Часть 2. Аминокислоты. Белки
Цель работы
Изучение физико-химических свойств аминокислот и белков.
Оборудование и реактивы
Водяная баня, воронка, пробирки, пробки, спиртовка, стакан, стеклянная палочка, фильтровальная бумага, термометр.
Карбонат меди (II) CuCO3 (к), растворы: белка (одно куриное яйцо и 0,2 л 3%-ного раствора NaCl), азотная кислота HNO3 (конц.), аммиак NH3 (конц.), гидроксид натрия NaOH (10% и 0,1 н.), глицин (2%), сульфат меди (II) CuSO4 (5%), нингидрин (0,1% раствор в ацетоне), ацетат свинца (II) (СН3СОО)2Рb (0,5%), сульфат аммония (NH4)2SO4 (насыщ.), хлорид железа FeCl3 (р-р), кусочек шерсти, аминоуксусная кислота (р-р), формалин, лимонная кислота (к), серная кислота H2SO4 (конц.), известковая вода, салициловой кислота (к) и ацетилсалициловая кислота (к), ледяная вода, реактив Фелинга, крахмал (0,1% в 0,3%-ом растворе NaCl), раствор Люголя (20 г иодистого калия и 10 г иода растворяют в 100 мл воды; для работы используют раствор, разведенный водой в 5 раз); амилаза слюны, раствор сахаразы (100 г сухих дрожжей растирают в ступке с 500 мл воды, фильтруют через бумажный фильтр, фильтрат используют как источник сахаразы), индикаторы: метиловый оранжевый, лакмус, фенолфталеин.
Экспериментальная часть25
Опыт 1. Отношение аминокислот к индикаторам
В две пробирки налейте по 1 мл 2%-ного раствора глицина и добавьте по 2 капли растворов индикаторов. Наблюдаем: ___________________________. То есть, водный раствор этой аминокислоты имеет ___________________________ реакцию среды. Моноаминомонокарбоновые кислоты в водных растворах существуют в виде биполярных ионов:
H2N–CH2–COOH
глицин биполярный ион
Опыт 2. Реакция аминокислот с хлоридом железа (III)
К 1 мл раствора глицина добавьте 2 капли раствора хлорида железа (III).
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
Опыт 3. Действие формальдегида на аминокислоты
В пробирку налейте 2 мл раствора глицина и добавьте по каплям подкрашенный фенолфталеином разб. раствор щелочи до появления неисчезающей слабой окраски.
________________________________________________________________________________
В другую пробирку налейте 2 мл раствора формалина и также добавляют по каплям раствор щелочи до появления слабой окраски.
________________________________________________________________________________
Затем смешайте обе окрашенные жидкости из первой и второй пробирок. При этом происходит обесцвечивание смеси, т. е. появление кислой реакции в результате смешения щелочных растворов. При дальнейшем постепенном добавлении к этой смеси окрашенного раствора щелочи окраска фенолфталеина продолжает исчезать.
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
Опыт 4. Образование медной соли аминоуксусной кислоты (характерна для α‑аминокислот)
В сухую пробирку внесите 0,5 г CuCO3 и 1,5–2 мл 2%-ного раствора глицина. Реакционную смесь нагрейте в пламени спиртовки. После нагревания хорошо видна синяя окраска раствора. Часть раствора перелейте в другую пробирку и добавьте 2 капли 10%-ного раствора NaOH. Осадок гидроксида меди (II) выпадает (не выпадает).
Оставшуюся часть жидкости охладите в стакане с ледяной водой, протирая стенки пробирки стеклянной палочкой.
Наблюдаем ________________________________________________________________.
Опыт 5. Цветные реакции на белки
5.1. Биуретовая реакция. В пробирку налейте 1 мл раствора белка, добавьте 1–2 мл 10%-ного раствора NaOH и 1–2 капли 4%-ного раствора CuSO4. При взбалтывании появляется ______________________________________________________окрашивание.
5.2. Нингидриновая реакция. К 2–3 мл раствора белка добавьте 2–3 капли 0,1%-ного раствора нингидрина в ацетоне. Содержимое пробирки перемешайте и нагрейте на кипящей водяной бане. Наблюдаем, что через 10–15 мин.
Появляется ________________________ окраска.
5.3. Ксантопротеиновая реакция. Налейте в пробирку 1 мл раствора белка и прибавьте по 5–6 капель конц. HNO3.
Наблюдаем _________________________________________________. Нагрейте смесь в пламени спиртовки до появления желтого окрашивания. Охладите пробирку и осторожно добавьте избыток аммиака. Наблюдаем _____________________________________________.
Опыт 6. Реакции осаждения белков
6.1. Необратимое осаждение белков солями тяжелых металлов. В две пробирки налейте по 1–2 мл раствора белка, прибавьте по каплям в первую пробирку 0,5%-ный раствор (CH3COO)2Pb, во вторую – 5%-ный раствор CuSO4.
Наблюдайте образование осадка в обеих пробирках. При добавлении избытка солей осадки ____________________________________.
6.2. Необратимое осаждение белков при нагревании. Налейте в пробирку 1–2 мл раствора белка и нагрейте на кипящей водяной бане.
Наблюдаем ________________________________________________________________.
6.3. Высаливание белков (обратимые реакции осаждения). В пробирку налейте 1 мл раствора белка, добавьте 1 мл насыщенного раствора (NH4)2SO4 и слегка встряхните смесь. Наблюдаем _____________________________________________. Это осажденные глобулины.
Содержимое пробирки отфильтруйте через сухой складчатый фильтр. Затем добавьте в фильтрат, содержащий альбумины, избыток сухого (NH4)2SO4 до прекращения его растворения. Наблюдаем _________________________________________________________________.
Глобулины выпадают при полунасыщении растворов солями, альбумины – только при 100%-ном насыщении.
Опыт 7. Реакция на серу
В пробирку поместите комочек белой шерстяной пряжи + 0,5 мл раствора гидроксида натрия + 3–4 капли раствора ацетата свинца и нагрейте содержимое пробирки в пламени спиртовки.
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
Опыт 10. Влияние реакции среды на активность ферментов
В три пробирки налейте по 1 мл раствора амилазы слюны (прополаскивают рот, затем набирают 10–15 мл дистиллированной воды и держат ее во рту в течение минуты, после чего сливают в стаканчик) и приготавливают пробы по схеме приведенной в таблице:
|
№ пробы |
Фермент, мл |
HCl (0,1 н), мл |
NaOH (0,1 н), мл |
Н2О, мл |
рН |
Крахмал, мл |
Реакция с иодом |
|
1 |
1,0 |
0,5 |
- |
1,5 |
<6,9 |
2,0 |
|
|
2 |
1,0 |
- |
- |
2,0 |
6,9–7,0 |
2,0 |
|
|
3 |
1,0 |
- |
0,5 |
1,5 |
>7 |
2,0 |
|
После приготовления пробы ставят на инкубацию в водяную баню, нагретую до температуры 37°С на 8–10 мин. После чего из каждой пробы возьмите каплю раствора стеклянной палочкой (индивидуальной), нанесите ее на предметное стекло или фарфоровую пластинку и добавьте в нее каплю раствора Люголя. Пробу № 3 перед добавлением раствора Люголя нужно нейтрализовать в пробирке 0,1 н. раствором HCl, так как в щелочной среде реакция с иодом не идет. На основании проведенного опыта видно, что оптимум рН для амилазы слюны ___________________________.
Опыт 11. Специфичность действия ферментов
Специфичность действия ферментов изучите на примере глюкозидаз – амилазы слюны и сахаразы дрожжей. Об активности процесса при использовании в качестве субстрата крахмала (пробы № 1, 2) судят по реакции с иодом. Об активности процесса при использовании в качестве субстрата сахарозы (сахараза гидролизует сахарозу с образованием моносахаридов – глюкозы и фруктозы) (пробы № 3, 4) судят по реакции с раствором Фелинга. О прохождении гидролиза субстрата в пробах № 3, 4 свидетельствует получение при нагревании смеси сначала желтого, а затем красного цвета (нагрейте до начала кипения).
Проведите работу в соответствии со следующей схемой:
|
№ пробы |
Субстрат, 2 мл |
Фермент, 1 мл |
Температура инкубации, °С |
Время инкубации, мин. |
Результат | |
|
Реакция с иодом |
Реакция с реактивом Фелинга | |||||
|
1 |
крахмал |
амилаза |
37 |
15 |
|
- |
|
2 |
крахмал |
сахараза |
37 |
15 |
|
- |
|
3 |
сахароза |
амилаза |
37 |
15 |
- |
|
|
4 |
сахароза |
сахараза |
37 |
15 |
- |
|
После проведения опытов с раствором Люголя и реактивом Фелинга запишите результаты в таблицу. Специфичность действия амилазы и сахаразы:
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
Вывод: _________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
Контрольные задания
Написать проекционные формулы D- и L-глицериновой кислоты.
Написать уравнения реакций формальдегида, изомасляного альдегида, метилбутанола, 4-метилгексанона-3 с синильной кислотой. Провести гидролиз полученных соединений и назвать продукты.
Привести реакции, протекающие при нагревании 3-аминобутановой кислоты; при взаимодействии аланина с пропанолом-2.
Составить схемы реакций, при которых образуются: а) изопропиловый эфир 3‑аминопропановой кислоты; б) хлорангидрид глицина.
Из изобутанола получите валин.
Привести уравнения реакций получения 2-аминобутановой кислоты.
Привести уравнения реакций, подтверждающие амфотерность валина.
Написать уравнения реакций гидролиза и последующего декарбоксилирования 3,3‑диброммасляной кислоты.
Написать формулы кетонной и енольной форм изобутирилуксусной кислоты и метилацетоуксусного эфира.
Написать уравнения реакции сложноэфирной конденсации для этилпропионата. Написать реакцию полученного соединения с бромом.
Какие реакции доказывают амфотерные свойства белков?
Под действием каких факторов происходит «высаливание» белков?
Для чего в химическом анализе используется биуретовая реакция белков?
Для чего в химическом анализе используется ксантопротеиновая реакция белков?
Какие белки не дают ксантопротеиновой реакции? Почему?
Приведите уравнение реакции образования соединений с пептидной связью.
Сколько трипептидов может быть получено из трех аминокислот: цистеина, аланина, лизина? Приведите структуры двух возможных трипептидов.
Среди изомеров состава C6H12O3S2N2 выберите такой, из которого в одну-две стадии можно получить соединение состава C3H9O6S2N.
Напишите три уравнения реакций, в которые может вступать 4-нитропиридин. Предложите способ обнаружения этого соединения в его водно-спиртовом растворе.
Какое из положений молекулы пиридина наиболее реакционноспособно в реакциях электрофильного замещения?
Пример. При сжигании образца азотсодержащего гетероциклического соединения, не содержащего заместителей в кольце, образовалось 1,2 л углекислого газа, 0,8 л паров воды и 0,4 л азота (объемы измерялись при одинаковых условиях). Установите возможную структуру этого соединения.
Решение
|
Дано: V (CO2) = 1,2 л V (H2O) = 0,8 л V (N2) = 0,4 л
|
Решение: Общая формула азотсодержащего гетероциклического соединения, не содержащего заместителей в кольце CxHyNz. Уравнение сгорания имеет вид: CxHyNz + (х + у / 4)О2 → хСО2 + у/2Н2О + z /2 N2 х : у/2 : z/2 = 1,2 : 0,8 : 0,4 = 3 : 2 : 1 Минимальные значения x , у, z , удовлетворяющие этому соотношению, равны: х = 3, у = 4, z = 2. Молекулярная формула гетероцикла – C3H4N2 . Его можно рассматривать как производное пиррола (C4H5N), в котором группа СН в кольце замещена на атом азота, например, имидазол или пиразол:
|
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________