Autor: @madridbg, a través de Power Point 2010, utilizando imágenes de dominio público.
Saludos estimados miembros de la plataforma #hive, sirva la presente publicación para dar a conocer el comportamiento de las proteínas como bio-moléculas fundamental en el desarrollo de la vida, para ello utilizaremos el método de la electroforesis como técnica de separación y análisis de la misma partiendo del comportamiento anfótero que presentan estas sustancias, la cual le confiere propiedades ácidas y básicas a estas sustancias.
Como ha sido constante a lo largo de mi estadía en la plataforma, mis publicaciones son de carácter académico y científico, por lo cual las comparto a través de la plataforma @stemsocial, @stem-espanol y @cervantes, quienes han demostrados interés y compromisos en las publicaciones de este índole.
INTRODUCCIÓN
Los sistemas acuosos en equilibrio, son indispensables y determinantes en mucho proceso de origen ambiental y biológico, premisa que podemos demostrar a través del comportamiento de la sangre humana, la misma cuenta con un sofisticado mecanismo de auto-regulación el cual evalúa los cambios del pH en el fluido y garantiza que los niveles se mantengan alrededor de los 7,4 valor cercano a la neutralidad.
Para lograr dicho cometido, nuestro metabolismo se ha dotado con par de sustancias que establecen un balance ácido/base y en caso de cualquier alteración, una prevalece sobre la otra para equilibrar los niveles normales. En este sentido, a modo de instruir al lector sobre el funcionamiento de la electroforesis como mecanismo de separación proteico, se hace necesario recordar una serie de conceptos básicos que nos darán entrada al tema que nos compete.
Del tal manera que definiremos una sustancias ácida y básicas bajo la teoría de Brønsted y Lowry quienes en su postulados asumen que un ácido, es una sustancia capas ceder protones, en este caso iones hidronios (H+), por su parte una base en la sustancia capaz de aceptar protones.
Teniendo en cuenta estos conceptos, mediante esta publicación centraremos nuestra atención en el funcionamiento de la electroforesis y su accionar frente a las proteínas como sustancia metabólica.
EL COMPORTAMIENTO ÁCIDO-BASE Y LA SOLUBILIDAD DE LAS SUSTANCIAS ANFÓTERAS
En el apartado previo hicimos mención a las sustancias ácidas y básicas y explicamos conceptualmente que significado y comportamiento que tienen estas sustancias, ahora bien, es preciso explicar que tanto un ácido como una base presentan variaciones de acuerdo a la solubilidad de estas sustancias.
De tal manera que el concepto solubilidad, se atribuye a la capacidad que tiene la sustancia para disolverse en agua y está definida como los gramos de soluto que se disuelven en 100 gramos de un solvente determinado.
En el caso de las proteínas, estas sustancias tienen la capacidad estructural de comportarse como un ácido y como una base al mismo tiempo, por cual se le considera como una sustancia anfótera, concepto que proviene del griego amphoteros, que significa en ambos sentido, de modo que debemos asumir que las sustancias químicas con estas cualidades pueden presentar variaciones tangibles frente al disolvente al cual se exponga producto de la dualidad que presenta la misma.
Un ejemplo de lo anterior, se visualiza experimentalmente con el hidróxido de aluminio el cual tiene la capacidad de disolverse en ácido fuerte de modo similar a su interacción con bases fuerte, como en la ecuación siguiente:
Fig. 2. Ecuaciones en función de una reacción en medio ácido y en medio básico. Autor: @madridbg, a través de Power Point 2010, adatada de Chang, (2010).
Si hacemos un análisis experimental, bastaría con agregarle a la reacción representada por la ecuación 1 una pequeña cantidad de hidróxido de sodio (NaOH), proceso que desencadenaría la precipitación del hidróxido de aluminio, en forma de una sustancia blanca gelatinosa.
Por su parte, en el proceso que se lleva a cabo mediante la ecuación 2, al entrar en contacto con el hidróxido de sodio (NaOH), agregado externamente, se puede observar que el precipitado se disuelve gracias a la formación de un ion complejo Al(OH)4 de composición incolora.
Mediante estos ejemplos podemos determinar que las sustancias anfóteras se comportan de acuerdo al tipo de disolvente con el que interactúe.
Fig. 3. Demostración de un proceso químico. Autor: Fehling-Lab
ANÁLISIS CUANTITATIVO EN UN PROCESO DE SEPARACIÓN IÓNICO
El proceso se separación de una mezcla de sustancias desconocidas, en lo particular a sido uno de los procedimientos que más me ha llamado la atención desde mi envergadura como académico en el área de la química, donde la investigación nos garantiza un buen desarrollo practico del tema que estemos desarrollando a nivel Universitario.
Sin duda, los avances tecnológicos nos facilitan el trabajo y hoy en día se cuanta con equipos, que con solo colocar la muestra nos predice la composición, concentración y tipo de sustancia presente. En este sentido, nos centraremos en el estudio cuantitativo de modo experimental donde debemos ir realizando ensayos por separado para lograr obtener o predecir la muestra con la cual se trabaja.
Fig. 4. Representación del análisis químico. Autor: Hamilton Viana Viana
Si nos vamos al título de este apartado nos damos cuenta que nos centraremos exclusivamente en la separación de iones, es por ello que el análisis cuantifico como procedimiento para identificar iones presentes en una disolución desconocida debe estar soportado por estudio previamente realizados, ya que la presencia de varios iones desconocidos interfiere con cada análisis que podamos realizar y en función de ello debemos esquematizar un mecanismo de trabajo que describiremos a continuación:
Paso 1: Lo primero que debemos realizar en precipitar los iones del grupo I, para ello utilizamos ácido clorhídrico, generando los cloruros correspondientes de plata, mercurio y plomo el cual los obtenemos en forma de precipitado.
Paso 2: Una vez deparados los cloruros correspondientes, la disolución es tratada con ácido sulfhídrico, el mismo precipita los iones del grupo II y V en forma de sulfato de cobre, mercurio, cadmio, bismuto y estaño.
Paso 3: Una vez seguro que no están presente cloruros y sulfuros, procedemos a precipitar los iones de los grupos III, para ello procedemos con el uso de amoniaco, responsable de disminuir las concentraciones de hidronios lo que genera que aquellos iones insolubles del grupo II precipiten junto a los del grupo III.
Paso 4: Para separar los iones de los grupos IV y V, se utiliza carbonato de amonio que permite precipitar los iones calcio y bario, en forma de los carbonatos correspondientes. Por último los iones sodio y potasio se pueden identificar a través de su colaboración mediante a la llama de un mechero, lo cuales característica de cada material.
Fig. 5. Coloración de algunos metales frente al fuego. Autor: Søren Wedel Nielsen
Sin duda es un procedimiento largo, el cual necesita se constancia, seguridad y dedicación, de allí su importancia desde el punto de vista químico.
LA ELECTROFORESIS COMO TÉCNICA DE ANÁLISIS PROTEICO
En el apartado previo, estudiamos unos de los mecanismo se separación de iones, por consiguiente aquí nos dedicaremos en aplicar parte de lo aprendido utilizando como material de partida sustancias biológicas como lo son las proteína. Entiéndase que estas sustancias son indispensables para la vida y se estima que existen entre 100.000 y 450.000 proteínas diferentes, algunas se comportan como enzimas, otras nos proporcionan inmunidad, así como aquellas encargadas de la estructura de nuestro cuerpo.
Fig. 6. Representación de las proteínas. Autor: Jlosada
Su funcionamiento es variado pero debemos estar claro que en casi todos los procesos biológicos participan las proteínas. De acurdo a la cantidad existente, es de esperarse que su separación mediante una mezcla sea difícil, aunque a nivel químico ya se han estandarizados procedimiento que permiten que el trabajo se realice de forma precia y acelerada.
Para ello, nos apoyaremos en el comportamiento anfótero de las mismas ya que estructuralmente están presentes sustancias acidas y básicas los cuales son parte determinante de una proteína, de tal manera que aquellas que cuentan con abundancia de sitios ácidos, no se encuentra cargada a pH bajos donde se lleva a cabo la disociación, por otra partes, cuando los grupos que prevalecen son básicos se dice que están protonados por lo cual el funcionamiento será llevado a cabo pH altos con la intensión de lograr una desprotonación de los grupos.
Fig. 7. Comportamiento de las sustancias frente a la variación del pH. Autor: @madridbg. Adaptado de Chang, (2010).
En función de lo anterior, la electroforesis permite la separación de las proteínas a partir de los grupos ácidos y básicos presentes, los cuales son determinantes en la carga de las misma, para ello las proteínas se colocan en un campo eléctricos, donde de acuerdo a las cargas y grupos de las proteínas migraran hasta el catado o el ánodo del dispositivo, permitiendo una separación limpia y fluida, donde recorrido realizado por la molécula, depende del tamaño y forma de la misma.
APORTES DE LA TEMÁTICA
A través de la publicación pudimos abordar una seria de fundamentos químicos, asociados al comportamiento ácido y básico de las sustancias anfóteras, tomando como punto de referencia a las proteínas, donde pudimos establecer procedimientos químicos que se pueden aplicar para separar iones metálicos o en su defecto material biológico.
BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA
[1] Chang, R. (2010). Química. Decima edición. McGraw-hill Interamericana editores. ISBN: 978-607-15-0307-7.
[2] McMURRY E., John y Fay C., Robert. (2008). Química general. Quinta edición PEARSON EDUCACIÓN, México, 2009 ISBN: 978-970-26 1286-5.
[3] Ralph, H. Petrucci, William S. Harwood, E. Geoffrey Herring. (2003). QUIMICA GENERAL. Octava edición. PEARSON EDUCACIÓN. S.A., Madrid.
[4] WADE,LEROY. (2011). . QUÍMICA ORGÁNICA. VOLUMEN 2. SÉPTIMA EDICIÓN. PEARSON EDUCACIÓN, MÉXICO, 2011 ISBN: 978-607-32.()793•5. ÁREA: CIENCIAS
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