Исследовательская работа по химии

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ
ЮГО-ВОСТОЧНОЕ ОКРУЖНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ
Государственное бюджетное образовательное учреждение
города Москвы центр образования № 1439
Изучение аминокислотного состава
различных белков
Исследовательская работа по химии
Автор: Перпелиев Николай 11 класс
Научный руководитель:
Погонина Елена Николаевна
учитель химии ГБОУ ЦО № 1439
Консультант:
Лисицына Алла Анатольевна
доцент кафедры органической химии МГАВМиБ
Москва
2012
Изучение аминокислотного состава различных белков
Оглавление.
1. Введение
2
2. Глава I. Литературный обзор
3-6
2.1 Что же такое белки?
3
2.2 Функции белков
3-4
2.3 Обмен веществ
5-6
3. Глава II. Белково-энергетическая недостаточность
7-8
4. Глава III. Собственные исследования
9
5. Результаты работы. Выводы
10
6. Список литературы
12
7. Приложения
13-15
-1-
Изучение аминокислотного состава различных белков
Введение.
Белок – это обязательная составляющая всех тканей человеческого
организма. Для того чтобы рос ребенок, ему нужны белки. Для того чтобы в
организме взрослого человека шел процесс обновления тканей, который должен
идти постоянно, тоже необходимы белки. Чем различаются разные виды белков?
Какие из них нужны, а без каких можно обойтись?
Белки нужны всем и всегда, независимо от возраста и сферы деятельности.
Но если человек подвергается тяжелым физическим нагрузкам или если организм
растет, то белка ему нужно больше. В человеческом организме есть запасы
многих веществ, но запасов белка почти нет. Именно поэтому белки должны быть
в Вашем меню всегда.
Роль и функции белков нельзя считать полностью установленными, но и
того, что известно, достаточно, чтобы определять белки как первостепенные по
значимости молекулы.
Цель исследования:
Изучение аминокислотного состава и определение полноценности различных
белков.
Задачи исследования:
1) Изучить качественные реакции на белки и аминокислоты
2) Провести испытание различных белков на полноценность.
-2-
Изучение аминокислотного состава различных белков
Глава I. Литературный обзор
Что же такое белки?
Белки — сложные полимеры, состоящие из мономеров, — аминокислот.
Белки, в отличие от жиров и углеводов, относятся к азотсодержащим
соединениям. В качестве мономеров из большого числа существующих
аминокислот живые организмы используют только 20.
Некоторые аминокислоты могут синтезироваться в организме. Это так
называемые «заменимые» аминокислоты. Эти аминокислоты в организме могут
образовываться из промежуточных продуктов углеводного и жирового обмена
или переходить одна в другую.
Аминокислоты — аргинин, гистидин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин,
фенилаланин, треонин, триптофан и валин в организме не синтезируются.
Поэтому их называют «незаменимые» аминокислоты. Они должны обязательно
поступать в организм с пищей.
Функции белков:
Защитная функция белков
Защищающая организм от вредного воздействия бактерий, микробов,
вирусов и токсинов, иммунная система организма запускает механизм синтеза
антител,
специфических
защитных
белков.
Взаимодействие
антител
с
чужеродными веществами способствует нейтрализации их биологического
действия. Не менее важной защитной функцией белков является механизм
свертывания крови. В данном случае свертывание белка плазмы крови
фибриногена приводит к образованию сгустка крови и защищает организм от
потери крови.
Каталитическая (ферментативная) функция белков
Все известные биологические катализаторы – ферменты являются белками.
-3-
Изучение аминокислотного состава различных белков
Ферменты регулируют скорость химических реакций, протекающих в организме,
снижают энергию активации химических реакций, способствуя преодолению
энергетических
барьеров
взаимодействующими
молекулами.
Поэтому
в
организме происходят химические реакции, невозможные в окружающей
внешней среде.
Транспортная функция белков
Гемоглобин, белок крови, является главным «транспортным средством» для
переноски кислорода. Многие другие виды белков путем образования соединений
с жирами, а также некоторыми элементами, гормонами и витаминами,
обеспечивают их доставку к нуждающимся тканям и органам.
Питательная (запасная) функция белков
Так называемые резервные белки, к которым относят белок яйца (альбумин)
и белок молока (казеин) являются источниками питания для развития плода.
Гормональная функция белков
Многие гормоны, регулирующие обмен веществ в организме, являются
белками или их соединениями.
Строительная функция
Белок
коллаген
является
основным
структурным
компонентом
соединительной ткани; кератин - в волосах, ногтях и коже; эластин - в стенках
сосудов.
Двигательная (сокращающая) функция белков
Белки мышечной ткани актин и миозин играют основную роль в процессах
сокращения и расслабления мышечных тканей.
-4-
Изучение аминокислотного состава различных белков
Обмен веществ
После
расщепления
белков
в
пищеварительном
тракте
образовавшиеся аминокислоты всасываются в кровь. В кровь всасывается также
незначительное
нескольких
количество
полипептидов
-
соединений,
состоящих
из
аминокислот. Из аминокислот клетки нашего тела синтезируют
белок.
Образование нового белка в организме человека и животных идет
беспрерывно, так как в течение всей жизни взамен отмирающих клеток крови,
кожи, слизистой оболочки, кишечника и т. д. создаются новые, молодые
клетки. Для того чтобы клетки организма синтезировали белок, необходимо,
чтобы белки поступали с пищей в пищеварительный канал, где они подвергаются
расщеплению на аминокислоты, и уже из всосавшихся аминокислот будет
образован белок.
Если же, минуя пищеварительный тракт, ввести белок непосредственно
вкровь, то он не только не может быть использован человеческим организмом,
он вызывает ряд серьезных осложнений. На такое введение белка организм
отвечает резким повышением температуры и некоторыми другими явлениями.
При повторном введении белка через 15-20 дней может наступить даже смерть
при параличе дыхания, резком нарушении сердечной деятельности и общих
судорогах.
Белки не могут быть заменены какими-либо другими
пищевыми
веществами, так как синтез белка в организме возможен только из аминокислот.
Для того чтобы в организме мог произойти синтез присущего ему белка,
необходимо поступление всех или наиболее важных аминокислот.
Из известных аминокислот не все имеют одинаковую ценность для
организма. Среди них есть аминокислоты, которые могут быть заменены
другими или синтезированными в организме из других аминокислот; наряду с
-5-
Изучение аминокислотного состава различных белков
этим есть и незаменимые аминокислоты, при отсутствии которых или даже
одной из них белковый обмен в организме нарушается.
Белки не всегда содержат все аминокислоты: в одних белках содержится
большее количество необходимых организму аминокислот, в других незначительное. Разные белки содержат различные аминокислоты и в разных
соотношениях.
Белки,
в
состав
аминокислоты,называются
которых
входят
полноценными;
все
белки,
необходимые
не
содержащие
необходимых аминокислот, являются неполноценными белками.
-6-
организму
всех
Изучение аминокислотного состава различных белков
Глава II. Белково-энергетическая недостаточность.
При
недостаточном
поступлении
белков
и
энергии
уменьшаются
безжировая масса тела и количество жировой ткани, причем одно из этих
изменений может быть более выраженным.
Белковая недостаточность - патологическое состояние, развивающееся
вследствие сокращения или прекращения поступления в организм белков. Может
быть обусловлена также усиленным распадом белка в организме, например при
ожоговой болезни, тяжелой травме. В развивающихся странах белковоэнергетическая недостаточность встречается часто; в периоды голода ее
распространенность может достигать 25%.
Первичная белково-энергетическая недостаточность возникает в тех
случаях, когда социально-экономические факторы не позволяют обеспечить
достаточное количество и качество пищи - в частности, если в пищу
употребляются в основном растительные белки с низкой биологической
ценностью. Играет роль и высокая распространенность инфекций.
Белковая недостаточность усугубляется при недостаточном поступлении
энергии, поскольку в этом случае аминокислоты пищи используются не для
синтеза белка, а окисляются для получения энергии.
В развивающихся странах у детей встречаются 2 формы белковоэнергетической недостаточности: маразм и квашиоркор.
Маразм характеризуется задержкой роста, атрофией мышц (вследствие
утилизации белка) и подкожной клетчатки; отеки отсутствуют. Заболевание
обусловлено недостаточным поступлением и белков, и энергии.
-7-
Изучение аминокислотного состава различных белков
При квашиоркоре (изолированная белковая недостаточность) наблюдаются
задержка
роста,
отеки,
гипоальбуминемия,
жировая
дистрофия
печени.
Подкожная клетчатка сохранена.
И у взрослых, и у детей могут встречаться смешанные формы; различия
между белково-энергетической и изолированной белковой недостаточностью не
имеют большого клинического значения.
В развитых странах чаще всего наблюдается
энергетическая
недостаточность,
развивающаяся
на
вторичная белковофоне
острых
или
хронических заболеваний. Причинами служат снижение аппетита, повышение
основного обмена, нарушение всасывания, алкоголизм и наркомания; у пожилых депрессия, одиночество, бедность. У половины госпитализированных пожилых
истощение уже имеется на момент поступления в стационар или развивается в
период госпитализации.
Первичная и вторичная белково-энергетическая недостаточность могут
сочетаться. Так, при недостаточном питании характерные для инфекций
повышение основного обмена и снижение аппетита быстрее приводят к
появлению клинических признаков истощения, чем при нормальном питательном
статусе.
Изолированная белково-энергетическая недостаточность встречается редко.
Обычно она сопровождается дефицитом других компонентов пищи: фолиевой
кислоты, витамина В1, витамина В2 и витамина В6, никотиновой кислоты,
витамина A. При белково-энергетической недостаточности у детей особенно
опасен авитаминоз A. При прогрессировании заболевания и утилизации
клеточных белков происходит потеря внутриклеточных калия, фосфора и магния,
причем эта потеря пропорциональна экскреции азота. Поэтому на фоне
восстановления питательного статуса могут проявиться симптомы дефицита этих
веществ.
-8-
Изучение аминокислотного состава различных белков
Глава III. Собственные исследования.
Материалы для исследования:
1% вытяжки белковых продуктов, 1% раствор химически обработанной
шерсти, соответствующие реакциям реактивы.
Опыт 1. Биуретоваяреакция (см. приложение 1)
В щелочной среде белки и полипептиды дают фиолетовое или краснофиолетовое окрашивание с солями меди. Окраска раствора зависит от длины
пептида и варьирует от розовой (короткие цепи) до сине-фиолетовой (длинные
цепи).
Опыт 2. Нингидриновая реакция (см. приложение 1)
Для проведения нингидриновой реакции мы использовали 0,5%-ный водный
раствор нингидрина.
В результате дезаминированияα-аминокислот нингидрин
(окисленная и восстановленная формы) с выделившимся аммиаком
образует
конденсированное соединение ярко-синего цвета. Эта реакция используется для
наличия α-аминокислот – структурных единиц белка.
Опыт 3. Ксантопротеиновая реакция (см. приложение 1)
Ксантопротеиновая (xanthos [греч.] – желтый) реакция обнаруживает в
белках ароматические аминокислоты: триптофан, фенилаланин, тирозин – за счёт
замещения атома (-ов) водорода бензольного кольца на нитрогруппу (-ы).
Опыт 4. Реакция Миллона (см. приложение 1)
При добавлении к раствору белка реактива Миллона (раствор ртути в
азотной кислоте) и при кипячении образуется характерный мясо-красный осадок
ртутной соли динитротирозина.
Опыт 5. Реакция Фоля (см. приложение 1)
Для выявления серосодержащих аминокислот мы использовали реакцию
Фоля. При нагревании белка в сильно- щелочной среде сера цистеина и цистина,
связанная относительно слабо, отщепляется в виде сероводорода, который
реагирует со щелочью, образуя с солями свинца продукт буро-чёрного
окрашивания.
-9-
Изучение аминокислотного состава различных белков
Результаты работы
Полноценные белки
Белок
Биурето-
Нингидри- Ксантопро- Миллона Фоля
Полно-
вая
новая
ценный/
теиновая
Неполноценный
Белок
+
+
+
+
+
П
Творог
+
+
+
+
+
П
Молоко
+
+
+
+
+
П
Кукуруза
+
+
+
+
+
П
Горох
+
+
+
+
+
П
Белый
+
+
+
+
+
П
+
+
+
+
+
П
Фоля
куриного
яйца
гриб
Гречка
Неполноценные белки
Белок
Биурето- Нингид-
Ксанто-
Мил-
вая
протеино-
лона
риновая
Полноценный/
вая
Неполноценный
Желатин
+
+
+
+
-
Н
Кератин
+
+
-
-
+
Н
- 10 -
Изучение аминокислотного состава различных белков
ВЫВОДЫ:
 Белки молока, творога, куриных яиц, гороха, кукурузы и белых грибов
дают все качественные реакции на
основные группы аминокислот, т.е.
являются полноценными или близкимик полноценным и представляют
интерес с точки зрения питания.
 В
растворе
желатина,
шерсти
не
обнаружены
основные
группы
аминокислот, а значит, данные белки не представляют интерес с точки
зрения питания.
- 11 -
Изучение аминокислотного состава различных белков
Список литературы.
1. Белоновский А.С., Лисицына А.А. Биологическая химия с основами
физической и коллоидной химии. – Москва, СГОУ ВПО МГАВ, М.:2010,
стр. 146.
2. Гроссе Э., Вайсмантель Х. Химия для любознательных (основы химии и
занимательные опыты). – Ленинград «Химия», Ленинградское отделение,
1985, стр. 335.
3. Егоров А.С., Иванченко Н.М., Шацкая К.П. Химия внутри нас (введение в
бионеорганическую
и
биоорганическую
химию).
–
Ростов-на-Дону
«Феникс», 2004, стр. 180.
4. Кольман Я., Рем К.-Г. Наглядная биохимия (перевод с немецкого языка). –
Москва «Мир», 2000, стр. 470.
5. Рогов И.А., Антипова Л.В., Дунченко Н.И. Химия пищи. – Москва
«КолосС», 2007, стр. 853
6. Шапошникова И.А., Болгова И.В. Таблица Менделеева в живых организмах
(универсальное учебное пособие по биологии, химии и экологии). – Москва
«Бином», 2010, стр. 247.
- 12 -
Изучение аминокислотного состава различных белков
Приложение № 1.
Уравнения химических реакций.
Опыт 1. Биуретовая реакция.
Свое название реакция получила от биурета – соединения, образующегося
при нагревании мочевины, имеющего пептидную связь и дающего эту реакцию.
- 13 -
Изучение аминокислотного состава различных белков
Опыт 2. Нингидриновая реакция.
Опыт 3. Ксантопротеиновая реакция.
- 14 -
Изучение аминокислотного состава различных белков
Опыт 4. Реакция Миллона.
Опыт 5. Реакция Фоля.
1. CH2–SH
│
CH–NH2 + 2NaOH
│
COOH
цистеин
→
2. Pb(CH3COO)2 + 2NaOH
Pb(OH)2 + 2NaOH
CH2–OH
│
CH–NH2 + Na2S + 2H2O
│
СООН
серин
→
→
3. Na2S + Na2PbO2 + 2H2O →
Pb(OH)2 + 2СH3COONa
Na2PbO2 + 2H2O
плюмбит натрия
РbS↓ + 4NaOH
- 15 -