Význam barevných reakcí spočívá v tom, že umožňují detekovat přítomnost proteinu v biologických tekutinách, roztocích a stanovit aminokyselinové složení různých přírodních proteinů. Tyto reakce se používají jak pro kvalitativní, tak pro kvantitativní stanovení bílkovin a aminokyselin, které obsahuje. Některé reakce jsou vlastní nejen proteinům, ale také jiným látkám, například fenol, jako tyrosin, dává Millonovým činidlem růžovo-červenou barvu, takže provedení jedné reakce nestačí ke stanovení přítomnosti proteinu.
Existují dva typy barevných reakcí: 1) univerzální - biuret (pro všechny proteiny) a ninhydrin (pro všechny A-aminokyseliny a proteiny); 2) specifické - pouze pro určité aminokyseliny jak v molekule proteinu, tak v roztocích jednotlivých aminokyselin, např. Follova reakce (pro aminokyseliny obsahující slabě vázanou síru), Millonova reakce (pro tyrosin), Sakaguchiho reakce ( pro arginin) atd.
Při provádění barevných reakcí pro proteiny a aminokyseliny musíte nejprve sestavit následující tabulku:
Barevné reakce na bílkoviny (kvalitativní reakce)
Barevné reakce na proteiny Pokus 1. Biuretová reakce.
Biuretová reakce– kvalita pro všechno bez výjimky veverky, jakož i produkty jejich nekomplet hydrolýza, které obsahují alespoň dva peptidové vazby.
Princip metody. Biuretová reakce je způsobena přítomností v proteinech peptidových vazeb (- CO – NH -), které v alkalickém prostředí tvoří červenofialově zbarvené měďnaté soli se síranem měďnatým (II) komplexy. Biuretovou reakci vyvolávají například i některé nebílkovinné látky biuret(NH2-CO-NH-CO-NH2), oxamid(NH 2 CO-CO-NH 2), řada aminokyseliny (histidin, serin, threonin, asparagin).
Biuretová reakce s glycinem
Pořadí práce.
Stejný objem 10% roztoku se přidá k 1 ml testovaného 1% roztoku proteinu. hydroxid sodný(NaOH) alkálie a poté 2-3 kapky 1% roztoku síran měďnatý(CuS04). zředěný, téměř bezbarvý roztok síranu měďnatého.
Pokud je reakce pozitivní, objeví se fialová barva s červeným nebo modrým nádechem.
Zkušenost 2.Reakcena „volně vázanou síru“.
Princip metody. Jedná se o reakci na cystein a cystin. Během alkalické hydrolýzy se „slabě vázaná síra“ v cysteinu a cystinu poměrně snadno odštěpí, což má za následek vznik sirovodíku, který reakcí s alkálií vytváří sulfidy sodíku nebo draslíku. Když se přidá octan olovnatý, vytvoří se šedočerná sraženina sulfidu olovnatého.
Pořadí práce.
Do zkumavky se nalije 1 ml neředěného kuřecího proteinu, přidají se 2 ml 20% roztoku hydroxidu sodného. Směs opatrně provaříme (aby se směs nevyhodila).
V tomto případě se uvolňuje čpavek, což se projevuje zmodráním vlhkého lakmusového papírku přivedeného k otvoru zkumavky (nedotýkejte se stěny). Vzniklá slabá sraženina se varem rozpustí a poté se přidá 0,5 ml roztoku octanu olovnatého. Je pozorována šedočerná sraženina sulfidu olovnatého:
Chemie reakce:
černý sediment |
1 ml se nalije do zkumavky. přidejte 2 ml neředěného kuřecího proteinu. koncentrovaný alkalický roztok, vložte několik kotlů. Do horkého roztoku se přidá roztok olovnatého sodíku – vznikne žlutohnědé nebo černé zbarvení. (Plumbit sodný se připraví následovně: alkalický roztok se po kapkách přidává do 1 ml octanu olovnatého, dokud se nerozpustí sraženina hydroxidu olovnatého, která původně tvoří sraženinu).
Pokud molekula proteinu obsahuje aminokyseliny obsahující síru (cystin, cystein), postupně se z těchto aminokyselin odštěpuje síra ve formě iontu v oxidačním stavu – 2, jehož přítomnost detekuje iont olova, který tvoří černou nerozpustný sulfid olovnatý s iontem síry:
Pb(CH 3 COO) 2 + 2NaOH Pb(OH) 2 + 2 CH 3 COONa,
Pb(OH)2 + 2NaOH Na2PbO2 + H20,
Na2S + Na2Pb02 + 2H20 PbS + 4NaOH.
Pokus 3. Xantoproteinová reakce proteinů.
Princip metody. Tato reakce se používá k detekci a-aminokyselin obsahujících aromatické radikály. Tyrosin, tryptofan, fenylalanin při interakci s koncentrovanou kyselinou dusičnou tvoří nitroderiváty, které mají žlutou barvu. V alkalickém prostředí poskytují nitroderiváty těchto a-aminokyselin oranžově zbarvené soli. Například želatina, která neobsahuje aromatické aminokyseliny, nedává xantoproteinový test.
Pořadí práce.
Přidejte 0,5 ml koncentrované kyseliny dusičné do 1 ml 10% roztoku kuřecího bílku. V důsledku koagulace bílkovin se v obsahu zkumavky vytvoří bílá sraženina nebo zákal. Po zahřátí se roztok a sraženina zbarví jasně žlutě. V tomto případě je sraženina téměř úplně rozpuštěna v důsledku hydrolýzy. Po vychladnutí přidejte 1–2 ml 20% roztoku hydroxidu sodného (do zbarvení roztoku).
Podívejme se na mechanismus xantoproteinové reakce na tyrosinovém radikálu:
Reakční chemie:
Návrh experimentu: udělejte závěr a napište reakční rovnici.
Pokus 4. Adamkiewiczova reakce (na přítomnost tryptofanu v proteinech).
Princip metody. Proteiny obsahující tryptofan dávají v přítomnosti kyseliny glyoxylové a sírové červenofialovou barvu. Reakce je založena na schopnosti tryptofanu interagovat v kyselém prostředí s aldehydy kyseliny glyoxylové (což je nečistota v koncentrované kyselině octové) za vzniku barevných kondenzačních produktů. Reakce probíhá podle rovnice:
Želatina tuto reakci nedává, protože. neobsahuje tryptofan. Ke zbarvení dochází v důsledku reakce tryptofanu s kyselinou glyoxylovou, která je vždy přítomna v kyselině octové jako nečistota.
Stejnou reakci na tryptofan lze provést za použití formaldehydu místo kyseliny octové, 2,5% roztoku koncentrované H2SO4. Roztok se promíchá a po 2-3 minutách. za stálého třepání přidejte 10 kapek 5% dusitanu sodného. Vzniká intenzivní fialová barva, která je základem pro princip metody reakce.
Pořadí práce.
Nalijte několik kapek neředěného proteinu do zkumavky a přidejte 2 ml. ledová kyselina octová a několik kapek kyseliny glyoxylové. Směs se mírně zahřívá, dokud se vzniklá sraženina nerozpustí, ochladí se a při silném naklonění zkumavky se opatrně nalije podél stěny koncentrovaná H 2 SO 4 tak, aby se obě kapaliny nesmíchaly.
Po 5-10 minutách je na rozhraní mezi dvěma vrstvami pozorován vznik červenofialového prstence.
Pokus 5. Ninhydrinová reakce.
Princip metody. a-Aminokyseliny reagují s ninhydrinem za vzniku modrofialového komplexu (Ruemannův purpur), jehož intenzita barvy je úměrná množství aminokyseliny. Reakce probíhá podle následujícího schématu:
Reakční chemie :
Reakce s ninhydrinem se používá pro vizuální detekci a-aminokyselin v chromatogramech (na papíře, v tenké vrstvě), stejně jako pro kolorimetrické stanovení koncentrace aminokyselin na základě intenzity barvy reakčního produktu.
Produkt této reakce obsahuje radikál (R) původní aminokyseliny, který způsobuje různé barvy: modrou, červenou atd. sloučeniny vznikající reakcí aminokyselin s ninhydrinem.
V současné době je ninhydrinová reakce široce využívána jak pro objevování jednotlivých aminokyselin, tak pro stanovení jejich množství.
Pořadí práce.
Do zkumavky se nalije 1 ml 1-10% zředěného roztoku kuřecího vaječného bílku a 1-2 ml 1% roztoku ninhydrinu v acetonu. Obsah zkumavky se promíchá a opatrně zahřívá ve vodní lázni po dobu 2-3 minut, dokud se neobjeví modrofialové zbarvení indikující přítomnost bílkovin α -aminokyseliny.
Návrh experimentu: udělejte závěr a napište reakční rovnici.
Pokus 6. Sakaguchiho reakce.
Princip metody. Tato reakce na aminokyselinu arginin je založena na interakci argininu s a-naftolem v přítomnosti oxidačního činidla. Jeho mechanismus není dosud zcela objasněn. Zdá se, že reakce probíhá podle následující rovnice:
Vzhledem k tomu, že deriváty chinoniminů (v tomto případě naftochinon), ve kterých je vodík iminoskupiny –NH– nahrazen alkylovým nebo arylovým radikálem, jsou vždy zbarveny žlutočerveně, je zřejmě oranžovočervená barva. roztok během Sakaguchiho reakce se vysvětluje objevením se derivátu naftochinoniminu. Nelze však vyloučit možnost vzniku ještě složitější sloučeniny v důsledku další oxidace zbývajících NH skupin argininového zbytku a benzenového kruhu a-naftolu:
Pořadí práce.
Do 2 ml. Přidejte 2 ml 1% zředěného roztoku kuřecího vaječného bílku. 10% hydroxid sodný (NaOH) a několik kapek 0,2% roztoku alkoholu α -naftol. Obsah zkumavky se dobře promíchá. Poté přidejte 0,5 ml. bromnan sodný (NaBrO) nebo chlornan sodný (chlornan sodný - NaOCl), promíchat. Okamžitě se objeví červená barva, která postupně zesiluje.
Okamžitě přidejte 1 ml 40% roztoku močoviny pro stabilizaci rychle se rozvíjejícího oranžovo-červeného zbarvení.
Tato reakce je typická pro sloučeniny obsahující guanidinový zbytek
NH = C-NH2,
a indikuje přítomnost aminokyseliny argininu v molekule proteinu:
NH = C –NH – (CH 2) 3 –CH –COOH
Návrh experimentu: udělejte závěr a napište reakční rovnici.
Laboratorní práce 15 „Veverky“
Aminokyseliny se nazývají organické sloučeniny obsahující dusík, jejichž molekuly obsahují aminoskupiny a karboxylové skupiny.
Podle vzájemné polohy karboxylových a aminoskupin rozlišují -, b-, g- atd. aminokyseliny. Například,
Nejčastěji se termín „aminokyselina“ používá pro označení karboxylových kyselin, jejichž aminoskupina je v poloze -, tzn. pro - aminokyseliny. Obecný vzorec aminokyselin může být reprezentován následovně:
Podle povahy radikálu (R) se aminokyseliny dělí na alifatické, aromatické a heterocyklické.
Aminokyseliny spolu reagují polykondenzační reakcí, což vede k amidům kyselin. Produkty takové kondenzace se nazývají peptidy. Při interakci dvou aminokyselin vzniká dipeptid:
Vznikající skupina -CO-NH- volal peptidová vazba.
Když dipeptid interaguje s novou molekulou aminokyseliny, získá se tripeptid atd.
Příklady nejjednodušších aminokyselin
Veverky - tyto obsahují dusík vysokomolekulární organické látky se složitým složením a molekulární strukturou. Jsou to přírodní polymery (komplexní polypeptidy), jejichž molekuly jsou sestaveny z aminokyselinových zbytků spojených navzájem amidovou (peptidovou) vazbou.
Jedná se o přírodní polypeptidy s vysokou molekulovou hmotností (od 5-10 tisíc do 1 milionu nebo více). Jsou součástí buněk a tkání všech živých organismů a jsou hlavní složkou naší potravy.
Bílkoviny obsahují uhlík, vodík, kyslík a dusík. V mnohem menším množství může jejich složení obsahovat také síru, fosfor a další prvky. Proteiny jsou velmi nestabilní sloučeniny, což ztěžuje studium jejich fyzikálních a chemických vlastností. Konečnými produkty štěpení bílkovin jsou
b-aminokyseliny. Jejich molekulová hmotnost je velmi velká.
Všechny životní procesy jsou spojeny s proteiny. Slouží jako živiny, regulují metabolismus, působí jako enzymy - metabolické katalyzátory, podporují přenos kyslíku v těle a jeho vstřebávání, hrají důležitou roli ve fungování nervového systému, jsou mechanickým základem svalové kontrakce, podílejí se na přenos genetické informace atd. .
Pokus 1. Koagulace bílkovin při zahřívání.
Skládání bílkovin, tzn. denaturace - proces, kdy protein ztrácí svou přirozenou (nativní) konformaci, obvykle doprovázený ztrátou své biologické funkce. Při denaturaci pod vlivem vnějších faktorů (teplota, mechanické namáhání, působení chemických činidel a řada dalších faktorů) dochází k destrukci sekundární, terciární a kvartérní struktury makromolekuly proteinu. Primární struktura a následně chemické složení proteinu se nemění. Mění se fyzikální vlastnosti: klesá rozpustnost a hydratační schopnost, ztrácí se biologická aktivita. Mění se tvar makromolekuly bílkoviny a dochází ke zvětšení.
K práci použijte kuřecí bílek rozpuštěný ve vodě (jeden bílek na 150 ml vody).
Popis zážitku. Na hořáku zahřejte malé množství proteinového roztoku, dokud se nezačne vařit. Pozoruje se zákal kapaliny. Vzniklá sraženina se nerozpouští ani po ochlazení, ani po zředění vodou, tzn. reakce je nevratná.
Pokus 2. Xantoproteinová reakce
Xantoproteinová reakce ukazuje na přítomnost zbytků aromatických aminokyselin (fenylalanin, tyrosin, tryptofan) v proteinech. Při vystavení koncentrované kyselině dusičné dochází k nitrační reakci aromatických jader za vzniku žlutě zbarvených nitrosloučenin. Při vystavení amoniaku dochází k izomerizaci nitrosloučenin za vzniku intenzivně zbarvených produktů podobných solím.
Popis zážitku. Přidejte 5-6 kapek koncentrované HNO3 do 1 ml roztoku proteinu, dokud se neobjeví bílá sraženina (nebo zákal z proteinu koagulovaného vlivem kyseliny). Po zahřátí se roztok a sraženina zbarví jasně žlutě (sraženina téměř úplně hydrolyzuje a rozpustí se).
Směs se ochladí, přidá se (opatrně, bez třepání) přebytek koncentrovaného vodného amoniaku (nebo louhu) po kapkách, dokud nedojde k alkalické reakci. Sraženina kyselého albuminátu, která vypadne jako první, se rozpustí a kapalina se změní na jasně oranžovou.
Biuretová reakce indikuje přítomnost opakujících se peptidových skupin -CO-NH- v proteinu. To je potvrzeno skutečností, že proteiny dávají fialovou barvu, když jsou vystaveny malému množství roztoku síranu měďnatého v přítomnosti alkálie. Barva je způsobena tvorbou komplexů mědi.
Pokus 3. Biuretová reakce
Popis zážitku. Do zkumavky dejte 1 ml roztoku vaječného bílku, 1 ml roztoku hydroxidu sodného a 1-2 kapky roztoku síranu měďnatého. Kapalina se zbarví do červenofialova (při nízkém obsahu bílkovin přidejte do jejího roztoku v alkálii opatrně 0,5-1 ml roztoku CuSO4, barva se objeví na hranici vrstev). Reakční rovnice:
CuSO4 + 2NaOH > Na2SO4 + Cu(OH)2v
2R - CH - COOH + Cu(OH)2 > (R- CH-COO)2Cu + 2H2O
Pokus 4. Srážení bílkovin se solemi těžkých kovů
Popis zážitku. Vezměte dvě zkumavky a vložte do nich 1 ml roztoku vaječného bílku a pomalu za třepání po kapkách přidávejte do jedné zkumavky nasycený roztok síranu měďnatého a do druhé 20% roztok octanu olovnatého. . Tvoří se sraženiny špatně rozpustných solí podobných proteinových sloučenin. Zkušenosti ilustrují použití bílkovin jako protijed při otravách solemi těžkých kovů. Reakční rovnice:
- 2R - CH - COOH + CuSO4 > (R- CH-COO)2Cu + H2SO4
- 2R-CH-COOH + (CH3COO)2Pb> (R-CH-COO)2Pb + CH3COOH
Pokus 4. Objev síry v proteinech
Popis zážitku. Do zkumavky se nalije asi 0,5 ml roztoku octanu olovnatého a přidává se roztok hydroxidu draselného, dokud se výsledná sraženina hydroxidu olovnatého nerozpustí. Do další zkumavky se nalijí asi 2-3 ml roztoku proteinu a přidá se stejný objem výsledného roztoku olovnice. Směs zahřejte k varu po dobu 2-3 minut. Vzhled tmavé barvy indikuje tvorbu siřičitanu olovnatého. Napište reakční rovnice.
Denaturace bílkovin.
Ukázka pokusů z prezentace „Veverky“:
Srážení bílkovin při zahřívání Srážení bílkovin solemi těžkých kovů
Srážení bílkovin alkoholem
Učitel. Proteiny se vyznačují reakcemi, jejichž výsledkem je tvorba sraženiny. Ale v některých případech se výsledná sraženina rozpustí s přebytkem vody a v jiných dojde k nevratné koagulaci bílkovin, tzn. denaturace. Renaturace- Toto je obrácený proces denaturace.
K čemu může denaturace vést?
Zhoršená antigenní citlivost proteinu;
Blokování řady imunologických reakcí;
Metabolické onemocnění;
Zánět sliznice řady trávicích orgánů (gastritida, kolitida);
Tvorba kamenů (kameny mají bílkovinný základ).
Závěr: Denaturace bílkovin– komplexní proces, při kterém dochází vlivem vnějších faktorů: teploty, působení chemických činidel, mechanického namáhání a řady dalších ke změně sekundárních, terciárních a kvartérních struktur makromolekuly bílkoviny. Primární struktura a následně chemické složení proteinu se nemění. Při denaturaci se mění fyzikální vlastnosti proteinu, snižuje se rozpustnost, ztrácí se biologická aktivita, mění se tvar makromolekuly proteinu a dochází k agregaci.
Hydrolýza bílkovin (z kapitoly „ 8. Chemické vlastnosti proteinů").
Učitel. Hydrolýza bílkovin– to je především zničení jedné z nejdůležitějších úrovní organizace molekuly proteinu. Hydrolýza bílkovin- destrukce primární struktury proteinu působením kyselin, zásad nebo enzymů, což vede ke vzniku α-aminokyselin, ze kterých byl složen.
Barevné reakce na bílkoviny (biuret)
Biuretová reakce
Učitel. Biuretová reakce– reakce na peptidové vazby.
Protein + Cu(OH) 2 → fialová barva roztoku
Kromě biuretové reakce existuje řada barevných reakcí, které umožňují prokázat přítomnost jednotlivých fragmentů molekuly proteinu, například xantoproteinu.
Ukázka zkušeností z prezentace „Veverky“:
Xantoproteinová reakce
Učitel. Xantoproteinová reakce- reakce na aromatické cykly.
Protein + HNO 3 (k) → bílá sraženina → žlutá barva → oranžová barva
Spalováním bílkovin vzniká dusík, oxid uhličitý a voda a také některé další látky. Spalování je doprovázeno charakteristickým zápachem spáleného peří.
Proteiny podléhají rozkladu (pod vlivem hnilobných bakterií), při kterém vzniká metan (CH 4), sirovodík (H 2 S), amoniak (NH 3), voda a další nízkomolekulární produkty.
ZÁVĚR:
PROTEINY– biopolymery nepravidelné struktury, jejichž monomery je 20 aminokyselin různého typu. Chemické složení aminokyselin zahrnuje: C, O, H, N, S. Molekuly bílkovin mohou tvořit čtyři prostorové struktury a vykonávat v buňce a těle řadu funkcí: stavební, katalytickou, regulační, motorickou, transportní atd.
Veverky– základ života na Zemi, jsou součástí kůže, svalové a nervové tkáně, vlasů, šlach a stěn cév u zvířat a lidí; je stavebním materiálem buňky. Roli proteinů lze jen stěží přeceňovat, tzn. život na naší planetě lze skutečně považovat za způsob existence bílkovinných těl, které si vyměňují látky a energii s vnějším prostředím.
Protože protein obsahuje různé funkční skupiny, nelze jej zařadit do žádné z dříve studovaných tříd sloučenin. Spojuje, jako ústřední bod, vlastnosti sloučenin patřících do různých tříd. To v kombinaci se zvláštnostmi jeho struktury charakterizuje protein jako nejvyšší formu vývoje hmoty.
Můžete citovat slova L. Paulinga: „Z dobrého důvodu můžeme říci, že bílkoviny jsou nejdůležitější ze všech látek, které tvoří organismy zvířat a rostlin.“
Ukázka prezentace "veverky"- ZÁVĚRY Výroky o životě a bílkovinách slavných lidí
lidí
"Kdekoli najdeme život, zjistíme, že je spojen s nějakým proteinovým tělem."
Pokyny pro učitele
2. Otázky k chemii k přípravě na seminář musí studenti dostat nejpozději dva týdny před lekcí.
4. Učitel chemie motivuje hodinu, uvažuje o složení a vlastnostech bílkovin. Učitel biologie zobecňuje a aktualizuje poznatky o struktuře molekul bílkovin, jejich funkcích a aplikacích.
5. Na konci hodiny učitelé zhodnotí práci studentů v této hodině. Zařízení: kódové filmy, zpětný projektor, plátno, zpětný projektor, diapozitivy, chemikálie, demonstrační stůl, stoly.
Plán lekce (napsaný na tabuli)
1. Složení a struktura bílkovin.
2. Vlastnosti bílkovin (denaturace, renaturace, hydrolýza, barevné reakce).
3. Funkce proteinu a jeho syntéza v buňce.
4. Aplikace proteinu, umělá syntéza peptidů.
Učitel chemie. Dnes vedeme neobvyklou lekci - pokrývá problémy chemie a biologie zároveň. Účelem naší lekce je systematizovat a prohloubit znalosti na téma „Protein“. Zvláštní pozornost věnujeme studiu bílkovin, protože bílkoviny jsou hlavní složkou veškerého života na Zemi. Vzpomeňte si na výrok F. Engelse o tom, co je život: „Kdekoli se setkáme se životem, zjistíme, že je spojen s nějakým druhem proteinového těla, a kdekoli najdeme jakékoli proteinové tělo, které není v procesu rozkladu, my bez výjimky , setkat se s fenomény života. Život je způsob existence proteinových těl." Žádná látka neplní v těle tak specifické a různorodé funkce jako bílkoviny.
Připomeňme si, jaké sloučeniny se nazývají proteiny. ( Přírodní polymery, jejichž monomery jsou aminokyseliny.)
Studium, který proces pomohl vytvořit strukturu bílkovin? ( Studium hydrolýzy bílkovin.)
Jaký proces se nazývá hydrolýza?
Jaké sloučeniny vznikají při hydrolýze bílkovin?
Jaké sloučeniny se nazývají aminokyseliny?
Kolik aminokyselin známe v přírodě?
Kolik aminokyselin se nachází v bílkovinách?
Učitel chemie předvádí kódový film.
Učitel chemie. Věnujte pozornost poloze aminoskupiny v aminokyselinách. V souladu s polohou aminoskupiny se aminokyseliny, které tvoří proteiny, nazývají a-aminokyseliny. Obecný vzorec kterékoli z těchto aminokyselin lze zapsat takto:
Na kódovém filmu vidíte dvě aminokyseliny, z nichž jedna obsahuje dvě karboxylové skupiny – COOH, druhá – dvě aminoskupiny – NH2. Takové kyseliny se nazývají aminodikarboxylové nebo diaminokarboxylové kyseliny.
Z vašeho kurzu chemie víte o optických izomerech přírodních sloučenin. Téměř všechny bílkoviny obsahují pouze L-aminokyseliny.
Aminokyseliny jsou monomery bílkovin. Mohou se navzájem spojit amidovou (peptidovou) vazbou, která vzniká uvolněním vody – jedná se o kondenzační reakci.
Vytvořme rovnici pro reakci mezi aminokyselinami glycinem a alaninem.
(Studenti pracují samostatně a své výsledky pak porovnávají s nápisem na tabuli nebo pásce.)
Výsledná struktura se nazývá dipeptid. Polymer mnoha aminokyselin se nazývá polypeptid.
Učitel biologie. Pokračujme ve studiu vlastností bílkovin, ale nejprve si odpovíme na následující otázky.
1. Jak můžeme vysvětlit rozmanitost proteinů, které existují v přírodě? ( Rozdíly ve složení aminokyselin a jejich rozdílné pořadí v polypeptidovém řetězci.)
2. Jaké jsou úrovně organizace molekuly proteinu? ( Primární – sekvence aminokyselin; sekundární - A -spirála popř b - skládaná struktura řetězových sekcí; terciární - prostorová struktura proteinu, vzniklá v důsledku interakce aminokyselinových zbytků vzdálených úseků řetězce: globule pro globulární proteiny, vláknitá struktura pro fibrilární proteiny; kvartérní - spojení dvou nebo více samostatných molekul bílkovin.)
3. Jaký typ vazby se vyskytuje mezi aminokyselinami v primární struktuře? Jaký je jiný název pro toto spojení? ( Kovalentní vazba.)
Amidová nebo peptidová vazba. 4. Jaké vazby poskytují především sekundární strukturu molekuly proteinu? (.)
Vodíkové vazby, disulfhydrylové můstky 5. Jaká spojení poskytují terciární strukturu? (.)
Vodíkové vazby, hydrofobní a iontové interakce 6. Jaké vazby poskytují kvartérní strukturu molekuly proteinu? (.)
Elektrostatické, hydrofobní a iontové interakce 7. Uveďte příklad Vámi známého proteinu, který má kvartérní strukturu. (.)
ATPáza, hemoglobin Nyní vyřešíme následující problém ().
přes zpětný projektor je promítán stav úkolu, promítán diapozitiv s krevními nátěry zdravého člověka a pacienta se srpkovitou anémií Onemocnění srpkovitá anémie je doprovázeno nahrazením aminokyselinového zbytku glutamové kyseliny v polypeptidovém řetězci molekuly hemoglobinu valinovým zbytkem. Fragment řetězce normálního hemoglobinu: ––Onemocnění srpkovitá anémie je doprovázeno nahrazením aminokyselinového zbytku glutamové kyseliny v polypeptidovém řetězci molekuly hemoglobinu valinovým zbytkem. Fragment řetězce normálního hemoglobinu: ––glu Liz –. Fragment abnormálního hemoglobinového řetězce: ––Onemocnění srpkovitá anémie je doprovázeno nahrazením aminokyselinového zbytku glutamové kyseliny v polypeptidovém řetězci molekuly hemoglobinu valinovým zbytkem. Fragment řetězce normálního hemoglobinu: ––glu–
(Onemocnění srpkovitá anémie je doprovázeno nahrazením aminokyselinového zbytku glutamové kyseliny v polypeptidovém řetězci molekuly hemoglobinu valinovým zbytkem. Fragment řetězce normálního hemoglobinu: – hřídel glu- kyselina glutamová; –. Fragment abnormálního hemoglobinového řetězce: –– lysin;
– valin). Nakreslete tyto fragmenty jako chemické vzorce..
Fragment řetězce normálního hemoglobinu:
Fragment abnormálního hemoglobinového řetězce:
Z výše uvedeného příkladu vyplývá, že primární struktura molekuly proteinu může určovat všechny její následné úrovně organizace. Změny ve strukturní organizaci proteinu mohou narušit jeho funkce, což v některých případech vede k rozvoji patologie - onemocnění.
Struktura proteinu určuje jeho fyzikálně-chemické vlastnosti, jako je rozpustnost.
Učitel chemie předvádí kódový film.
Klasifikace proteinů podle jejich rozpustnosti
Učitel chemie. Pro udržení své funkční aktivity musí mít proteiny přirozenou (nativní) strukturní organizaci na všech úrovních.
Poruchy v primární organizaci, vedoucí k prasknutí amidové vazby s přidáním molekuly vody, se nazývají hydrolýza bílkovin. Úplnou hydrolýzou se protein rozkládá na aminokyseliny, které ho tvoří.
Porušení sekundární a terciární struktury proteinu, tzn. ztráta jeho přirozené struktury se nazývá denaturace proteinu.
Denaturace bílkovin je způsobena různými faktory: významnými změnami teploty, zvyšováním a snižováním pH prostředí, působením iontů těžkých kovů a některými chemickými sloučeninami, například fenoly.
Učitel chemie předvádí pokusy.
Zkušenost 1. Protein + teplo -->
Zkušenost 2. Protein + fenol --> denaturace (srážení).
Zkušenost 3. Protein + Pb nebo CH 3 COOH --> denaturace (srážení).
Zkušenost 4. Protein + CuSO4 --> denaturace (srážení).
Učitel biologie. K denaturaci dochází v důsledku destrukce vodíkových a disulfidových kovalentních vazeb (nikoli však peptidových vazeb, iontových a hydrofobních interakcí), které zajišťují tvorbu a udržování sekundárních a terciárních struktur proteinu. V tomto případě protein ztrácí své přirozené biologické vlastnosti.
Reakce používané ke stanovení složení látky se nazývají kvalitativní.
Jaké reakce jsou kvalitativní pro bílkoviny?
Učitel chemie předvádí následující pokusy.
Zkušenost 1. Xantoproteinová reakce (nitrace benzenových kruhů aromatických aminokyselin proteinu):
protein (chlazený) + HNO 3 (konc.) + teplo --> žlutá barva
Zkušenost 2. Biuretová reakce (umožňuje určit počet peptidových vazeb):
protein + CuSO 4
+ NaOH --> fialová barva (tuto reakci dává močovina);
CuSO 4
+ NaOH --> Cu(OH) 2
+ Na 2
TAK 4
;
protein + Cu(OH) 2
--> fialové zbarvení.
Je možné rozpoznat glycerol, protein a glukózu pomocí jednoho činidla? Umět! Toto činidlo je hydroxid měďnatý, dává různé barvy roztokům těchto látek:
a) glycerol + Cu(OH) 2
--> jasně modrý roztok;
b) glukóza + Cu(OH) 2
+ ohřev --> červená sraženina;
c) protein + Cu(OH) 2
--> fialové zbarvení.
Učitel biologie. Vyjmenujte funkce polypeptidů, které znáte. ( Konstrukce.
Polypeptidy jsou součástí buněčných stěn hub a mikroorganismů a podílejí se na stavbě membrán. Vlasy, nehty a drápy jsou vyrobeny z keratinového proteinu. Kolagenní protein je základem šlach a vazů. Další důležitou funkcí bílkovin je enzymatická, katalytická.)
Proteiny také zajišťují všechny typy biologické mobility. Kromě toho proteiny plní transportní, hormonální nebo regulační, receptorové, hemostatické, toxigenní, ochranné a energetické funkce Definujte enzymy. (.)
Enzymy jsou proteiny, které mají katalytickou aktivitu, tzn. zrychlení reakcí Všechny enzymy jsou vysoce specifické pro svůj substrát a zpravidla katalyzují pouze jednu velmi specifickou reakci. Podívejte se na schematické znázornění struktury enzymu. ( Učitel biologie předvádí kódový film se schematickým znázorněním enzymu.
) Každý enzym má aktivní místo, ve kterém dochází k chemické přeměně reakčního substrátu. Někdy může existovat několik vazebných míst pro substrát. Struktura vazebného místa je komplementární ke struktuře substrátu, tzn. zapadají do sebe „jako klíč k zámku“. 6
Práci enzymů ovlivňují četné faktory: pH, teplota, iontové složení média, přítomnost malých organických molekul, které se váží na enzym nebo jsou součástí jeho struktury a jinak se nazývají kofaktory (koenzymy). Některé vitamíny, jako je pyridoxin (B 12
).
) a kobalamin (B.
Učitel biologie seznamuje studenty s praktickým využitím enzymů
Klinický význam enzymů
1. Nemoci způsobené nedostatkem enzymů jsou široce známé. Příklady: nestravitelnost mléka (bez enzymu laktázy); hypovitaminóza (nedostatek vitamínů) – nedostatek koenzymů snižuje aktivitu enzymů (hypovitaminóza vitamínu B1 vede k onemocnění beriberi); fenylketonurie (způsobená porušením enzymatické přeměny aminokyseliny fenylalaninu na tyrosin).
2. Stanovení aktivity enzymů v biologických tekutinách má velký význam pro diagnostiku onemocnění. Například virová hepatitida je určena aktivitou enzymů v krevní plazmě.
4. Enzymy se používají k léčbě některých onemocnění. Příklady některých léků na bázi enzymů: pankreatin, festal, lidáza.
Využití enzymů v průmyslu
1. V potravinářském průmyslu se enzymy používají při přípravě nealkoholických nápojů, sýrů, konzerv, uzenin, uzenin.
2. V chovu zvířat se enzymy používají při přípravě krmiv.
3. Enzymy se používají při výrobě fotografických materiálů.
4. Enzymy se používají při zpracování lnu a konopí.
5. Enzymy se používají ke změkčování kůže v kožedělném průmyslu.
6. Enzymy jsou součástí pracích prášků.
Učitel biologie. Podívejme se na další funkce bílkovin. Motorické funkce zajišťují speciální kontraktilní proteiny, mezi které patří například aktin a myozin, které jsou součástí svalových vláken.
Další důležitou funkcí bílkovin je transport. Proteiny například přenášejí ionty draslíku, aminokyseliny, cukry a další sloučeniny přes buněčnou membránu do buňky. Proteiny jsou také intersticiálními nosiči.
Regulací metabolismu v buňkách a mezi buňkami a tkáněmi celého těla plní proteiny hormonální neboli regulační funkci. Například hormon inzulín se podílí na regulaci metabolismu bílkovin i tuků.
Na povrchu buněčných membrán jsou proteinové receptory, které selektivně vážou hormony a mediátory, čímž plní receptorovou funkci.
Homeostatickou funkcí proteinů je tvorba sraženiny při zástavě krvácení.
Některé proteiny a peptidy uvolňované organismy, jako jsou patogeny nebo někteří jedovatí živočichové, jsou toxické pro jiné živé organismy – to je toxikogenní funkce proteinů.
Ochranná funkce bílkovin je velmi důležitá. Protilátky jsou proteiny, které produkuje imunitní systém těla, když je napaden cizím proteinem, bakterií nebo virem. Identifikují „cizince“ a podílejí se na jeho zničení.
Mezi bílkoviny, které slouží jako energetická rezerva, patří například kasein, hlavní bílkovina mléka.
Odpovězte na následující otázky.
2. Co způsobuje odmítnutí transplantovaných orgánů a tkání u pacientů? ( Protilátky, které plní ochrannou funkci, rozpoznávají cizí protein transplantovaných orgánů a způsobují reakce jeho odmítnutí.)
3. Proč z vařených vajec nikdy nevznikne kuře? ( Vaječné bílky nenávratně ztratily svou původní strukturu v důsledku tepelné denaturace.)
4. Proč se hmotnost masa a ryb po tepelné úpravě snižuje? ( Při tepelné úpravě dochází k denaturaci bílkovin masa nebo ryb. Bílkoviny se stávají prakticky nerozpustné ve vodě a vzdávají se významné části vody, kterou obsahují, zatímco hmotnost masa klesá o 20–40 %.)
5. Co naznačuje tvorba „vloček“ nebo zákal vývaru při vaření masa? ( Pokud je maso ponořeno do studené vody a zahříváno, přecházejí do vody rozpustné bílkoviny z vnějších vrstev masa. Během vaření se denaturují, což má za následek tvorbu vloček, pěny, která vyplave na hladinu vody, nebo jemné suspenze, která zakalí roztok.)
Všechny molekuly bílkovin mají omezenou životnost – časem se rozpadají. Proto se bílkoviny v těle neustále obnovují. V tomto ohledu si připomeňme základy biosyntézy bílkovin. Odpovězte na následující otázky.
1. Kde v buňce probíhá syntéza bílkovin? ( Na ribozomech.)
2. Ve které buněčné organele je uložena informace o primární struktuře proteinu? ( V chromozomech je nosičem informace DNA.)
3. Co se rozumí pojmem „gen“? ( Nukleotidová sekvence kódující syntézu jednoho proteinu.)
4. Jak se nazývají hlavní fáze biosyntézy bílkovin? ( Přepis, vysílání.)
5. Z čeho se skládá transkripce? ( Jedná se o čtení informací z DNA syntetizací messenger RNA, která je komplementární ke čtené oblasti DNA.)
6. V jaké části buňky probíhá přepis? ( V jádru.)
7. Z čeho se vysílání skládá? ( Jedná se o syntézu proteinu z aminokyselin v sekvenci zaznamenané v mRNA; dochází k němu za účasti transportních tRNA, které dodávají odpovídající aminokyseliny do ribozomu.)
8. V jaké části buňky probíhá překlad? ( V cytosolu, na ribozomech, v mitochondriích.)
Biosyntéza bílkovin probíhá v těle po celý život, nejintenzivněji v dětství. Intenzitu syntézy bílkovin lze v některých případech upravit. Působení mnoha antibiotik je založeno na potlačení syntézy proteinů, včetně bakterií, které způsobují onemocnění. Například antibiotikum tetracyklin zabraňuje vazbě tRNA na ribozomy.
Poslechněme si stručná sdělení o proteinových lécích používaných v moderní medicíně.
Antihistaminika
Moderní uspěchané životní tempo je doprovázeno nárůstem počtu nemocí, jako je infarkt, hypertenze, obezita a všechny druhy alergií. Alergie je nadměrná citlivost těla na specifické vnější dráždivé látky. Všechna tato onemocnění se vyznačují zvýšenou hladinou histaminu v krvi. Histaminy jsou látky vzniklé dekarboxylací aminokyseliny histidinu. Antihistaminika interferují s touto reakcí a hladiny histaminu se snižují.
Interferon
V procesu evoluce, v boji proti virům, si zvířata vyvinula mechanismus pro syntézu ochranného proteinu interferonu. Program pro tvorbu interferonu, jako každý protein, je zakódován v DNA v buněčném jádře a spouští se poté, co jsou buňky infikovány virem. Ochlazení, nervový šok a nedostatek vitamínů v potravě vedou ke snížení schopnosti produkovat interferon. V současné době se interferonové přípravky pro lékařské účely vyrábějí z leukocytů z krve dárců nebo pomocí genetického inženýrství. Interferon se používá k prevenci a léčbě virových infekcí - chřipky, herpesu a také zhoubných novotvarů.
Inzulín
Inzulin je protein skládající se z 51 aminokyselin. Uvolňuje se v reakci na zvýšenou hladinu glukózy v krvi. Inzulín řídí metabolismus sacharidů a způsobuje následující účinky:
– zvýšení rychlosti přeměny glukózy na glykogen;
– urychlení přenosu glukózy přes buněčné membrány ve svalech a tukové tkáni;
– zvýšená syntéza bílkovin a lipidů;
– zvýšení rychlosti syntézy ATP, DNA a RNA.
Inzulín je k životu nezbytný, protože je jediným hormonem, který snižuje koncentraci glukózy v krvi. Nedostatečná sekrece inzulínu vede k metabolické poruše známé jako diabetes mellitus. Inzulinové přípravky se získávají ze slinivky břišní skotu nebo pomocí genetického inženýrství.
Učitel chemie. Inzulín byl první protein, jehož primární struktura byla dešifrována. Trvalo téměř 10 let, než bylo stanoveno pořadí aminokyselin v inzulínu. V současné době byla dešifrována primární struktura velmi velkého počtu proteinů, včetně těch s mnohem složitější strukturou.
Syntéza bílkovinných látek byla nejprve provedena na příkladu dvou hormonů hypofýzy (vazopresinu a oxytocinu).
Nakonec učitelé dávají studentům známky za jejich práci v hodinách chemie a biologie.
proteiny, ze kterých ... jsou postaveny.
Ve struktuře proteinu jsou... struktury.
Funkce bílkovin v těle...
proteiny; a-aminokyselinové zbytky.
S, N, O, N, S.
Deset tisíc, miliony.
Voda, roztoky solí, kyseliny; alkálie.
Tkáně živých organismů: kůže, šlachy, svaly, nehty, vlasy.
Primární, sekundární, terciární, kvartérní.
Stavební, katalytické, pohonné, dopravní, ochranné, energetické.
Kritéria pro hodnocení:
"5" - všechny odpovědi jsou správné; "3" - 3 nesprávné odpovědi;
"4" - 1-2 nesprávné odpovědi; "2" - 4 nebo více nesprávných odpovědí.
Základní shrnutí:
Proteiny jsou komplexní vysokomolekulární přírodní sloučeniny postavené z α - aminokyselinových zbytků spojených peptidovými (amidovými) vazbami - CO - NH -.
Počet aminokyselinových zbytků obsažených v molekulách bílkovin je různý: inzulín - 51, myoglobin - 140. Mr (protein) = od 10 000 do několika milionů.
Mr (vaječný bílek) = 36 000; Mr (svalová bílkovina) = 1 500 000.
Hemoglobin (C738H1166O208N203S2Fe) 4.
Proteinové struktury.
Hlavní- sekvence střídání aminokyselinových zbytků (všechny vazby jsou kovalentní, pevné).
Sekundární- tvar polypeptidového řetězce v prostoru (nejčastěji spirála). Proteinový řetězec je stočený do spirály (díky mnoha vodíkovým můstkům). Terciární- skutečná trojrozměrná konfigurace, kterou zaujímá stočená šroubovice v prostoru (díky hydrofobním vazbám), některé mají S - S - vazby (bisulfidové vazby).
Kvartérní- proteinové makromolekuly navzájem spojené.
Chemické vlastnosti
1) hydrolýza(při zahřívání roztoky kyselin, zásad, působením enzymů)
H2N – CH2 – C –: N – CH – C –: N – CH – C = O → H2N – CH2 – C = O +
H2O CH2 H2O CH2OH OH
| | glycin
tripeptid
H2N – CH – C = O + H2N – CH – C = O
serinový cystein
Hydrolýza bílkovin je redukována na hydrolýzu polypeptidových vazeb. Trávení bílkovin také souvisí s tímto:
protein ↔ aminokyseliny → krev do všech buněk a tkání těla.
2) denaturace - narušení přirozené struktury proteinu (pod vlivem tepla a chemických činidel)
3) amfoterita:
Vlastnosti kyselin
|__________ vlastnosti bází
4) proteinové barevné reakce- kvalitativní reakce
a) xantoproteinová reakce.
Protein + HNO3 konc. → žlutá barva
b) biuretová reakce.
Protein + Cu (OH) 2 ↓ → fialový roztok.
c) spalování- zápach spáleného peří.
Závěr: kvalitativní reakce pro bílkoviny jsou reakce s koncentrovanou kyselinou dusičnou (žlutá barva), s čerstvě vysráženým hydroxidem měďnatým (fialový roztok) a spálením bílkovin (zápach spáleného peří).
Role proteinů v buňce.
1. Stavební materiál - tvorba obalu, organel a membrán buňky. Staví se krevní cévy, šlachy a vlasy.
2. Katalytická úloha – všechny buněčné katalyzátory jsou proteiny.
3. Motorická funkce – kontraktilní proteiny způsobují jakýkoli pohyb.
4. Transportní funkce - krevní bílkovina hemoglobin váže kyslík a rozvádí jej do všech tkání.
5. Ochranná role - tvorba proteinových tělísek protilátek k neutralizaci cizorodých látek.
6. Energetická role: 1 g bílkovin → 17,6 kJ.