Biomodel

1. Introducción

Biomodel es una página web desarrollada por el Profesor Ángel Herráez Sánchez del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la Universidad de Alcalá de Henares.

Muchas de las prácticas están orientadas para un nivel universitario, sin embargo, tiene algunas secciones diseñadas para proporcionar a los profesores de biología en enseñanza secundaria un fácil acceso a estructuras tridimensionales interactivas de moléculas biológicamente relevantes. Principalmente el módulo Biomodel-3.

1. Índice detallado con los contenidos de la plataforma.
2. Visor de modelos 3D de moléculas biológicamente interesantes.
3. Simulaciones y laboratorios virtuales.

La navegación por las simulaciones se presenta en dos versiones, una que está mejor curada y funciona con java, para lo cual requiere tenerlo instalado y actualizado y otra para la que no es necesario tener java instalado. El sistema detecta automáticamente las condiciones de tu software y activa la más conveniente, aunque es posible seleccionar la que deseemos. Funcionan en cualquier explorador aunque la versión sin java puede dar problemas con internet explorer.

2. Biomodel-3

Como hemos comentado y aparece en el índice de la web, la sección Biomodel-3, es la mejor adaptada para la educación secundaria.

La página se divide en dos ventanas, el contenido se muestra en la sección de la derecha y cuando se seleccione un elemento, éste se visualizará en el panel de la izquierda.

1. Instrucciones: Nos muestra información general sobre el uso de Biomodel. 
2. Índice de contenidos: Índice de las estructuras que podemos visualizar clasificadas por  tipos de biomoléculas.
3. Guía didáctica: Podemos diseñar nuestras propias actividades, pero en esta guía didáctica encontraremos algunos ejemplos de aplicación de los contenidos de éste módulo. Incluyendo una autoevaluación. También podemos encontrar aquí una Guía de usuario para saber cómo funciona.

2.1. Información general

Cada vez que en el panel derecho veamos un recuadro blanco con un nombre, pulsando sobre él, se visualizará el modelo molecular en 3D en el panel de la izquierda.

Los modelos pueden visualizarse en tres formas de presentación distintas:

Pulsando el botón izquierdo del ratón y arrastrando sobre el panel izquierdo, la molécula girará en cualquier eje y podremos observarla desde diferentes perspectivas.

Con la rueda central del ratón se puede acercar o alejar el modelo.

En ocasiones podremos interactuar con el modelo utilizando casillas de verificación  y botones de opción.

Para representar los elementos químicos se utiliza un código de colores estándar para poder reconocerlos, en concreto es el siguiente:

Al final del panel de la derecha, siempre podremos encontrar una serie de enlaces comunes:

2.2. Contenidos

Siguiendo el índice podremos descubrir las estructuras de las diferentes biomoléculas:

1. Glúcidos
2. Lípidos
3. Vitaminas
4. Proteínas
5. Ácidos nucleicos

Cada enlace nos llevará a una breve explicación del concepto, con diferentes interacciones para asimilarlos mejor.

2.3. Autoevaluación

Tras repasar los contenidos, se podrá completar la autoevaluación. 

Consiste en una serie de preguntas que van apareciendo secuencialmente por tipos de biomoléculas. Al responder un emoji animado nos indicará si la respuesta es correcta (verde) o errónea (azul).

Las preguntas suelen consistir en visualizar una estructura sin identificar e intentar definir el tipo de moléculas de que se trata.

3. Construye tu propia molécula

Clicando sobre la aplicación "Química" en la página principal, se abrirá una ventana para "Aplicaciones químicas en Biomodel", que nos permitirá dibujar nuestras propias moléculas en 3D, llamada Brico-moléculas.

Se abre una página con dos ventanas, una a la izquierda para dibujar la molécula en 2D y una a la derecha donde se visualizará la estructura 3D. Seguimos los pasos indicados:

1. Dibujar la molécula 2D utilizando los elementos que aparecen: Enlaces sencillos, dobles, triples, cadenas largas de carbonos y ciclos. También se pueden añadir átomos diferentes del C, seleccionando el símbolo y clicando sobre la posición deseada.
   

   
   

2. Elige un nombre para poderla identificar, lo ideal es el nombre IUPAC.
3. Pulsando el botón "Transfiere", nos aparecerá la molécula en la ventana del modelo 3D, pero todavía será plana. Le daremos volumen en el siguiente paso.
4. Pulsando el botón "Optimiza", el sistema realiza una serie de cálculos internos que llevan a la estructura tridimensional más estable para esa molécula. En ocasiones es necesario repetir este proceso varias veces, hasta que veamos que ya no cambia.
5. En la ventana de la derecha podemos utilizar las herramientas que ya hemos visto para interaccionar con la molécula (girar, tipo de visualización, etiqueta en los elementos, color de fondo). Además, podremos verla en una ventana grande, tomar una imagen en formato .png para utilizarla posteriormente en cualquier programa o bien descargarla en formato .mol, para poderla visualizar en otras partes de Biomodel.
   
6. Podemos realizar el procedimiento contrario, por ejemplo, si conocemos el nombre de la molécula pero no su estructura, lo podemos escribir (en inglés) en la ventana correspondiente y clicar sobre el botón con la flecha para visualizarla en 3D. Posteriormente podemos pasarla a estructura 2D para identificarla (también se pueden utilizar las flechas centrales).

4. Enantiómeros

Para nivel de 2º de bachillerato, se puede utilizar la sección de Enantiómeros, que nos permitirá practicar estos conceptos tanto en química, como en biología.

Clicando en el desplegable de secciones que aparece en la parte superior izquierda, podemos practicar varios ejercicios, simplemente comparando las estructuras tridimensionales y girándolas, para comprobar si son la misma o son isómeros. 

5. Tabla periódica de iones

En esta tabla periódica podemos visualizar los tamaños relativos de los átomos neutros, de los aniones y de los cationes de diferentes cargas. 

Puede resultar muy útil para el tema de estructura atómica y tabla periódica de química de bachillerato.

También se puede girar, para ver la variación de radios de un mismo elemento con sus distintas cargas.

Puede restringirse a solo un grupo o solo un período para poder analizarlo más en detalle.

6. Esquemas animados

En esta sección podemos visualizar diferentes estructuras, procesos y técnicas de forma animada.

No hay explicaciones teóricas, por eso deben utilizarse con posterioridad a la explicación de los conceptos en clase. 

Algunas de ellas pueden resultar útiles para secundaria:

• Formación y ruptura de puentes de hidrógeno:
  
• Capacidad tampón de un ácido débil:
  
• Interconversión de las formas alfa y beta de la glucosa en agua:
  
• Niveles estructurales de las proteínas:
  
• Mitosis, meiosis y fagocitosis:
  

7. Laboratorios Virtuales

En la sección de laboratorios virtuales, Biomodel nos ofrece una serie de herramientas que nos permitirán practicar algunas técnicas de laboratorio.

Muchas de ellas son de nivel universitario, sin embargo, algunas se pueden adaptar para su uso en secundaria, como en el apartado de "Técnicas de Laboratorio".

7.1. Cromatografía en capa fina

En la página de acceso a los laboratorios virtuales de Biomodel, iremos al final de todo de la página o bien pulsamos sobre el recuadro "Cromatografía" (no sobre la puerta del "lab 8" que nos lleva solo a la cromatografía en columna).

Allí elegimos la opción "Cromatografía en capa fina para análisis de mezclas de aminoácidos o lípidos" y entramos a cualquiera de las dos versiones: aminoácidos o lípidos.

Si la práctica se realiza con alumnado de niveles superiores, se les puede pedir que realicen una investigación previa sobre las características de cada uno de los aminoácidos/lípidos, para saber si serán más afines a la fase móvil o a la fase estacionaria y así poder hacer una hipótesis sobre cuál de ellos subirá más en la capa fina. Si la hacemos con niveles inferiores, simplemente para ilustrar la técnica, podemos empezar directamente explicando cómo funciona el proceso.

Una vez entramos en cualquiera de los laboratorios, encontraremos los mismos elementos: 

En una cromatografía en capa fina, primero sembramos las mezclas que deseamos separar, disueltas en un disolvente. Dejamos evaporar el disolvente e introducimos la placa en una cubeta con el eluyente adecuado para que se separen las sustancias de la mezcla. Finalmente, debemos revelar la placa para poder observar las sustancias, en caso de que no presenten color natural. Para ello, seguiremos el siguiente procedimiento:

1. Tomamos el capilar que aparece en la parte superior izquierda, es importante cogerlo de la zona inferior, clicando sobre él y arrastrándolo sin soltarlo.
2. Lo introducimos dentro de uno de los tubos y soltamos. El capilar se introduce en la disolución, que sube por su interior por capilaridad. 
3. Volvemos a coger el capilar, ya cargado, de la parte inferior y lo arrastramos hasta la placa. lo ponemos sobre uno de los puntos y soltamos. El líquido será absorbido por la fase estacionaria.
4. Una vez depositada la muestra sobre la placa, desechamos el capilar en el cubo de reciclaje situado a la derecha. Es importante este paso, porque hasta que no lo hagamos no aparecerá otro capilar. Esto nos recuerda que no podemos utilizar el mismo capilar para disoluciones diferentes. para evitar contaminaciones cruzadas. 

Repetiremos el procedimiento hasta que hayamos depositado todas las disoluciones en la placa. Si nos cuesta encontrar la posición, podemos activar la casilla que aparece debajo del recuadro (5), para que aparezcan marcas visuales que sirvan de orientación.

A continuación, pasaremos a la etapa de elución introduciendo la placa en la cubeta. Para ello, simplemente clicaremos sobre la flecha a la derecha del recuadro.

La placa se introduce sola dentro de la cubeta y la fase móvil comienza a subir por capilaridad, solamente deberemos tener cuidado de pasar a la etapa siguiente (clicando sobre la flecha de la derecha), antes de que el líquido llegue al extremo superior.

En la última etapa, pasaremos al revelado de la placa para poder observar las sustancias ya separadas, en esta etapa es donde difiere el procedimiento según estemos separando aminoácidos o lípidos.

Los aminoácidos se revelan con Ninhidrina 0.2% disuelta en etanol, para ello clicamos sobre el bote, lo arrastramos sobre la placa y soltamos.

La ninhidrina reacciona con los aminoácidos para dar una sustancia con color entre azul y violeta intenso, que nos revelará la posición de las diferentes manchas en la placa. Comparando la posición que han alcanzado los aminoácidos conocidos, con los de la mezcla de muestra, podremos saber qué aminoácidos contenía.

Los lípidos se revelan con vapores de yodo, para ello clicamos sobre el bote que se abre y se forman vapores sobre la placa, volvemos a clicar para cerrarlo y que se despejen.

El yodo interacciona con los lípidos dando una coloración entre marrón y amarillo, que nos revelará la posición de las diferentes manchas en la placa. Comparando la posición que han alcanzado los lípidos conocidos, con los de la mezcla de muestra, podremos saber qué lípidos contenía.

Una vez hayamos concluido la cromatografía, podemos tomar imágenes para incluirlas en la memoria de laboratorio. Para ello, clicamos sobre la cámara que aparece en la parte superior. Se abre una pequeña ventana con la imagen de la placa revelada y poniéndonos sobre ella con el ratón pulsamos el botón derecho y elegimos "Copiar imagen" (después la podemos pegar en un procesador de textos) o "Guardar imagen como..." (le damos nombre y elegimos la carpeta de destino).

7.2. Técnicas de laboratorio. Cromatografía en columna.

El laboratorio de cromatografía permite separar los componentes de una mezcla.

Para niveles superiores, podemos utilizar algunos de los ejemplos y ejercicios que nos ofrece la plataforma, pero también puede servir simplemente para visualizar la técnica en niveles más bajos.

Lo primero que nos ofrece es una introducción teórica sobre la técnica de la cromatografía, que será interesante repasar antes de hacer de la práctica: Apuntes.

Para realizar la parte práctica, iremos al último enlace, "Simulador de cromatografía en columna para proteínas".

Tenemos la posibilidad de elegir las proteínas de la mezcla que vamos a separar, o bien elegir una mezcla problema desconocida. En los desplegables A, B, C, elegimos las proteínas de nuestro interés en base a su masa molecular o a su producto iónico (pI).

Por otra parte, en la parte superior debemos elegir la matriz cromatográfica (fase estacionaria) y el tampón de elución (fase móvil), en base al pH. En niveles superiores, podemos hacer un estudio de las características de ambos, para elegir razonadamente el más adecuado. En niveles inferiores, simplemente se puede hacer por prueba y error, hasta conseguir que las tres sustancias, representadas por colores al eluir por la columna, salgan completamente separados. 

El gráfico inferior de Absorbancia vs Volumen de elución, representa el detector y cada sustancia es detectada como un pico de absorbancia. 

8. Enlaces útiles

Puedes encontrar información adicional acerca de Biomodel en los siguientes enlaces:

• http://biomodel.uah.es/principal.htm
• Recursos para el aula: portal Biomodel
• Moléculas para todos
• Biomodel para móviles

9. Créditos

Autores del curso:

Ana Belén García Segovia

Créditos

Área de Formación en Línea y Competencia Digital Educativa del INTEF
Este curso y sus materiales se distribuyen con licencia Creative Commons 4.0

Instituto Nacional de Tecnologías Educativas y de Formación del Profesorado
Ministerio de Educación y Formación Profesional