em cada átomo de carbono que não faz parte do aldeído ou grupo funcional cetona. Além de carbono, hidrogênio e oxigênio, alguns carboidratos apresentam nitrogênio, fósforo ou enxofre em sua composição. (LEHNINGER,2014) Monossacarídeos: Apresentam de 3 a 7 carbonos em sua estrutura, nçao sofrem hidrolise, são soluvéis em água: glicose, frutose e galactose. Um monossacarídeo inclui todos os componentes necessários de um carboidrato, ou seja, a cadeia de carbono, o grupo carbonila e o grupo hidroxila. Monossacarídeos são os blocos de construção de carboidratos maiores e também são usados em células para produzir proteínas e lipídios. Açúcares que não são usados para sua energia são frequentemente armazenados como lipídios ou carboidratos mais complexos. (PRICE,2020) Dissacarídeos: Resultado da ligação entre dois monossacarídeos: sacarose, maltose e lactose. https://pt.wikipedia.org/wiki/Alde%C3%ADdo https://pt.wikipedia.org/wiki/Cetona https://pt.wikipedia.org/wiki/Hidroxila https://pt.wikipedia.org/wiki/Nitrog%C3%AAnio https://pt.wikipedia.org/wiki/F%C3%B3sforo https://pt.wikipedia.org/wiki/Enxofre25 Os monossacarídeos se unem no por uma reação de desidratação porque uma molécula de água é removida à medida que os dois açúcares se ligam. A reação ocorre entre dois grupos hidroxila (-OH) dos dois monossacarídeos, o grupo hidroxilo é completamente removido de um monossacárido e do segundo monossacárido, sendo removido um átomo de hidrogénio de um grupo hidroxilo. O grupo hidroxila removido e o hidrogênio produzem uma molécula de água, ou seja, OH + H → H₂O. A partir do segundo monossacarídeo, o oxigênio do grupo hidroxila ainda permanece. Este oxigênio se liga ao átomo de carbono onde o grupo hidroxila foi removido no primeiro monossacarídeo. A ligação liga os dois monossacarídeos, criando um dissacarídeo. (ÁVILA, 2014) Polissacarídeos: Moléculas formadas através da união de vários monossacarídeos. São ligados entre si por ligações glicosídicas, que são ligações covalentes resultantes da condensação de dois monossacarídeos. Insolúveis em água. Alguns apresentam em sua fórmula átomos de nitrogênio e enxofre: amido e celulose. Eles são importantes para armazenar energia e fornecer suporte e proteção para células e organismos inteiros. (ÁVILA, 2014) Realizamos experimentos com objetivo de diferenciar alguns carboidratos mediante reações específicas. Teste de Barfoed - 26 O reagente de Barfoed, que contém acetato de cobre em ácido acético diluído, é utilizado para distinguir os monossacáridos redutores dos dissacarídeos redutores. teste desse reagente é baseado na redução do acetato de cobre a óxido de cobre (Cu2O), que forma um precipitado cor de tijolo. Identificamos dois tubos com 1 e 2, no 1 adicionamos 2mL de reativo de Barfoed e acrescentamos 1 mL de glicose a 10%. No tubo 2, adicionamos 2 mL de reativo de Barfoed e acrescentamos 1 mL de lactose a 10%, aquecemos então no banho maria por 5minutos. Caso de positivo há turvação ou precipitado avermelhado para monossacarídeos redutores. Glicose positivou. Teste do espelho de prata – O Reagente de Tollens é geralmente usado para detectar a presença de aldeídos em uma solução de cetona, e ao reagir, tem o seu íon de prata reduzido, assim, produzindo um precipitado de prata metálica nas paredes do frasco, formando um espelho de prata. Colocamos 1 mL da solução de nitrato de prata em um tubo de ensaio, adicionamos amônia diluída gota a gota com agitação até se dissolver o precipitado formado. Adicionamos 0,5 mL da solução de glicose (amostra) e agitamos, aquecemos em água à temperatura de 70 ºC durante 5 minutos. Positivo: formação de um espelho de prata para açúcares redutores. Teste de Fehling – a solução de fehling dará um resultado positivo para os monossacarídeos de aldose (devido ao grupo aldeído oxidável), mas também para os monossacarídeos de cetose, pois são convertidos em aldoses pela base no reagente e, em seguida, dão um resultado positivo. Identificamos tubos como 1 e 2, no 1, adicionamos 1mL da solução de Fehling A e 1 mL da solução de Fehling B e 0,5 mL de glicose. No tubo 2, adicionamos 1 mL da solução de Fehling A e 1 mL da solução de Fehling B e 0,5 mL de sacarose. Aquecemos à fervura durante, aproximadamente, 5 minutos. Positivo: formação de um precipitado avermelhado para açúcares redutores. Glicose. 27 O que significa poder redutor do açúcar? Como esse conceito foi aplicado à aula? Um açúcar é classificado como um açúcar redutor apenas se tiver uma forma de cadeia aberta com um grupo aldeído ou um grupo hemiacetal livre. Monossacarídeos que contêm um grupo aldeído são conhecidos como aldoses, e aqueles com um grupo cetona são conhecidos como cetoses. Foi aplicado nos testes para detectar os monossacarídeos. -Qual é a relação das ligações glicosídicas e o poder redutor do açúcar? A ligação glicosídica ligação é uma ligação covalente resultante da reação de condensação entre uma molécula de um carboidrato com um álcool, que pode ser outro carboidrato. Então quando um monossacarídeo está ligado pela ligação glicosídica, ele está na forma de anel e não pode ser redutor. Porém, na ponta da cadeia, quando existe um carbono anomérico não envolvido na ligação, ele é chamado de extremidade redutora. -Por que foi possível obter prata metálica na reação de formação do espelho de prata? Porque o aldeído é oxidado ao ácido carboxílico correspondente, enquanto os íons prata são reduzidos à Ag0 (prata metálica). -Analisar os açúcares a seguir e dizer quais seriam Barfoed positivo e Fehling positivo. 28 Fehling- lactose, sacarose Barfoed- frutose,pentoses. Aula 04 – Roteiro 02 Lipídeos Os lipídeos são moléculas orgânicas formadas a partir de ácidos graxos e álcool, que desempenham importantes funções no organismo dos seres vivos, como: reserva energética, isolante térmico, além de colaborar na composição da membrana plasmática das células (os fosfolipídios). Eles são insolúveis em água devido sua estrutura. (SILVA, 1998). Os ácidos graxos são compostos orgânicos que possuem apenas um grupo carboxila em uma de suas extremidades (são monocarboxílicos), de cadeias abertas, longas, com 4 a 22 átomos de carbono. Estes compostos podem variar entre saturados (onde os carbonos apresentam ligações simples) ou não- saturada (com uma ou mais ligações duplas). No caso de apenas uma dupla ligação na cadeia, o ácido graxo é denominado monoinsaturado, no caso de duas ou mais ligações, chama-se poliinsaturado. (MOREIRA, 2002) O ponto de fusão dos ácidos graxos aumenta com o aumento da cadeia, mas diminui com o aumento do número de insaturações. Isso ocorre porque a configuração "cis" das duplas ligações provoca uma dobra de 30o na cadeia, o que dificulta a agregação das moléculas. Os ácidos graxos podem sofrer reações de hidrogenação, halogenação, saponificação esterificação e oxidação. (MOREIRA, 2002) Hidrogenação: é a reação do ácido graxo insaturado + H2, formando ácido graxo saturado. Halogenação: é a reação do ácido graxo insaturado com um halogênio, formando ácido graxo saturado halogenado. Saponificação: é a reação de um ácido graxo + base, formando sal (sabão). 29 Os triglicerídeos, são mais simples compostos por três ácidos graxos, unidos com ligações éster ao glicerol. Eles são formas de armazenar energia, chamados de gordura de reserva e são eficientes para o isolamento térmico. (LEHNINGER,2014) Para formação de sabão insolúvel, e pesquisa de insaturações em óleos e gorduras observamos na aula prática os seguintes procedimentos: Colocar um pedaço de manteiga em um erlenmeyer de 125 mL e adicionar 20 mL de KOH 10% em álcool (pode ser NaOH 10%). Aquecer em banho-maria durante, aproximadamente, 5 minutos. Verificar se a saponificação foi completa, observando a solubilidade de uma alíquota da mistura da mistura em água. – A saponificação foi completa pois o éster reage em meio aquoso com uma base forte, ou seja, é uma hidrólise alcalina. 30 -Separar três tubos de ensaio e identificá-los com 1, 2 e 3. No tubo 1, adicionar 2 mL de solução de sabãopreparada na parte I e 5 gotas de solução de cloreto de sódio 35% (NaCl 35%). No tubo 2, adicionar 2 mL de solução de sabão preparada na parte I e 5 gotas de solução de cloreto de cálcio 10% (CaCl2 10%). No tubo 3, adicionar 2 mL de solução de sabão preparada na parte I e 5 gotas de ácido clorídrico 0,1N (HCl 0,1N). Se necessário, leve a mistura (sabão) obtida na parte I novamente ao banho-maria para dissolução. Misturar as reações por agitação. - Separar dois tubos de ensaio e identificá-los com 1 e 2: No tubo 1, adicionar 5 mL de óleo de soja e 10 gotas de lugol. No tubo 2, adicionar 5 mL de margarina derretida e 10 gotas de lugol. Ferver os tubos em banho-maria até o desaparecimento da coloração provocada pelo lugol. Após resfriamento à temperatura ambiente, adicionar 3 gotas de solução de amido em cada tubo. Se conclui que o índice de iodo indica o grau de insaturação (há ligações duplas ou triplas) do óleo ou gordura, considerando que o iodo reage com as ligações duplas ou triplas, saturando as ligações (ligações simples), verifica-se que quanto maior o grau de insaturação, maior será proporcionalmente o índice de iodo e reciprocamente, quanto maior a quantidade de iodo adicionada, maior o número de ligações duplas quebradas. Referências LEHNINGER, T. M., NELSON, D. L. & COX, M. M. Princípios de Bioquímica. 6ª Edição, 2014. ANDRADE, J. C. de. Química analítica básica: os conceitos acido-base e a escala de pH. Revista Chemkeys, Campinas, SP, n. 1, p. 1–6, 2018. DOI: 10.20396/chemkeys.v0i1.9642. Disponível em: https://econtents.bc.unicamp.br/inpec/index.php/chemkeys/article/view/9642. 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PRICE, N.C; STEVENS, L. Fundamentals of Enzymology. Oxford Science Publications. 2 Edição. Nova Iorque, 2000. 32 ÁVILA, V. C. Desenvolvimento de um Biossensor para Detecção de Glicose. Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2014. Disponível em: http://hdl.handle.net/10183/103799. SILVA, A.M. Métodos para avaliação do grau de oxidação lipídica e da capacidade antioxidante. 1998. Disponível em: https://www.scielo.br/j/qn/a/KbCWvQcH3SKPN7HGYKPjxxv/?format=pdf&lang=pt MOREIRA, N.XAVIER; CURI.R.; MANCINI, J.F; Ácidos graxos: uma revisão. LILACS, 2002. Disponível em: https://pesquisa.bvsalud.org/portal/resource/pt/lil-356356 http://hdl.handle.net/10183/103799 https://www.scielo.br/j/qn/a/KbCWvQcH3SKPN7HGYKPjxxv/?format=pdf&lang=pt https://pesquisa.bvsalud.org/portal/?lang=pt&q=au%3A%22Moreira%2C%20Nara%20Xavier%22
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