ГОУ ВПО Тюменская государственная медицинская академия Министерства здравоохранения Российской Федерации Кафедра биологической химии

Практическое пособие по биологической химии для студентов лечебного и педиатрического факультетов

(часть I, занятия 1- 9)

Тюмень - 2009

Тема «Строение и функции белков» (занятия 1- 4)

Цель: получить представление о белках - соединениях, являющихся приоритетными и обязательными структурно-функциональным компонентами клетки, изучить их строение (аминокислотный состав, уровни пространственной организации, виды химических связей, поддерживающих структуру) и функции, определяющие важную роль белков в животных организмах.

Значение темы. Белки – неотъемлемый компонент живых организмов - играют ведущую роль в формировании и функционировании минимальной структуры живого – клетки, а также неклеточных образований в организмах. Приоритетное место белков в живых системах определяется многообразием их биологических функций, обусловленным в свою очередь многообразием и уникальностью структуры белковых молекул. В основе многообразия и уникальности белков лежат различия в их аминокислотном составе и последовательности (секвенции) протеиногенных аминокислот, общее число которых сравнительно невелико.

Существенно для медицинской науки то, что нарушения оптимального соотношения белков (аминокислот) в рационе питания, нарушения белкового обмена или обмена отдельных аминокислот лежат в основе многих патологических состояний. Это связано с тем, что белки выполняют в клетке ключевые функции (пластическую, транспортную, каталитическую, гормональную, защитную и энергетическую). Изменения в аминокислотном составе белковых молекул, а, следовательно, и в пространственной организации синтезируемых клеткой белков являются нередкой причиной нарушения обменных процессов.

ЗАНЯТИЕ 1 «Техника безопасности. Цветные реакции, обнаруживающие белки и аминокислоты»

Цель занятия: 1) ознакомиться с элементами техники безопасности при работе в химической лаборатории, с приемами самостоятельной работы в процессе изучения дисциплины; 2) изучить общие характеристики белков; 3) изучить их физико-химические свойства, элементарный и аминокислотный состав, распространение белков в органах и тканях; 4) химическую структуру и свойства аминокислот; 5) овладеть простейшими приёмами обнаружения белков и аминокислот в биологических средах.

Студент должен знать:

А

1.Приёмы техники безопасности при работе с электроприборами, с агрессивными химическими соединениями,

3

2.Как предупреждать возможность поражения агрессивными соединениями, используемыми в лабораторных исследованиях,

3.Как предупредить электротравмы, как оказывать помощь подвергшимся электротравме, как вести себя при возникновении пожароопасной ситуации.

Б

4.Определение понятия «Белковая молекула»

5.Общие свойства белковых молекул.

6.Элементарный состав белковых молекул.

7.Классификацию и номенклатуру, наименования и структурные формулы протеиногенных аминокислот.

8.Основной вид связи аминокислот в белковой молекуле.

Студент должен уметь:

1.Изобразить общую структурную формулу аминокислоты.

2.Изобразить структурную формулу аминокислоты по её химическому наименованию.

3.Различать 20 протеиногенных аминокислот среди других аминокислот, не участвующих в построении белковых молекул.

4.Распознавать заменимые и незаменимые аминокислоты, а также условно (факультативно) незаменимые.

5.Выполнить цветные реакции, которые позволяют обнаружить белок и аминокислоты в биоматериалах без их фракционирования.

Студент должен получить представление:

1)о роли дефицита аминокислот в возникновении некоторых патологических состояний;

2)о принципах, на которых основаны современные методы разделения и идентификации аминокислот.

Сведения из базовых дисциплин, необходимые для изучения темы:

1)аминокислоты как производные органических кислот, классификация последних;

2)строение и свойства карбамидной (пептидной) связи;

4

3)реакции гидролиза, условия их осуществления;

4)условия осуществления реакции синтеза, протекающей с отнятием элементов воды

Аудиторная работа

Лабораторная работа (цветные реакции, обнаруживающие белок)

1. Биуретовая реакция открывает в белке карбамидную связь (-СО- NH-), образующуюся в результате взаимодействия карбоксильной и аминогруппы a-аминокислот при отнятии молекулы воды. Название реакции происходит от производного мочевины - биурета, имеющего группировки, характерные для белковой молекулы (-СО-NH-).

NB. Карбамидную связь в составе белковой молекулы

принято называть пептидной связью.

Химизм реакции: при добавлении сернокислой меди в сильно основной раствор белка образуются комплексные соединения меди, окрашенные в красно-фиолетовый или сине-фиолетовый цвет.

Ход работы. К 5 каплям раствора белка добавить 3 капли 10%-ного раствора едкого натра и 1 каплю 1%-ного раствора сернокислой меди, смешать - появляется сине-фиолетовое окрашивание.

2.Нингидриновая реакция выявляет a-аминогруппы: растворы белка, a-аминокислоты и пептиды при нагревании с нингидрином приобретают фиолетовое окрашивание.

Ход работы. К 5 каплям раствора белка добавить 5 капель 0,1%-ного раствора нингидрина, кипятить 1-2 мин - появляется розово-фиолетовое или сине-фиолетовое окрашивание.

3.Ксантопротеиновая реакция открывает в белках циклические аминокислоты, основой структуры которых является бензольное ядро. Большинство белков при нагревании с концентрированной азотной кислотой приобретает желтое окрашивание, переходящее в оранжевое при подщелачивании.

Химизм: реакция обусловлена нитрованием бензольного кольца соответствующих аминокислот с образованием нитросоединений желтого цвета:

Ход работы. К 5 каплям раствора белка добавить 3 капли концентрированной азотной кислоты и осторожно кипятить. Появляющийся осадок белка окрашивается в желтый цвет. После охлаждения прилить по каплям 10%-ный раствор едкого натра до появления оранжевого окрашивания.

4. Реакция Миллона открывает в белках циклическую аминокислоту тирозин, имеющую фенольную группировку, которая, взаимодействуя с реактивом Миллона (смесь азотнокислых солей закиси и окиси ртути в концентрированной азотной кислоте), образует ртутную соль красного

5

цвета. Белки, не содержащие тирозина, этой реакцией не обнаруживаются. При избытке реактива Миллона появление окраски (красного цвета) может быть замаскировано ксантопротеиновой реакцией за счет азотной кислоты.

Ход работы. К 5 каплям раствора белка прилить 3 капли реактива Миллона - появляется осадок белка, который при осторожном нагревании окрашивается в кирпично-красный цвет. Ту же процедуру, повторить с раствором фенола (осторожно — ожоги!).

6.Реакция Фоля позволяет обнаружить в белке аминокислоты (цистин

ицистеин), содержащие непрочно связанную серу.

Химизм реакции: при кипячении белка со щелочью цистин и цистеин теряют серу в виде сероводорода, который с плюмбитом образует черный или серый осадок сернистого свинца (реактив Фоля состоит из 5%-ного раствора уксуснокислого свинца и избытка 10%-ного раствора едкого натра):

1)а) (CH3COO)2Pb+2NaOH → 2CH3COONa+ ↓ РЬ(ОН)2+NаОН; б) Pb(OH)2+2NaOH → NaPbO2+2Н2O+избыток NaOH;

3) Nа2S+Nа2РЬО2+2Н2О → PbS ↓ +4NaOH.

Черный

осадок

Ход работы. К 5 каплям раствора белка прилить 5 капель реактива Фоля, нагреть до кипения и оставить на 1 или 2 мин - появляется бурый или черный осадок сернистого свинца.

ВНИМАНИЕ!!!

После выполнения проб каждому студенту необходимо индивидуально проделать следующее: в пробе жидкости, полученной у ассистента, установить наличие белка или аминокислот (при обнаруже-

нии аминокислот определить тип).

Дайте (письменно) обоснованные ответы на следующие вопросы:

1. Из 1 мл биологической жидкости полностью осажден белок, с помощью метода Къельдаля в осадке обнаружено 3 мг азота.

Каково процентное содержание белка в исследуемой жидкости?

6