Хімія. Повторне видання. 9 клас. Ярошенко

§ 39. Білки: склад і будова. Біологічна роль амінокислот і білків

Опанувавши матеріал параграфа, ви зможете:

  • розрізняти за складом білки;
  • характеризувати склад і фізичні властивості білків;
  • обґрунтовувати біологічну роль амінокислот і білків;
  • дізнатися про якісні реакції на білки.

На початку теми ви довідалися про те, що до складу органічних речовин може входити і Нітроген. Прикладом таких речовин є білки та амінокислоти. За цією ознакою вони належать до нітрогеновмісних органічних сполук.

АМІНОЕТАНОВА КИСЛОТА ЯК ПРЕДСТАВНИК АМІНОКИСЛОТ. З молекулярної формули цієї речовини C2H5O2N можна довідатися лише про її кількісний та якісний склад, зробити висновок про те, що це складна нітрогеновмісна органічна сполука. Напівструктурна та структурна формули дають змогу уявити порядок сполучення атомів у карбоновому ланцюгу і вказують на наявність двох груп атомів — карбоксильної —СООН та аміногрупи —NH2.

Аміноетанову кислоту можна розглядати як етанову, у карбоновому ланцюзі якої один атом Гідрогену заміщений на аміногрупу. Вона є групою, яка міститься в молекулах представників деяких класів органічних сполук, зокрема й амінокислот.

Аміноетанова кислота — перший і найпростіший представник амінокислот.

У живій природі найбільше значення мають амінокислоти, у яких аміногрупа розміщена біля першого після карбоксильної групи атома Карбону. Кислоти з таким розміщенням аміногруп у молекулі називають альфа-амінокислоти (позначається α-амінокислота). Вони беруть участь в утворенні білків.

Розглянемо структурну формулу амінокислоти, яку ще називають аланін.

У її молекулі аміногрупа також розташована біля першого після карбоксильної групи атома Карбону. Як вам відомо з біології, ця амінокислота входить до складу багатьох білків.

Амінокислоти — це органічні кислоти, у складі молекул яких є одна чи кілька аміногруп —ΝΗ2.

ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ АМІНОЕТАНОВОЇ КИСЛОТИ. Це кристалічна, білого кольору, добре розчинна у воді та солодка на смак речовина. На її фізичних властивостях позначився взаємний вплив наявних у молекулі груп атомів. Так, аміноетанова кислота краще розчиняється у воді, ніж в органічних розчинниках, має вищу температуру плавлення порівняно з відповідною карбоновою кислотою.

АМФОТЕРНІ ВЛАСТИВОСТІ АМІНОЕТАНОВОЇ КИСЛОТИ. Здатність карбонових кислот взаємодіяти з лугами за рахунок карбоксильної групи та утворювати солі вам відома. Що ж до аміногрупи, то вона має основні властивості, типовою серед яких є також реакція нейтралізації. Завдяки наявності двох різних груп аміноетанова та інші амінокислоти взаємодіють і з лугами, і з кислотами.

Аміноетанова кислота та інші амінокислоти поєднують властивості кислоти й основи, тобто виявляють амфотерні властивості.

На відміну від амфотерних неорганічних сполук, амінокислоти взаємодіють між собою. Розглянемо це на прикладі аміноетанової кислоти.

• Пригадайте з неорганічної хімії суть амфотерності та як за допомогою дослідів довести амфотерність речовини.

Так можуть сполучатися не дві, а багато молекул різних амінокислот. Ця унікальна властивість амінокислот забезпечила існування в природі найскладніших і найважливіших біополімерів — білків. Білки шерсті, нігтів, рогів, пір’я, шовку — нерозчинні у воді волокна. Білки крові, лімфи та інші — колоїдні розчини.

БІЛКИ ЯК БІОЛОГІЧНІ ПОЛІМЕРИ. Молекули білків утворюються з α-амінокислот у найдовершенішій хімічній лабораторії — клітині організму. Білки різноманітні за складом і властивостями.

Мономерами білків є двадцять α-амінокислот, що в неоднаковій кількості та різній послідовності сполучаються між собою пептидними групами, чим зумовлюють наявність великої кількості різних білкових молекул. Молекули деяких білків можна побачити в електронний мікроскоп.

Білки — це природні полімери, утворені α-амінокислотами.

Якщо природні полімери крохмаль і целюлоза мають приблизну відносну молекулярну масу (ступінь полімеризації їхніх молекул буває різним), то молекулярні маси білків чітко визначені. Так, відносна молекулярна маса гемоглобіну дорослої людини дорівнює 64 900, оскільки його молекула містить 3032 атоми Карбону, 4816 атомів Гідрогену, 780 атомів Нітрогену, 872 атоми Оксигену, 8 атомів Сульфуру та 4 атоми Феруму. Його молекули здатні до подальшого сполучення з утворенням вторинної, третинної та четвертинної структур гемоглобіну.

З курсу біології 9 класу пригадайте інформацію про чотирирівневу організацію структури білкових молекул.

Під час приготування яєчні, смаження м’яса чи риби первинна структура білкових молекул зберігається, тоді як інші структури руйнуються. Це явище називається денатурація.

Більшість білків не витримує високого нагрівання. Ось чому під час різних захворювань людини температура тіла, що перевищує 40 °С, небезпечна для життя.

Крім температури, руйнування структур білкових молекул спричинюють луги, сильні кислоти, медичний спирт.

Працюємо з медійними джерелами

Оберіть тему навчального проєкту: «Їжа — джерело будівельного матеріалу організму»; «Дослідження хімічного складу їжі».

Виконайте обраний навчальний проект і презентуйте його для учнів свого класу.

Стисло про основне

• Аміноетанова кислота — це нітрогеновмісна органічна сполука, у молекулі якої є дві характеристичні групи: карбоксильна —СООН та аміногрупа — NH2.

• Найбільше значення для живої природи мають двадцять α-амінокислот. У їхніх молекулах аміногрупа розміщена біля першого після карбоксильної групи атома Карбону.

• Білки — природні полімери. Серед відомих речовин вони мають найскладнішу будову.

• Розрізняють первинну, вторинну, третинну та четвертинну структури білкових молекул.

Сторінка ерудованих

З’ясування будови білків — визначне досягнення хімічної науки. Серед перших учених, хто висловлював думку про утворення білкових молекул з α-амінокислот (таку загальну назву мають амінокислоти, у яких аміногрупа розташована біля першого після карбоксильної групи атома Карбону), був наш співвітчизник Іван Якович Горбачевський.

Німецький учений Еміль Герман Фішер у 1902 р. отримав Нобелівську премію за дослідження здатності амінокислот сполучатися між собою та проведення синтезу пептиду з вісімнадцяти α-амінокислот (сполуки з вмістом від 10 до 100 α-амінокислотних залишків умовно назвали пептидами, а понад 100 — білками).

У клітинах організмів відбувається гідроліз білків за участі каталізаторів (ферментів), більшість із яких — білкового походження. У лабораторних умовах гідроліз можна здійснити, вдавшись до нагрівання білка із сильними кислотами або лугами. Під час гідролізу пептидні зв’язки руйнуються й утворюються вільні амінокислоти, що схематично можна записати:

Гідроліз білка призводить до повної втрати всіх його структур.

Знаємо, розуміємо

1. У чому полягає особливість складу молекули аміноетанової кислоти?

2. Обґрунтуйте, яку роль в утворенні білкових молекул відіграють амфотерні властивості амінокислот.

3. Яка речовина — амінокислота чи хлоридна кислота — має різноманітніший якісний склад?

4. Які природні полімери мають сталу відносну молекулярну масу, а які — приблизну?

5. Обґрунтуйте роль білків у природі.

Застосовуємо

150. Складіть план доведення амфотерних властивостей аміноетанової кислоти.

151. Застосуйте знання з хімії та біології для пояснення винятково важливої ролі білків у живій природі.

152. Укажіть пару речовин однакового якісного складу.

  • А амоніак й нітратна кислота
  • Б гліцерол й етанова кислота
  • В етанова й аміноетанова кислоти
  • Г сахароза й аміноетанова кислота

153. Розташуйте назви речовин за ЗБІЛЬШЕННЯМ їхньої молярної маси.

  • А аміноетанова кислота
  • Б етанова кислота
  • В амоніак
  • Г азот