Хімія. Поглиблений рівень. Повторне видання. 9 клас. Бутенко

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 60. Білки: склад і будова. Гідроліз, денатурація, кольорові реакції білків

У цьому параграфі ви дізнаєтеся:

які органічні сполуки називають білками;
яка структура білків;
які хімічні властивості білків;
яке значення білків для живого організму.

Склад і будова білків. Білки — це природні високомолекулярні сполуки, які містять залишки молекул амінокислот, сполучених у певній послідовності.

У складі білків трапляються залишки молекул 20 амінокислот.

За хімічним складом білки поділяють на дві групи — прості та складні.

До простих білків (протеїнів) належать такі, унаслідок гідролізу яких утворюються лише амінокислоти (їх небагато).

До складних білків (протеїдів) належать такі, унаслідок гідролізу яких утворюються як амінокислоти, так і речовини небілкової природи (вуглеводи, ортофосфатна кислота тощо).

Властивості білків залежать не лише від того, які амінокислотні залишки утворюють їх, а й від того, у якій послідовності вони сполучені один з одним. Особливість будови білків полягає у суворому порядку чергування залишків амінокислот. Через це розрізняють первинну, вторинну, третинну та четвертинну структуру білків.

Первинна структура білків визначається послідовністю чергування амінокислотних залишків у поліпептидному ланцюзі (рис. 63). Установлення первинної структури білків є важливою науковою проблемою.

Рис. 63. Первинна структура білків: R — вуглеводневий залишок (Н₃С—, —С₂Н₅, —С₃Н₇ тощо)

Вторинна структура білків визначається формою поліпептидного ланцюга, згорнутого в спіраль, яку називають α-спіраллю. Спіралеподібна форма молекули зберігається завдяки виникненню водневих зв’язків між атомами Гідрогену й Оксигену пептидної групи, які розміщуються між витками спіралі (рис. 64).

Рис. 64. Вторинна структура білків: пунктиром позначено водневі зв’язки між атомами Гідрогену й Оксигену в пептидній групі

Третинна й четвертинна структури білків — складні просторові структури, які ви вивчатимете у старших класах.

Хімічні властивості. Під час нагрівання білки за наявності лугів або кислот, а також під дією ферментів — біологічно активних речовин — зазнають гідролізу з утворенням амінокислот. Повний гідроліз трипептиду можна схематично зобразити так:

Унаслідок гідролізу руйнуються пептидні ланцюги білків та утворюється суміш амінокислот, а також інші речовини.

Денатурація білків — це руйнування їхньої просторової структури зі збереженням первинної структури. Денатурація відбувається внаслідок дії на білки кислот, лугів, спиртів, за нагрівання та радіоактивного опромінення.

У більшості випадків білки одержують з рослин і тварин. Деякі з них, наприклад інсулін, добувають синтетичним шляхом.

Білки — один із найголовніших компонентів харчових продуктів. Під час приготування їжі, яке супроводжується смаженням або кип’ятінням, відбувається денатурація білків. У такому вигляді вони краще засвоюються організмом, тобто легше піддаються гідролізу під дією шлункового соку. Амінокислоти, що при цьому утворюються, витрачаються на побудову білків організму.

Білки широко застосовують як компоненти багатьох лікарських препаратів.

Демонстраційний дослід

Дотримуйтесь правил безпеки під час дослідів!

• Розчинення білків

1. Розбиваємо куряче яйце, після чого білок відокремлюємо від жовтка. Білок виливаємо у хімічну склянку та доливаємо дистильованої води до об’єму 100 мл.

2. Суміш енергійно перемішуємо. Добутий розчин фільтруємо.

• Осадження білків

3. У дві пробірки наливаємо розчин білка (одержаний у попередньому досліді) об’ємом 1-2 мл.

4. У першу пробірку додаємо краплями розчин купрум(ІІ) сульфату (w(CuSO₄) = 20 %), у другу — розчин плюмбум(ІІ) етаноату (w(Рb(СН₃СОО)₂) = 15 %). У всіх пробірках спостерігаємо утворення осаду білка. Але в надлишку розчинів CuSO₄ та Рb(СН₃СОО)₂білок розчиняється.

Властивість білка зв’язувати йони важких металічних елементів використовують у клінічній практиці, зокрема для запобігання отруєнню в разі потрапляння до організму солей Меркурію(ІІ), Плюмбуму(ІІ), Купруму(ІІ).

Унаслідок навіть слабкого нагрівання білок денатурує.

Демонстраційний дослід

Дотримуйтесь правил безпеки під час дослідів!

Денатурація білків

1. У дві пробірки вносимо по 10 крапель розчину білка курячого яйця.

2. У першу пробірку додаємо 1 краплю розчину етанової кислоти (w(CH₃COOH) = 1 %) і нагріваємо до кипіння. Випадає осад денатурованого білка.

3. У другу пробірку додаємо краплями розчин аргентум(І) нітрату (w(Ag(NO₃) = 5 %). Випадає осад денатурованого білка, який не розчиняється в надлишку доданого розчину солі.

Ці процеси пов’язані зі зміною просторової структури білка.

Для білків характерні кольорові реакції, за допомогою яких здійснюють якісний хімічний аналіз:

а) біуретова реакція — дія на білок розчину лугу та розчину купрум(ІІ) сульфату, при цьому розчин забарвлюється у фіолетовий колір;

б) ксантопротеінова реакція — дія концентрованої нітратної кислоти з появою жовтого забарвлення. У разі додавання лугу жовте забарвлення змінюється на помаранчеве.

Лабораторний дослід 22

Дотримуйтесь правил безпеки під час дослідів!

Кольорові реакції білків

• Біуретова реакція

1. Налийте розчин білка об’ємом 2 мл у пробірку й додайте до нього такий самий об’єм натрій гідроксиду (w(NaOH) = 40 %), а потім 2-3 краплі розчину купрум(ІІ) сульфату (w(CuSO₄) = 1 %). Після енергійного збовтування суміші розчин набуває забарвлення. Якого?

2. Укажіть, яку групу виявляють цією реакцією.

• Ксантопротеїнова реакція

3. Налийте розчин білка об’ємом 2 мл у пробірку, додайте до нього концентровану нітратну кислоту (ρ = 1,4 г/мл) об’ємом 1 мл та обережно нагрійте. Утворюється осад. Якого кольору?

4. Після охолодження осад обробіть лугом, який додавайте краплями до появи іншого забарвлення (якого?).

Значення білків. За участі білків регулюються найважливіші властивості живого організму — ріст, рухливість, спадковість, імунітет, діяльність органів чуттів.

Особливо важливу роль відіграють білки, які містять залишки незамінних амінокислот, яких налічується дев’ять. Усі вони синтезуються лише в зелених рослинах і не синтезуються в живих організмах: це лізин, лейцин, фенілаланін та ін. Амінокислоти, які можуть синтезуватися в організмі тварин і людей з інших амінокислот або небілкових компонентів, називають замінними (гліцин — аміноетанова кислота, серпи, глутамінова кислота).

Основні поняття. Білки. Первинна, вторинна, третинна і четвертинна структури білків. Денатурація білків. Біуретова та ксантопротеїнова реакції на білки.

Для допитливих

Білки є також харчовими речовинами. У насінні багатьох рослин (пшениці, кукурудзи, рису та ін.) містяться харчові білки. До них належать також альбумін — основний компонент яєчного білка та казеїн — основний білок молока. Під час перетравлювання білкової їжі в організмі людини відбувається гідроліз пептидних груп, за допомогою яких залишки амінокислот сполучаються в білках один з одним. Унаслідок цього білки розпадаються на окремі амінокислоти, з яких організм у подальшому утворює нові білки або використовує для одержання енергії. Процесом гідролізу керують теж білки — ферменти.

Білки беруть участь у регулюванні клітинної та фізіологічної активності. Наприклад, гормон інсулін регулює обмін глюкози. Білки актин і міозин, з яких побудовано м’язи, наділяють організм здатністю змінювати форму та пересуватися. Білки виконують опорну й захисну функції, скріплюють біологічні структури та надають їм міцності. Шкіра — це практично чистий білок колаген, а волосся, нігті та пташине пір’я містять міцний нерозчинний білок кератин.

Ада Йонат

(р. н. 1939)

Ізраїльська дослідниця, лауреатка Нобелівської премії з хімії (2009). Одна з перших дослідила дію антибіотиків на білки. Це був дуже важливий крок у вивченні клінічної ефективності лікарської терапії.

Запитання та завдання

°1. Які природні високомолекулярні сполуки називають білками?

2. Які існують структури білків? Яка з них є найскладнішою?

3. Що таке гідроліз білків? Які речовини внаслідок нього утворюються?

4. Який процес називають денатурацією білків?

5. У чому полягає сутність біуретової та ксантопротеїнової реакції?

6. Які найважливіші властивості організму регулюються за участі білків?

7. Як називають амінокислоти, що містяться в складі білків і не синтезуються в організмі? Скільки їх налічується?