1) Reakcja biuretowa(dla wszystkich białek)

Białko + CuSO 4 + NaOH jasnofioletowy kolor

CuSO 4 + 2NaOH Cu (OH) 2 + Na 2 SO 4

niebieski osad

C = O: Cu: O = C C = O: N

N H OH N: O = C

rozpuszczalny kompleks

jasny fiolet

2) Reakcja ksantoproteinowa(dla białek zawierających AA z rodnikiem aromatycznym)

białko + HNO 3 (k) żółty osad

| || - H2O | ||

N CH C─ + HONO 2 N CH C─

Około 2

| |

żółty kolor

Po dodaniu stężonego roztworu amoniaku pojawia się kolor pomarańczowy, ponieważ gęstość elektronowa jest przesunięta w nitrobenzenie.

3) Reakcja cysteiny- reakcja na pozostałości AA zawierające S

Białko + NaOH + Pb (CH 3 COO) 2 PbS + białko

Czarny kolor

| Pb + PbS

BIOKATALIZA

Jedną z ważnych cech reakcji chemicznych w organizmach żywych jest ich katalityczny charakter. Żywa komórka pomyśl o tym jako o miniaturowym reaktorze katalitycznym. Różnica między komórką a kolbą chemiczną polega na tym, że jeśli wszystkie reakcje w kolbie przebiegają niezależnie (realizowana jest podstawowa zasada niezależności reakcji), to wszystko w komórce jest ze sobą połączone.

Nie dzieje się tak dlatego, że łamane są prawa fizyczne lub komórka przestrzega innych praw - nie, niektóre prawa działają w żywej materii. Tyle, że w procesie ewolucji natura stworzyła skuteczny aparat do regulacji wszystkich reakcji komórkowych, który pozwala całej komórce kontrolować proporcje produktów w taki sposób, aby wszystkie reakcje działały optymalnie.

Tak więc wszystkie bio reakcje chemiczne Czy reakcje katalityczny.

Katalizatory biologiczne nazywane są enzymy lub enzymy.

W zasadzie w ogniwie przebiegają te same reakcje chemiczne, co w laboratorium chemicznym, ale na warunki reakcji w ogniwie nakładane są surowe ograniczenia, a mianowicie T = 37 ◦ C i P = 1 atm.

Dlatego też procesy, które zachodzą w laboratorium jednoetapowo, często zachodzą w żywych komórkach w kilku etapach.

Istota reakcji katalitycznych, mimo różnorodności, sprowadza się do tego, że materiały wyjściowe tworzą się z katalizatorem połączenie pośrednie, który stosunkowo szybko przekształca się w produkty reakcji, regenerując katalizator.

Czasami związki pośrednie można wyizolować w czystej postaci, ale zwykle składają się one z niestabilnych cząsteczek, których wykrycie jest możliwe tylko za pomocą bardzo czułych instrumentów spektralnych.

Proces z udziałem katalizatora ma charakter cykliczny lub kołowy.

Miara aktywności enzymatycznej - prędkość(liczba moli substratu, które ulegają zmianie w ciągu 1 minuty na 1 mol enzymu)

Liczba obrotów może osiągnąć 10 8.

Dość często cykle wielu katalizatorów są ze sobą połączone, tworząc cykl okrężny.

Substancje S1 i S2 są przekształcane w produkty P1 i P2. Podczas tej transformacji S1 najpierw reaguje z trzecią substancją X i katalizatorem E1, tworząc produkt pośredni M1, który z kolei jest przekształcany przez katalizator E2 w produkt pośredni M2 itd.

Przyspieszające działanie katalizatora wiąże się ze spadkiem energii aktywacji (jest to dodatkowa energia, którą należy przekazać jednemu molowi substancji, aby cząstki substancji stały się reaktywne i mogły pokonać barierę energetyczną reakcji) .

Główne właściwości enzymów to:

Sprawność, czyli stopień przyspieszenia (przyspieszenie 100 milionów razy).

Zwiększona specyficzność substratowa. Enzymy rozróżniają substrat poprzez rozpoznanie biologiczne (komplementarność).

Zwiększona specyficzność katalizowanej reakcji. Większość enzymów przyspiesza jeden rodzaj reakcji.

Zwiększona swoistość dla izomerów optycznych (rozpoznaje lewe i prawe izomery).

Powodem wszystkich unikalnych właściwości enzymów jest ich przestrzenna struktura. Są to zazwyczaj białka globularne, znacznie większe niż substrat. Ta okoliczność prowadzi do powstania aktywnego centrum na powierzchni enzymu podczas ewolucji, które jest komplementarne do substratu. To jest zamek i klucz.

Ośrodki warunkowo aktywne dzielą się na: wiążące i katalityczne.

Centrum wiążące wiąże substrat i optymalnie orientuje go w stosunku do grupy katalizowanej, podczas gdy wszystkie grupy aktywne są skoncentrowane w centrum katalizującym.

Jeśli do reakcji konieczne jest przeprowadzenie hydrolizy (białka, lipidy), to katalizowane centrum tworzą rodniki boczne reszt AA.

W tym przypadku enzym składa się tylko z łańcuchów polipeptydowych. Jednak oprócz reakcji hydrolitycznych zachodzą również inne: reakcje redoks, reakcje przeniesienia dowolnych grup.

W takich przypadkach enzymy zawierają część niebiałkową. Ta część - koenzym(rofaktor, grupa protetyczna). Część białkowa zapewnia efekt wiązania, a koenzym zapewnia efekt katalityczny. Część białkowa - apoenzym.

Apoenzym + koenzym ↔holoenzym

Znaczenie reakcji barwnych polega na tym, że umożliwiają wykrycie obecności białka w płynach biologicznych, roztworach oraz ustalenie składu aminokwasowego różnych białek naturalnych. Reakcje te są wykorzystywane zarówno do jakościowego, jak i ilościowego oznaczania białka i zawartych w nim aminokwasów. Niektóre reakcje są nieodłącznie związane nie tylko z białkami, ale także z innymi substancjami, na przykład fenol, jak tyrozyna, nadaje różowo-czerwone zabarwienie odczynnikiem Millona, ​​więc przeprowadzenie dowolnej reakcji w celu określenia obecności białka nie wystarczy.

Wyróżnia się dwa rodzaje reakcji barwnych: 1) uniwersalny – biuretowy (dla wszystkich białek) i ninhydrynowy (dla wszystkich białek) a-aminokwasy i białka); 2) specyficzny - tylko dla niektórych aminokwasów zarówno w cząsteczce białka, jak i w roztworach poszczególnych aminokwasów, na przykład reakcja Fohla (dla aminokwasów zawierających słabo związaną siarkę), reakcja Millona (dla tyrozyny), reakcja Sakaguchi (dla argininy) itp.

Przeprowadzając reakcje barwne na białka i aminokwasy, musisz najpierw sporządzić poniższą tabelę:

Reakcje barwne białka (reakcje jakościowe)

Reakcje barwne na białka Doświadczenie 1. Reakcja biuretowa.

Reakcja biuretowa- wysoka jakość na wszystko bez wyjątku białka, a także produkty ich niekompletne hydroliza które zawierają co najmniej dwa Wiązania peptydowe.

Zasada metody. Reakcja biuretowa wynika z obecności w białkach Wiązania peptydowe(- СО - NH -), który w postaci alkalicznej z siarczanem miedzi (II), czerwono-fioletowy, podobny do soli miedzi kompleksy... Niektóre substancje niebiałkowe również wywołują reakcję biuretową, na przykład biuret(NH2-CO-NH-CO-NH2), oksamid(NH 2 CO-CO-NH 2), rząd aminokwasy (histydyna, seryna, treonina, asparagina).

Reakcja biuretu z glicyną

Kolejność pracy.

Równą objętość 10% roztworu dodaje się do 1 ml testowego 1% roztworu białka wodorotlenek sodu(NaOH) zasada, a następnie 2-3 krople 1% roztworu siarczan miedzi(CuSO 4). rozcieńczony, prawie bezbarwny roztwór siarczanu miedzi.

Przy pozytywnej reakcji pojawia się fioletowy kolor z czerwonym lub niebieskim odcieniem.

Doświadczenie 2.Reakcjado „luźno związanej siarki”.

Zasada metody. To reakcja na cysteinę i cystynę. Podczas hydrolizy alkalicznej „słabo związana siarka” w cysteinie i cystynie łatwo ulega odszczepieniu, w wyniku czego powstaje siarkowodór, który reagując z zasadami, daje siarczki sodu lub potasu. Po dodaniu octanu ołowiu (II) tworzy się szaro-czarny osad siarczku ołowiu (II).

Kolejność pracy.

Do probówki wlewa się 1 ml nierozcieńczonego białka z kurczaka, dodaje 2 ml 20% roztworu wodorotlenku sodu. Mieszankę delikatnie gotuje się (aby mieszanina nie została wyrzucona).

W tym przypadku uwalniany jest amoniak, co jest wykrywane przez niebieskie zabarwienie mokrego papierka lakmusowego doprowadzonego do otworu probówki (nie dotykaj ściany). Powstały nieznaczny osad rozpuszcza się przez gotowanie, a następnie dodaje się 0,5 ml roztworu octanu ołowiu (II). Obserwuje się wytrącanie szaro-czarnego osadu siarczku ołowiu (II):

Chemia reakcji:

czarny osad

1 ml wlewa się do probówki. nierozcieńczone białko z kurczaka dodać 2 ml. stężony roztwór alkaliczny, umieść kilka kotłów. Do gorącego roztworu dodaje się roztwór ołowiu sodowego - powstaje żółto-brązowy lub czarny kolor. (Pulbit sodu przygotowuje się w następujący sposób: roztwór alkaliczny wkrapla się do 1 ml kwasu octowego ołowiu, aż do rozpuszczenia wodorotlenku ołowiu, który tworzy osad).

W obecności aminokwasów zawierających siarkę (cystyna, cysteina) w cząsteczce białka siarka jest stopniowo oddzielana od tych aminokwasów w postaci jonu w stanie utlenienia - 2, którego obecność jest wykrywana przez ołów jon, który tworzy czarny nierozpuszczalny siarczek ołowiu z jonem siarki:

Pb (CH 3 COO) 2 + 2NaOH Pb (OH) 2 + 2 CH 3 COONa,

Pb(OH)2 + 2NaOH Na2PbO2 + H2O,

Na2S + Na2PbO2 + 2H2O PbS + 4NaOH.

Doświadczenie 3. Reakcja ksantoproteinowa białek.

Zasada metody. Ta reakcja służy do wykrywania α-aminokwasów zawierających rodniki aromatyczne. Tyrozyna, tryptofan, fenyloalanina w interakcji ze stężonym kwasem azotowym tworzą nitropochodne o żółtym zabarwieniu. W środowisku alkalicznym pochodne nitrowe tych a-aminokwasów dają sole o barwie pomarańczowej. Na przykład żelatyna, która nie zawiera aminokwasów aromatycznych, nie daje testu na ksantoproteiny.

Kolejność pracy.

0,5 ml stężonego kwasu azotowego dodaje się do 1 ml 10% roztworu białka jaja kurzego. W wyniku koagulacji białka w zawartości probówki powstaje biały osad lub zmętnienie. Po podgrzaniu roztwór i osad stają się jasnożółte. W tym przypadku osad jest prawie całkowicie rozpuszczony w wyniku hydrolizy. Po schłodzeniu dodać 1–2 ml 20% roztworu wodorotlenku sodu (do pojawienia się pomarańczowego koloru roztworu).

Rozważmy mechanizm reakcji ksantoproteinowej na rodniku tyrozyny:

Chemia reakcji:

Doświadczenie projektowe: wyciągnij wnioski i napisz równanie reakcji.

Doświadczenie 4. Reakcja Adamkiewicza (na obecność tryptofanu w białkach).

Zasada metody. Białka zawierające tryptofan nadają czerwono-fioletowy kolor w obecności kwasu glioksylowego i siarkowego. Reakcja opiera się na zdolności tryptofanu do oddziaływania w środowisku kwaśnym z aldehydami kwasu glioksalowego (będącego zanieczyszczeniem stężonego kwasu octowego) w celu wytworzenia barwnych produktów kondensacji. Reakcja przebiega zgodnie z równaniem:

Żelatyna nie daje takiej reakcji, ponieważ nie zawiera tryptofanu. Kolor jest wynikiem reakcji tryptofanu z kwasem glioksalowym, który jest zawsze obecny w kwasie octowym jako zanieczyszczenie.

Tę samą reakcję z tryptofanem można przeprowadzić stosując zamiast kwasu octowego formaldehyd 2,5% roztwór stężonego H2SO4. Roztwór wymieszać i po 2-3 minutach. dodać 10 kropli 5% azotynu sodu podczas potrząsania. Powstaje intensywne fioletowe zabarwienie, które jest oparte na zasada metody reakcje.

Kolejność pracy.

Kilka kropli nierozcieńczonego białka wlewa się do probówki i dodaje 2 ml. lodowaty kwas octowy i kilka kropli kwasu glioksalowego. Mieszaninę lekko podgrzać do rozpuszczenia utworzonego osadu, ochłodzić i przechylając probówkę ostrożnie wlać stężony H 2 SO 4 wzdłuż ścianki tak, aby obie ciecze się nie pomieszały.

Po 5-10 minutach obserwuje się tworzenie czerwono-fioletowego pierścienia na granicy między dwiema warstwami.

Doświadczenie 5. Reakcja ninhydrynowa.

Zasada metody. α-Aminokwasy reagują z ninhydryną, tworząc niebiesko-fioletowy kompleks (fiolet Ruemanna), którego intensywność koloru jest proporcjonalna do ilości aminokwasu. Reakcja przebiega zgodnie ze schematem:

Chemia reakcji :

Reakcja z ninhydryną służy do wizualnego wykrywania α-aminokwasów na chromatogramach (na papierze, w cienkiej warstwie), a także do kolorymetrycznego oznaczania stężenia aminokwasów poprzez intensywność barwy produktu reakcji.

Produkt tej reakcji zawiera rodnik (R) oryginalnego aminokwasu, który powoduje różne kolory: niebieski, czerwony itp. związki powstające w wyniku reakcji aminokwasów z ninhydryną.

Obecnie reakcja ninhydrynowa jest szeroko stosowana zarówno do odkrywania poszczególnych aminokwasów, jak i do określania ich ilości.

Kolejność pracy.

Do probówki wlewa się 1 ml 1-10% rozcieńczonego roztworu białka jaja kurzego i 1-2 ml 1% roztworu ninhydryny w acetonie. Zawartość probówki miesza się i ostrożnie podgrzewa w łaźni wodnej przez 2-3 minuty, aż pojawi się niebiesko-fioletowy kolor, wskazujący na obecność w białku α -aminokwasy.

Doświadczenie projektowe: wyciągnij wnioski i napisz równanie reakcji.

Doświadczenie 6. Reakcja Sakaguchi.

Zasada metody. Ta reakcja na aminokwas argininę opiera się na interakcji argininy z a-naftolem w obecności środka utleniającego. Jej mechanizm nie został jeszcze w pełni wyjaśniony. Podobno reakcja przebiega zgodnie z następującym równaniem:

Ponieważ pochodne imin chinonu (w tym przypadku naftochinon), w których wodór grupy imino –NH– jest zastąpiony przez rodnik alkilowy lub arylowy, są zawsze zabarwione na żółto-czerwono, to najwyraźniej pomarańczowo-czerwony roztworu podczas reakcji Sakaguchi tłumaczy się pojawieniem się właśnie pochodnej iminy naftochinonu. Jednak możliwe jest, że w wyniku dalszego utleniania pozostałych grup NH reszty argininy i jądra benzenowego a-naftolu powstanie jeszcze bardziej złożony związek:

Kolejność pracy.

Do 2 ml. 1% rozcieńczony roztwór białka jaja kurzego dodać 2 ml. 10% wodorotlenek sodu (NaOH) i kilka kropli 0,2% roztworu alkoholu α -naftol. Dobrze wymieszaj zawartość tuby. Następnie wlewa się 0,5 ml. podbromin sodu (NaBrO) lub podchloryn sodu (kwas podchlorawy sodu - NaOCl), mieszanka. Natychmiast pojawia się czerwone, stopniowo nasilające się zabarwienie.

Natychmiast dodać 1 ml 40% roztworu mocznika, aby ustabilizować szybko rozwijający się pomarańczowo-czerwony kolor.

Ta reakcja jest typowa dla związków zawierających resztę guanidyny

NH = C –NH 2,

i wskazuje na obecność aminokwasu argininy w cząsteczce białka:

NH = C –NH - (CH 2) 3 –CH –COOH

Doświadczenie projektowe: wyciągnij wnioski i napisz równanie reakcji.

białka z których….

W strukturze białka ... rozróżnia się struktury.

Funkcje białek w organizmie….

Białka; reszty α - aminokwasów.

C, H, O, N, S.

Dziesięć tysięcy milionów.

Woda, roztwory soli, kwasów; zasady.

Tkanki organizmów żywych: skóra, ścięgna, mięśnie, paznokcie, włosy.

Pierwotne, średnie, trzeciorzędowe, czwartorzędowe.

Budowlane, katalityczne, napędowe, transportowe, ochronne, energetyczne.

Kryteria oceny:

„5” - wszystkie odpowiedzi są poprawne; „3” - 3 niepoprawne odpowiedzi;

„4” - 1-2 błędne odpowiedzi; "2" - 4 lub więcej błędnych odpowiedzi.

Wspieranie streszczenie:

Białka są złożonymi, wysokocząsteczkowymi, naturalnymi związkami zbudowanymi z reszt aminokwasowych α - połączonych wiązaniami peptydowymi (amidowymi) ―СО - NH -.

Liczba reszt aminokwasowych zawartych w cząsteczkach białka jest różna: insulina – 51, mioglobina – 140. Mr (białko) = od 10 000 do kilku milionów.

Pan (białko jaja) = 36 000; Mr (białko mięśniowe) = 1 500 000.

Hemoglobina (C738H1166O208N203S2Fe) 4.

Struktury białkowe.

Podstawowy- sekwencja przemian reszt aminokwasowych (wszystkie wiązania są kowalencyjne, silne).

Wtórny- kształt łańcucha polipeptydowego w przestrzeni (najczęściej spirala). Łańcuch białkowy jest skręcony w spiralę (z powodu wielu wiązań wodorowych). Trzeciorzędowy- rzeczywista trójwymiarowa konfiguracja, którą skręcona spirala przyjmuje w przestrzeni (dzięki wiązaniom hydrofobowym), niektóre mają wiązania S - S (wiązania wodorosiarczkowe).

Czwartorzędowy- połączone ze sobą makrocząsteczki białkowe.

Właściwości chemiczne

1) hydroliza(po podgrzaniu roztworami kwasów, zasad, pod działaniem enzymów)

H2N - CH2 - C -: N - CH - C -: N - CH - C = O → H2N - CH2 - C = O +

H2O CH2 H2O CH2OH OH

| | glicyna

trójpeptyd

H2N - CH - C = O + H2N - CH - C = O

seryna cysteina

Hydroliza białek sprowadza się do hydrolizy wiązań polipeptydowych. Trawienie białek również sprowadza się do tego:

białko ↔ aminokwasy → krew do wszystkich komórek i tkanek organizmu.

2) denaturacja - naruszenie naturalnych struktura białka(pod wpływem ciepła i chemikaliów)

3) amfoteryczność:

Właściwości kwasów

| __________ właściwości podstawowe

4) reakcje barwne białek- reakcje jakościowe

a) reakcja ksantoproteinowa.

Stężenie białka + HNO3 → żółte zabarwienie

b) reakcja biuretowa.

Białko + Cu (OH) 2 ↓ → fioletowy roztwór.

c) spalanie- zapach spalonych piór.

Wniosek: reakcje ze stężonym kwasem azotowym (żółte zabarwienie), ze świeżo wytrąconym wodorotlenkiem miedzi (II) (roztwór fioletowy) oraz spalanie białek (zapach spalonych piór) są jakościowe dla białek.

Rola białek w komórce.

1. Materiał budowlany – tworzenie błon, organelli i błon komórkowych. Zbudowane są naczynia krwionośne, ścięgna, włosy.

2. Rola katalityczna - wszystkie katalizatory komórkowe są białkami.

3. Funkcja motoryczna - białka kurczliwe powodują cały ruch.

4. Funkcja transportowa – białko krwi hemoglobina przyłącza tlen i przenosi go do wszystkich tkanek.

5. Rola ochronna - produkcja ciał białkowych przeciwciał w celu neutralizacji substancji obcych.

6. Rola energetyczna: 1 g białka → 17,6 kJ.

Instrukcje metodyczne dla nauczycieli

2. Pytania z chemii przygotowujące do seminarium należy zadać studentom nie później niż dwa tygodnie przed lekcją.

4. Nauczyciel chemii motywuje lekcję, bada skład i właściwości białek. Nauczyciel biologii podsumowuje i aktualizuje wiedzę o budowie cząsteczek białek, ich funkcjach i zastosowaniach.

5. Pod koniec lekcji nauczyciele oceniają wyniki uczniów w tej lekcji. Ekwipunek: kodofilmy, rzutnik folii, ekran, rzutnik folii, slajdy, chemia, stół demonstracyjny, stoły.

Plan lekcji (zapisany na tablicy)

1. Skład i struktura białka.

2. Właściwości białka (denaturacja, renaturacja, hydroliza, reakcje barwne).

3. Funkcje białka i jego synteza w komórce.

4. Zastosowanie białka, sztuczna synteza peptydów.

Nauczyciel chemii. Dziś dajemy niezwykłą lekcję – obejmuje ona jednocześnie problemy chemii i biologii. Celem naszej lekcji jest usystematyzowanie i pogłębienie wiedzy na temat „Białko”. Zwracamy szczególną uwagę na badanie białek, ponieważ to właśnie białka są najważniejsze część całego życia na Ziemi. Przypomnijmy sobie wypowiedź F. Engelsa o tym, czym jest życie: „Gdziekolwiek spotykamy życie, przekonujemy się, że jest ono związane z jakimś ciałem białkowym, a gdziekolwiek spotykamy ciało białkowe, które nie jest w trakcie rozkładu, my bez wyjątku, poznaj zjawiska życia. Życie jest sposobem na istnienie ciał białkowych ”. Żadna z substancji nie spełnia w organizmie tak specyficznych i zróżnicowanych funkcji jak białko.
Pamiętajmy, jakie związki nazywamy białkami. ( Naturalne polimery, których monomerami są aminokwasy.)
Badanie jakiego procesu pomogło ustalić strukturę białek? ( Badanie hydrolizy białek.)

Jaki proces nazywa się hydrolizą?

Jakie związki powstają podczas hydrolizy białek?

Jakie związki nazywamy aminokwasami?

Ile aminokwasów jest znanych w przyrodzie?

Ile aminokwasów znajduje się w białkach?

Nauczyciel chemii demonstruje pasek kodujący.

Nauczyciel chemii. Zwróć uwagę na pozycję grupy aminowej w aminokwasach. Zgodnie z pozycją grupy aminowej aminokwasy tworzące białka nazywane są a-aminokwasami. Ogólny wzór dla dowolnego z tych aminokwasów można zapisać w następujący sposób:

Na codofilmie widać dwa aminokwasy, z których jeden zawiera dwie grupy karboksylowe –COOH, drugi zawiera dwie grupy aminowe –NH2. Takie kwasy nazywane są odpowiednio aminodikarboksylowymi lub diaminokarboksylowymi.
Z kursu chemii wiesz już o optycznych izomerach związków naturalnych. Prawie wszystkie białka zawierają tylko L-aminokwasy.
Aminokwasy to monomery białkowe. Mogą łączyć się ze sobą poprzez wiązanie amidowe (peptydowe), które powstaje wraz z uwolnieniem wody - jest to reakcja kondensacji.
Sporządźmy równanie reakcji interakcji aminokwasów glicyny i alaniny.
(Uczniowie pracują samodzielnie, a następnie sprawdzają swoje wyniki na tablicy lub pasku kodowym.)

Powstała struktura nazywana jest dipeptydem. Polimer wielu aminokwasów nazywany jest polipeptydem.

Nauczyciel biologii. Będziemy nadal badać właściwości białek, ale najpierw odpowiemy na poniższe pytania.

1. Jak wytłumaczyć różnorodność białek występujących w przyrodzie? ( Różnice w składzie aminokwasów i ich odmienna sekwencja w łańcuchu polipeptydowym.)

2. Jakie są poziomy organizacji cząsteczki białka? ( Podstawowy - sekwencja aminokwasowa; wtórny - a -spirala lub b -zwinięta konstrukcja odcinków łańcucha; trzeciorzędowy - przestrzenna struktura białka, powstała w wyniku interakcji reszt aminokwasowych odległych części łańcucha: kulka w białkach kulistych, struktura nitkowata w białkach fibrylarnych; czwartorzędowy - połączenie dwóch lub więcej oddzielnych cząsteczek białka.)

3. Jaki rodzaj wiązania występuje między aminokwasami w strukturze pierwszorzędowej? Jak jeszcze nazywa się to połączenie? ( Wiązanie kowalencyjne. Wiązanie amidowe lub peptydowe.)

4. Jakie wiązania zapewniają głównie drugorzędową strukturę cząsteczki białka? ( Wiązania wodorowe, mostki disulfhydrylowe.)

5. Jakie połączenia zapewniają strukturę trzeciorzędową? ( Wiązania wodorowe, oddziaływania hydrofobowe i jonowe.)

6. Jakie wiązania zapewniają czwartorzędową strukturę cząsteczki białka? ( Oddziaływania elektrostatyczne, hydrofobowe i jonowe.)

7. Podaj przykład znanego Ci białka, które ma strukturę czwartorzędową. ( ATP-aza, hemoglobina.)

Rozwiążmy teraz następujący problem ( przez rzutnik prezentowany jest stan problemu, slajd z rozmazami krwi osoby zdrowej i pacjenta z anemią sierpowatą).
Chorobie anemii sierpowatej towarzyszy zastąpienie reszty aminokwasowej kwasu glutaminowego resztą waliny w łańcuchu polipeptydowym cząsteczki hemoglobiny. Fragment łańcucha normalnej hemoglobiny: - głęboki–głęboki–Liz-. Fragment łańcucha nieprawidłowej hemoglobiny: - wał–głęboki–Liz– (głęboki- Kwas glutaminowy; Liz- lizyna; wał- walina). Narysuj te fragmenty jako wzory chemiczne.

Rozwiązanie.

Fragment normalnego łańcucha hemoglobiny:

Fragment łańcucha nieprawidłowej hemoglobiny:

Z podanego przykładu wynika, że ​​pierwotna struktura cząsteczki białka może determinować wszystkie jej kolejne poziomy organizacji. Zmiany w organizacji strukturalnej białka mogą zakłócić jego funkcje, co w niektórych przypadkach prowadzi do rozwoju patologii - choroby.
Struktura białka determinuje jego właściwości fizykochemiczne, na przykład rozpuszczalność.

Nauczyciel chemii demonstruje film z kodem.

Klasyfikacja białek według ich rozpuszczalności

Nauczyciel chemii. Aby utrzymać swoją aktywność funkcjonalną, białka muszą mieć naturalną (natywną) organizację strukturalną na wszystkich poziomach.
Zaburzenia w pierwotnej organizacji, prowadzące do zerwania wiązania amidowego z dodatkiem cząsteczki wody, nazywane są hydrolizą białka. Przy całkowitej hydrolizie białko rozkłada się na składowe aminokwasy.
Naruszenie wtórnych i struktury trzeciorzędowe białka, tj. utrata ich natywnej struktury nazywana jest denaturacją białek.
Denaturację białek wywołują różne czynniki: znaczne zmiany temperatury, wzrost i spadek pH środowiska, działanie jonów metali ciężkich, niektórych związków chemicznych, np. fenoli.

Nauczyciel chemii demonstruje eksperymenty.

Doświadczenie 1. Białko + ciepło ->

Test 2... Białko + fenol -> denaturacja (strącanie).

Doświadczenie 3. Białko + Pb lub CH 3 COOH -> denaturacja (strącanie).

Doświadczenie 4. Białko + CuSO4 -> denaturacja (strącanie).

Nauczyciel biologii. Denaturacja następuje w wyniku zniszczenia wiązań kowalencyjnych wodorowych i dwusiarczkowych (ale nie wiązań peptydowych, oddziaływań jonowych i hydrofobowych), które zapewniają tworzenie i utrzymanie struktur drugorzędowych i trzeciorzędowych białka. W tym przypadku białko traci swoje nieodłączne właściwości biologiczne.
Reakcje stosowane do określenia składu substancji nazywane są jakościowymi.
Jakie są jakościowe reakcje na białko?

Nauczyciel chemii demonstruje następujące eksperymenty.

Doświadczenie 1. Reakcja ksantoproteinowa (nitrowanie pierścieni benzenowych aminokwasów aromatycznych białka):

białko (w lodówce) + HNO 3 (stęż.) + grzanie -> żółte zabarwienie

Doświadczenie 2. Reakcja biuretowa (pozwala określić ilość wiązań peptydowych):

białko + CuSO 4 + NaOH -> fioletowe zabarwienie (mocznik daje tę reakcję);
CuSO 4 + NaOH -> Cu (OH) 2 + Na 2 WIĘC 4 ;
białko + Cu (OH) 2 -> fioletowe zabarwienie.

Czy jednym odczynnikiem można rozpoznać glicerynę, białko, glukozę? Mogą! Odczynnikiem tym jest wodorotlenek miedzi, nadaje różne zabarwienie roztworów tych substancji:

a) gliceryna + Cu (OH) 2 -> jasnoniebieskie rozwiązanie;
b) glukoza + Cu (OH) 2 + ogrzewanie -> czerwony osad;
c) białko + Cu (OH) 2 -> fioletowe zabarwienie.

Nauczyciel biologii. Jakie funkcje pełnią znane Ci polipeptydy? ( Budowa. Polipeptydy wchodzą w skład ścian komórkowych grzybów i mikroorganizmów oraz biorą udział w budowie błon. Włosy, paznokcie i pazury zbudowane są z białka keratynowego. Białko kolagenowe to podstawa ścięgien i więzadeł. Inną ważną funkcją białka jest enzymatyczna, katalityczna. Białka zapewniają również wszystkie rodzaje mobilności biologicznej. Ponadto białka pełnią funkcje transportowe, hormonalne lub regulacyjne, receptorowe, hemostatyczne, toksygenne, ochronne i energetyczne..)
Zdefiniuj enzymy. ( Enzymy to białka o aktywności katalitycznej, tj. przyspieszenie reakcji.)
Wszystkie enzymy są wysoce specyficzne dla swojego substratu iz reguły katalizują tylko jedną ściśle określoną reakcję. Spójrz na schematyczny diagram struktury enzymu. ( Nauczyciel biologii demonstruje film kodowy ze schematyczną reprezentacją enzymu.) Każdy enzym ma centrum aktywne, w którym zachodzi przemiana chemiczna substratu reakcji. Czasami może być kilka miejsc wiązania substratu. Struktura miejsca wiązania jest komplementarna do struktury podłoża, tj. E. pasują do siebie „jak klucz pasuje do zamka”.
Na pracę enzymów ma wpływ wiele czynników: pH, temperatura, skład jonowy podłoża, obecność małych cząsteczek organicznych, które wiążą się z enzymem lub wchodzą w jego strukturę i są inaczej nazywane kofaktorami (koenzymami). Niektóre witaminy, takie jak pirydoksyna (B 6 ) i kobalamina (B 12 ).

Nauczyciel biologii wprowadza uczniów w praktyczne zastosowanie enzymy.

Kliniczne znaczenie enzymów

1. Choroby spowodowane niedoborem enzymów są powszechnie znane. Przykłady: niestrawność mleka (brak enzymu laktazy); hipowitaminoza (niedobór witamin) - brak koenzymów zmniejsza aktywność enzymów (hipowitaminoza witaminy B1 prowadzi do choroby beri-beri); fenyloketonuria (spowodowana naruszeniem enzymatycznej konwersji aminokwasu fenyloalaniny do tyrozyny).

2. Oznaczanie aktywności enzymów w płynach biologicznych ma duże znaczenie w diagnostyce chorób. Na przykład wirusowe zapalenie wątroby jest determinowane przez aktywność enzymów w osoczu krwi.

3. Enzymy są używane jako odczynniki w diagnostyce niektórych chorób.

4. Enzymy są stosowane w leczeniu niektórych chorób. Przykłady niektórych leków o charakterze enzymatycznym: pankreatyna, festal, lidaza.

Zastosowanie enzymów w przemyśle

1. W przemyśle spożywczym enzymy wykorzystywane są do przygotowania napojów bezalkoholowych, serów, konserw, kiełbas, wędlin.

2. W hodowli zwierząt do przygotowania paszy stosuje się enzymy.

3. Do produkcji materiałów fotograficznych wykorzystywane są enzymy.

4. Enzymy wykorzystywane są w przetwórstwie lnu i konopi.

5. Enzymy są używane do zmiękczania skóry w przemyśle skórzanym.

6. Enzymy zawarte są w proszkach do prania.

Nauczyciel biologii. Rozważmy inne funkcje białek. Funkcje motoryczne są realizowane przez specjalne białka kurczliwe, do których należą np. aktyna i miozyna, które wchodzą w skład włókien mięśniowych.
Kolejną ważną funkcją białek jest transport. Na przykład białka przenoszą jony potasu, aminokwasy, cukry i inne związki przez błonę komórkową do komórki. Białka są również nośnikami śródmiąższowymi.

Regulując metabolizm w komórkach oraz między komórkami i tkankami całego organizmu, białka pełnią funkcję hormonalną, czyli regulacyjną. Na przykład hormon insulina bierze udział w regulacji metabolizmu białek i tłuszczów.
Na powierzchni błon komórkowych znajdują się receptory białkowe, które selektywnie wiążą hormony, mediatory, pełniąc tym samym funkcję receptorową.
Funkcja homeostatyczna białek polega na tworzeniu skrzepliny po ustaniu krwawienia.
Niektóre białka i peptydy wydzielane przez organizmy, takie jak patogeny czy niektóre trujące zwierzęta, są toksyczne dla innych organizmów żywych – jest to toksykogenna funkcja białek.
Bardzo ważna jest funkcja ochronna białek. Przeciwciała to białka wytwarzane przez układ odpornościowy organizmu, gdy atakuje je obce białko, bakteria lub wirus. Rozpoznają „obcego” i uczestniczą w jego zniszczeniu.
Białka będące rezerwami energetycznymi to np. kazeina – główne białko mleka.

Odpowiedz na następujące pytania.

2. Jaki jest powód odrzucenia przeszczepionych (przeszczepionych) narządów i tkanek u pacjentów? ( Przeciwciała pełniąc funkcję ochronną rozpoznają obce białko przeszczepianych narządów i wywołują reakcje jego odrzucenia.)

3. Dlaczego kurczak nigdy nie wychodzi z gotowanych jajek? ( Białka jaj nieodwracalnie utraciły swoją naturalną strukturę w wyniku denaturacji termicznej.)

4. Dlaczego po obróbce cieplnej zmniejsza się masa mięsa i ryb? ( Podczas obróbki cieplnej dochodzi do denaturacji białek mięsa lub ryb. Białka stają się praktycznie nierozpuszczalne w wodzie i rezygnują ze znacznej części zawartości wody, podczas gdy masa mięsa zmniejsza się o 20-40%.)

5. Jakie są dowody na tworzenie się „płatków” lub zmętnienia bulionu podczas gotowania mięsa? ( Jeśli mięso zanurzy się w zimnej wodzie i podgrzeje, to rozpuszczalne białka z zewnętrznych warstw mięsa przechodzą do wody. Podczas gotowania ulegają denaturacji, tworząc płatki, pianę unoszącą się na powierzchnię wody lub drobną zawiesinę, przez co roztwór jest mętny.)

Wszystkie cząsteczki białka mają skończoną żywotność – z czasem ulegają zniszczeniu. Dlatego organizm stale odnawia białka. W związku z tym przypomnijmy podstawy biosyntezy białek. Odpowiedz na następujące pytania.

1. Gdzie w komórce zachodzi synteza białek? ( Na rybosomach.)

2. W czym? organoid komórkowy przechowywane są informacje o pierwotnej strukturze białka. ( W chromosomach nośnikiem informacji jest DNA..)

3. Co oznacza termin „gen”? ( Sekwencja nukleotydowa kodująca syntezę pojedynczego białka.)

4. Jak nazywa się główne etapy biosyntezy białek? ( Transkrypcja, transmisja.)

5. Co to jest transkrypcja? ( Jest to odczyt informacji z DNA poprzez syntezę informacyjnego RNA, które jest komplementarne do odczytywanego regionu DNA..)

6. W jakiej części komórki zachodzi transkrypcja? ( W rdzeniu.)

7. Co to jest transmisja? ( Jest to synteza białka z aminokwasów w sekwencji zapisanej w mRNA; odbywa się przy udziale transportowych tRNA, które dostarczają odpowiednie aminokwasy do rybosomu.)

8. W której części komórki trwa tłumaczenie? ( W cytozolu, na rybosomach, w mitochondriach.)

Biosynteza białek zachodzi w organizmie przez całe życie, najintensywniej w dzieciństwie. W niektórych przypadkach można regulować intensywność syntezy białek. Działanie wielu antybiotyków opiera się na hamowaniu syntezy białek, m.in. u bakterii wywołujących chorobę. Na przykład antybiotyk tetracyklina zakłóca wiązanie tRNA z rybosomami.
Posłuchajmy krótkie wiadomości o preparatach białkowych stosowanych we współczesnej medycynie.

Leki przeciwhistaminowe

Współczesnemu intensywnemu rytmowi życia towarzyszy wzrost liczby chorób takich jak zawał serca, nadciśnienie, otyłość, wszelkiego rodzaju alergie. Alergia – nadmierna wrażliwość organizmu na określone bodźce zewnętrzne. Wszystkie te choroby charakteryzują się podwyższonym poziomem histaminy we krwi. Histaminy to substancje powstające podczas dekarboksylacji aminokwasu histydyny. Leki przeciwhistaminowe zakłócają tę reakcję, a poziom histaminy jest obniżony.

Interferon

W toku ewolucji, w walce z wirusami u zwierząt, powstał mechanizm syntezy ochronnego białka interferonu. Program do tworzenia interferonu, jak każde białko, jest zakodowany w DNA w jądrze komórkowym i włącza się po zakażeniu komórek wirusem. Chłodzenie, szok nerwowy, brak witamin w pożywieniu prowadzi do zmniejszenia zdolności do wytwarzania interferonu. Obecnie preparat interferonowy do celów medycznych wytwarzany jest z leukocytów z oddanej krwi lub przy użyciu inżynierii genetycznej. Interferon stosuje się w zapobieganiu i leczeniu infekcji wirusowych - grypy, opryszczki, a także nowotworów złośliwych.

Insulina

Insulina jest białkiem składającym się z 51 aminokwasów. Jest uwalniany w odpowiedzi na wzrost poziomu glukozy we krwi. Insulina kontroluje metabolizm węglowodanów i ma następujące działanie:

- wzrost szybkości konwersji glukozy w glikogen;
- przyspieszenie transferu glukozy przez błony komórkowe w mięśniach i tkance tłuszczowej;
- wzmocnienie syntezy białek i lipidów;
- zwiększenie prędkości Synteza ATP, DNA i RNA.

Insulina jest niezbędna do życia, ponieważ jest jedynym hormonem obniżającym stężenie glukozy we krwi. Niewystarczające wydzielanie insuliny prowadzi do zaburzeń metabolicznych znanych jako cukrzyca. Preparaty insuliny pozyskiwane są z trzustki bydła lub poprzez inżynierię genetyczną.

Nauczyciel chemii. Insulina była pierwszym białkiem, w którym udało się rozszyfrować pierwotną strukturę. Prawie 10 lat zajęło ustalenie sekwencji aminokwasów w insulinie. Obecnie odszyfrowano pierwotną strukturę bardzo dużej liczby białek, w tym strukturę znacznie bardziej złożoną.
Syntezę substancji o charakterze białkowym po raz pierwszy przeprowadzono na przykładzie dwóch hormonów przysadki (wazopresyny i oksytocyny).
Na koniec nauczyciele oceniają uczniów na zajęciach z chemii i biologii.

Praca laboratoryjna 15 „Białka”

Aminokwasy Nazywa się związki organiczne zawierające azot, których cząsteczki zawierają grupy aminowe i grupy karboksylowe.

W zależności od względnej pozycji grup karboksylowych i aminowych istnieją -, b-, r- itp. aminokwasy. Na przykład,

Najczęściej termin „aminokwas” jest używany w odniesieniu do kwasów karboksylowych, których grupa aminowa znajduje się w pozycji -, tj. dla - aminokwasów. Ogólny wzór - aminokwasy można przedstawić w następujący sposób:

W zależności od charakteru rodnika (R) - aminokwasy dzielą się na alifatyczne, aromatyczne i heterocykliczne.

Aminokwasy wchodzą ze sobą w reakcję polikondensacji, prowadzącą do amidów kwasowych. Produkty tej kondensacji nazywane są peptydami. Kiedy dwa aminokwasy wchodzą w interakcję, powstaje dipeptyd:

Powstałe grupowanie -CO-NH- nazywa wiązanie peptydowe.

Kiedy dipeptyd wchodzi w interakcję z nową cząsteczką aminokwasu, otrzymuje się tripeptyd itp.

Przykłady najprostszych aminokwasów

Wiewiórki - zawiera azot substancje organiczne o wysokiej masie cząsteczkowej o złożonym składzie i strukturze cząsteczek. Są to naturalne polimery (złożone polipeptydy), których cząsteczki zbudowane są z reszt aminokwasowych połączonych wiązaniem amidowym (peptydowym).

Są to naturalne polipeptydy z wysokie wartości masa cząsteczkowa (od 5-10 tysięcy do 1 miliona lub więcej). Są częścią komórek i tkanek wszystkich żywych organizmów i są głównym składnikiem naszego pożywienia.

Białka obejmują węgiel, wodór, tlen i azot. W znacznie mniejszej ilości można również włączyć siarkę, fosfor i inne pierwiastki. Białka są bardzo niestabilnymi związkami, co utrudnia badanie ich właściwości fizycznych i właściwości chemiczne... Końcowymi produktami rozpadu białka są

b- aminokwasy. Masa cząsteczkowa ich jest bardzo duży.

Wszystkie procesy życiowe są związane z białkami. Służą jako składniki odżywcze, regulują metabolizm, pełnią rolę enzymów - katalizatorów metabolicznych, promują przenoszenie tlenu w całym organizmie i jego wchłanianie, odgrywają ważna rola w funkcjonowaniu system nerwowy, są mechaniczną podstawą skurczu mięśni, biorą udział w transmisji Informacja genetyczna itp.

Doświadczenie 1. Koagulacja białka po podgrzaniu.

Składanie białek, tj. denaturacja - proces utraty naturalnej (natywnej) konformacji białka, któremu zwykle towarzyszy utrata jego funkcji biologicznej. Podczas denaturacji pod wpływem czynników zewnętrznych (temperatury, naprężeń mechanicznych, działania chemikaliów i szeregu innych czynników) dochodzi do zniszczenia struktur drugorzędowych, trzeciorzędowych i czwartorzędowych makrocząsteczki białka. Podstawowa struktura i dlatego, skład chemiczny wiewiórki się nie zmieniają. Zmiana właściwości fizyczne: zmniejsza się rozpuszczalność, zdolność do nawadniania, utrata aktywności biologicznej. Zmienia się kształt makrocząsteczki białka i następuje powiększenie.

Do pracy używa się rozpuszczonego w wodzie białka jaja kurzego (białko jednego jajka na 150 ml wody).

Opis doświadczenia... Niewielką ilość roztworu białka podgrzej na palniku do wrzenia. Obserwuje się zmętnienie cieczy. Powstały osad nie rozpuszcza się ani po ochłodzeniu, ani po rozcieńczeniu wodą, tj. reakcja jest nieodwracalna.

Eksperyment 2. Reakcja ksantoproteinowa

Reakcja ksantoproteinowa wskazuje na obecność reszt aminokwasów aromatycznych (fenyloalaniny, tyrozyny, tryptofanu) w białkach. Pod działaniem stężonego kwasu azotowego zachodzi reakcja nitrowania zarodków aromatycznych z utworzeniem żółto zabarwionych związków nitrowych. Pod działaniem amoniaku nitrozwiązki ulegają izomeryzacji z wytworzeniem intensywnie zabarwionych produktów solnopodobnych.

Opis doświadczenia... Do 1 ml roztworu białka dodać 5-6 kropli stężonego HNO3 do momentu pojawienia się białego osadu (lub zmętnienia białka skoagulowanego pod wpływem kwasu). Po podgrzaniu roztwór i osad stają się jasnożółte (osad jest prawie całkowicie zhydrolizowany i rozpuszczony).

Ochłodzić mieszaninę, dodać kroplami (ostrożnie, bez wstrząsania) nadmiar stężonego wodnego amoniaku (lub kaustycznej zasady) do odczynu alkalicznego. Pierwszy osad albuminianu kwasu rozpuści się, ciecz zmieni kolor na jasnopomarańczowy.

Reakcja biuretowa wskazuje na obecność w białku powtarzających się grup peptydowych -CO-NH-. Potwierdza to fakt, że białka dają fioletowy kolor po wystawieniu na działanie niewielkiej ilości roztworu siarczanu miedzi w obecności alkaliów. Kolor wynika z tworzenia się złożonych związków miedzi.

Doświadczenie 3. Reakcja biuretowa

Opis doświadczenia... 1 ml roztworu białka jaja, 1 ml roztworu wodorotlenku sodu i 1-2 krople roztworu siarczanu miedzi(II) umieszcza się w probówce. Ciecz zmieni kolor na czerwono-fioletowy (przy niskiej zawartości białka, do jego roztworu alkalicznego należy ostrożnie dodać 0,5-1 ml roztworu CuSO4, kolor pojawi się na granicy warstw). Równanie reakcji:

CuSO4 + 2NaOH> Na2SO4 + Cu(OH) 2v

2R - CH - COOH + Cu (OH) 2> (R - CH-COO) 2Cu + 2H2O

Doświadczenie 4. Wytrącanie białka solami metali ciężkich

Opis doświadczenia... Weź dwie probówki i umieść w nich 1 ml roztworu białka jaja i powoli, potrząsając, kropla po kropli, do jednej probówki dodaj nasycony roztwór siarczanu miedzi(II), a do drugiej 20% roztwór octanu ołowiu . Tworzą się osady trudnorozpuszczalnych, podobnych do soli związków białkowych. Doświadczenie ilustruje zastosowanie białka jako antidotum na zatrucie solami metali ciężkich. Równania reakcji:

• 2R - CH - COOH + CuSO4> (R- CH-COO) 2Cu + H2SO4
• 2R-CH-COOH + (CH3COO) 2Pb> (R-CH-COO) 2Pb + CH3COOН

Doświadczenie 4. Odkrycie siarki w białkach

Opis doświadczenia... Około 0,5 ml roztworu octanu ołowiu wlewa się do probówki i dodaje roztwór wodorotlenku potasu aż do rozpuszczenia utworzonego osadu wodorotlenku ołowiu. Około 2-3 ml roztworu białka wlewa się do innej probówki i taką samą objętość otrzymanego roztworu śliwnicy wlewa się. Podgrzewaj mieszaninę do wrzenia przez 2-3 minuty. Pojawienie się ciemnego koloru wskazuje na powstawanie siarczynu ołowiu. Zapisz równania reakcji.