Elaboracin de un chicloso adicionado con aminocidos de Nopal (Opuntia ficus indica) Nivel BACHILLERATO Asesora LOCAL Modalidad INVESTIGACIN EXPERIMENTAL rea BIOLOGA Escuela CENTRO UNIVERSITARIO MXICO A.C. Clave 1009 Autores Penlope Enrquez Serna Antonio Jordn Ros Daniel Adrin Lpez Arniz Jorge Daniel Prez Ruiz 55649259 [email protected] 56871050 [email protected] 56727879 [email protected] 59969705 [email protected] Asesores Biol. Laura Ivonne Herrera Reyes 54437279 [email protected] Dra. Norma Mireles Lpez 044552327114 [email protected] Vo. Bo. Biol. Laura Ivonne Herrera Reyes. Dra. Norma Mireles Lpez.
Elaboracin de un chicloso adicionado con aminocidos de Nopal (Opuntia ficus indica) Penlope Enrquez Serna Antonio Jordn Ros Daniel Adrin Lpez Arniz Jorge Daniel Prez Ruiz Centro Universitario Mxico Resumen. La preocupacin por la nutricin humana ha adquirido cada vez una mayor importancia. Dicha magnitud es observable mediante el lanzamiento de dos tipos de productos: los alimentos integrales adicionados con vitaminas, carentes de cidos grasos y los suplementos alimenticios como pldoras y cpsulas que prometen hacer maravillas por nosotros. En nuestra sociedad se prefiere consumir un dulce a un suplemento alimenticio en cpsula, por lo tanto buscamos aportar una fuente atractiva, creativa y original que proporcione nutrientes bsicos constitutivos de todo ser humano mediante la elaboracin de una golosina adicionada con aminocidos provenientes de Opuntia ficus indica. Para ello identificamos los aminocidos contenidos en la pulpa del nopal realizando una cromatografa en capa fina, posteriormente se adicionaron 15 ml de dicha pulpa a la goma base para la elaboracin del chicloso. Se identificaron: Valina, Leucina, Isoleucina, Treonina, Fenilalanina, Triptfano y Metionina como aminocidos pertenecientes a la especie. Finalmente se elabor el chicloso utilizando el extracto, saborizantes y colorantes artificiales. El chicloso tuvo una consistencia suave y un sabor agradable siendo del gusto del consumidor; por lo tanto se concluye que nuestro chicloso posee 7 aminocidos de los 8 que contiene el nopal, todos ellos esenciales para el ser humano y la presentacin en forma de dulce resulta un medio atractivo para su consumo asegurando que el individuo reciba el aporte de aminocidos necesarios para la adecuada sntesis de protenas de acuerdo a sus necesidades. Palabras Clave: Opuntia ficus indica, nopal, aminocidos, protenas, goma base, nutricin, chicloso.
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Elaboracin de un chicloso adicionado con aminocidos de Nopal (Opuntia ficus indica) Planteamiento del problema. Con el paso del tiempo, la preocupacin por la nutricin humana ha adquirido cada vez una mayor importancia. Dicha magnitud es observable mediante el lanzamiento de alimentos integrales, adicionados con vitaminas, libres de cidos grasos y sobre todo suplementos alimenticios tales como pldoras y cpsulas que prometen hacer maravillas por nosotros, pero que a largo plazo pueden perjudicar la salud. De modo que es imperante cambiar nuestros hbitos alimenticios para aumentar la esperanza de vida; entre ellos la adecuada eleccin de nutrientes para la ingesta diaria. La industria de las golosinas es uno de los rubros de la economa ms desarrollado, sin embargo, hasta el da de hoy no se tiene nocin alguna de la existencia de una golosina que aporte nutrientes. Generalmente proporcionan altas cantidades de carbohidratos y conservadores no muy tiles para sus consumidores. Naturalmente las personas prefieren un dulce a un suplemento alimenticio en cpsula, por lo que es importante encontrar una nueva forma de complementar su alimentacin con nutrientes esenciales. Por medio de ste proyecto buscamos aportar una fuente atractiva, creativa y original que proporcione nutrientes bsicos constitutivos de todo ser humano, mediante la elaboracin de una golosina adicionada con aminocidos provenientes de Opuntia ficus indica (Nopal). La adicin de aminocidos, componentes esenciales de las protenas, permite su catabolizacin en el organismo generando exclusivamente las protenas que requiere. La razn por la cual se decidi utilizar aminocidos provenientes del nopal Opuntia ficus indica se debe al aporte de 8 de los 9 aminocidos esenciales, adems de que presenta otros beneficios como: reductor de niveles de colesterol, til para prevenir enfermedades bacterianas, restaurador de la flora intestinal, entre otras.
Hiptesis Si los aminocidos son los elementos constituyentes de las protenas, entonces el consumo de stos sintetizar protenas bsicas para el buen funcionamiento del organismo. Si se elabora una cromatografa en capa de celulosa para el corrimiento de una muestra de Nopal, entonces se podrn identificar los 8 aminocidos constituyentes del Nopal. Si se identifican los aminocidos contenidos en el Nopal, entonces se podrn adicionar a una golosina. Si se sufre de desnutricin, entonces el consumo de aminocidos esenciales contribuir en gran parte al reestablecimiento de las condiciones nutrimentales ptimas. Si se elabora una golosina, chicloso, entonces el consumidor se sentir ms atrado que haca una cpsula, polvos o suplementos convencionales. ANTECEDENTES 1.- Los aminocidos Un aminocido es una biomolcula orgnica de bajo peso molecular constituida por un carbono al que hay unidos un grupo amino (-NH2), un grupo cido carboxlico (-COOH), un hidrgeno (-H) y un grupo radical variable (-R). Las otras dos valencias del carbono se saturan con un tomo de H y con un grupo radical R. Se han encontrado en el mundo biolgico alrededor de 150 aminocidos, de los cuales 20 han sido codificados y a su vez 9 de ellos son necesarios para la vida humana. La nica diferencia entre estos veinte aminocidos radica en sus grupos laterales ( R ).
Figura. 1.1 Estructura qumica general de los 20 -aminocidos
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Los enlaces qumicos entre aminocidos se denominan enlaces peptdicos; y las cadenas formadas por estos ltimos se denominan pptidos (protenas). Si el nmero de aminocidos que forman un pptido es de dos, se denomina dipptido; si es tres tripeptido, etc. Si es inferior a diez, se habla de oligopptidos, si es superior a diez se denomina polipptido. En el interior de las estructuras celulares los aminocidos intervienen en la sntesis endgena de protenas, las cuales en funcin del perfil de aminocidos que la formen, van a determinar su actividad fisiolgica, siendo dicha sntesis, especfica para cada clula Clasificacin de los aminocidos Existen varias clasificaciones de los aminocidos, en este apartado, mencionaremos slo una: -Clasificacin fundada en la polaridad de los grupos R: Aminocidos con grupos R no polares o Hidrofbicos. Encontramos ocho aminocidos. De ellos cinco son alifticos y encontramos: alanita, leucina, isoleucina, valina y prolina. Dos de ellos tienen anillos aromticos: fenilalanina y triptfano. Uno contiene azufre: metionina. Son aminocidos no solubles en agua. El menos hidrofbico es la alanita. Aminocidos con grupos R polares sin carga. Son ms solubles que los del grupo anterior. A ste grupo pertenecen la serina, treonina y tirosina (grupo carboxilo), as como la asparagina y glutamina (grupos amdicos) y la cistena (grupo sulfhidrilo). La asparagina y la glutamnina son las amidas de los cidos asprtico y glutmico. La cistena y la tirosina son los aminocidos ms polares. Aminocidos con grupos R cargados positivamente (bsicos). Poseen un pH aproximado de 7 y cuentan con seis tomos de Carbono, pertenecen a ste grupo: la lisina, arginina e histidina.
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Aminocidos con grupos R cargados negativamente (acdicos). Aqu encontramos a los cidos asprtico y glutmico. (Lehninger. 1978, p.73-85) Enlaces de los aminocidos El enlace peptdico es un enlace covalente que se forma entre el grupo carboxilo de un aminocido y el grupo amino del siguiente dando lugar al desprendimiento de una molcula de agua. El enlace peptdico tiene un comportamiento similar al del enlace doble, es decir, presenta una cierta rigidez que inmoviliza en un plano a los tomos que lo forman. (Jimeno, 2003, p.80) Reacciones qumicas de los aminocidos. Los aminocidos reaccionan con sus grupos funcionales: los grupos carboxilo, los grupos -amino. Existen varios tipos de reacciones: Reacciones de los grupos amino. ste procedimiento se utiliza como mtodo para proteger el grupo -amino en la sntesis qumica de los pptidos. La reaccin de la Ninhidrina es un ejemplo de reaccin del grupo -amino. Esta reaccin se puede utilizar para valorar cuantitativamente cantidades pequeas de aminocidos. Por calefaccin de un -aminocido con dos molculas de ninhidrina da un producto intensamente coloreado con todos los aminocidos y pptidos que poseen grupos -aminocidos libres; aparece, entonces un color prpura. (Lehninger. 1978, p.86-87) Metabolismo de Aminocidos. Metabolismo es el conjunto de reacciones qumicas que se producen en el interior de las clulas y que conducen a la transformacin de unas biomolculas en otras. Las distintas reacciones qumicas del metabolismo se denominan vas metablicas y las molculas que en el intervienen se denominan metabolitos. Todas las reacciones del metabolismo estn reguladas por enzimas especficas para cada metabolito o sustrato
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y para cada tipo de transformaciones. Las sustancias finales de una va metablica se denominan productos. El metabolismo se divide en dos tipos de reacciones: (Curtis, 1993, p.193-195) Catabolismo. El catabolismo es la fase degradativa del metabolismo y su finalidad es la obtencin de energa. En el las molculas orgnicas complejas son transformadas en otras ms sencillas. Se libera energa almacenada en los enlaces de ATP. Las reacciones del catabolismo son reacciones de oxidacin, es decir, prdida de electrones y de hidrgeno.
Cuando se ingiere un aminocido, ste no slo se utiliza para la sntesis de protenas, sino que tambin como fuente de energa. Ingerido el aminocido, ste puede tomar distintos caminos: Degradacin.- el exceso de productos finales del catabolismo son excretados en forma de CO2, NH3, Urea, cido rico, etc. Aporte Energtico..se transforma en glucosa mediante gluconeognesis.
Posteriormente entran a Gluclisis, luego se forma cido Pirvico y finalmente AcetilCoA que ingresa al Ciclo de Krebs. .Se oxida en CO2, a travs del Ciclo de Krebs o de los cidos tricarboxlicos. . (Jimeno, 2003, p.192-195, 203)
Los aminocidos libres son absorbidos hacia la sangre y de ah se dirigen al hgado, donde tiene lugar gran parte del metabolismo de los aminocidos. Treonina. Se convierten en Piruvato de acuerdo a la ruta 1 y posteriormente en AcetilCoA, el cual entra al Ciclo de Krebs mediante la unin de un cido oxaloactico y un actico de tal forma que se produce Citrato, el cual es la va inicial del Ciclo de Krebs. Posteriormente se contina con Cadena Respiratoria para producir: Oxgeno, Agua y Molculas de ATP (ENERGA).
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Fenilalanina, Leucina, Lisina y Triptfano. Se convierten en Acetoacetil-CoA y en AcetilCoA; el cual al igual que en la reaccin anterior, ingresa a Ciclo de Krebs como Citrato. En el caso de la Fenilalanina tambin se puede convertir en fumarato e ingresar al Ciclo de Krebs. Isoleucina, Metionina y Valina. Producen Acetil-CoA e ingresan a Ciclo de Krebs de la manera anteriormente descrita. Pero tambin se transforman en cido Succinil-CoA e ingresan de sta forma a Ciclo de Krebs. (Lehninger. 1978, p.577-588)
Anabolismo o biosntesis de Aminocidos del Nopal Opuntia ficus indica Es la sntesis de molculas orgnicas complejas a partir de biomolculas ms sencillas; se requiere suministrar energa, proporcionada de los enlaces de ATP Se puede utilizar el ion amonio como fuente de Nitrgeno para la sntesis de aminocidos (Jimeno, 2003, p. 229, 236) Treonina y metionina.- La sntesis de stos dos aminocidos proviene de una molcula llamada homoserina, la cual se fosforila en homoserina fosfato reaccin que requiere de ATP. Despus el fosfato se convierte en treonina por la enzima treonina-sintasa. As se obtiene de manera general la treonina. La conversin de la homoserina en metionina se inicia con la formacin de O-succinina homoserina. La homocisteina se incorpora a este proceso, la cual puede ser metilada par formar metionina. Lisina: El cido amino-adpico que comienza con el Acetil-CoA y el -oxoglutarato el cual avanza convirtindose en cido homoisoctrico y el cido oxoadpico, en una serie de reacciones anlogas a las del ciclo de Krebs. El cido oxoadpico es aminado y se transforma en cido a-aminoadpico, el cual finalmente se convierte en Llisina.
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Valina, Isoleucina y Leucina: Para la formacin de Valina e Isoleucina se inicia con los oxocidos piruvato y oxobutirato a los cuales se les incorpora un grupo acetaldehdo activo. Se produce entonces -aceto-hidroxicidos que se deshidratan y rinden los anlogos a-oxo de la isoleucina y de la valina que son aminados por las transaminasas. Para la leucina se condensa el cido -oxoisovalerianico (precursor de la valina) con el acetil-CoA para producir cido -isopropilmlico. Las etapas subsiguientes se realizan en el Ciclo de Krebs producindose as Leucina. Fenilalanina y Triptfano: Todo inicia con el cido siqumico por fosforilacin se transforma en cido corsmico, este se ramifica en cido antranlico y despus se produce el triptfano, mientras que el acido prefnico se deshidrata y descarboxila rindiendo cido fenilpirvico, precursor de la fenilalanina. (Lehninger. 1978, p. 711720) 2.- Las protenas. La palabra protena viene del griego protos que significa "lo ms antiguo, lo primero", lo cual nos indica el papel tan importante que tienen en la nutricin. Las protenas son los elementos bsicos del cuerpo, esenciales en todo el metabolismo. Las protenas se pueden definir como polmeros (cadenas polipeptdicas) de aminocidos. Por otra parte las protenas multimricas son aquellas que contienen varias cadenas polipeptdicas. (Jimeno, 2003, p.77) Estructura de las protenas. Estructura primaria.- Es la secuencia de aminocidos de la protena, por lo tanto sta estructura nos indica que aminocidos componen la cadena polipeptdica y el orden en que dichos aminocidos se encuentran.
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Estructura secundaria.- Es la disposicin de la secuencia de aminocidos (estructura primaria) en el espacio. Se forman puentes de hidrgeno entre el hidrgeno del grupo amino y el oxgeno del carboxilo. Se obtienen dos estructuras resultantes del puente de hidrgeno, una de ellas la - hlice, la segunda la hlice de colgena y la tercera la conformacin-. (Curtis, 1993, p.99-100) Estructura terciaria.-Informa sobre el acomodo de la estructura secundaria al plegarse sobre si misma originando una conformacin globular. La conformacin globular facilita la solubilidad en agua y en soluciones salinas y permite realizar funciones de transporte, enzimticas, hormonales, etc. Estructura cuaternaria.- La estructura cuaternaria informa de la unin de varias cadenas polipeptdicas con estructura terciaria, idnticas o no, para formar un complejo proteico. Recibiendo el nombre de protmero. (Jimeno, 2003, p.83-84) Propiedades de las protenas. Se mencionan dos de las diversas propiedades debido a que se encuentran ntimamente relacionadas con ste proyecto. Desnaturalizacin.- Las protenas precipitan, entonces la capa de molculas de agua no recubre totalmente a las protenas, en este estado no pueden llevar a cabo la actividad para la que fueron diseadas, a esto se le llama desnaturalizacin. Especificidad .-En una cadena de aminocidos hay sectores estables y variables en algunas cadenas, los aminocidos pueden ser sustituidos por otros distintos sin alterar la funcin de la molcula, lo anterior permite que cada especie tenga sus protenas especficas y que existan diferencias entre individuos de la misma especie. (Jimeno, 2003, p.85-86)
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Clasificacin de las holoprotenas. Una holoprotena es una estructura terciaria formada por la unin de los mismos grupos proteicos. Colgenas -queratinas Elastinas -queratinas o fibroinas Se encuentran en tejidos conjuntivo, cartilaginosos, tegumentarios y seos Se encuentran en cabello, uas, lana, cuernos, pezuas, plumas Se encuentran en tendones y vasos sanguneos Aparecen en los hilos de seda
Tabla 2.1 Principales Protenas Filamentosas.
Protaminas Muy bsicas Histonas Bsicas Prolaminas Gluteninas
Solubles en agua. Asociadas al ADN en los espermatozoides de todos los animales Solubles en agua. Asociadas al ADN del ncleo (excepto espermatozoides) Insolubles en agua. Aparecen en semillas vegetales. Ejemplo: Zena del maz Insolubles en agua pero solubles en cidos y bases diluidas. Como la Glutenina del trigo
Albminas Globulinas
Solubles en agua. Pertenecen la seroalbmina , ovoalbmina, etc. Soluble en soluciones salinas. Como seroglobulina y lactoglobulina Tabla 2.2 Principales Protenas Globulares. (Audesirk, 1996, p. 47-51)
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Clasificacin de las heteroprotenas. Las heteroprotenas son molculas formadas por la unin de un grupo proteco con otro no-proteco llamado prosttico. Se clasifican en: Cromoprotenas.- su grupo prosttico es una sustancia coloreada, se llaman tambin pigmentos. Glucoprotenas.- poseen un grupo prosttico que contiene molculas de glcidos como glucosa, galactosa, arabinosa. Pertenecen a ste grupo: - Hormonas Estimulantes del Folculo (FSH), Hormona Estimulante del Tiroides (TSH) y Hormona Luteinizante (LH). - Los proteoglucanos que aparecen en secreciones mucosas, en lquidos sinoviales y constituyen tendones huesos y cartlagos. - Las glucoprotenas sanguneas como la protombina. - Las inmunoglobulinas. - Las glucoprotenas constituyentes del glucoclix en las membranas celulares. - Enzimas como las ribonucleasas. Lipoprotenas.- su grupo prosttico son cidos grasos, aparecen en las membranas citoplsmicas. Fosfoprotenas.- su grupo prosttico es cido fosfrico (H3 PO4). Ejemplo: Casena y Vitelina. Nucleoprotenas.- su grupo prosttico es un cido nucleico. Ejemplo asociaciones de histonas. (Lehninger. 1978, p. 60-64) Funciones de las protenasFuncin estructural.- Protenas que forman parte de los microtbulos del citoesqueleto de cilios y flagelos que se asocian con ADN para formar fibras de cromatina. Se pueden citar las queratinas, la elastina y colgena.
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Funcin de transporte.- Regulan el paso de molculas a travs de la membrana, transportan oxgeno por la sangre (hemoglobina), transportan sustancias diversas (seroalbmina), transportan hierro (transferrinas) permiten movilidad de lpidos (lipoprotenas), transportan cobre (ceruloplasmina) Funcin enzimtica.- Tienen accin biocatalizadora, favorecen las reacciones qumicas de las clulas. Es posiblemente la funcin mas importante, debido a que cada enzima es muy especializada. Ejemplo: tripsina, ribonucleasa, catalasa, peroxidasa, citrocromos, etc. Funcin hormonal.- No actan localmente, son distribuidas por la sangre y actan en todo el organismo. Ejemplo: insulina, tiroxina, hormona del crecimiento. Funcin de defensa.- Las protenas defensivas son las - globulinas o inmunoglobulinas forman los anticuerpos. Se asocian a sustancias extraas y las neutralizan. Ejemplo: trombina, Fibringeno (participan en la coagulacin de la sangre); las mucinas del tracto digestivo son bactericidas. (Jimeno, 2003, p.89-90) Catabolismo o Degradacin Oxidativa de Protenas. Al ingerir cualquier protena, sta puede ser aprovechada con su estructura completa o con su estructura parcial y en caso de necesidad nutrimental los aminocidos son oxidados siguiendo el proceso de anabolismo. (Curtis, 1993, p. 100-102) Protelisis. Los aminocidos se hallan, en su mayora, en forma de protenas. Puesto que los aminocidos slo se incorporan en forma libre, las protenas deben ser hidrolizadas en la digestin mediante enzimas (Protelisis) (Alcal, 2003, p. 38-42)
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La digestin de las protenas comienza en el estmago, en el, la pepsina es secretada como pepsingeno, por las clulas de la mucosa gstrica. La pepsina ataca principalmente a los enlaces peptdicos en los que intervienen restos de aminocidos aromticos como metiotina y leucina. Posteriormente el jugo pancretico es secretado al intestino delgado, aportando los zimgenos: quimotripsingeno, tripsingeno, protocarboxilpeptidasa A y B y proelastasa. El quimotripsigngeno se convierte en quimotrispsina activa por accin por separacin de dos dipptidos, por la accin de la tripsina y de la quimotrpsina libres. La quimotrpsina hidroliza los enlaces peptdicos, que contienen grupos carboxilo de los aminocidos aromticos. El tripsingeno se convierte en tripsina activa que hidroliza los enlaces peptdicos en los que intervienen los grupos carboxilo de la arginina y de la lisina. La carboxipeptidasa A hidroliza casi todos los tipos de enlaces peptdicos con carboxilos terminales, mientras que la carboxilpeptidasa B escinde a los restos de la lisina o de la arginina. Como resultados de la accin de la pepsina en el estmago y de las proteasas pancreticas las protenas se convierten en pptidos cortos y en aminocidos libre, estos aminocidos libres son absorbidos hacia la sangre, de ah se dirigen al hgado y finalmente hacia su distribucin y degradacin. (Lehninger, 1975, p. 572- 577) 3.- Nutricin. La cantidad mnima necesaria de protenas que se debe consumir por da se calcula en gramos por kilo de peso. Bebes: entre 0.9 y 1 gramo por kilogramo de peso. Nios: 0.8 gramos por kilogramo Nios mayores y adolescentes: 0.4 gramos por kilogramo. Adultos: 0.36 gramos por kilogramo Mujeres embarazadas o que se encuentran amamantando: Deben duplicar lo necesario para los adultos, es decir: 0.72 gramos por kilogramo.
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Las protenas de la dieta se necesitan para reparar y mantener los tejidos del cuerpo, el crecimiento y desarrollo, la produccin de leche materna y de ciertas hormonas y enzimas, y el crecimiento de uas y pelo. Son tambin componentes importantes del sistema inmunolgico y ayudan a transportar los nutrientes en la sangre. Los msculos y otros tejidos estn compuestos en su mayora por protenas que constituyen cerca del 75 % del material slido del organismo. (Astigrraga, 2002 p. 1-3) Carencia de Aminocidos y Protenas. La carencia de aminocidos est estrechamente relacionada con las protenas; ya que si los aminocidos estn ausentes, no existir la sntesis de protenas; por tanto la carencia de protenas causa: Deficiencias de crecimiento. Sistema inmunolgico deficiente, Mal desarrollo de estructuras y tejidos tales como fallas en sntesis seas, desarrollo muscular, enfermedades de la piel, venas, arterias, capilares dbiles, as como cabello falto de -queratinas. Deficiencia en el transporte de molculas en la sangre Mal aprovechamiento de nutrientes ingeridos por el sujeto en cuestin. No existe una correcta regulacin hormonal Deficiencia en la contraccin muscular en las fibras de actina y miosina.
La desnutricin de protenas y caloras (PCM) en casos graves, se clasifica segn datos clnicos y bioqumicos y se conoce con el nombre kwashiorkor predominando la desnutricin proteica sobre la calrica. Si se tiene un ingreso deficiente de glucosa (fuente primaria de energa) entonces el hgado utiliza las protenas de los msculos para obtener la glucosa adecuada. La PCM se clasifica calculando el peso actual en relacin a la longitud del individuo. Un ndice de PCM normal oscila entre 90%-110% y un PCM grave oscila entre el 75%-85% (Merck, 1986, p. 820-822)
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El requerimiento diario de aminocidos esenciales es: Necesidades diarias (mg(kg) Aminocido Histidina Isoleucina Leucina Lisina Metionina y Cisteina Fenilalanina y Tirosina Treonina Triptfano Valina Adultos 16 10 14 12 13 14 7 3.5 10 Lactantes 28 70 161 103 58 125 87 17 93 Nios (10-12aos) 20 30 45 60 27 27 35 4 33
Tabla 3.1 Se muestran las necesidades estimadas de aminocidos esenciales. 4.- Generalidades del Nopal En Mxico se le llama nopal a varias especies del gnero Opuntia de la familia Cactaceae. El gnero Opuntia en Mxico presenta 5 subgneros, 17 series y 104 especies de las cuales solo nos avocaremos a la especie Opuntia ficus indica. (Bravo-Holis, 1978, p.73-74)
Las Cactceas son plantas suculentas, generalmente xerfitas, cuyas formas son muy peculiares y generalmente variables como resu7ltado de la adaptacin a lugares secos, clidos y templados. La raz, adems de la funcin de fijacin, obra como un poderoso rgano de absorcin durante la temporada de lluvias: su forma es variable y generalmente loas races secundarias, numerosas y ramificadas, estn mas desarrolladas que la principal; esta ltima, en ocasiones se desarrolla mucho y adquiere aspecto napiforme o globoso. El tallo casi siempre est muy desarrollado, tiene cutcula gruesa, es suculento y se torna globoso o cilndrico, a veces comprimido y articulado, y constituye un receptculo de agua que permite al vegetal resistir la sequa. La hojas, salvo raras ocasiones, estn reducidas a espinas, adaptacin que permite a la planta 14
reducir la superficie de transpiracin. Las flores, solitarias generalmente son grandes y vistosas, actino morfas, o bien el perianto y el androceo se disponen helicoidalmente; los spalos y ptalos, as como los estambres son numerosos. El ovario es nfero, unilocular, formado por 3 a 8 carpelos soldados. El fruto es una baya con abundantes semillas. El Nopal es una planta carnosa que en estado adulto alcanza hasta 5 metros de altura y cuyas partes basales ms viejas se vuelven leosas. Vive en lugares secos, clidos, templados o extremosos de Amrica. La raz principal y las secundarias tienen ms o menos el mismo desarrollo, o bien las segundas se extienden ampliamente. El tallo es craso, ramificado y multiarticulado, con cutculas gruesas adaptado para almacenar agua en sus tejidos. Cada uno de los artculos recibe el nombre particular de penca; su aspecto es comprimido, tienen forma de raqueta y botnicamente son cladodios, es decir, tallos o ramificaciones de estos que substituyen a las hojas en sus funciones, ya que presentan abundante parnquima cloroflico. La hojas estn reducidas a espinas y gloquidios, o pequeas espinas que tienen ganchitos dirigidos hacia a tras; se agrupan en regiones espaciadas de la superficie caulinar llamadas arolas. Las flores brotan de las orillas de las ramificaciones, las piezas del perianto y los estambres son numerosos y estn dispuestos helicoidalmente. Los spalos y los ptalos son libres y nos estn bien delimitados, sino que hay piezas de transicin entre ambos. El ovario es nfero unilocular, con numerosos vulos en placentacin parietal, y est formado por varios carpelos soldados; el estilo lleva en su extremo varios estigmas .El fruto es una valla con el pericarpio provisto de gloquidios dispuestos en pequeos grupos; el mesocarpio es carnoso pero est poco desarrollado. Las semillas son numerosas, discoidales, con albumen celulsico y estn sostenidas por funculos carnosos y jugosos, que constituyen la parte comestible del fruto. (Ruiz, 1960, p.649-651) Opuntia ficus Indica: casi no tiene espinas. Es un vegetal arborescente de 3 a 5 m. de alto, su tronco es leoso y mide de entre 20 a 50 cm. de dimetro. Forma artculos oblongos (Pencas o Cladodios) de 30 a 60 cm. de largo x 20 a 40 cm. de ancho y de 2 a 3 cm. de espesor. Sus ramas estn formadas por pencas de color verde opaco con
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areolas que contienen espinas mas o menos numerosas, amarillas y produce flores de 7 a 10 cm de largo, su fruto es oval de 5 a 10 cm. de largo x 4 a 8 cm. de dimetro y su color puede ser amarillo, anaranjado, rojo o purpreo con abundante pulpa carnosa y dulce. (Bravo- Holis, 1978, p.79-81) Propsitos Principales: Elaborar un dulce (chicloso) cuyo contenido presente aminocidos obtenidos de la Brindar un excelente aporte nutricional adicionando al chicloso 8 de los 10 extraccin del nopal Opuntia ficus indica aminocidos esenciales; necesarios para metabolizar protenas en el cuerpo humano. Secundarios: Presentar, de una manera atractiva y creativa, al pblico en general, un Fomentar el aprovechamiento de un recurso natural propio del pas. complemento alimenticio.
Fundamentacin De acuerdo con la Secretara de Desarrollo Social (SEDESOL) en Mxico: 17.8% de los nios menores de cinco aos de edad, presentan algn tipo de desnutricin; lo cual es realmente alarmante ya que una infancia desnutrida se traduce ms adelante en mltiples desventajas tanto fsicas como cognoscitivas y aumenta la propensin a enfermedades crnicas e incapacidades diversas. Con base en la magnitud del problema, se decidi elaborar una golosina que funcione como vehculo adecuado y atractivo para aquellos sectores de la poblacin que en mayor carencia nutricional se encuentran.
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Metodologa Materiales: Recoleccin de muestras: Cutter, Guantes, Bolsas de polietileno (Costalitos), Cmara fotogrfica Preparacin de muestras: 4 Recipientes de Vidrio de medio litro, Alcohol Etlico al 96% (CH3 - CH2 - OH) (Mediqual), Muestras de Nopal Cultivado, Cutter, Licuadora con capacidad de 500 ml de 200 Watts o 120 Volts (Braun ), 2 Matraces Erlenmeyer 500 ml (Pyrex ), Colador de metal, Esptula metlica Cromatografa: Capas de celulosa (Merck), Aminocidos puros: D-Lisina, DLeucina, Fenilalanina, n-butanol (Reasol), Acetona pura (Reasol) , Dietilamina (Reasol) y Agua. Preparacin de chicloso: Goma Base de Tipo Arbiga, Azcar Glass (Verde Valle), Jarabe de Maz (Karo), Glicerina, cido ctrico, Saborizantes artificiales: menta, hierbabuena, pltano, tutti fruti (Deiman), Bolsa hermtica de polietileno (Ziploc), Horno de Microondas, Recipiente de vidrio con capacidad de 500ml, charola metlica, esptula y cuchara metlicos, vasos de precipitados de 250 ml (Pyrex) Procedimiento: RECOLECCIN: 1) En primer lugar se recolect en un planto de nopal ubicado en el kilmetro 17 de la carretera Xochimilco- Oaxtepec, el da sbado 19 de Enero a las 9:40 a.m. En total se recolectaron 10 cladodios (tallos) de nopal domesticado o cultivado PREPARACIN DE MUESTRAS 1) Posteriormente se llev identificar la muestra con la Dra. Leia Ackcelrad Lerner de Scheinvar en las oficinas del jardn botnico de la Universidad Nacional Autnoma de Mxico. 2) Despus se removieron las espinas y se tomaron dos cladodios para ser picados en cuadros y colocados en solucin con alcohol etlico desnaturalizado (Mediqual)
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3) Con los tallos o cladodios del Nopal domesticado se prepararon dos muestras distintas: un licuado entero del cladodio diluido con agua y filtrado a fin de separar la fibra y una segunda muestra de la solucin de etanol de Nopal CROMATOGRAFA 1) Para realizar la cromatografa, se marcaron centmetro del borde. 2) Se realiz la cromatografa en capas de celulosa corriendo cada una de las muestras en dos laminas de celulosa de modo que en total quedaron cuatro placas con distinta concentracin de aminocidos. 3) Para cada placa se utilizaron tres y cinco concentraciones de las muestras, con el fin de obtener una concentracin de muestra tal que se expresara claramente. 4) Posteriormente, se procedi a hacer el corrimiento de las placas en un eluyente de n-butanol, acetona, dietilamina, y agua (10:10:2:5). 5) Se realiz la comprobacin asperjando las lminas con Isatina, despus de un secado de 20 horas a 20C para identificar los aminocidos contenidos en las muestras de acuerdo a un patrn establecido por Randerath, 1969. 6) Se midi la distancia en cm. del frente del eluyente al origen as como la distancia de la sustancia al origen, esto para cada lmina. 7) Se procedi a obtener el valor de Rf efectuando la divisin de: distancia de la sustancia al origen entre la distancia del frente del eluyente al origen. ELABORACIN DEL CHICLOSO 1) En un recipiente de vidrio se mezclaron 100gr de goma base, 20 ml de glicerina y 0.5gr de cido ctrico. 2) Posteriormente se coloc la muestra dentro del horno de microondas, se calent durante 20 segundos a una potencia de 20 unidades. Se sac del horno y se procedi a batir, luego la misma muestra se coloc dentro del horno microondas durante 20 segundos a una potencia de 20 unidades. 3) Acto seguido, se aadieron 30 ml de jarabe de maz. las placas de celulosa de 20x20 protegidas de la humedad con aluminio con una lnea realizada con lpiz a un
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4) Se procedi a colocar la muestra dentro del horno de microondas y se calent durante 20 segundos a una potencia de 20 unidades. 5) A continuacin se aadieron 15 ml de extracto de nopal entero, obtenido de la licuadora. 6) Despus se coloc la muestra ya con extracto de nopal dentro del horno de microondas y se calent durante 20 segundos a una potencia de 40 unidades. Despus la misma muestra se volvi a colocar dentro del horno microondas durante 20 segundos a una potencia de 20 unidades.7) Se agregaron 20ml de saborizante diverso (Menta, Pltano, Hierbabuena y Tutti Fruti)
8) Se coloc la muestra dentro del horno de microondas y se calent durante 10 segundos a una potencia de 20 unidades. 9) Despus se agreg una cama de azcar glass sobre la charola metlica, previamente desinfectada y esterilizada. 10) Finalmente se procedi a amasar la goma obtenida sobre la cama de azcar glass durante 30 minutos hasta obtener una consistencia chiclosa.
Resultados. Distancia de la Aminocido 1.- Triptfano 2.- Fenilalanina 3.- Leucina 4.-Isoleucina 5.-.Valina 6.- Lisina 7.-Treonina 8.-Metionina sustancia al origen (cm) 0.84 0.73 0.70 0.69 0.52 0.37 0.60 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 0.56 0.49 0.47 0.46 0.35 0.25 0.40 Distancia del frente (cm) Rf
Tabla 1. Valores de Rf de aminocidos en centmetros
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Valores de Rf0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 Trp Phe Leu Ile Val Lys Thr Met
Aminocidos
Grfica 1 Grfica en la que se muestran los valores de Rf en cm. para cada aminocido contenido en la muestra de Nopal.
Aminoacido Lys Ile Thr Val Leu Trp Met Phe
Contenido (Unidades Porcentuales %) 4 4 4.8 3.8 5.2 0.8 0,70 5.4
Tabla 2 Tabla en la que se muestra el porcentaje neto de aminocidos por 100g. de Nopal segn Astigrraga (2002)
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Contenido de aminocidos por 100gr. de Nopal6 5 4 3 2 1 0 Lys Ile Thr Val Leu Trp Met Phe Aminocidos
Grfica 2 Grfica en la que se muestra en porcentaje de aminocidos por 100g. de Nopal segn Astigrraga (2002)
Aminoacido Lys Ile Thr Val Leu Trp Met Phe
Contenido (Unidades Porcentuales %) 0.0 0.092 0.1104 0.0874 0.1196 0.0184 0.0161 0.1242
Tabla 3 Tabla en la que se muestra el porcentaje de aminocidos por pieza de golosina (2.30g)
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Contenido de aminocidos por golosina0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 Lys Ile Thr Val Leu Trp Met Phe
Aminocidos
Grfica 3. Grfica en la que se muestra el contenido de cada aminocido presente por golosina (2.3g.)
Figura 2 Imagen en la que se muestra el corrimiento por cromatografa en capas de celulosa.
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Figura 3 Imagen en la que se muestra el progreso en la elaboracin del chicloso
Discusin de Resultados. De acuerdo con los resultados obtenidos en este proyecto, en la tabla nmero uno se observa la distancia de la sustancia al origen en centmetros y la del frente en centmetros. La distancia de la sustancia al origen representa la longitud en centmetros que se desplaza la sustancia a partir de la lnea de origen marcada a un centmetro del borde. La distancia del frente corresponde a 1.5 cm. esto es el espacio entre el borde de la placa y la lnea de origen trazada. El Valor Rf muestra la velocidad de desplazamiento de los aminocidos combinados con el eluyente de n-butanol, acetona, dietilamina y agua. Se obtiene dividiendo la distancia de la sustancia al origen entre la distancia del frente del eluyente al origen.
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Este valor nos otorga un panorama general del reparto de aminocidos que fueron identificados posteriormente por comparacin con un patrn de medida. (Vase Grfica 1). Astigrraga (2002) encontr los datos citados en la tabla nmero dos, la cual muestra en unidades porcentuales la cantidad de aminocidos contenidos en 100 g. de peso neto de nopal. (Vase Grfica 2). La tabla nmero tres muestra el contenido en unidades porcentuales de cada aminocido contenido por pieza de chicloso cuyo peso aproximado es de 2.3 g. Para la obtencin de estos valores se consider que en 100 g. de muestra de nopal se encuentra un numero determinado de gramos de aminocido especfico (Astigrraga, 2002), por lo tanto en 2.3 gramos de golosina se calcul el contenido proporcional para cada aminocido. (Vase Grfica 3). La figura tres muestra el progreso en la elaboracin del chicloso, para lo cual se tom como base los criterios de manufactura segn seala Leverentz (2004) Se elaboraron 7 pruebas de chicloso, es evidente en la fotografa que en la primera prueba la consistencia fue muy rgida cual roca, dificultando en grado sumo su masticacin. Las siguientes muestras evolucionaron en cuanto a consistencia, sabor y presentacin se refiere, esto debido a modificaciones cuantitativas en los ingredientes utilizados, hasta obtener un producto final digno de llamarse chicloso.
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Conclusiones Con el paso del tiempo las golosinas han adquirido la etiqueta de ser poco nutrimentales y ms bien generadoras de futuros problemas. Es por ello que consideramos imperante la elaboracin de una forma ms atractiva para complementar la nutricin del pblico en general, siendo esta un chicloso, en sustitucin de pastillas, multivitamnicos y suplementos alimenticios. As entonces se escogi el Nopal como fuente principal de protenas puesto que
contiene 8 de los 10 aminocidos esenciales para mantener la vida humana. Por ello a travs de la ingesta de aminocidos, permitimos al organismo realizar una extraordinaria maravilla biolgica: consistente en que a partir del consumo de aminocidos ingeridos por fuente externa, el organismo comienza a metabolizar las protenas especficas que cada individuo necesita, conforme a sus carencias particulares. Para la elaboracin de este chicloso primeramente se identificaron los aminocidos existentes en las muestras de Nopal, una vez identificados estos, se deduce que al adicionarlos a la golosina se sabe con certeza que los contienen. Por ello mediante el consumo del chicloso, no slo se adquieren los imprescindibles beneficios de las protenas, sino que tambin se proporcionan las innumerables y magnficas bondades que el Nopal tiene para ofrecernos. Los objetivos planteados al inicio del proyecto se cumplieron en su totalidad ya que se identificaron: Valina, Leucina, Isoleucina, Treonina, Fenilalanina, Triptfano y Metionina, consecuentemente se realiz la elaboracin del chicloso enriquecido con dichos aminocidos propiciando la correcta utilizacin de un recurso abundante y con profundas y arraigadas races mexicanas. As mismo nuestras hiptesis fueron comprobadas con excepcin de que se consideraba que mediante la extraccin de la pulpa del nopal se obtendran los 8
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aminocidos contenidos en el mismo, sin embargo durante la cromatografa realizada se obtuvieron slo 7 aminocidos igualmente esenciales. Debido a que el 55% del clima Mexicano presenta condiciones muy favorables para el cultivo del Nopal por medio de la elaboracin del chicloso fortalecemos el correcto aprovechamiento de un recurso natural y muy abundante, como consecuencia se favorece la creacin de empleos y la mejor calidad de vida de la familia mexicana. Finalmente, la importancia de ste proyecto radica, adems de sus excepcionales atribuciones nutricionales, en que se trata de un proyecto que involucra la creatividad, originalidad en la Ciencia y el adecuado aprovechamiento de un recurso 100% mexicano y abundante en casi todo el Territorio Nacional.
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Referencias Aguirre, J. y Reyes, J. (1999) Memoria: VIII Congreso Nacional Sobre Conocimiento y Aprovechamiento Del Nopal. Mxico , D.F. UNAM. Alcal, D. y Chino, S. (2003) Biomolculas. Mxico, D.F. UNAM, Iztacala. Astigrraga, M. (2002) Alimentacin Sana. Noviembre, 01, 06. http:/www.alimentacion-sana.com.ar/informaciones/alimentoscuran/nopal.htm Bravo-Holis, H. (1978). Las Cactceas De Mxico. Mxico. D.F. UNAM. Bravo-Holis, H. y Scheinvar, L. (1995) El Interesante Mundo De Las Cactceas. Mxico, D.F. Fondo de Cultura Econmica. Calvet, F. (1956) Bioqumica Para Mdicos Qumicos Y Farmacuticos. Madrid, Espaa. .Alambra, S.A. Curtis, H. y Barnes, S. (1993) Biologa. Bogot, Colombia. Medica Panamericana. Davies, D., Giovanel, J. y Rees T. A. (1969) Bioqumica Vegetal. Barcelona, Espaa. Ediciones Omega, S.A. Gobierno del Estado de Mxico. (1998) El Arbol De Las Maravillas. Museo de Culturas populares. Mxico. Granados, D. y Castaeda, A. (1999) El Nopal, Historia, Fisiologa, Gentica E Importancia Frutcola. Mxico, D.F. Trillas. Jimeno, A., Ballesteros, M. y Ugedo, L. (2003) Biologa. Mxico, D.F. Santillana Lehninger, A. (1979) Bioqumica. Barcelona, Espaa. Ediciones Omega. Merck, S. (1986) El Manual De Merck. Mxico D.F. Nueva Editorial Interamericana, S.A. de C.V. Rabilloud, T. (1989) Proteome research: dimensional gel electrophoresis and identification methods. Washington, D,C. EUA. Springer. Randerath, K. (1969)Cromatografa De Capa Fina. Bilbao, Espaa. Urmo. Ruiz, M., Nieto, D. y Larios I. (1960) Tratado Elemental De Botnica. Mxico, D.F. Porrua, S. A. Ruiz, M., Rivera, J., Blanco, D., Aragn, C., Castes, C. (2002) Bioqumica Estructural. Sevilla, Espaa. Tebar Flores.
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Apndice A Figura 1.1 Muestra la estructura bsica de los aminocidos, los cuales se encuentran constituidos por un carbono unido a un grupo amino, un grupo carboxilo, un hidrgeno y un radical libre. Abreviaciones de Aminocidos: Trp. Triptfano Phe. Fenilalanina Leu. Leucina Ile. Val. Lys. Thr. Isoleucina Valina Lisina Treonina
Met. Metionina
Clasificacin Taxonmica del Nopal. Reino Subreino Divisin Clase Subclase Orden Familia Tribu Subfamilia Gnero Subgnero Especie Vegetal Embryophyta Angioserma Dicotiledoneae Dialipetalas Opuntiales Cactaceae Opuntiae Opuntioideae Opuntia Platyopuntia Opuntia ficus indica
Tabla 4. Tabla en la que se muestra la clasificacin taxonmica del Nopal, especie Opuntia ficus indica. Bravo (1983)
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Apndice B Estas imgenes muestran la manera en que se llev a cabo el procedimiento para la elaboracin del chicloso, donde se puede observar claramente a los integrantes del equipo realizando la mezcla de ingredientes aadiendo el extracto de Nopal.
Figura 4. Integrantes del equipo elaborando el chicloso
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Figura 5. Mezcla de ingredientes
Figura 6. Incorporacin del extracto de Nopal en la mezcla
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Figura 7. Exposicin de la mezcla a altas temperaturas.
Figura 8. Recubrimiento de la mezcla con azcar glass.
Figura 9. Proceso de amasado del producto final
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Figura 10. Muestra de la ltima prueba de elaboracin de chicloso con colorante y saborizante.
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Figura 11. Observacin y anlisis de capas de celulosa.
Figura 12. Ubicacin del lugar de recoleccin de muestras de Nopal, kilmetro 17, carretera Federal Xochimilco-Oaxtepec
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