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Material de ayuda al profesor de Química 1
Investigación 4 (con comentarios)
1
INVESTIGACIÓN SOBRE LA DEPENDENCIA DE LA
DESNATURALIZACIÓN DE LA PROTEÍNA DEL HUEVO CON LA
TEMPERATURA
Objetivo
El objetivo de esta investigación fue investigar cómo depende la velocidad de
desnaturalización de las proteínas de la clara de huevo de la temperatura, y
determinar experimentalmente la energía de activación del proceso de
desnaturalización.
Introducción
La idea original para este proyecto surgió a partir de una lección sobre la temperatura
de ebullición y la presión de vapor, cuando aprendimos por qué se tarda más en hacer
un huevo duro en altitudes elevadas (debido a que la temperatura de ebullición del
agua es menor). ¿En qué medida depende el tiempo que tarda un huevo en cocinarse
de la temperatura? ¿Es posible predecir exactamente el tiempo necesario para cocinar
un huevo duro a todas las temperaturas? ¿Por debajo de qué temperatura no se
puede cocinar un huevo duro?
Decidí que la investigación se concentraría en determinar un parámetro importante: la
barrera de la energía de activación para la desnaturalización de la proteína del huevo.
Si es posible determinarla, entonces se puede predecir y comprobar el
comportamiento del huevo durante la ebullición para un rango de temperaturas.
Información de contexto
Este proyecto tiene dos bases teóricas principales: los principios cinéticos y los
procesos de desnaturalización de proteínas, que describiré a continuación.
Parte A: Cinética y la ecuación de Arrhenius
La forma en que afecta la temperatura a la velocidad de una reacción se explica por
medio de la figura 1, que se muestra a continuación1
.
EX Se indican claramente las preguntas
de investigación y los propósitos están
bien centrados.
CP El alumno describe claramente el
proceso completo que lo condujo a su
compromiso en esta investigación.
EX Se explica bien la elección de la
investigación

2
Solo las colisiones con energía mayor que la energía de activación (la energía mínima
que deben sobrepasar para que se produzca una reacción química) producirán una
reacción. Por lo tanto, en el gráfico de arriba, la zona sombreada representa dichas
colisiones.
De acuerdo con la teoría, a medida que aumenta la temperatura, las velocidades de las
moléculas aumentan, y por ello, aumentan la frecuencia de las colisiones entre
moléculas y la proporción de colisiones que causan una reacción. Esto se aprecia en la
figura 1. A la temperatura menor, T1, la fracción de moléculas que reaccionan es
menor que a la temperatura T2 (área sombreada del gráfico). La velocidad de reacción
es proporcional al número de moléculas que tienen mayor energía que la Ea, y
aumenta exponencialmente con la temperatura.
La relación entre la velocidad de reacción y la temperatura se expresa por la ecuación
de Arrhenius que relaciona la constante de velocidad de una reacción, k, con la
temperatura absoluta, T:
k = Ae-(Ea/R.T)
donde k = constante de velocidad, Ea = energía de activación, T = temperatura de
reacción, R = constante de los gases y A = constante de Arrhenius, que es un factor que
se relaciona con la orientación de la colisión; solo las moléculas que chocan con la
orientación correcta y la energía suficiente pueden reaccionar.
Tenga en cuenta que la ecuación de Arrhenius es una función exponencial y solo se
aplica cuando la energía de activación se encuentra dentro de la parte que representa
la descomposición exponencial en el lado derecho de la curva de distribución de
Boltzman de la figura 1.
Parte B: Proteínas y desnaturalización
Las proteínas están formadas por aminoácidos que contienen a menudo entre 50 y
1000 residuos de aminoácidos. Todas las proteínas, independientemente de su
naturaleza (forma, complejidad, etc.) tienen estructuras que se dividen en cuatro
categorías: primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria.
Figura 1
1
:
Gráfico de Maxwell-
Boltzman donde T2 > T1.
número
de
moléculas
energía
de activación
energía
EX El alumno proporciona un buen
respaldo para el enfoque elegido.
EX El alumno establece el contexto
científico para la investigación mediante
una discusión sobre su importancia.

3
La estructura primaria se refiere principalmente a las cadenas de polipéptidos
(subunidades) y a su secuencia de aminoácidos. En la estructura secundaria de las
proteínas existen diferentes tipos de estructuras tridimensionales energéticamente
estables de la cadena de polipéptidos (también denominadas conformaciones). Para
algunas proteínas, su cadena de polipéptidos puede formar plegamientos β-laminares
y otras pueden tener la conformación en espiral -hélice. La estructura terciaria es la
apariencia total tridimensional de la proteína que se mantiene sujeta por medio de
potentes fuerzas intermoleculares (p. ej. enlace de hidrógeno). Así por ejemplo, una
proteína globular como la clara de huevo, es aproximadamente esférica y se pliega
considerablemente, lo que origina una estructura terciaria compacta. Finalmente, la
interacción de varias cadenas de polipéptidos, que sigue un patrón no covalente,
representa la estructura cuaternaria de la proteína.
La desnaturalización ocurre cuando se pierde la actividad biológica de la proteína y se
produce una alteración de la estructura secundaria, terciaria y cuaternaria de la
proteína debido a variaciones de temperatura, pH, fuerza iónica, o debido a la adición
de solventes orgánicos. Por ejemplo, cuando la proteína del huevo se expone al calor,
se espesa y cambia de color. En ese punto, se ha producido la desnaturalización y toda
su estructura se altera, excepto su estructura primaria, y se forma una estructura
tridimensional energéticamente estable. Esta es la barrera energética del proceso de
alteración permanente de la estructura tridimensional de la proteína del huevo en la
que se centra esta investigación.
Metodología
Un procedimiento común (Hill, G & Holman, J (2001))2
para determinar la Ea, es medir
el tiempo de reacción (en este caso el tiempo final de desnaturalización de las
proteínas del huevo determinado como el tiempo en que la película de clara de huevo
contenida entre dos portaobjetos de microscopio se hace opaca) a varias temperaturas
diferentes usando la ecuación de Arrhenius:
k = Ae-(Ea/R.T)
Ink = InA-(Ea/R.T)
y puesto que k es proporcional a 1/Tiempo:
Ink = -In Tiempo + una constante  In Tiempo = (Ea/R.T) –InA + una constante
Podemos dibujar un gráfico de In Tiempo en función de 1/Temperatura (en Kelvin) y
calcular la pendiente. Puesto que sabemos la constante de los gases (R=8,3145 JK-1
mol-1
),
podemos determinar la energía de activación.
EX Considera correctamente
conceptos científicos pertinentes.
EX La metodología permite el uso de
conceptos y técnicas adecuadas para el
nivel del Programa del Diploma.
C La metodología podría ser repetida
fácilmente por otros.

4
Pendiente = Ea/R  Ea = R x Pendiente
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
El centro del trabajo experimental fue medir el tiempo necesario para que la clara de
huevo y la yema se desnaturalizaran en un rango de temperaturas. El desarrollo de un
procedimiento adecuado necesitó bastante más tiempo del previsto originariamente
puesto que resultó difícil determinar experimentalmente cuándo la muestra de huevo
había “hervido” (desnaturalizado). Al final, algunos procedimientos dieron resultados
aceptables; estos procedimientos se describen a continuación. Los experimentos
exitosos finales solo se focalizaron en las claras de huevo.
Pendiente=Ea/R
1/Temp (K-1
)
ln Tiempo
EX Se tienen en cuenta las
limitaciones metodológicas
CP El alumno presenta una breve
discusión sobre el desarrollo del método,
incluidos los obstáculos que ha
encontrado durante el proceso. Esto
demuestra iniciativa y aporte de índole
personal.

5
El procedimiento fue el siguiente:
1. Se separó la clara de la yema en un pequeño vaso de precipitados y se llenó un
vaso de precipitados de 500ml con agua del grifo y se calentó el vaso con una
llama.
2. Con una jeringuilla, se colocó una gota de clara de huevo en el centro de un
portaobjetos de vidrio previamente pesado, el que se cubrió con otro portaobjetos
de vidrio limpio y pesado. Luego presioné los portaobjetos (con la clara de huevo
entre ellos) y limpié sus bordes. Se pesaron nuevamente.
3. A continuación, se midió el diámetro del círculo formado por la clara de huevo
presionada entre los dos portaobjetos.
4. Luego, se colocaron los portaobjetos en agua a diferentes temperaturas y se
observaron atentamente, mientras el cronómetro corría.
5. Cuando noté la desnaturalización de la clara de huevo, detuve el cronómetro y
coloqué los dos portaobjetos simultáneamente a temperatura ambiente para que
se enfriaran.
6. En cada experimento, se registró el tiempo necesario para que la clara de huevo se
desnaturalizara y a qué temperatura sucedía. EX La metodología permite la obtención
de datos suficientes y pertinentes.
EX La metodología empleada ha tenido en
cuenta las variables más pertinentes.

6
Resultados
Resultados con la clara de huevo
Diámetro (+/- 0,1
cm)
Masa de clara de
huevo (+/- 0,005 g)
Temperatura del
agua (+/- 0,5 o
)
Tiempo de
desnaturalización
(+/- 0,5 s)
2,5 por 5,0 0,01 25,0 No desnaturalizó
2,5 por 5,0 0,01 30,0 No desnaturalizó
2,5 por 4,5 0,01 35,0 No desnaturalizó. Ni
siquiera después de 15
min.
min.
min.
min.
min.
min.
2,5 por 5,0 0,01 62,5 49,9 seg.
2,5 por 5,0 0,01 62,5 49,7 seg.
2,5 por 5,0 0,01 65,0 32,8 seg.
2,5 por 4,5 0,01 67,5 21,0 seg.
2,5 por 5,5 0,01 70,0 15,9 seg.
2,5 por 5,5 0,01 75,0 11,0 seg.
2,5 por 5,0 0,01 80,0 8,0 seg.
2,5 por 5,0 0,01 81,0 7,6 seg.
2,5 por 5,0 0,01 82,5 7,0 seg.
2,5 por 5,0 0,01 84,0 6,4 seg.
2,5 por 5,0 0,01 85,0 6,0 seg.
2,5 por 5,0 0,01 86,0 5,5 seg.
2,5 por 5,5 0,01 87,5 4,9 seg.
2,5 por 5,0 0,01 89,0 4,2 seg.
2,5 por 5,0 0,02 90,0 4,0 seg.
2,5 por 5,0 0,01 91,0 3,8 seg.
2,5 por 5,5 0,02 92,5 3,5 seg.
2,5 por 5,0 0,01 94,0 3,3 seg.
2,5 por 5,5 0,01 95,0 3,0 seg.
2,5 por 5,0 0,01 97,5 2,4 seg.
2,5 por 5,0 0,01 97,5 2,5 seg.
2,5 por 5,0 0,01 100,0 2,1 seg.
2,5 por 5,0 0,01 100,0 2,2 seg.
A Se han obtenido suficientes datos
cuantitativos. Se han registrado las
incertidumbres, aunque las que se
refieren al tiempo no son coherentes con
la precisión citada de los datos.

7
ANÁLISIS
Para calcular la energía de activación necesito calcular los valores de ln Tiempo y 1/
Temperatura para que se produzca la reacción de desnaturalización
Temperatura (k) Tiempo (s) ln Tiempo 1/ Temp. (k-1
)
298,0 ----- -----
303,0 ----- -----
308,0 ----- -----
313,0 ----- -----
318,0 ----- -----
323,0 ----- -----
328,0 ----- -----
333,0 ----- -----
335,5 49,7 3,906 2,981x10-3
338,0 32,8 3,490 2,959x10-3
340,5 21,0 3,045 2,937x10-3
343,0 15,9 2,766 2,915x10-3
348,0 11,0 2,398 2,874x10-3
353,0 8,0 2,079 2,833x10-3
354,0 7,6 2,028 2,825x10-3
355,5 7,0 1,946 2,813x10-3
357,0 6,4 1,856 2,801x10-3
358,0 6,0 1,792 2,793x10-3
359,0 5,5 1,705 2,786x10-3
360,5 4,9 1,580 2,774x10-3
362,0 4,2 1,435 2,762x10-3
363,0 4,0 1,386 2,755x10-3
364,0 3,8 1,335 2,747x10-3
365,5 3,5 1,253 2,736x10-3
367,0 3,3 1,194 2,725x10-3
368,0 3,0 1,099 2,717x10-3
370,5 2,5 0,916 2,699x10-3
373,0 2,2 0,788 2,681x10-3
C El procesamiento es fácil de
comprender.
C Las tablas no presentan
ambigüedades.
C En esta tabla se observa la apreciación
de los decimales.

8
Gráfico 1. Gráfico de ln Tiempo en función de 1/Temperatura
Cálculo para determinar la energía de activación, Ea.
Pendiente de la ecuación lineal obtenida con Excel = 9,6164 × 103
= 9616
Pendiente = Ea/R por lo tanto Ea= 9616x 8,314
Ea= 79974 J mol-1
Ea = 80kJ mol-1
No figuran los dos puntos correspondientes a los datos de las temperaturas más bajas
a 335,5 K y 338,8 K para poder lograr un mejor ajuste con una relación lineal. Los he
descartado como anómalos en el gráfico de abajo y recalculado la Ea.
Gráfico 2. Gráfico de ln Tiempo en función de 1/Temperatura con los puntos de datos
descartados
ln
Tiempo
ln
Tiempo
C Los gráficos no presentan
ambigüedades.
EV El alumno tiene en cuenta la fiabilidad.
A El procesamiento tiene en cuenta las
anomalías.

9
Pendiente de la ecuación lineal obtenida con Excel = 8,6521 × 103
= 8652
Pendiente = Ea/R por lo tanto Ea= 8652x 8,314
Ea= 71932,73 J mol-1
Ea = 72kJ mol-1
Si se recortan los datos hasta un valor máximo de 1/Temp de 2,766 x 10-3
que
representa a los datos más próximos entre sí, el gráfico se transforma en:
Gráfico 3. Gráfico de ln Tiempo en función de 1/Temperatura con más puntos de datos descartados
Y Ea= 8753x 8,314
Ea= 72772,44 J mol-1
Ea = 73kJ mol-1
Los resultados de Es calculados están tabulados abajo junto con el valor de la
correlación R2
que indica en qué medida la línea se ajusta a los gráficos (el valor 1
indica ajuste perfecto)
Gráfico 1 Gráfico 2 Gráfico 3
Ea (kJ mol-1
) 80 72 73
R2
0,9838 0,9975 0,996
El mejor valor corresponde al gráfico 2, y el valor del gráfico 3 da cierta idea de la
cantidad de incertidumbre que se desprende de los gráficos.
ln
Tiempo
A El procesamiento correctamente utiliza
conceptos químicos y análisis gráfico
para determinar la Ea.
A El alumno demuestra buena
comprensión del análisis gráfico.
EV Las pruebas respaldan el hecho de
que el alumno ha considerado el efecto
de las incertidumbres sobre los
resultados (línea de mejor ajuste).
C Uso correcto de las cifras significativas.
A El procesamiento implica líneas de
mejor ajuste construidas correctamente
y utiliza R2
para evaluar las
incertidumbres.
EV Prueba de que el alumno comprende
el efecto de las incertidumbres sobre los
resultados.
A El procesamiento presenta una
comparación válida que considera
debidamente las incertidumbres y
muestra un buen manejo del análisis
gráfico.

10
Mi valor experimental final para la Ea de la desnaturalización de la
proteína de huevo fue = 72 ± 1 kJ mol-1
.
Conclusión y evaluación
Los objetivos iniciales de la investigación se han logrado. Se ha visto que la
desnaturalización de la proteína no se ha producido a 60ºC ni por debajo de dicho
valor. Por encima de esta temperatura la velocidad de desnaturalización de la proteína
aumenta rápidamente con la temperatura.
Fui capaz de calcular una Energía de Activación para la energía de activación de la
desnaturalización de la proteína del huevo, el valor es:
Ea = 72 ± 1 kJ mol-1
No pude hallar un valor publicado para la Ea de la proteína del huevo (albúmina). Un
artículo3
estudia el efecto a pH ácidos (que cambiará la Ea porque el pH ácido también
desnaturaliza las proteínas). Este indica los valores de 36,7 y 50,0 kcal./mol que
corresponden a 150-200 kJ mol-1
.
Mi valor es casi la mitad o una tercera parte del valor publicado. Cuando reflexiono
sobre la sencillez del método me impresiona que esta investigación haya llegado a un
valor de tamaño tan razonable.
También es significativo que la ecuación de Arrhenius parece apropiada para la
determinación de la desnaturalización de la proteína del huevo siempre y cuando el
rango de temperaturas de las mediciones se mantenga dentro de unos límites
específicamente definidos. Esto se debe a que la ecuación de Arrhenius se aplica
estrictamente solo a reacciones de gases ideales aunque se ha utilizado ampliamente
en el estudio de reacciones de líquidos y soluciones en los que la teoría de las
colisiones aún resulta válida y solamente es la constante A de Arrhenius es la que se ve
afectada por el cambio de estado.
Sin embargo la reacción de desnaturalización de proteínas no es una reacción de
colisión (depende de la rotación de las cadenas de proteínas y tanto de la ruptura
como de la nueva formación de las fuerzas intermoleculares) y por ello la base teórica
de la ecuación obviamente no se sostiene. No existe ninguna razón clara de por qué el
gráfico de ln (Tiempo) v 1/Temperatura deba ser tan rotundamente lineal.
Posiblemente el descubrimiento más interesante de esta investigación sea que la
relación de la ecuación de Arrhenius aún parece ser apropiada.
A Se consideran las incertidumbres en
el valor final.
C El informe ha sido fácil de
comprender, es conciso y presenta una
secuencia lógica.
C Usa correctamente la terminología
específica de la asignatura a lo largo del
todo el informe.
C En el informe se utiliza notación
específica de la asignatura.
A Se realiza una comparación con
publicaciones científicas.
EV No hay sugerencias claras de
ampliaciones factibles para esta
investigación.
EV No hay sugerencias claras de
alternativas pertinentes y factibles
para mejorar la metodología.
EV Las reflexiones demuestran una
comprensión clara de las implicaciones de
la conclusión.
EV El alumno considera las
limitaciones de la metodología.

11
Referencias
1. http://www.webchem.net/notes/how_far/kinetics/rate_factors.htm, último
acceso: 3 de marzo de 2012
2. Hill, G & Holman, J (2001). Chemistry in Context: Laboratory Manual and Study
Guide, (5.ta
ed.) , p. 54-55, Surrey, Nelson
3. Investigations on proteins and polymers. VII. The denaturation of egg albumin,
Robert J. Gibbs, M. Bier, F.F. Nord, Archives of Biochemistry and Biophysics,
Volumen 35, Número 1, enero de 1952, p. 216–228, último acceso: 4 de marzo
de 2012
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0003986152800670
Bibliografía adicional
 Chemistry for the IB Diploma, G. Neuss, Oxford University Press 2007
4. http://chemistry.about.com/od/biochemistry/a/proteinstructur.htm, último
acceso: 26 de febrero de 2012

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