5. hidrólisis de carbohidratos

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UNIVERSIDAD MANUELA BELTRÁN

MACROPROCESO DE RECURSOS E INFRAESTRUCTURA ACADÉMICA

FORMATO PARA PRÁCTICAS DE LABORATORIO

Fecha: Abril de 2011 Código: GRL-006 Versión: 4.0

INFORMACIÓN BÁSICA

NOMBRE DE LA PRÁCTICA: Hidrólisis de Carbohidratos.

PRÁCTICA No.

5 ASIGNATURA: Bioquímica.

TEMA DE LA PRÁCTICA: Biomoléculas.

LABORATORIO A UTILIZAR: Laboratorio de Bioquímica.

CONTENIDO DE LA GUÍA

OBJETIVO Detectar mediante pruebas químicas la formación de monosacáridos como producto de la hidrólisis ácida de polisacáridos y disacáridos como el almidón, la celulosa y la sacarosa

INTRODUCCIÓN

El término carbohidrato es usado para nombrar una gran cantidad de polihidroxialdehídos y polihidroxicetonas que por condensación polimérica forman moléculas denominadas disacáridos o polisacáridos. El almidón de los alimentos, el azúcar de cocina, la celulosa de la madera, el algodón y el papel son algunos ejemplos de carbohidratos que comúnmente conocemos.

Los carbohidratos generalmente se clasifican en monosacáridos, disacáridos o polisacáridos. Los monosacáridos son azucares simples como la glucosa y la fructosa que no se pueden convertir por hidrólisis en moléculas más pequeñas, en cambio los disacáridos o polisacáridos son azucares complejos formados por dos o más monosacáridos, por ende cuando son hidrolizados pueden producir este tipo de azucares.

En esta práctica de Laboratorio se hidrolizara almidón, sacarosa y celulosa por medio de la adición de ácido diluido, el estudiante estará en capacidad de comprobar la formación de los monosacáridos correspondientes por medio de la adición del reactivo de Fehling.

MARCO TEÓRICO

1. LOS CARBOHIDRATOS

Los carbohidratos representan aproximadamente un 50% de la biomasa presente en el planeta, lo que los hacen las biomoléculas más abundantes sobre la superficie terrestre. Éstas son muy importantes porque conforman la estructura del material biológico, juegan un papel importante en el reconocimiento molecular y son la principal forma metabólica de almacenamiento de energía. Usualmente, menos del 1% de la luz del sol disponible es convertida en energía química potencial por fotosíntesis, pues la energía del sol es almacenada en los enlaces químicos de los componentes estructurales de los carbohidratos. Si esta biomasa es procesada eficientemente, ya sea química o biológicamente, extrayendo la energía almacenada en los enlaces químicos, la energía producida se combinará con el oxígeno presente, oxidando el carbono y produciendo CO2 y H2O, este proceso es cíclico, pues el CO2 producido estará disponible para producir nuevamente biomasa. El hombre desde sus inicios ha sacado provecho de la energía almacenada en los enlaces químicos de la biomasa, por medio de la quema de combustibles y el consumo de plantas para la nutrición (McKendry, 2002).

1.1 LA SACAROSA

La sacarosa (azúcar común) sintetizada en las plantas, es un producto intermedio de la fotosíntesis, en la que la energía de la luz del sol es reunida y usada para la síntesis de glucosa de CO2 y H2O (Cooper, 2000). Se trata

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de un disacárido formado por glucosa y fructosa (Figura 1) unidos por un enlace glicosídico el cual bloquea los dos enlaces de los grupos carbonilo, por lo cual es considerado como un azúcar no reductor. Este azúcar no se oxida y por tanto se obtienen resultados negativos al reaccionar con el reactivo de Fehling. La sacarosa se puede hidrolizar (incorpora una molécula de agua) por diferentes medios, ya sean por acción de la enzima invertasa presente en la saliva y el tracto digestivo o por acción de ácidos diluidos como el ácido clorhídrico. Al hidrolizarse, la sacarosa produce un equivalente de glucosa y otro de fructosa esta mezcla se conoce como azúcar invertida (Biogeo_OV, 2011).

Glucosa

O

O

HH

H

OH

OH

H OH

H

OH

O

H

OH

OH

H

H

OH

OH

Fructosa

Sacarosa

(Dglucopiranosil Dfructofuranósido)

Figura 1. Estructura de la sacarosa.

1.2 EL ALMIDÓN

Es un polisacárido muy abundante en las semillas, frutos y tubérculos. Está formado por moléculas de α-D-glucosa, en la molécula de almidón se puede distinguir dos fracciones: La amilosa, que es insoluble en agua fría y en la que la glucosa se enlaza por las uniones 1,4- α- glicosídicas, y la otra fracción denominada amilopectina (Figura 2), éste es un polímero soluble en agua fría cuyas ramificaciones 1,6- α-glucosídicas se presentan aproximadamente cada 25 unidades de glucosa.

Figura 2. Fragmento de la molécula del almidón correspondiente a amilopectina, la unidad encerrada en el círculo corresponde a la glucosa. Tomado de Biogeo_OV

(Biogeo_OV, 2011)

El almidón se digiere en la boca y en el estómago por medio de las enzimas glicosidasas, las cuales hidrolizan selectivamente los enlaces α-glicosídicos, estas enzimas catalizan la hidrólisis de estos enlaces y liberan las

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moléculas de glucosa. La hidrólisis del almidón también se puede llevar a cabo por acción del calor y un ácido en medio acuoso dando como resultado la formación de unidades de glucosa.

La celulosa es otro polisacárido de gran importancia que consta de miles de unidades de D-glucosa que se enlazan por uniones 1,4-b-glicosídicas como las de la celobiosa (Figura 3). La moléculas de celulosa pueden interactuar por enlaces de hidrógeno, formando una macroestructura, que es la responsable de la resistencia y rigidez características de las plantas, por ejemplo en el pasto, las hojas y el algodón (Nelson, 1993) (Stryer, 1995)

n

5 O

1

23

4

H

HH

H

OOH

H OH

O

6OH

5 O

1

23

4

H

HH

H

O

OH

H OH

O

6OH

5 O

1

23

4

H

HH

H

OH

H OH

6OH

Figura 3. Estructura de la celulosa donde se observa los enlaces 1,4-glucosa

La celulosa puede ser degradada por diferentes compuestos, entre los cuales se encuentra el ácido sulfúrico, cuya acción depende de la concentración y duración del contacto. Si el ácido se usa concentrado y frío aumenta el volumen y produce una sustancia parecida a la fécula y al engrudo de almidón. Cuando ésta, se vierte en mucha agua separa unos copos incoloros que dan una coloración azul al tratarse con lugol (solución de yodo), llamándose por esta razón amiloide. Si contacto del ácido sulfúrico con la celulosa es corto la capa amiloide solo se forma en la superficie, propiedad que es aprovechada para la fabricación de papel pergamino (Stryer, 1995)

CONSULTA PREVIA

1. Complete el mapa conceptual que aparece a continuación con los siguientes términos: Lactosa, Rafinosa, Azúcares simples, Fructosa, Disacáridos, Celulosa. (0,5/5,0)

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2. El siguiente diagrama muestra los resultados tanto positivos como negativos que se pueden obtener al tratar una muestra con el reactivo de Fehling y a continuación se muestran los resultados obtenidos en un laboratorio para diversos carbohidratos que fueron tratados con este reactivo (glucosa, Fructosa maltosa, sacarosa, celulosa y almidón). De acuerdo a esta información complete la tabla de resultados que se muestra: (1,0/5,0)

Figura 4. Resultados con el reactivo de Fehling (Adaptado de

Aguirre y Morales, 2011)

3. ¿Cuál es la diferencia del enlace químico entre las glucosas que conforman el almidón y la celulosa?

Explique señalando las diferencias en los dibujos de los respectivos enlaces químicos (1,0/5,0).

DIBUJO ENLACE GLUCOSAS EN EL ALMIDÓN DIBUJO ENLACE GLUCOSAS EN LA CELULOSA

EXPLICACIÓN: EXPLICACIÓN:

4. Complete la siguiente reacción de hidrólisis de la sacarosa (1,0/5,0)

O

HH

H

OH

OH

H OH

H

OH

O

O OH

H

OH

OH

H

OH

OH

H+

Sacarosa

+

5. Complete la reacción de hidrólisis del almidón (1,0/5,0)

Tipo de carbohidrato

Resultado con Fehling

Nombre

Monosacárido +

Disacárido +

Polisacárido -

Monosacárido +

Polisacárido -

Disacárido -

O

HH

H

OOH

H OH

H

OH

O O

HH

H

O

OH

H OH

H

OH

R

R

n

H+

Almidón

+

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RIESGOS Y SEGURIDAD (0,5/5,0)

REACTIVO PELIGROS

Frases H

CONSEJOS DE PRECAUCIÓN Frases P

Ácido Clorhídrico

Ácido Sulfúrico

Hidróxido de Sodio

(Presente en reactivo de Fehling B)

Lugol de Gram

Sulfato de Cobre II (Presente en reactivo

de Fehling A)

METODOLOGÍA 1. Ingreso de los estudiantes a la práctica (Cada uno debe tener sus elementos de bioseguridad: Guantes,

Tapabocas y bata). 2. Entrega y revisión de consulta previa. 3. Presentación de Quiz sobre los objetivos, introducción, marco teórico y consulta previa. 4. Retroalimentación de consulta previa, la cual incluye aclaración en las posibles dudas que tengan los

estudiantes. 5. Explicación del procedimiento por parte del docente.

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6. Entrega de material laboratorio. 7. Desarrollo de la práctica. 8. Puesta en común de los resultados obtenidos, posibles causas de error y conclusiones. 9. Realización y entrega del Informe de Laboratorio. 10. Entrega y revisión del material de Laboratorio.

MATERIALES, EQUIPOS Y REACTIVOS A UTILIZAR

MATERIALES Y EQUIPOS REACTIVOS MATERIALES ESTUDIANTE

1 Beaker de 400 mL 2 mL Ácido Sulfúrico concentrado Elementos de Bioseguridad

1 Beaker de 250 mL 10 mL HCl 10% 1 Encendedor o fósforos

1 Pinza para tubo de ensayo 10 mL Almidón 1% 1 Marcador Sharpie

1 Vidrio de Reloj 3 mL NaOH 10% 1 Paño absorbente

8 Tubos de ensayo 2 mL Lugol

1 Gradilla 4 mL Felhing A y B

1 Probeta 50 mL 10 mL Sacarosa 50%

5 Pipeta Graduada de 5 mL 1 g Algodón

5 Pipeteadores 5 mL Agua destilada

8 Pipetas Pasteur Papel Indicador Universal

1 Plancha de Calentamiento

PRECAUCIONES Y MANEJO DE MATERIALES Y EQUIPOS. CONSULTA DE EQUIPO ESPECIALIZADO.

Usar elementos de protección bata, tapabocas, guantes y gafas como requisitos mínimos de seguridad al ingresar al laboratorio.

NUNCA corra o juegue en el Laboratorio, puede ocasionar un accidente. EN LO POSIBLE, no saque de la cabina los reactivos que emitan vapores peligrosos. Nunca pipetear con la boca. Utilice los pipeteadores. No utilizar la misma pipeta para varios reactivos ya que los contamina. Dejar el lugar de trabajo limpio, seco y organizado. Lavar cuidadosamente todo el material al iniciar y al finalizar la práctica. Al emplear la plancha de calentamiento tenga precaución de que el cable NO toque

superficies calientes. NUNCA coloque material de vidrio caliente sobre superficies frías.

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PROCEDIMIENTO A UTILIZAR

Tubo de Ensayo

5 mL Almidón al 1%3 mL HCl al 10%

Calentar en Baño de Maria 1

HIDRÓLISIS DE ALMIDÓN

Rotular como Sln AH1 Calentar por 5 min.

Vidrio de Reloj Tubo 1 Tubo 2

1 gota Sln AH 1 gota Almidón 1%

PRUEBAS AL ALMIDÓN HIDROLIZADO

2 mL Sln AH 2 mL Almidón 1%

2 gotas de Lugol

Observar Coloración 2

0.5 mL Fehling A 0.5 mL Fehling B


Baño de Maria, 100°C

1

1

2

Agitar los tubos.

La aparición de una coloración “Oscura” indica la presencia de ALMIDÓN.

4 La aparición de una coloración precipitado “Rojo Ladrillo” indica la presencia de AZÚCARES REDUCTORES.

PRUEBA DE LUGOL PRUEBA DE FEHLING

0,5 mL NaOH3M

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HIDRÓLISIS DE LA SACAROSA

2 mL Agua Destilada 2 mL NaOH 10 % 2 mL HCl 10 %

2 mL Sacarosa al 50%

Tubo 1 Tubo 2 Tubo 3

2 mL Sacarosa al 50% 2 mL Sacarosa al 50%

1 Calentar por 5 min.

1 mL NaOH 10%

0,5 mL de Fehling A 0,5 mL de Fehling B


Baño de María, 100°C

1

3 Aparición de precipitado Rojo Ladrillo es positiva para Azúcares Reductores.

Baño de María 70°C Baño de María 70°C Baño de María 70°C1 1

Beaker 250 mL

0,2g Algodón

1 mL H2SO4

10 mL Agua Destilada

Baño de María, 70°C, 15min

1

Rotular como Sln CH

Tubo 1 Tubo 2

2 mL Sln CH 0,5g Algodón

0.5 mL de Fehling A 0.5 mL de Fehling B

1 mL NaOH 10%


Baño de María, 100°C, 5min

HIDRÓLISIS DE LA CELULOSA

1 Adicionar gota a gota por la paredes del beaker.2 Aparición de precipitado Rojo Ladrillo es positiva para Azucares Reductores.

PRUEBA DE FEHLING A LA CELULOSA

BIBLIOGRAFÍA

Aguirre, O., Morales E. (2011). Universidad del Quíndio, Facultad de educación. Obtenido de http://www.uniquindio.edu.co/uniquindio/ntic/trabajos/10/davidyoscar/paginas/reccarb.htm

Biogeo_OV. (2011). http://www.educastur.es/. Obtenido de http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/2bch/B1_BIOQUIMICA/t13_GLUCIDOS

Cooper, G. (2000). Books: NCBI. Obtenido de http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9861/ McKendry, P. (2002). faculty.washington.edu: University of Washington. Obtenido de

http://faculty.washington.edu/stevehar/Biomass-Overview.pdf Nelson, D. L. (1993). Lehninger Principles of Biochemistry. Worth Pubs. Stryer, T. (1995). Bioquímica. Reverté S.A.

ELABORÓ REVISÓ APROBÓ

Firma: Firma: Firma: Nombre: Profesores Laboratorio de Bioquímica

Nombre: Lic Alba Chaparro Nombre: Ing. Claudia Fernández

Fecha: Julio 2013 Fecha: Julio 2013 Fecha: Julio 2013

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INFORME DE LABORATORIO

ESTUDIANTES:

GRUPO:

NOTA:

CARRERA:

Formule tres objetivos que desee cumplir con la práctica de laboratorio.(0,5/5,0) (Deben realizarse durante la práctica) 1. ___________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________

2. _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Elabore un Mapa conceptual del tema a tratar en la Práctica de Laboratorio (0,5/5,0).

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RESULTADOS

1. Completar las siguientes tablas con los resultados obtenidos (1,0/5,0)

MUESTRA LUGOL FEHLING

OBSERVACIONES RESULTADO

(+) o (-) OBSERVACIONES

RESULTADO (+) o (-)

ALMIDÓN SIN HIDROLIZAR

ALMIDÓN HIDROLIZADO

MUESTRA FEHLING


(+) o (-)

SACAROSA CON AGUA

SACAROSA CON NaOH

SACAROSA CON HCL

MUESTRA FEHLING


(+) o (-)

ALGODÓN

ALGODÓN HIDROLIZADO

CUESTIONARIO

1. ¿A Qué se debe la diferencia de color al realizar la prueba del lugol con el almidón hidrolizado y con el almidón sin hidrolizar? (0,3/5,0) ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________

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2. ¿A Qué se debe la diferencia de color al realizar la prueba de Fehling con el almidón hidrolizado y con el almidón sin hidrolizar? (0,3/5,0) ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. ¿Con cuál prueba se detectó la hidrolisis de un polisacárido y por qué esta prueba permite determinar que realmente se llevó a cabo la reacción? (0,3/5,0) ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. ¿Cuál es la acción que ejercen el ácido y el hidróxido sobre la sacarosa? (0,3/5,0)

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. ¿Qué le sucede al algodón cuando está en contacto con el ácido sulfúrico? (0,3/5,0) __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

CAUSAS DE ERROR Y ACCIONES PARA OBTENER MEJORES RESULTADOS:

Mencione y explique dos razones por las cuales no se produciría la hidrólisis de los carbohidratos estudiados en esta práctica (0,5/5,0): Razón 1: __________________________________________________________________________________________ Explicación:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Razón 2: __________________________________________________________________________________________ Explicación:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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CONCLUSIONES (0,5/5,0) 1. ______________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________ 2. ______________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________ 3. ______________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________

APLICACIÓN PROFESIONAL DE LA PRÁCTICA REALIZADA (0,25/5,0) ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA (0,25/5,0) __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. hidrólisis de carbohidratos

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