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X JORNADA DE ENSINO, PESQUISA E EXTENSÃO – JEPEX 2010 – UFRPE: Recife, 18 a 22 de outubro. CROMATOGRAFIA DE AMINOÁCIDOS EM PAPEL EM AULAS PRÁTICAS DE BIOQUÍMICA Aline Ferreira da Silva Mariano 1 , Priscila Alexsandra de Aguiar Freitas 2 , Vera Lúcia de Albuquerque Ramalho 3 e Janaína de Albuquerque Couto 4 . ________________ 1. Aluna de Graduação e Monitora Bolsista da Disciplina Bioquímica, do Departamento de Bioquímica e Biofísica, Universidade Federal Rural de Pernambuco. Rua Manoel de Medeiros s/n. Dois Irmãos. Recife – PE. CEP 52171-900. E-mail: aline18.bio@gmail.com 2. Aluna de Graduação e Monitora Bolsista da Disciplina Bioquímica, do Departamento de Bioquímica e Biofísica, Universidade Federal Rural de Pernambuco. Rua Manoel de Medeiros s/n. Dois Irmãos. Recife – PE. CEP 52171-900. 3. Professora Adjunta do Departamento de Morfologia e Fisiologia Animal, Área de Bioquímica e Biofísica. Universidade Federal Rural de Pernambuco. Rua Manoel de Medeiros s/n. Dois Irmãos. Recife – PE. CEP 52171-900. 4. Professora Assistente do Departamento de Morfologia e Fisiologia Animal, Área de Bioquímica e Biofísica, Universidade Federal Rural de Pernambuco. Rua Manoel de Medeiros s/n. Dois Irmãos. Recife – PE. CEP 52171-900. Introdução Os aminoácidos são os constituintes básicos das proteínas, as moléculas mais abundantes dos sistemas vivos. Quanto a sua fórmula geral, os aminoácidos são formados por um átomo de carbono central (carbono α), ligados a um grupo amino (-NH2), um grupo carboxila (-COOH), um átomo de hidrogênio e um grupo variável chamado cadeia lateral ou grupo R. Em pH fisiológico, os grupos amino e carboxila encontram- se na forma ionizada [1,2]. De acordo com a polaridade do grupo R, os aminoácidos podem ser classificados em: aminoácidos apolares, polares sem carga, polares com carga positiva e polares com carga negativa [1]. As propriedades do grupo R são importantes para a conformação das proteínas e, portanto, para sua função. No âmbito da Bioquímica, o estudo das propriedades dos aminoácidos apresenta contribuições importantes nas áreas das ciências biológicas, tendo em vista os conceitos básicos trabalhados, os quais servirão como requisitos em diversos outros temas de estudo. Neste contexto, a aplicação de técnicas de separação e identificação de aminoácidos constitui uma importante ferramenta no estudo de suas propriedades. Entre estas técnicas, a cromatografia se enquadra como um método de análise qualitativa, permitindo a identificação e dosagem de componentes de misturas de aminoácidos, ácidos graxos, carboidratos e derivados, vitaminas, polímeros, etc [3]. No trabalho em questão, foi escolhida a cromatografia em papel, pois separa os aminoácidos em função das suas solubilidades no solvente, o que depende da estrutura da cadeia lateral (figura 1A), onde os que possuem cadeias laterais apolares volumosas migram mais rápido do que os aminoácidos com cadeias laterais apolares mais curtas ou com cadeias laterais polares. Isto reflete a maior solubilidade relativa das moléculas polares na fase estacionária e das moléculas apolares nos solventes orgânicos, e que o comprimento maior da cadeia apolar resulta em maior mobilidade [2,3]. A cromatografia em papel apresenta como vantagem o baixo custo, que necessita de pequenas quantidades de amostra além de boa resolução, sendo utilizada para a identificação de componentes de uma mistura, comparando-a com o comportamento de substâncias conhecidas, chamadas de padrões, onde o solvente é geralmente uma mistura de água, álcoois e ácidos ou bases; seus componentes mais polares associam-se ao papel (celulose) e formam a fase estacionária, enquanto os componentes menos polares formam a fase móvel [3]. Para a identificação das substâncias de uma mistura é necessário calcular o fator de retenção (Rf), dividindo o valor da distancia percorrida pela substância pela distância percorrida pela fase móvel. Em condições experimentais definidas, o Rf é uma constante física própria de cada substância e seu valor varia de 0 a 1. Assim, a identificação pode ser feita comparando-se o Rf de uma mistura com os valores do Rf dos padrões, para isso, normalmente, fazem-se as corridas cromatográficas simultaneamente no mesmo papel [3]. Diante do exposto, o objetivo do presente trabalho foi realizar uma aula prática onde os alunos pudessem aplicar o processo cromatográfico e por meio da cromatografia em papel, separar e identificar os componentes de uma mistura contendo aminoácidos, baseados nos valores dos Rf. Esta prática vem a permitir o conhecimento de uma importante técnica de análise empregada cotidianamente em laboratórios de pesquisa, nas áreas de bioquímica e química orgânica, bem como em algumas indústrias, como a farmacêutica [4]. Material e métodos O presente trabalho foi realizado no laboratório de Bioquímica e Biofísica da Universidade Federal Rural de Pernambuco, Dois Irmãos, Recife, PE. Participaram desta aula prática alunos de graduação em Bacharelado em Ciências Biológicas, onde a primeira etapa foi a entrega dos protocolos de aula, seguida da divisão das equipes, sendo exigido a utilização dos equipamentos de proteção individual. Antes da aula, foram preparados todos os reagentes. Sobre a bancada, além dos reagentes, também estavam dispostos os seguintes materiais: pipetas, papel filtro, lápis, béqueres, tubos capilares e régua. Cada grupo recebeu estes materiais, para que fosse feita a análise. X JORNADA DE ENSINO, PESQUISA E EXTENSÃO – JEPEX 2010 – UFRPE: Recife, 18 a 22 de outubro. O Procedimento da aula consistiu na realização das identificações de aminoácidos presentes em uma amostra, seguindo o protocolo entregue, onde os alunos observaram as corridas cromatográficas de cada aminoácido, calcularam o Rf de cada um, anotaram e compararam os resultados para posterior discussão. A. Preparação do Material Inicialmente foi preparado o sistema de eluição (fase móvel), misturando 40 ml de butanol com 10 ml de ácido acético e 50 ml água destilada. Esta solução foi mantida em repouso em sistema fechado para saturar, por aproximadamente 1 hora. Durante esse tempo, o papel filtro foi cortado com 08 cm de largura e 10 cm de altura, tomando como referência o diâmetro e a altura do béquer. Em seguida, foi feita a solução reveladora de Ninhidrina a 0,2% em butanol a 95%, pois é ela que permitirá a visualização da corrida dos aminoácidos, pela reação da Ninhidrina com o grupo amino (-NH2) dos aminoácidos, formando um produto de coloração púrpura ou amarela. Para a solução de butanol a 95%, foi pipetado 95 ml de butanol em uma proveta de 100 ml e completado o volume com água destilada. Em seguida, adicionou-se 0,2g de Ninhidrina em um béquer, a qual foi dissolvida com 50 ml da solução de butanol a 95% com o auxilio de um bastão de vidro, e foi transferido para um balão volumétrico de 100 ml e completado com o restante da solução de butanol 95%. Posteriormente, foram feitas as soluções com os aminoácidos Alanina, Arginina e Metionina, a partir da adição de 50mL de água em 3 Béqueres distintos, contendo 0,25g de cada aminoácido. A mistura foi preparada a partir da adição de 10mL de cada solução de aminoácido. B. Desenvolvimento do Cromatograma Decorrido 1 hora, 50 ml do solvente foi colocado em um béquer de 500 ml. O papel de filtro utilizado foi previamente marcado com linha inferior, superior e pontos de aplicação das amostras, a qual foi feita com a utilização de tubos capilares. A aplicação das amostras foi feita de tal modo que a mancha formada sobre o papel não excedesse um diâmetro de 0,5 cm e para cada solução, utilizando um capilar para cada solução. Esperou-se que as manchas secassem e o papel foi colocado em um béquer com o solvente, onde o mesmo entrou em contato com o solvente apenas pela sua extremidade inferior, abaixo da linha de aplicação dos compostos. O papel foi deixado no béquer, onde o solvente subiu por capilaridade (figura 1B), até alcançar a linha traçada na extremidade superior. Ao ascender, o solvente arrasta mais os compostos menos adsorvidos na fase estacionária, separando-os dos mais adsorvidos. Em seguida, o papel foi colocado na estufa a 100º C, para evaporar o solvente. C. Revelação do cromatograma Como a maioria dos compostos orgânicos é incolor, faz-se necessária a utilização de um processo de revelação para que se possa analisar o resultado, por isso pulverizou-se o papel com a solução de Ninhidrina. Secou-se novamente o cromatograma, na estufa a 100º C. Logo após foi verificada as manchas coloridas que apareceram no papel. Em seguida, as distâncias das manchas dos aminoácidos foram medidas com a régua. Por fim foram calculados os Rf e identificaram-se os aminoácidos presentes na mistura, comparando com os Rf de cada padrão. Resultados e Discussão As tonalidades obtidas na revelação do cromatograma permitiram a visualização das distâncias percorridas pelos aminoácidos (figura 1C). Os resultados da análise do cromatograma foram expressos através do cálculo do Rf para cada situação. A distância percorrida pelo solvente no papel foi de 6 cm. O primeiro aminoácido, localizado no lado esquerdo da figura 1C, foi a Metionina, que devido a sua cadeia lateral apolar volumosa migrou mais rápido, percorreu 5 cm e obteve um Rf= 0,83; seguindo a ordem, o segundo aminoácido, Alanina, também com cadeia lateral apolar, porém curta, percorreu 4 cm e resultou num Rf= 0,67 e a distância percorrida pela Arginina, foi de 3 cm, obtendo um Rf = 0,5, sendo este um aminoácido de cadeia lateral polar positiva e por isso teve uma migração lenta. O Rf da mistura foi calculado a partir de cada mancha percorrida no papel, com isso foi permitido identificar quais os aminoácidos estavam contidos na mistura, através da comparação dos Rf de cada aminoácido contido na mistura e o Rf dos aminoácidos separadamente. Após a obtenção dos resultados, foram discutidos possíveis aplicações desta técnica. Entre estas, a mesma pode ser utilizada no diagnóstico de aminoacidopatias, que são doenças raras do metabolismo de aminoácidos, geralmente relacionadas com a deficiência de enzimas que participam do catabolismo dos aminoácidos [5]. A partir desta prática, os estudantes de biologia puderam aplicar conceitos teóricos trabalhados na disciplina, aplicado a uma situação prática. Agradecimentos A Universidade Federal Rural de Pernambuco; Aos professores, monitores e alunos que contribuíram para a realização desta aula prática. Referências [1] CHAMPE, P. C.; HARVER, R. A.; FERRIER, D. R. 2008. Bioquímica ilustrada. Paraná: Editora Artmed. 620p. [2] MARZZOCO A.; TORRES, B. B. 2007. Bioquímica Básica. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan. 388p. [3] RIBON, A. O. B.; QUEIROZ, J. H. 2007. Práticas de Bioquímica. Minas Gerais: Editora UFV. 120p. [4] OLIVEIRA, A. R. M.; SIMONELLI, F.; MARQUES, F. A. 1998 [online]. Experimentos cromatográficos. Homepage: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc07/exper2.pdf [5] NARDY, M. B. C.; STELLA, M. B.; OLIVEIRA, C. 2009. Práticas de Laboratório de Bioquímica e Biofísica: uma visão integrada. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan. 212p. X JORNADA DE ENSINO, PESQUISA E EXTENSÃO – JEPEX 2010 – UFRPE: Recife, 18 a 22 de outubro. Figura 1. Preparação e análise do cromatograma contendo amostras de aminoácidos. A: Estrutura dos aminoácidos utilizados; B: Solvente ascendendo por capilaridade no papel filtro; C: Resultado da reação com a Ninhidrina, após colocar na estufa; D: Estudante coletando a amostra de um aminoácido; E: Estudante colocando o cromatograma na estufa.