Introducción a la Bioquímica: prácticas de laboratorio

Introducción: Con el presente documento se pretende ofrecer una guía de prácticas de laboratorio que cubran y complementen la parte teórica del Curso Introducción a la Bioquímica. La fundamentación teórica presentada para cada práctica posibilita al estudiante la comprensión del tema y su relación con las actividades de laboratorio propuestas, las cuales están orientadas a la verificación de dichos fundamentos teóricos. Por otro lado, el desafío de las prácticas con formatos de tablas y cuadros sinópticos para el registro de los resultados facilita al estudiante la generalización de un determinado concepto. Además, este diseño refuerza el interés y el espíritu activo del estudiante en el desarrollo de la práctica y facilita por tanto la labor del docente, permitiendo lograr finalmente un verdadero trabajo de equipo. La cantidad de prácticas ofrecidas en el presente manual confiere la posibilidad de seleccionar semestralmente un número adecuado de ellas, aspecto que imprime flexibilidad e innovación a las actividades propias de esta materia. Este manual esta diseñado fundamentalmente para los estudiantes que cursan la materia Introducción a la Bioquímica, sin embargo algunas de sus prácticas podrían implementarse en laboratorios de materias afines. Quiero agradecer a todos los profesores de la Escuela de Química que de una u otra forma han colaborado en la realización del presente manual, en especial al profesor Jorge Alberto Correa por sus valiosas y oportunas observaciones para la presente edición, al igual que al técnico de laboratorio Carlos A. Guerrero por la redacción y recopilación anterior de algunas prácticas. También expreso sinceros agradecimientos a las estudiantes de Química Carolina Rosero y Sandra Borja por su valiosa colaboración en la digitación y por las acertadas observaciones para la edición final del presente manua

Adsorción de rojo 40 sobre cascarilla de arroz: determinación del equilibrio, cinética y termodinámica

Context: Agricultural residues have become unconventional adsorbents of great interest due to their wide availability, minimum cost, and high efficiency. In this work, the adsorbent capacity of rice husk by-product (RH) in the Red 40 (R40) anionic dye removal was evaluated under a discontinuous system.Method: For determining the best conditions for the removal of this dye, a factorial design 23 was implemented, which allows to achieving a removal of 75.6% at pH = 2.0, an initial concentration of 15 mg/L, dosage of 8.0 g/L, and contact time of 18 hours.Results: The equilibrium, kinetics and thermodynamic properties of the process were evaluated. It was found that the Langmuir model best represents the experimental results with qmax of 2.74 mg/g and an adjustment coefficient of R2=0.987. Regarding kinetics, the pseudosecond order model with qt of 1.09 mg/g presented the best fit (R2 = 0.970). Finally, Gibbs free energy (ΔG = -1.11 KJ/mol) and entropy (ΔS = 23.9 J/mol*K) indicate a spontaneous process, while enthalpy showed that the removal of R40 constitutes an endothermic process, with ΔH = 6.71 KJ/mol. Furthermore, the activation energy of 14.1 KJ/mol suggests that the mechanism of adsorption of the R40 takes place through a physi-adsorption.Conclusions: These results indicate that the rice husk offers a adequate adsorbent capacity for the retention of azo dye off contaminated effluents; besides, scaling up this process is feasible given its thermodynamic characteristics.Contexto: Los residuos agrícolas se han convertido en adsorbentes no convencionales de gran interés debido a su amplia disponibilidad, mínimo costo y alta eficiencia. En este trabajo se evaluó la capacidad adsorbente del subproducto cascarilla de arroz (CA) en la remoción del colorante aniónico rojo 40 (R40), bajo un sistema discontinuo.Método: Para determinar las mejores condiciones de remoción de este colorante, se implementó un diseño factorial 23, que permite alcanzar una remoción del 75,6 % a pH=2,0, concentración inicial de 15 mg/L, dosificación de 8,0 g/L y tiempo de contacto de 18 horas.Resultados: Se evaluó el equilibrio del proceso y se encontró que el modelo Langmuir es el que mejor representa los resultados experimentales con qmáx de 2,74 mg/g y un coeficiente de ajuste de R2 = 0,987. En cuanto a la cinética, el modelo de pseudosegundo orden con qt de 1,09 mg/g presentó el mejor ajuste (R2 = 0.970). Con respecto a las propiedades termodinámicas, la energía libre de Gibbs (con ΔG = -1,11 kJ/mol) y la entropía (con ΔS = 23,9 J/mol*K), señalan un proceso espontáneo, en tanto que la entalpía mostró que la remoción de R40 constituye un proceso endotérmico, con un de ΔH = 6,71 kJ/mol. Adicionalmente, la energía de activación con valor de 14,1 kJ/mol sugiere que el mecanismo de adsorción del R40 transcurre a través de una fisi-adsorción.Conclusiones: Estos resultados señalan que la cascarilla de arroz ofrece una adecuada capacidad adsorbente para la retención de colorantes azo de efluentes contaminados y que el escalado de dicho proceso es factible dadas sus características termodinámicas

Use of rice husk for the removal of methylene blue in fixed-bed columns

Este trabajo muestra la utilización de la cascarilla de arroz para la remoción del colorante catiónico azul de metileno bajo sistema continuo. Un diseño factorial 23, con puntos centrales y distribución aleatoria, fue implementado para evaluar la correlación de los factores experimentales en el proceso de adsorción. Las variables consideradas fueron pH, tamaño de partícula, presencia salina, velocidad de entrada, concentración inicial del colorante y altura de columna. Las muestras fueron analizadas a intervalos definidos de tiempo. La cantidad del colorante removido fue cuantificado por medio de espectroscopia Ultravioleta - Visible. Los modelos de Adams-Bohart, Thomas y BDST (Bed-depht/service time analysis) fueron utilizados para predecir las curvas de ruptura usando regresión no lineal y establecer los parámetros característicos del proceso. Se encontró que la transferencia de colorante al material adsorbente se favorece a pH básico, menor tamaño de partícula, flujo y concentración baja y mayor altura. El diseño de experimentos estableció que la concentración inicial de colorante y la altura del lecho fueron los factores más significativos. Con respecto a los modelos, el de Thomas presentó el mejor ajuste para la descripción de las curvas de ruptura a las condiciones experimentales y el de Adams-Bohart resultó adecuado para el comportamiento dinámico limitado a la parte inicial. Finalmente, el modelo BDST mostró una buena correlación y permitió establecer que la altura es determinante para el escalado del proceso.This work shows the use of rice husk in the removal of cationic dye methylene blue on continuous system. A factorial design 23 with center points and random distribution was implemented to evaluate the correlation of the experimental factors in the adsorption process. The considered variables were pH, particle size, salt presence, flow rate, dye initial concentration, and bed depth. The samples were analyzed in defined time intervals. The amount of removed dye was quantified by UV spectroscopy - Visible. Adams-Bohart, Thomas and BDST (Bed-depht/service time analysis) models were used to predict the breakthrough curves using non-linear regression and establish the characteristic parameters of the process. It was found that the transference of dye toward the adsorbent is favored by a basic pH, a small particle size, low flow rate and dye concentration, and high bed depth. The design of experiments established that the initial dye concentration and the bed depth were the most significant factors. Regarding the models, the Thomas provided the best fit to describe the breakthrough curves in experimental conditions and Adams-Bohart was found suitable for dynamic behavior limited to the initial part. Finally, BDST model exhibited a good correlation and allowed to establish that bed depth is a determinant factor for scaling process

Adsorption of red 40 dye on rice husk: determination of the equilibrium, kinetic and thermodynamic of the process

Context: Agricultural residues have become unconventional adsorbents of great interest due to their wide availability, minimum cost, and high efficiency. In this work, the adsorbent capacity of rice husk by-product (RH) in the Red 40 (R40) anionic dye removal was evaluated under a discontinuous system. Method: For determining the best conditions for the removal of this dye, a factorial design 23 was implemented, which allows to achieving a removal of 75.6% at pH = 2.0, an initial concentration of 15 mg/L, dosage of 8.0 g/L, and contact time of 18 hours. Results: The equilibrium, kinetics and thermodynamic properties of the process were evaluated. It was found that the Langmuir model best represents the experimental results with qmax of 2.74 mg/g and an adjustment coefficient of R2=0.987. Regarding kinetics, the pseudosecond order model with qt of 1.09 mg/g presented the best fit (R2 = 0.970). Finally, Gibbs free energy (ΔG = -1.11 KJ/mol) and entropy (ΔS = 23.9 J/mol*K) indicate a spontaneous process, while enthalpy showed that the removal of R40 constitutes an endothermic process, with ΔH = 6.71 KJ/mol. Furthermore, the activation energy of 14.1 KJ/mol suggests that the mechanism of adsorption of the R40 takes place through a physi-adsorption. Conclusions: These results indicate that the rice husk offers a adequate adsorbent capacity for the retention of azo dye off contaminated effluents; besides, scaling up this process is feasible given its thermodynamic characteristics

Cascarilla de arroz: material alternativo y de bajo costo para el tratamiento de aguas contaminadas con cromo (vi)

Este trabajo muestra la capacidad de la cascarilla de arroz para remover iones de Cr (VI) en aguas simuladas de curtiembres a condiciones de laboratorio. La infl uencia de las variables pH, concentración inicial del metal, dosifi cación de adsorbente y tiempo de contacto sobre el proceso de adsorción fue determinada. Se encontró remociones superiores al 94% a un valor de pH 1, dosifi cación de 3 g/L, concentración de 3 mg/L, velocidad de agitación de 127 rpm y a un tiempo de contacto de 720 min. Los resultados se evaluaron con un nivel de signifi cancia del 95% haciendo uso de la herramienta estadística ANOVA. La información referente al equilibrio del proceso fue ajustada a los modelos de Freundlich, Langmuir, Dubinin- Raduskevich y Thempkin, obteniendo buena correlación con la isoterma de Langmuir, con un valor de capacidad de adsorción de 1.25 mg/g a un pH 1. Para comprobar la ocurrencia de cambios estructurales sobre el material adsorbente se realizaron análisis a través de la técnica DRIFT (Espectroscopi a Infrarroja de Refl ectancia Difusa) antes y después del proceso de remoción, así como un análisis bromatológico para determinar alguna variación en su composición

Utilización de hongos de la podredumbre blanca en la degradación de un colorante tipo azo de la industria textile.

Los efluentes de la industria textil imponen grandes retos ambientales. Estos son una mezcla compleja de productos químicos, donde colorantes son de particular interés. En este estudio, se implementó un diseño factorial completo 23 para establecer las condiciones más apropiadas para la degradación del rojo básico 46 bajo fermentación en estado sólido, FES. Tres hongos de podredumbre blanca Trametes versicolor, Pleurotus ostreatus y Pleurotus pulmonarius fueron utilizados en el proceso de fermentación. Se alcanzó una degradación máxima de 63.0% a los 17 días de incubación con T. versicolor con una humedad del 90%, proporción carbono:nitrógeno de 12:1 y a 20°C. P. ostreatus y P. pulmonarius alcanzaron porcentajes máximos de degradación del 69.3% y 63.1% respectivamente luego de 25 días de fermentación. El escalado del proceso con T. versicolor condujo a una degradación del 45.7% a los 30 días de incubación. Adicionalmente, se cuantificó la actividad de las enzimas lacasa, manganeso peroxidasa y lignina peroxidasa. Los resultados señalan que la FES ofrece una degradación satisfactoria, cuya eficiencia depende de la optimización de las condiciones del proceso.Textile industry effluents—a complex mix of chemicals, among which colorants are of particular concern—impose great environmental challenges. In this study, a full 23 factorial design was used for determining the best conditions for the degradation of textile dye Basic Red 46 under solid state fermentation (SSF). Three white rot fungi Trametes versicolor, Pleurotus ostreatus, and Pleurotus pulmonarius were used in the fermentation process. A maximum degradation percentage of 63.0% was achieved at 17 days of incubation with T. versicolor under a moisture content of 90%, carbon to nitrogen ratio of 12: 1, and at 20°C. P. ostreatus and P. pulmonarius reached a maximum degradation percentage of 69.3% and 63.1%, respectively, after 25 days of fermentation. The scale-up of the fermentation process using T. versicolor led to a degradation percentage of 45.7% after 30 days of incubation. Additionally, the enzyme activity of laccase, manganese peroxidase and lignin peroxidase was measured. The results indicate that SSF offers a satisfactory degradation, whose efficiency depends on the optimization of process conditions

Reactividad del sistema enónico en la obtención de compuestos heterocíclicos

Resumen: el gran avance de la química orgánica se refleja en el creciente número de compuestos aislados o sintetizados, en la búsqueda constante de nuevas estrategias sintéticas para su obtención, así como en la diversidad de aplicaciones encontrada para esta clase de sustancias, cuya finalidad es ofrecer a mediano o largo plazo un beneficio a la sociedad. EI arduo e incesante esfuerzo de químicos como Friedrich Wöhler, quien en 1828 logró sintetizar por primera vez la urea; Félix Hoffmann (1897) quien obtuvo aspirina a través de una métodología que desde entonces se ha venido reproduciendo para disponer de un medicamento de uso mundial y Alexander Fleming (1928) que consiguió aislar penicilina, son algunos ejemplos que motivaron la expansión y desarrollo de la investigación en el campo de la química orgánica. Junto con ello, la comprobación del fenómeno de resonancia magnética nuclear, descrito paralelamente por el grupo de Purcell y de Bloch en (1946), convirtió a la década de los 50 en el preámbulo ideal para el advenimiento de esta técnica espectroscópica de identificación estructural, (fundamentalmente 1H-, 13C-RMN mono y bidimensional), que estimuló aún más el estudio de moléculas orgánicas y sus propiedades, superando una etapa inicial de separación de productos naturales por la alternativa del diseño sintético para su obtención, de esta forma, la síntesis orgánica emerge con una finalidad específica y un campo de aplicación ilimitado. En particular, la síntesis dirigida se ha orientado a la obtención de moléculas con potencial aplicación. Dentro de este marco de referencia, la generación de compuestos heterocíclicos se perfila como una las áreas de actual interés investigativo en virtud de las propiedades exhibidas por esta clase de compuestos, cuya aplicación se extiende tanto a la medicina, como a la agricultura, la industria y la ciencia básic

Remoção de azul brilhante, utilizando colunas tuza milho embalados

This research shows the adsorbent potential of corncobs in the removal of the anionic bright blue colorant on packed beds. It was evaluated the effect of pH parameters from this medium, particle size, saline presence and column height. The samples were analyzed by defined intervals of time. The colorant quantity removed was quantified by means of ultraviolet-visible spectroscopy. Models of Adams-Bohart, Thomas and Yoon-Nelson were used to predict the breakthrough curves using nonlinear regression and so set the characteristic parameters of the process. BDST model was used to express the influence of bed height into the breakthrough curve. It was found that acid pH (pH = 2.0) smaller particle size (0.3 mm < x < 0.5 mm) and larger bed height (Z = 20 cm) favor the transfer of colorant to the adsorbent material, reaching greater retention of bright blue on the corncob. The presence of NaCl in the solution reduces the efficiency of adsorption. In terms of models, the Thomas model presented the best setting for the description of the breakthrough curve to the experimental conditions (R2 = 0.93 -0.94), while Adams-Bohart model offered a good fit (R2 = 0.96-0.99) for the dynamic behavior limited  to the initial part of the process. Yoon-Nelson model presented a considerable drift between the experimental data and the predicted data. Finally, the BDST model showed a good correlation, R2 = 0.92 -0.99, establishing that the height is a determining factor for scaling of processEsta investigación muestra el potencial adsorbente de la tuza de maíz en la remoción del colorante aniónico azul brillante sobre lechos empacados. Se evaluó efecto de los parámetros pH del medio, tamaño de partícula, presencia salina y altura de columna. Las muestras fueron analizadas a intervalos definidos de tiempo. La cantidad del colorante removido fue cuantificada por medio de espectroscopia Ultravioleta – Visible. Los modelos de Adams-Bohart, Thomas y Yoon-Nelson fueron utilizados para predecir las curvas de ruptura usando regresión no lineal y con ello establecer los parámetros característicos del proceso. El modelo BDST fue empleado para expresar la influencia de la altura del lecho en la curva de ruptura. Se encontró que a pH ácido (pH = 2.0) menor tamaño de partícula (0.3 mm < x < 0.5 mm) y mayor altura de lecho (Z = 20 cm) se favorece la transferencia de colorante al material adsorbente, alcanzando mayor retención del azul brillante sobre la tuza de maíz. La presencia de NaCl en la solución reduce la eficiencia en la adsorción. En cuanto a modelos, el de Thomas presentó el mejor ajuste para la descripción de las curvas de ruptura a las condiciones experimentales (R2 = 0.93-0.94), mientras Adams-Bohart ofreció un buen ajuste (R2 = 0.96- 0.99) para el comportamiento dinámico limitado a la parte inicial del proceso. Yoon-Nelson presentó un desvío considerable entre la información experimental y la predicha. Finalmente, el BDST mostró una adecuada correlación, R2 = 0.92-0.99, estableciendo que la altura es determinante para el escalado del proceso.Esta pesquisa mostra o potencial adsorvente do sabugo de milho na remoção do corante aniônico azul brilhante sobre leitos empacotados. Foi avaliado o efeito dos parâmetros pH do meio, tamaño de partícula, presença de salinidades e altura da coluna. As amostras foram analisadas em intervalos de tempo definidos. A quantidade de corante removido foi quantificada por espectroscopia de UV - Visível. Modelos Adams-Bohart, Thomas e Yoon-Nelson foram utilizados para prever as curvas de ruptura através de regressão não-linear e, assim, estabelecer os parâmetros característicos do processo. O modelo BDST foi utilizado para expressar a influência da altura do leito na curva de ruptura. Verificou-se que a pH ácido (pH = 2,0) o tamanho de partícula mais pequeno (0.3 mm <x <0,5 mm) e maior altura do leito (Z = 20 cm) favorece a transferência do material adsorbente de corante atingindo uma maior retenção de azul milho brilhante no sabugo. A presença de cloreto de sódio na solução reduz a eficiência de adsorção. Quanto aos modelos, o Thomas apresentou o melhor ajuste para descrever as curvas de ruptura para as condições experimentais (R2 = 0,93 a 0,94), enquanto Adams-Bohart oferecido um bom ajuste (R2 = 0,96-0,99) para o comportamento dinâmico limitado para a parte inicial do processo. Yoon-Nelson apresentou um desvio significativo entre o experimental ao previsto. Por fim, BDST mostrou boa correlação, R2 = 0,92-0,99, estabelecendo que a altura seja crucial para o proceso de escala

Flower wastes as a low-cost adsorbent for the removal of acid blue 9

This paper describes the use of flower wastes (carnation, rose and daisy) as a potential, alternative and low-cost adsorbent for the removal of Acid Blue 9 (AB9). The best conditions to achieve an efficient adsorption were evaluated in a batch process. With an acidic pH of 2.0, a removal exceeding 90% was obtained using concentrations of AB9 of 15.0 mgL-1 and a dosage of adsorbent of 4.0 gL-1. The equilibrium of the process was modeled using the Langmuir and Freundlich isotherms, obtaining a better fit with the latter one. Kinetic studies indicated a better fit of the process to a pseudo-second order model and negligible effect of temperature. In addition, the bromatological characterization of the adsorbent is shown

Análisis simultáneo de la remoción de Azul brillante y Rojo 40 mediante espectrofotometría de derivadas

Effluents from food and textile industries contain dye mixtures. However, the evaluation of these multicomponent systems has been poorly explored due to their complex quantification. As a closer approximation to the contamination caused by these effluents, it was evaluated the adsorption of the dye mixture Red 40 (R40) and Brilliant blue (AB) on the coconut bark under batch system, considering the variables pH, the initial dye concentration, the dosage of the adsorbent and the temperature. For the quantification the model of the first derivative was used, using an UV-Vis Perkin Elmer Lambda 35 spectrophotometer. Under the best conditions for the mixture of R40 and AB, the maximum removal (76.5 %) was achieved to acid pH (pH = 2.0), dosage of 20 g/L, initial dye concentration of 10 mg/L and temperature of 55 °C. The found average percentage error for the model of quantification was 1.35 % for R40 and 1.10 % for AB to indicate the validity of the method. Also, in the binary mixture AB experimented a minor antagonistic effect due to the presence of R40, recording a 3.7 adsorption percentage higher than the obtained for R40.Los efluentes de industrias como la alimentaria y textil contienen indudablemente una mezcla de colorantes. No obstante, la evaluación de estos sistemas multicomponentes ha sido poco explorada debido a la complejidad para su cuantificación. Como una aproximación más cercana  a la contaminación de estos vertimientos, se evaluó la adsorción de la mezcla de colorantes Rojo 40 (R40) y Azul brillante (AB) sobre corteza de coco bajo sistema discontinuo, considerando las variables pH, concentración inicial de los colorantes, dosificación de adsorbente y  temperatura. Para su cuantificación se utilizó el modelo de las primeras derivadas, haciendo uso de un espectrofotómetro UV- Vis Perkin Elmer Lambda 35. Bajo las mejores condiciones se alcanzó una remoción máxima del 76.5% para la mezcla de R40 y AB a pH ácido (pH = 2.0),  dosificación de 20 g/L, concentraciones iniciales de 10 mg/L y temperatura de 55 °C. El porcentaje  de error promedio total encontrado para el modelo de cuantificación fue de 1.35% para R40 y 1.10% para AB, señalando la validez del método.  Además, en la mezcla binaria el AB experimentó un menor efecto antagonista por la presencia del R40,  registrando una adsorción 3.7%  más eficiente que la obtenida para el R40