QUÍMICA BIOLÓGICA TRABAJO DE LABORATORIO Nº 1: DETERMINACIÓN DE PROTEÍNAS. Introducción:
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- Ricardo Iglesias Crespo
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1 QUÍMICA BIOLÓGICA TRABAJO DE LABORATORIO Nº 1: DETERMINACIÓN DE PROTEÍNAS DOCENTES: Dante Maugeri y Paula Iribarren Introducción: Descripción de los métodos más utilizados: 1) Espectrofotometría UV: a) Absorbancia a 280 nm La mayor parte de las proteínas poseen un pico de absorción máxima a 280 nm. Los grupos responsables de tal característica son los aminoácidos aromáticos (Tirosina y Triptofano). Las proteínas poseen coeficientes de extinción molar (E 280nm ) que puede variar de acuerdo a su composición aminoacídica entre 0,4-1,5. Como aproximación se puede considerar que una unidad de absorbancia se corresponde con una concentración (C) de 1mg/ml de proteinas: Abs 280nm. E 280nm = C, si E 280nm se considera = 1 Abs 280nm 1 mg/ml Si la solución de proteínas contiene DNA y/o RNA se introduce un error en la medición, dado que estos absorben a 280 nm. b) Absorbancia a nm A dicha longitud de onda absorbe la unión peptídica, por lo tanto es un método más sensible y no dependiente de los aminoácidos que componen la proteína en estudio. La limitación de esta técnica esta dada porque la mayoría de los buffers utilizados también absorben a esa longitud de onda. 1
2 2) Método de Lowry: Este método consta de dos etapas: 1) Los iones Cu2+, en medio alcalino, se unen a las proteínas formando complejos con los átomos de nitrógeno de los enlaces peptídicos. Estos complejos Cu2+-proteína tienen un color azul claro. Además, provocan el desdoblamiento de la estructura tridimensional de la proteína, exponiéndose los residuos fenólicos de tirosina que van a participar en la segunda etapa de la reacción. El Cu2+ se mantiene en solución alcalina en forma de su complejo con tartrato. 2) La reducción, también en medio básico, del reactivo de Folin-Ciocalteau, por los grupos fenólicos de los residuos de tirosina, presentes en la mayoría de las proteínas, actuando el cobre como catalizador. El principal constituyente del reactivo de Folin- Ciocalteau es el ácido fosfomolibdotúngstico, de color amarillo, que al ser reducido por los grupos fenólicos da lugar a un complejo de color azul intenso. Al producirse dicha reacción hay un cambio en el color de la muestra que puede ser cuantificado determinando la absorbancia a 660 nm. El rango adecuado es de entre 5 a 100 microgramos de proteína. 2
3 Existe una amplia lista de sustancias (como buffers, detergentes, lípidos, etc.) que interfieren con este ensayo y por lo tanto afectan la determinación de la C real. La solución a este problema se consigue por precipitación de las proteínas y resuspensión en un buffer sin interferentes. 3) Método de Biuret: Es un método más rápido y menos engorroso que el de Lowry. La reacción debe su nombre al Biuret, una molécula formada a partir de dos de urea (H2N-CO-NH-CO- NH2), que es la más sencilla que da positiva la reacción. Bajo condiciones alcalinas, sustancias conteniendo dos o más uniones peptídicas forman un complejo púrpura con sales de cobre, al igual que en la primera etapa del método de Lowry. Tiene muy pocos agentes interferentes (uno de ellos es el sulfato de amonio). Es un método menos sensible que el de Lowry por lo que requiere mayor cantidad de muestra. El rango adecuado usando 1 ml final es de 0,1 a 1 mg de proteínas. 4) Método de Bradford: método por unión de colorantes En condiciones adecuadas los grupos ácidos o básicos de las proteínas pueden interaccionar con grupos orgánicos de determinados colorantes para dar lugar a precipitados con un color característico. Para el ensayo de Bradford se utiliza el colorante Coomassie Brillant Blue G Se basa en la conversión de la forma leuco del colorante (marrón-naranja) a una de color intensamente azul cuando los grupos aniónicos del colorante interaccionan con los grupos amino de las proteínas. Dicha reacción se mide por absorbancia a 595nm y también existe una relación lineal dentro de determinadas concentraciones de proteínas. 3
4 Este método es muy rápido, barato y sensible y se puede trabajar en un rango de 1 a 25 microgramos para un volumen de 1 ml. Interfieren en el ensayo detergentes y las soluciones alcalinas. Materiales y Métodos: Espectrofotómetro y cubetas adecuadas Estándar de proteínas con concentración conocida: 10 mg/ml de Seroalbúmina bovina (BSA) para Biuret y 0,1 mg/ml de BSA para Bradford. Muestras de concentración desconocida (muestras incógnitas) Ensayo de Biuret: La fórmula del reactivo de Biuret es la siguiente: 2,25g de tartrato de sodio y potasio (PM 282,22); 0,75g de sulfato cúprico x 5 H 2 O (PM 249,68); 1,25g de ioduro de potasio (PM 166,0), todo disuelto en este orden en 100 ml de NaOH 0,2M. Llevar a volumen a 250 ml con agua destilada. Método: Añadir a 0,1 ml de muestra 0,9 ml de reactivo. Mezclar y dejar a temperatura ambiente 20 minutos. Leer a 550 nm e interpolar en una curva estándar. Ensayo de Bradford: Reactivo de Bradford: 100 mg de Coomassie Brilliant Blue G-250 se disuelven en 50 ml de etanol y 100 ml de ácido fosfórico al 85%. Se ajusta el volumen a 1 litro con agua y se filtra. Estable por 2 meses. Microensayo: las muestras se llevan a 800 microlitros con agua, se agrega 0,2 ml de reactivo de Bradford, se agita y se deja 5 min a temp ambiente. Leer a 595 nm e interpolar en una curva estándar. 4
5 TRABAJO PRÁCTICO Objetivos: Determinar la concentración de proteínas presentes en distintas muestras mediante el método de Biuret y el de Bradford utilizando curvas de calibración adecuadas. Caracterizar aminoácidos presentes en una muestra mediante una cromatografía radial en papel. 1º Parte: Curva estándar y muestra incógnita utilizando el ensayo de Biuret: A) Preparación de la curva estándar: 1) Se parte de una solución de albúmina bovina de concentración 10 mg/ml. Calcular la cantidad que se debe añadir de esta solución tal que por tubo se tengan 0 (blanco), 2, 4, 6, 8 y 10 miligramos de proteína para realizar el ensayo según fue explicado en materiales y métodos. La siguiente tabla sirve de guía: mg de BSA l H 2 O (l) Biuret (l) 0, ,2 c.s.p ,4 c.s.p ,6 c.s.p ,8 c.s.p ,0 c.s.p (c.s.p = cantidad suficiente para) 2) Mezclar e incubar 20 min a Tº amb. 3) Leer Abs a 550nm. NOTA: Llevar a cero el espectrofotómetro con agua. 5
6 mg de BSA Abs 550 nm (corregida) 0,0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 4) Graficar Absorbancia en función de mg de proteína. Calcular la pendiente de la curva teniendo en cuenta solo los puntos que entran en el rango lineal. ( Por qué?). Calcular el factor f. B) Averiguar la concentración de la muestra incógnita: Cada grupo recibirá una solución de proteínas de concentración desconocida. Efectuar la determinación en simultáneo con la curva estándar e interpolar esos datos en dicha curva para averiguar la concentración (utilizando el factor f ). Corregir con el factor de dilución si fuera necesario. 2º Parte: Curva estándar y muestra incógnita utilizando el ensayo de Bradford: A) Preparación de la curva estándar: Se realizará una curva estándar similar a la realizada para Biuret pero teniendo en cuenta que el rango óptimo para el ensayo es diferente. La solución de BSA estándar utilizada tiene una concentración de 0,1 mg/ml. Utilizar como guía la siguiente tabla: g de BSA l H 2 O (l) Bradford(l) Abs 595nm c.s.p c.s.p c.s.p c.s.p c.s.p Luego de agregar el reactivo de Bradford agitar e incubar a Tº amb 5. Leer Abs a 595nm 6
7 Graficar Absorbancia en función de g de proteína, calcular la pendiente de la curva y el factor f. B) Averiguar la concentración de la muestra incógnita: Realizar diluciones de la muestra y extrapolar esos datos en la curva estándar utilizando el factor f para averiguar la concentración. 3º Parte: Cromatografía radial de aminoácidos (en papel) Varios factores son importantes en la separación de sustancias por cromatografía en papel; entre ellos hay que citar la partición, la adsorción y en algunos casos, el intercambio iónico. El tipo de fenómeno principal que promueve la separación es la partición continua líquido-líquido entre la fase estacionaria adsorbida sobre el papel (agua) y el solvente (fase móvil) que lo atraviesa movido por fuerzas de capilaridad. Pero el papel no es un soporte totalmente inerte y debido a eso hay cierta intervención de los fenómenos de adsorción e intercambio iónico en el proceso separativo. El soluto se mueve en la dirección de flujo del solvente a una velocidad que está determinada por su afinidad por la fase acuosa estacionaria o por la fase orgánica móvil no polar. Además influyen en la velocidad de migración: el peso molecular, tipo de papel empleado, tamaño y saturación de la cámara, temperatura, etc. Se han ideado muchas técnicas para llevar a cabo la cromatografía en papel. La cromatografía circular tiene muchas ventajas para el trabajo rutinario de laboratorio, especialmente la simplicidad del aparato necesario, la velocidad de desarrollo y el poder comparar al mismo tiempo distintas muestras. Con este propósito se han usado distintas técnicas; en la que se usará en este T.P. se dispone el papel de filtro horizontalmente y de él cuelga una especie de mecha que sirve como capilar para el solvente y que está conectada con el centro del papel. Placa de Petri Disco de papel Mecha Solvente 7
8 Objetivo de la experiencia Separar los componentes de una mezcla de aminoácidos por cromatografía radial sobre papel. Materiales y reactivos 1) Disco de papel Whatman N 1, de 12,5 cm de diámetro. 2) Caja de Petri 3) Mecha (hilo de algodón) 4) Solución de tirosina 0,05% 5) Solución de leucina 1,0% 6) Solución de arginina 1,0% 7) Solvente de desarrollo: butanol normal: NH 3 28% (v/v):etanol 96 (10:4:3 v/v) 8) Micropipetas 9) Revelador: solución al 0,2% de ninhidrina en acetona. Procedimiento Determinar el centro del disco de papel y trazar un círculo de aproximadamente 2,5 cm de diámetro a partir del centro, usando lápiz de grafito. Con lápiz y regla dividir el papel en cuadrantes. Hacer un pequeño agujero o un corte en el centro del papel para insertar la mecha, de unos 5 cm. En el borde del disco escribir el nombre del operador y en cada cuadrante: Tyr, Leu, Arg y mezcla. 1. Siembra Usando una micropipeta limpia para cada solución tirar una línea con la misma a lo largo de la circunferencia antes trazada ( o verter el contenido en su centro) con aproximadamente 0,02 ml, de forma que a cada lado de las líneas que separan los cuadrantes queden unos 0,5 cm sin solución. Dejar secar las aplicaciones. 2. Colocación del solvente Preparar el solvente de desarrollo y colocar cantidad suficiente para que alcance en el compartimiento inferior una altura aproximada de 1 cm. 3. Colocación del papel Sobre la caja de Petri que contiene el solvente se apoya el papel de modo que la mecha se sumerja en el solvente y se cierra la caja. 8
9 4. Desarrollo El desarrollo se hace a temperatura ambiente hasta que el solvente llegue al borde de la caja de Petri. 5. Secado del papel Sacar el papel, marcar el frente del solvente y secar en estufa a C. 6. Revelado Se impregna el papel con la solución de revelador. Se deja secar al aire (bajo campana) y luego en estufa a C durante aproximadamente 15 minutos (hasta aparición de las manchas). Calcular los R f a partir del centro de cada zona. Comparar los de la muestra incógnita con los patrones. R f = distancia desde el centro de la mancha al origen distancia desde el frente del solvente al origen Informe: Objetivos. Curvas de calibración: tabular y graficar las curvas estándares y explicar cuáles fueron los puntos que se consideraron al trazar la recta y averiguar su pendiente y el factor f. Averiguar la concentración de proteínas presente en las muestras incógnitas. Detallar brevemente conclusiones respecto a la especificidad, simplicidad, linealidad, sensibilidad y limitaciones de los métodos desarrollados. Determinar el R f de las soluciones estándares y de las muestras problemas. Discutir cualquier dificultad o resultado inesperado que se pudo haber presentado. Lecturas recomendadas: Bradford, M.M. (1976) Analytical Biochem. 72, Gornall, A.G.; Bardawill, C.J.; David, M.M. (1949) J.Biol. Chem. 177, Peterson, G.L. (1979) Analytical Biochem. 100,
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