Підручник з Хімії. 10 клас. Попель - Нова програма

29. Білки

Матеріал параграфа допоможе вам:

• пригадати склад і функції білків в організмах;

• розширити свої знання про властивості білків.

Велика група природних нітрогеновмісних речовин має важливе значення для живих організмів. Це — білки.

Білки — поліпептиди, які складаються із фрагментів молекул α-амінокислот і виконують особливі функції в живих організмах.

Білки є «будівельним» матеріалом для клітин. Крім того, вони регулюють обмін речовин (наприклад, гемоглобін «транспортує» кисень від легенів до тканин), забезпечують рухову діяльність організму, захист від сторонніх білків, бактерій, вірусів. Більшість хімічних процесів у живих організмах відбувається за участю білків-каталізаторів; їхня назва — ферменти. Білки також є джерелом енергії для організму. При повному розщепленні 1 г білка виділяється понад 17 кДж теплоти.

Цікаво знати

Білки містяться також у безклітинних організмах — вірусах.

В організмах тварин і людини білки є складовими м’язової, сполучної, покривної тканин, волосся, нігтів. Серед найважливіших білків — гемоглобін, міоглобін (обидва містяться в крові), інсулін (у підшлунковій залозі), кератин (у волоссі), колаген (у шкірі, кістках), імуноглобуліни, інтерферони.

Людина отримує білки з їжею, молоком, тварини — з кормами. За дії ферментів вони розщеплюються на амінокислоти, з яких синтезуються інші білки, властиві певному організму. У рослинах білки утворюються з неорганічних речовин у результаті фотосинтезу:

Склад білків. Розрізняють прості й складні білки. До простих білків зараховують ті, молекули яких складаються лише із залишків молекул амінокислот.

Назвіть елементи, атоми яких містяться в молекулах простих білків.

Молекули складних білків містять ще й залишки молекул вуглеводів, ортофосфатної кислоти, деяких інших сполук.

Білки є високомолекулярними сполуками. Значення відносних молекулярних мас білків становлять від кількох тисяч до кількох мільйонів.

Будова молекул. Білки за своєю будовою не мають аналогів серед інших органічних сполук, з якими ви ознайомилися на уроках хімії. Молекули цих речовин складаються із фрагментів молекул α-амінокислот, сполучених пептидними групами. З курсу біології вам відомо, що існують чотири рівні структурної організації білків.

Первинна структура білка — це поліпептидний ланцюг із чіткою послідовністю амінокислотних залишків:

(R — вуглеводневі та інші залишки).

Ланцюг може набувати певної просторової форми (здебільшого — спіралі) завдяки утворенню водневого зв’язку між атомом Оксигену СО-групи одного витка спіралі й атомом Гідрогену NH-групи сусіднього витка. Таку структуру білка називають вторинною (мал. 80).

Мал. 80. Вторинна структура білка

Третинна структура формується при згортанні спіралі поліпептидного ланцюга у клубок (глобулу) внаслідок виникнення зв'язків -S-S-, -СОО- ...+NH3- між фрагментами молекул.

Четвертинна структура білка є системою складної форми; у ній об’єднано кілька глобул. Це — єдиний комплекс, який виконує певну функцію в живому організмі. Між фрагментами глобул виникають нові водневі та інші зв’язки. Таку структуру має гемоглобін; його молекула складається із чотирьох глобул.

Властивості білків. Деякі білки розчиняються у воді; при цьому утворюються колоїдні розчини. Завдяки наявності в молекулах карбоксильних груп і аміногруп білки є амфотерними сполуками.

При нагріванні білків або їх колоїдних розчинів, додаванні до них розчинів кислот, лугів, солей Купруму(ІІ), Плюмбуму(ІІ) або деяких інших металічних елементів, органічних розчинників (наприклад, етанолу), а також за дії ультрафіолетових променів, радіації, ультразвуку відбувається осадження білків. Це явище називають денатурацією1 (мал. 81). Воно зумовлене руйнуванням просторової структури білка, внаслідок чого білки втрачають здатність виконувати свої біологічні функції. Осадження білків спостерігаємо й при скисанні молока, коли утворюється молочна кислота.

1 Термін походить від грецького слова denaturatus — позбавлений природних властивостей.

Мал. 81. Денатурація білка

При отруєнні людини солями деяких металічних елементів рекомендують випити молока або з’їсти сире яйце. Токсичні катіони осаджуватимуться разом із відповідними білками.

За наявності кислот, лугів або ферментів білки зазнають гідролізу. Кінцеві продукти такого перетворення — амінокислоти, залишки молекул яких містились у складі молекул білка. Гідроліз відбувається в кілька стадій:

білок —> поліпептиди —> дипептиди —> амінокислоти.

Деякі реакції за участю білків супроводжуються зміною кольору (тому їх називають кольоровими). Серед цих реакцій — біуретова1 і ксантопротеїнова2.

1 За назвою нітрогеновмісної сполуки — біурету, яка вступає в аналогічну реакцію.

2 Назва походить від грецьких слів xanthos — жовтий і protos — перший.

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № 3

Біуретова реакція

У пробірку налийте 1 мл розчину білка курячого яйця і стільки ж розчину лугу, а потім додайте кілька крапель розчину купрум(ІІ) сульфату. Вміст пробірки перемішайте. Що спостерігаєте?

Під час взаємодії білків із розчином солі Купруму(ІІ) в лужному середовищі виникає фіалкове забарвлення. Це — біуретова реакція, яка є якісною на пептидні групи в молекулах органічних сполук (мал. 82)3.

3 За допомогою біуретової реакції можна виявити білок у сироватці, молоці, колоїдних розчинах речовин, які є в гороху, квасолі.

Мал. 82. Результат біуретової реакції

Якщо білки або їхні розчини нагрівати з концентрованою нітратною кислотою, то наявні в білках фрагменти молекул ароматичних амінокислот взаємодіють із цією кислотою з утворенням нітрогеновмісних сполук жовтого кольору (ксантопротеїнова реакція, мал. 83). Це саме відбувається при потраплянні нітратної кислоти на шкіру (утворюється жовта пляма, яка не змивається водою).

Мал. 83. Результат ксантопротеїнової реакції

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № 4

Ксантопротеїнова реакція

У пробірку налийте 1 мл розчину білка курячого яйця, додайте кілька крапель концентрованої нітратної кислоти та обережно нагрійте вміст пробірки. Що спостерігаєте?1

1 Розчин амоніаку або лугу посилює забарвлення утворених сполук.

Практичне значення. Білки є невід’ємним складником нашого харчування, а також раціону тварин. Добова потреба дорослої людини в білках становить у середньому 100—110 г. Білкові препарати використовують для лікування і профілактики деяких захворювань. У тваринництві й птахівництві для збільшення харчової цінності кормів їх збагачують штучними білками, які виробляють за допомогою мікробіологічного синтезу.

Із давніх часів люди використовують різноманітні речовини і матеріали, що мають білкову основу, — вовну, шкіру, шовк, хутра, клеї та ін. Сучасні пральні порошки містять ферменти, які сприяють розкладу білкових забруднень на тканинах.

ВИСНОВКИ

Білки — поліпептиди, які складаються із залишків молекул α-амінокислот. Вони виконують важливі біологічні функції в живих організмах.

Білки є амфотерними сполуками. При їх нагріванні, опроміненні, додаванні деяких речовин відбувається денатурація білка — руйнування його просторової будови і втрата біологічних функцій. В організмах людини, тварин білки розщеплюються на амінокислоти.

Білки можна виявити за допомогою якісних реакцій — біуретової та ксантопротеїнової.

216. Які сполуки називають білками? Охарактеризуйте їх роль у життєдіяльності організмів.

217. Білки, як відомо, є поліпептидами. Чи всі поліпептиди можна зараховувати до білків? Відповідь аргументуйте.

218. Чому білки є амфотерними сполуками?

219. Що таке денатурація білка? Чим вона може бути спричинена?

220. Поясніть появу осаду під час скисання молока.

221. Охарактеризуйте кольорові реакції білків.

222. Масова частка білків у квасолі становить 21 %, а середнє значення масової частки Нітрогену в білках дорівнює 16 %. Яка приблизна маса Нітрогену міститься в 60 г квасолі?