3. Строение и свойства биополимеров

Лабораторная работа № 5. Строение и свойства аминокислот, пептидов и белков.

Цель работы: Научиться экспериментально доказывать наличие функциональных групп в аминокислотах, пептидной связи и индивидуальных аминокислот в белках; определять степень набухания биополимеров и изоэлектрическую точку белков.

Реактивы: 1 %-ный раствор глицина, 1 %-ные растворы яичного белка и желатина; 5 %-ный раствор нитрита натрия, 5 %-ный раствор сульфата меди (II), 10 %-ный раствор гидроксида натрия, 10 %-ный раствор ацетата свинца (II); концентрированная уксусная кислота; индикатор метиловый красный.

Опыт 5.1. Реакция аминокислот с хлоридом железа (III).

К 1 мл 5 %-ного раствора глицина добавляют 0,5 мл 5 %-ного раствора хлорида железа (III). Раствор слегка нагревают до изменения окраски.

Уравнение реакции:

Опыт 5.2. Реакция глицина с азотистой кислотой.

В пробирку поместите 0,5 мл 1 %-ного водного раствора глицина и равный объем 5 %-ного водного раствора нитрита натрия. Добавьте 2 капли концентрированной уксусной кислоты и осторожно взболтайте смесь. Наблюдается выделение газа.

Уравнения реакций:

NаNО₂ + СH₃СООН  НNO₂ + СH₃СООNа

Н₂N–CH₂–СООН + НNO₂  ОН–CH₂–СOOH + N₂ + Н₂О

^{глицин гидроксиуксусная кислота}

Опыт 5.3. Биуретовая реакция на пептидную связь.

В 2 пробирки поместите по 0,5 мл раствора яичного белка и желатина; добавьте равный объем 10 %-ного водного раствора гидроксида натрия и 1 - 2 капли раствора сульфата меди(II). Наблюдается появление красно-фиолетовой окраски.

Опыт 5.4. Ксантопротеиновая реакция белков.

В 2 пробирки поместите по 1,0 мл раствора яичного белка и желатина; добавьте 0,25 мл концентрированной азотной кислоты, осторожно нагрейте, все время встряхивая. Раствор и осадок окрашиваются в желтый цвет. Охладив пробирку, осторожно добавьте 0,25 мл 10 %-ного водного раствора гидроксида натрия до появления ярко-оранжевой окраски.

Опыт 5.5. Реакция на наличие серусодержащих - аминокислот.

В 2 пробирки поместите по 1,0 мл раствора яичного белка и желатина; добавьте вдвое больший объем 10 %-ного раствора гидроксида натрия; перемешайте, нагрейте до кипения (1 - 2 мин). К полученному щелочному раствору добавьте 0,5 мл 10 %-ного раствора ацетата свинца (II) и вновь прокипятите. Наблюдается появление серо-черного осадка (реакция Фоля).

Контрольные вопросы

1. Хорошо ли растворяются аминокислоты в воде? Ответ поясните. Почему водные растворы моноаминокислот имеют практически нейтральную реакцию?

2. Каким образом связаны остатки -аминокислот в белковых молекулах? Можно ли с помощью биуретовой реакции отличить раствор аминокислоты от раствора белка?

3. Напишите схему синтеза трипептида, образованного аланином, глицином и лейцином.

4. О наличии каких аминокислот в белках и полипептидах свидетельствует реакция Фоля? А ксантопротеиновая реакция?

5. В каком из растворителей: воде, спирте, толуоле, физиологическом растворе – желатин будет набухать, а в каком – нет?

Лабораторная работа № 6. Строение и свойства углеводов.

Цель работы: изучить основные химические свойства моно- и полисахаридов.

Реактивы: 1 %-ные растворы глюкозы, сахарозы, лактозы, фруктозы; 10 %-ные растворы гидроксида натрия и серной кислоты; 2 %-ный раствор сульфата меди (II); раствор йода; реактив Селиванова (0,5 % раствор резорцина в 20 %-ном водном растворе НС1); этиловый спирт; 0,5 %-ный раствор крахмала

Опыт 6.1. Моно- и дисахариды как восстановители.

6.1.1. В три пробирки поместите по 1,0 мл 1 %-ного раствора глюкозы, сахарозы и лактозы соответственно; добавьте в каждую пробирку 1 мл 10 %-ного раствора гидроксида натрия и 0,25 мл раствора CuSO₄. Осторожно нагрейте над пламенем горелки так, чтобы грелась только верхняя часть раствора (не кипятить). Отметьте наблюдаемые изменения.

Уравнение реакции:

6.1.2. В пробирку наливают 3 мл аммиачного раствора оксида серебра (реактива Толленса) и добавляют 1,5 мл 1 %-ного раствора глюкозы. Пробирку нагревают на водяной бане при температуре 70 - 80 °С, наблюдают выделение металлического серебра на стенках пробирки («серебряное зеркало»). Если пробирка была недостаточно чистой или во время нагревания сильно встряхивалась, серебро выпадает в виде черного осадка.

По такой же методике проводят реакцию аммиачного раствора оксида серебра с 1 %-ным раствором фруктозы, наблюдают образование «серебряного зеркала». При нагревании кетоз в щелочной среде происходит их изомеризация с образованием эпимерных альдоз, легко окисляющихся реактивом Толленса.

Уравнение реакции:

У равнение реакции:

Опыт 6.2. Реакция на кетогексозы (реакция Селиванова).

В одну пробирку поместите 1,0 мл 1 %-ного раствора фруктозы, в другую – столько же 1 %-ного раствора глюкозы, добавьте в обе пробирки по 1 мл реактива Селиванова. Осторожно нагрейте над пламенем горелки. В лабораторном журнале отметьте наблюдаемые изменения.

Опыт 6.3. Качественная реакция на крахмал.

В пробирку поместите 0,5 мл 0,5 %-ного раствора крахмала и 1 каплю разбавленного раствора йода. Раствор окрашивается в синий цвет. При нагревании он обесцвечивается; при охлаждении окраска восстанавливается.

Опыт 6.4. Кислотный гидролиз крахмала.

В пробирку поместите 0,5 мл 0,5 %-ного раствора крахмала. Добавьте 1 мл 10 %-ного раствора серной кислоты и поместите пробирку в кипящую баню. Мутный раствор крахмала становится прозрачным примерно через 20 мин. Поместите 2 - 3 капли гидролизата в пробирку и добавьте 1 каплю разбавленного раствора йода в йодиде калия. Если проба не дает положительной йодкрахмальной реакции (синего окрашивания), добавьте в пробирку 0,5 мл 10 %-ного гидроксида натрия для создания щелочной среды. Затем добавьте 1 каплю 2 %-ного раствора сульфата меди (II). Будет ли положительной проба Троммера?

Схема гидролиза крахмала:

Крахмал (С₆Н₁₀О₅)_n  амилодекстрины  эритродекстрины 

 ахродекстрины  n/2 С₁₂Н₂₂О₁₁ (мальтоза)  n С₆Н₁₂О₆ (D-глюкоза)

Контрольные вопросы

1. Какая функциональная группа глюкозы проявляет восстанавливающие свойства?

2. Какие свойства глюкозы проявляются в реакции «серебряного зеркала»? На чем основано определение глюкозы в биологических жидкостях?

3. По какому признаку дисахариды делят на восстанавливающие и невосстанавливающие?

4. Напишите реакцию гидролиза мальтозы, являющейся структурной единицей крахмала. В какой среде происходит эта реакция? Какой моносахарид получается в результате полного гидролиза крахмала?

5. Объясните, почему положительная проба Троммера свидетельствует о полном гидролизе крахмала.

Лабораторная работа № 7. Нуклеиновые кислоты и их структурные компоненты.

Цель работы: научиться осуществлять гидролиз биоорганических фракций, содержащих нуклеопротеины, идентифицировать компоненты нуклеопротеинов в гидролизате фракций.

Реактивы: концентрированный раствор аммиака; 1 М раствор гидроксида натрия; 10 %-ный раствор сульфата меди (II); 10 %-ный раствор нитрата серебра; насыщенный раствор молибдата аммония; 1 М растворы серной и азотной кислот.

Опыт 7.1. Гидролиз фракции, содержащей нуклеопротеины

В широкую и длинную пробирку для гидролиза помещают 0,5 г пекарских дрожжей, добавляют 10 мл 1 М раствора серной кислоты. Пробирку закрывают пробкой с обратным холодильником и кипятят в течение 60 мин. Затем содержимое пробирки охлаждают до комнатной температуры и фильтруют через бумажный фильтр.

Опыт 7.2. Качественные реакции на компоненты нуклеопротеинов в гидролизате фракции.

7.2.1. В пробирку помещают 0,5 мл фильтрата гидролизата и проводят биуретовую реакцию (оп. 5.3.), записывают результат.

7.2.2. В пробирку помещают 0,5 мл фильтрата гидролизата, добавляют 2 капли концентрированного раствора аммиака, 0,5 мл 10 %-ного раствора нитрата серебра. Через 5 мин наблюдают образование рыхлого бурого осадка. Эта реакция доказывает наличие в растворе пуриновых оснований.

7.2.3. В пробирку помещают 0,5 мл фильтрата гидролизата, добавляют 0,5 мл 1 М раствора гидроксида натрия и 0,25 мл 10 %-ного раствора сульфата меди (II). Наблюдают появление мелкодисперсного осадка. Содержимое пробирки нагревают до кипения.

7.2.4. В пробирку помещают 0,5 мл фильтрата гидролизата, 2 мл насыщенного раствора молибдата аммония и 1 мл раствора азотной кислоты. Смесь перемешивают и кипятят 3 - 5 мин. Наблюдают появление лимонно-желтой окраски. Эта реакция доказывает наличие в растворе фосфорной кислоты.

Контрольные вопросы

1. Напишите формулы азотистых оснований, входящих в состав РНК и ДНК. Каковы функции РНК и ДНК в живых организмах?

2. Какие таутомерные формы возможны для урацила и какая из форм участвует в образовании нуклеозида уридина?

3. Какие связи обусловливают первичную и вторичную структуру нуклеиновых кислот?

4. Напишите строение участка РНК с последовательностью оснований: аденинурацилцитозин.

Лабораторная работа № 8. Изучение свойств липидов и их структурных компонентов.

Цель работы: научиться экспериментально доказывать наличие в липидах основных структурных компонентов; определять степень насыщенности высших жирных кислот; осуществлять омыление жиров.

Реактивы: растительные масла; бромная вода; 35 %-ный раствор NaOH.

Опыт 8.1. Определение степени ненасыщенности высших жирных кислот.

В пробирку поместите 1,0 мл бромной воды и 0,5 мл подсолнечного масла (содержит большое количество непредельных жирных кислот), перемешайте; происходит обесцвечивание бромной воды:

У равнение реакции:

Степень ненасыщенности жиров количественно определяют по количеству присоединенного галогена (йода, брома) по месту двойных связей.

Опыт 8.2. Изомеризация олеиновой кислоты.

В пробирку помещают 1 мл олеиновой кислоты, немного медных стружек и 1,5 мл концентрированной азотной кислоты. Содержимое пробирки энергично встряхивают и оставляют в штативе под тягой. Наблюдают выделение оксида азота (IV) бурого цвета, образующегося в результате взаимодействия концентрированной азотной кислоты с медью. Оксиды азота являются катализаторами процесса изомеризации олеиновой кислоты в элаидиновую. Вспенившаяся масса олеиновой кислоты (цис-изомер) в течение 1 ч затвердевает вследствие образования твердой элаидиновой кислоты (транс-изомер):

Уравнение реакции:

Контрольные вопросы

1. Что такое липиды? Их классификация.

2. Что такое жиры? От каких факторов зависит агрегатное состояние жиров?

3. Перечислите биологические функции жиров.

4. К какому типу (присоединение, замещение или др.) относится реакция подсолнечного масла с бромной водой?

5. Приведите уравнения взаимодействия диолеолинолеина с бромной водой и с перманганатом калия.