INTRODUCCIÓN Estructura tridimensional de la hemoglobina. La animación corresponde a la transición conformacional entre las formas oxigenada y desoxigenada. Las proteínas proteínas son macromoléculas macromoléculas formadas por cadenas cadenas lineales lineales de aminoácidos. El nombre proteína proviene de la palabra griega πρώτα ("prota"! ("prota"! ue signif significa ica "lo primero" primero" o del dios Proteo! Proteo! por la cantidad de formas ue pueden tomar. Las proteínas desempe#an un papel fundamental en los seres vivos y son las biomoléculas más versátiles y más diversas. $eali%an una enorme cantidad de funciones diferentes! entre las ue destacan& estructural (colágeno y ueratina! reguladora (insulina y hormona del crecimiento! transportadora (hem (hemog oglo lobi bina na! ! defe defens nsiv iva a (ant (antic icue uerp rpos os! ! en%i en%imá mátitica ca!! cont contrá ráct ctilil (act (actin ina a y miosina. Las proteínas de todo ser vivo están determinadas mayoritariamente por su genética (con excepción de algunos péptidos antimicrobianos de síntesis no ribosomal! es decir! la información genética determina en gran medida ué proteínas tiene una célula! un te'ido y un organismo. Las Las prot proteí eína nass se sint sintet eti% i%an an depe depend ndie iend ndo o de cómo cómo se encu encuen entre tren n regulados los genes ue las codifican. or lo tanto! son susceptibles a se#ales o fact factor ores es exte extern rnos os.. El con' con'un unto to de las las prot proteí eína nass expr expres esad adas as en una una circunstancia determinada es denominado proteoma.
MARCO TEÓRICO Proteína
Estructura tridimensional de la hemoglobina. hemoglobina. Características
Las proteínas proteínas son macromolécul macromoléculas) as) son biopolímeros biopolímeros!! es decir! están constituidas por gran n*mero de unidades estructurales simples repetitivas (monómeros. monómeros. +ebido a su gran tama#o! cuando estas moléculas se dispersan en un u n disolvente adec adecua uado do!! form forman an siempr siempre e disp dispersio ersiones nes coloi coloidales dales!! con caract caracterí erísti sticas cas ue ue las difere diferenci ncian an de las disolu disolucio ciones nes de molécu moléculas las más peue#as. or hidrólisis! hidrólisis! las moléculas de proteína se escinden en numerosos compuestos relativamente simples! de masa peue#a! ue son las unidades fundamenta fundamentales les constituyent constituyentes es de la macromolécula. macromolécula. Estas unidades son los aminoácidos! aminoácidos! de los cuales existen veinte especies diferentes especies diferentes y ue se unen entre entre sí median mediante te enlaces peptídicos. peptídicos . ,ien ,iento toss y mile miless de estos estos aminoácidos pueden participar en la formación de la gran molécula polimérica de una proteína. -odas las proteínas proteínas tienen carbono! carbono! hidrógeno! hidrógeno! oxígeno y nitrógeno y casi todas poseen también a%ufre. a%ufre. i bien hay ligeras variaciones en diferentes proteínas! el contenido de nitrógeno representa! nitrógeno representa! por término medio! /01 de la masa total de la molécula) es molécula) es decir! cada 0!23 g de proteína contienen / g de 4. El factor 0!23 se utili%a para estimar la cantidad de proteína existente en una muestra a partir de la medición de 4 de la misma. La síntesis proteica proteica es un proceso comple'o cumplido por las células seg*n las directrices de la información suministrada por l os genes. genes. Las proteínas son largas cadenas de aminoácidos unidas por enlaces pept peptíd ídic icos os entr entre e el grup grupo o carb carbox oxilo ilo (5,66 (5,667 7 y el grup grupo o amin amino o (547 (5472 de residuos de aminoácido adyacentes. La secuencia de aminoácidos en una
proteína está codificada en su gen (una porción de 8+4 mediante el código genético. 8unue este código genético especifica los 29 aminoácidos "estándar" más la selenocisteína y :en ciertos 8rchaea: la pirrolisina! los residuos en una proteína sufren a veces modificaciones uímicas en la modificación postraduccional& antes de ue la proteína sea funcional en la célula! o como parte de mecanismos de control. Las proteínas también pueden traba'ar 'untas para cumplir una función particular! a menudo asociándose para formar comple'os proteicos estables. Funciones
Las proteínas ocupan un lugar de máxima importancia entre las moléculas constituyentes de los seres vivos (biomoléculas. rácticamente todos los procesos biológicos dependen de la presencia o la actividad de este tipo de moléculas. ;astan algunos e'emplos para dar idea de la variedad y trascendencia de las funciones ue desempe#an. on proteínas& •
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casi todas las en%imas! catali%adores de reacciones uímicas en organismos vivientes) muchas hormonas! reguladores de actividades celulares) la hemoglobina y otras moléculas con funciones de transporte en la sangre) los anticuerpos! encargados de acciones de defensa natural contra infecciones o agentes extra#os) los receptores de las células! a los cuales se fi'an moléculas capaces de desencadenar una respuesta determinada) la actina y la miosina! responsables finales del acortamiento del m*sculo durante la contracción) el colágeno! integrante de fibras altamente resistentes en te'idos de sostén.
Estructura
Es la manera como se organi%a una proteína para aduirir cierta forma. resentan una disposición característica en condiciones fisiológicas! pero si se cambian estas condiciones como temperatura! p7! etc. pierde la conformación y su función! proceso denominado desnaturali%ación. La función depende de la conformación y ésta viene determinada por la secuencia de aminoácidos. ara el estudio de la estructura es frecuente considerar una división en cuatro niveles de organi%ación! aunue el cuarto no siempre está presente.
Conformaciones o niveles estructurales de la disposicin tridimensional! • •
Estructura primaria. Estructura secundaria. 4ivel de dominio. Estructura terciaria. Estructura cuaternaria. o
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8 partir del nivel de dominio sólo las hay globulares.
Propiedades de las proteínas •
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olubilidad& e mantiene siempre y cuando los enlaces fuertes y débiles estén presentes. i se aumenta la temperatura y el p7! se pierde la solubilidad. ,apacidad electrolítica& e determina a través de la electroforesis! técnica analítica en la cual si las proteínas se trasladan al polo positivo es porue su molécula tiene carga negativa y viceversa. Especificidad& ,ada proteína tiene una función específica ue está determinada por su estructura primaria. 8mortiguador de p7 (conocido como efecto tampón& 8ct*an como amortiguadores de p7 debido a su carácter anfótero! es decir! pueden comportarse como ácidos (aceptando electrones o como bases (donando electrones.
Desnaturalización
i en una disolución de proteínas se producen cambios de p7! alteraciones en la concentración! agitación molecular o variaciones bruscas de temperatura! la solubilidad de las proteínas puede verse reducida hasta el
punto de producirse su precipitación. Esto se debe a ue los enlaces ue mantienen la conformación globular se rompen y la proteína adopta la conformación filamentosa. +e este modo! la capa de moléculas de agua no recubre completamente a las moléculas proteicas! las cuales tienden a unirse entre sí dando lugar a grandes partículas ue precipitan. 8demás! sus propiedades biocatali%adores desaparecen al alterarse el centro activo. Las proteínas ue se hallan en ese estado no pueden llevar a cabo la actividad para la ue fueron dise#adas! en resumen! no son funcionales. Esta variación de la conformación se denomina desnaturali%ación. La desnaturali%ación no afecta a los enlaces peptídicos& al volver a las condiciones normales! puede darse el caso de ue la proteína recupere la conformación primitiva! lo ue se denomina renaturali"acin. E'emplos de desnaturali%ación son la leche cortada como consecuencia de la desnaturali%ación de la caseína! la precipitación de la clara de huevo al desnaturali%arse la ovoalb*mina por efecto del calor o la fi'ación de un peinado del cabello por efecto de calor sobre las ueratinas del pelo./ Clasificación
#e$%n su forma Fibrosas& presentan cadenas polipeptídicas largas y una estructura secundaria atípica. on insolubles en agua y en disoluciones acuosas. 8lgunos e'emplos de estas son ueratina! colágeno y fibrina. Globulares& se caracteri%an por doblar sus cadenas en una forma esférica apretada o compacta de'ando grupos hidrófobos hacia adentro de la proteína y grupos hidrófilos hacia afuera! lo ue hace ue sean solubles en disolventes polares como el agua. La mayoría de las en%imas! anticuerpos! algunas hormonas y proteínas de transporte! son e'emplos de proteínas globulares. Mixtas& posee una parte fibrilar (com*nmente en el centro de la proteína y otra parte globular (en los extremos.
#e$%n su composicin &uímica Simples& su hidrólisis sólo produce aminoácidos. E'emplos de estas son la insulina y el colágeno (globulares y fibrosas. Conjugadas o heteroproteínas& su hidrólisis produce aminoácidos y otras sustancias no proteicas llamadas grupo prostético.
PROCEDIMIENTO E'PERIMENTA( P!P""C#$% &! S$'(C#$%!S P$)!#C"S P"" '" !*!C(C#$% &! !"CC#$%!S C("'#)")#+"S roteína no diluida del huevo de gallina eparar la clara de la yema de tres huevos frescos de gallina. ,onsiderando ue la masa de la clara de huevo! en promedio! es igual a <1 de agua! /1 de carbohidratos y 9.31 de sustancias minerales! el resto corresponde a proteínas. +e esta manera la clara de huevo representa aproximadamente una solución al /91 de proteína. olución diluida de alb*mina de huevo La clara de un huevo de gallina! después de separarla de la yema! se bate bien y luego se me%cla (con agitación en un matra% con un volumen de agua destilada /9 veces mayor. ?iltrar la solución de alb*mina a través de una gasa doble! un peda%o de algodón o un peda%o de tela previamente remo'ado en agua y colocarlas sobre el embudo. En el precipitado ueda la globulina del huevo. ,onsiderando ue la concentración de alb*mina en la clara de huevo constituye cerca del 01! la solución diluida obtenida de alb*mina de huevo será aproximadamente de 9.31. roteínas de la carne ,olocar en un vaso @9 A 39g de carne molida desgrasada) a#adir =9 a /99mL de solución de 4a,l al /91 y de'ar reposar la me%cla por /3 a 29 minutos agitando frecuentemente. ?iltrar el liuido ro'o a través de un papel filtro o de una gasa doble. Esta solución contiene fundamentalmente alb*mina muscular y globulina. roteínas de la leche 8 39mL de leche fresca de establo! a#adir un volumen igual de solución saturada de sulfato de amonio. e forma un precipitado de globulina y caseína. ?iltrar la solución de alb*mina a través de un papel filtro. 8lb*mina vegetal Be%clar 23g de harina de trigo con /99mL de agua destilada. 8gitar la me%cla durante una hora con la ayuda de un agitador magnético. ,entrifugar la suspensión y luego filtrar el líuido sobrenadante a través de un papel filtro. La solución transparente filtrada contiene básicamente alb*mina de los granos de trigo. !"CC#$%!S &! P!C#P#)"C#$% &! P$)!#%"S
$E8,-CD6 • •
ulfato de 8monio cido 8cético (/1! /91 y concentrado
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,loruro de odio (saturado
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7idróxido de odio (/91
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cido 4ítrico (concentrado
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cido ulf*rico (concentrado
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cido -ricloroacético (31
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cido ulfosalicílico (291
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ulfato de ,obre (31
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8cetato de lomo (31
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cido ,lorhídrico (31
B8-E$C8LE •
-ubos de ensayo.
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Dasos de recipitado.
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robetas.
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8lgodón
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;agueta.
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,ocinilla Eléctrica.
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apel filtro.
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8gitador magnético.
E+CBE4-8,C64 +E $6-EC48 ,64 FL?8-6 +E 8B64C6 En tubos de ensayo colocar 2mL de las soluciones proteicas preparadas y agregarle un volumen igual de sulfato de amonio (solución saturada y agitar! aparecerá un precipitado! este se filtra y el filtrado se separa en dos. Fna parte del filtrado se lleva a ebullición! a la otra parte se le agrega un exceso de sulfato de amonio sólido hasta ue no se produ%ca precipitación.
,68GFL8,C64 +E $6-EC48 6$ ,8LE4-8BCE4-6 e colocan 2mL de las soluciones proteicas en 3 tubos! al primero se le somete a calentamiento! se observa la formación de un precipitado antes de ue el liuido hierva. 8l segundo se le agrega una gota de acido acético al /1 y se calienta produciendo también un precipitado. El tercer tubo se le agrega 9.3mL de acido acético al /91 y se calienta! en este caso no se observara precipitado. 8l cuarto tubo se le agrega 9.3mL de acido acético al /91 y algunas gotas de solución saturada de 4a,l y se calienta observándose un precipitado. 8l uinto tubo se le agrega 9.3mL de 4a67 y se calienta no formándose ning*n precipitado. $E,CC-8,C64 +E $6-EC48 ,64 8,C+6 ,64,E4-$8+6 En tres tubos de ensayo secos se colocan 2mL de acido nítrico! sulf*rico y clorhídrico concentrados. Luego! después de inclinar los tubos con los ácidos concentrados! se agregan cuidadosamente 9.3mL de la solución proteica! de tal manera no se me%cle con el acido concentrado! en la %ona de contacto se forma un precipitado de proteína blanco amorfo. $E,CC-8,C64 +E $6-EC48 ,64 8,C+6 6$G84C,6 En dos tubos se colocan 2mL de solución proteica! al primero se le agrega unas gotas de acido tricloroacetico al 31 y al otro varias gotas de acido sulfosalicilico al 291 observándose la formación de precipitados. $E,CC-8,C64 +E $6-EC48 ,64 BE-8LE E8+6 En dos tubos de ensayo se colocan 2mL de las soluciones proteicas! se les agrega lentamente y con agitación a uno de los tubos una solución de sulfato de cobre y al otro una solución de acetato de plomo. En ambos se produce una precipitación.
DI#CU#IÓN DE RE#U(TADO# S!&#M!%)"C#$% &! P$)!#%"S C$% S('F")$ &! "M$%#$ ,uando se le agrega una solución saturada de sulfato de amonio las globulinas presentes precipitan.El precipitado es la sedimentación de las HglobulinaI las cuales precipitan con una semi5saturación de la sal de sulfato de amonio. e observo la precipitación de las proteínas por efecto de una sal neutra (sulfato de amonio! con esta sal precipitan todas las soluciones proteicas. La cantidad del precipitado depende de la cantidad y del tipo de proteína globular ue presenta así como de la concentración de la sal usada. 8sí pues con sales semi5saturadas o saturadas! las primeras proteínas en precipitar son las globulinas
ara las proteínas filtradas después de la precipitación se observó la reversibilidad de la desnaturali%ación usando sales neutras y comparándola con la desnaturali%ación por calentamiento el cual es un proceso irreversible. -ambién se vio el efecto de la concentración de la sal sobre la precipitación de las proteínas! llegando a la conclusión ue las alb*minas necesitan una concentración mayor de sal (sulfato de amonio para precipitar en comparación con las globulinas. e observó en función a la cantidad de proteínas globulares en el huevo! la leche y la harina! observando! ue le )uevo tiene ma*or cantidad de proteínas $lo+ulares en comparacin con la lec)e * la )arina ! siendo esta ultima la ue tiene menor cantidad de este tipo de proteínas. recipitación por calentamiento
recipitación con exceso de sulfato de amonio
,omparación en harina de trigo alb*mina vs. globulina
,omparación en el huevo alb*mina vs. globulina
,omparación en la leche alb*mina vs. globulina
C$"G('"C#$% &! P$)!#%"S P$ C"'!%)"M#!%)$
,uando la temperatura es elevada aumenta la energía cinética de las moléculas con lo ue se desorgani%a la envoltura acuosa de las proteínas! y se desnaturali%an. 8simismo! un aumento de la temperatura destruye las interacciones débiles y desorgani%a la estructura de la proteína! de forma ue el interior hidrófobo interacciona con el medio acuoso y se produce la agregación y precipitación de la proteína desnaturali%ada. En general las proteínas precipitan por calentamiento! esta precipitación es mas completa y fácil en medio débilmente acido! cercano al punto isoeléctrico! en un medio neutro y fuertemente acido la precipitación es mas abundante! por el contrario en medio alcalino la precipitación no se produce. ara la harina de trigo La figura muestra los tres primeros ensayos
En la figura se muestran los 2 *ltimos ensayos
ara la muestra de leche La figura muestra los tres primeros ensayos
En la figura se muestran los 2 *ltimos ensayos
ara la proteína del huevo La figura muestra los tres primeros ensayos
En la figura se muestran los 2 *ltimos ensayos
P!C#P#)"C#$% &! P$)!#%"S C$% "C#&$S C$%C!%)"&$S ara el caso de la harina de trigo
ara el caso del huevo
ara el caso de la leche
odemos observar de las imágenes la formación de un precipitado blanco en la interfase entre la solución del ácido y la solución de la proteína! esto evidencia la desnaturali%ación de la proteína la cual se ve precipitada por acción del acido al alterar el p7 de su estado nativo! esta desnaturali%ación es irreversible debido a ue los ácidos minerales son agentes fuertemente deshidratantes! lo ue produce una alteración en la estructura tridimensional de la proteína e incluso su destrucción. 8l usar el ácido sulf*rico se debe de tener mucho cuidado ya ue este ácido deshidrata fuerte y rápidamente a la proteína no pudiendo observarse la formación del precipitado blanco. En el caso de la adición de ácido nítrico los grupos amino libres de las proteínas reaccionan con el ácido nítrico liberando nitrógeno! sustituyéndolo con grupos hidroxilo y dando como resultado proteínas desaminadas. ,on esto se destruye la estructura de la proteína permitiendo ue ésta precipite. El ácido sulf*rico es un ácido fuerte y al disminuir el p7 de la solución se forman grupos protonados y por lo tanto con cargas ue ocasionan repulsión entre varias partes de la proteína de manera ue ésta pierde su estructura. P!C#P#)"C#$% &! P$)!#%"S C$% ,C#&$S $G,%#C$S La precipitación con ácidos orgánicos débiles se da por la capacidad de estos ácidos de neutrali%ar la carga de la proteína además hay diferente solubilidad de las proteínas en solución acuosa a solventes orgánicos como ácido tricloroacético y el ácido sulfosalicílico estos disminuyen constante dieléctrica del medio aumentando la atracción entre moléculas cargadas y disminuyendo su interacción con el agua haciendo ue la solubilidad de la proteína disminuya& los grupos hidrofóbicos son HprotegidosI por solvente y grupos iónicos son dominantes provocando la desnaturali%ación la perdida de actividad de la proteína y la precipitación de la misma. roteína del huevo al lado i%uierdo y proteína de la harina de trigo al lado derecho.
roteina de la leche
P!C#P#)"C#$% &! P$)!#%"S C$% M!)"'!S P!S"&$S Este método de desnaturali%ación se basa en la unión de la molécula proteica de los cationes de metales pesados (b! Jn! ,u! 7g con los grupos funcionales de los radicales laterales de los restos de los aminoácidos. Estos cationes por efecto de la fuer%a iónica destruyen la estructura espacial de la proteína y la precipitan. 8l a#adir un exceso de metales pesados se produce la disolución del precipitado formado inicialmente debido a la absorción del ión metálico y la aduisición de una carga positiva de la molécula proteica. Este proceso se 'ustifica en un fenómeno de absorción del metal de transición a la superficie de la molécula proteica formando durante la solvatación de esta una doble capa eléctrica y transfiriendo de esta manera la carga eléctrica desde el metal a la molécula proteica. recipitado de color celeste con sulfato de cobre.
recipitado blanco con acetato de plomo
CONC(U#IONE# •
Las globulinas son proteínas insolubles a ba'as concentraciones de sales las alb*minas son solubles a estas condiciones pero al aumentar la concentración de la sal se vuelven insolubles.
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La solubilidad depende del p7. La distribución de residuos hidrofóbicos e hidrofílicos en la superficie de la proteína determina solubilidad! un solvente acuoso puede manipularse para alterar solubilidad de las proteínas de interés& fuer%a iónica! p7! solventes orgánicos miscibles! otros solutos.
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Existe una diferente sensibilidad de las proteínas al calor. eria bueno determinar a ue temperatura se desnaturali%an las proteínas (pérdida de actividad.
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al más com*nmente usada& sulfato de amonio esta es altamente soluble en agua! muy pura! barata! no tiene efecto sobre la estructura de las proteínas. +espués de la adición de sal! proteínas precipitadas pueden regresar a su estado nativo por redisolución. 8demas las proteínas solubles pueden precipitarse con una concentración mayor de la misma sal. La roteína precipitada es Hsalted outI. La sal retira la capa de moléculas de agua ue rodea a la superficie de la proteína! los grupos hidrofóbicos permiten ue la proteína se agregue y precipite.
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+iferente solubilidad de las proteínas en ácidos minerales y en ácidos orgánicos. Los ácidos orgánicos disminuye constante dieléctrica del medio y aumentan la atracción entre moléculas cargadas disminuyendo su interacción con el agua. La solubilidad de la proteína disminuye los grupos hidrofóbicos son HprotegidosI por el solvente y grupos iónicos son dominantes.
,I,(IO-RA.IA •
http&KKes.iMipedia.orgKiMiKrote1,<18+na
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http&KK.monografias.comKtraba'os/3KproteinasKproteinas.shtml
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http&KK.ehu.esKbiomoleculasKproteinasKdesnaturali%acion.htm
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http&KK.aula2/.netK4utriebKproteinas.htm
CUE#TIONARIO E/plicar desde el punto de vista &uimico los fenomenos de desnaturali"acion * renaturali"acion0 La desnaturali%ación consiste en descenso de la solubilidad y de la actividad biológica de la molécula protéica debido a una fluctuación muy limitada de la temperatura! el p7 y la fuer%a iónica. La desnaturali%ación consiste en el cambio de la conformación espacial (Estereouímica de la estructura nativa plegada característica de las cadenas polipetídicas originando una conformación de cadena libremente ondulada. La renaturali%ación es el proceso en el ue estructura proteica desnaturali%ada regresa a su forma nativa ! sin perder sus propiedades caracterísiticas y sin desarrollar una actividad biólogica ue no se hallase ya presente en la molécula original! indicando! ue la secuencia de los aminoácidos en la cadena polipétidica contiene la información reuerida para especificar su conformación plegada nativa.
1Cmo influ*en las sales diluidas * concentradas so+re la solu+ilidad de las proteinas2 La concentración de una sal esta estrechamente relacionada con la fuer%a iónica de este! la cual constituye una medida de la actividad asi como del n*mero de cargas positivas y negativas aportados por la sal (cationes y aniones! el efecto de la prescipitación por sales o precipitación por salado esta dado por el cambio de tendencia a la ioni%ación de los grupos $ disociables de la proteína. or tanto a medida ue aumenta la fuer%a iónica (aumento de la concentración de la sal la solubilidad de la proteina comien%a a disminuir llegando a un punto incluso en el ue la proteina pueda estar casi completamente precipitada.
1Por &u3 precipitan las proteinas por accin de los metales pesados2 Este proceso se 'ustifica en un fenómeno particular de la adsorción del metal (La uimisorción sucede cuando un enlace uímico entre los restos de la proteína desnaturali%ada y el metal! ocurre un intercambio de electrones formando un enlace definido esto es producto de formación durante la solvatación de una doble capa eléctrica y transfiriendo de esta manera la densidad eléctrica desde el metal a la molécula proteica. El grado de intercambio y lo simétrico ue sea dependen de los materiales involucrados. 8 menudo hay un paralelismo con las situaciones encontradas en uímica de coordinación.
