Опыты с белком
Белок — самая важная составная часть пищи — основа всего живого, строительный материал всякого организма. Тысячи исследователей во всем мире работают с белком, изучают его свойства. Конечно, в наших опытах мы не откроем ничего нового. Но, говорят, лиха беда начало.
Первый опыт — качественная реакция на белок, т. е. такая реакция, которая позволит нам уверенно судить — белок перед нами или нет. Таких реакций несколько. Ту, которую мы проведем, называют биуретовой. Для нее нам потребуются растворы стиральной соды (или едкого натра) и медного купороса.
Приготовьте несколько растворов, которые, как можно предположить, содержат белок. Пусть это будет мясной или рыбный бульон (желательно процеженный через марлю), отвар каких-либо овощей или грибов и др. Растворы налейте в пробирки примерно наполовину. Затем прибавьте немного раствора щелочи — едкого натра или стиральной соды (раствор соды желательно прокипятить и остудить). Наконец, добавьте голубого раствора медного купороса. Если в испытуемом отваре действительно есть белок, то окраска сразу станет фиолетовой. Про такие реакции говорят, что они характерные. Они идут только в том случае, если в растворе действительно есть белок. Для контроля поставьте опыт с лимонадом или с минеральной водой.
Всем известно, что при нагревании белок свертывается и переходит в нерастворимую форму — сырое яйцо становится крутым. Это явление называют денатурацией белка. Каждая хозяйка знает: чтобы приготовить вкусный бульон, надо нарезанное мясо положить в холодную воду. А когда хотят приготовить отварное мясо, то большие куски опускают в кипяток. Есть ли в этом химический смысл? Попробуем разобраться.
Налейте и пробирку холодной воды, опустите в нее немного сырого рубленого мяса и нагрейте. По мере нагревания образуются (и в большом количестве) серые хлопья. Это свернувшийся белок, пена, которую снимают шумовкой, чтобы не портила вид и вкус бульона. При дальнейшем нагревании растворимые в воде вещества постепенно переходят из мяса в раствор. Эти вещества называют экстрактивными, потому что они извлекаются из мяса при его экстракции кипящей водой (проще говоря, при варке бульона). Они-то, в первую очередь, и придают бульону характерный вкус. А мясо, лишившись этих веществ, становится менее вкусным.
В другой пробирке воду вскипятите заранее и положите сырое мясо уже в кипяток. Как только мясо соприкоснется с водой, оно моментально станет серым, зато хлопьев образуется очень мало. Тот белок, что находился на поверхности, под действием высокой температуры сразу свернулся и закупорил многочисленные поры, которые пронизывают мясо. Экстрактивные вещества, и белки в том числе, уже не могут перейти в раствор. Значит, они остаются внутри мяса, придавая ему хороший вкус и аромат. А бульон, разумеется, получается несколько хуже.
Белок денатурируется (свертывается) не только при нагревании. Налейте в пробирку чуть-чуть свежего молока и капните одну-две капли уксуса или раствора лимонной кислоты. Молоко тут же скиснет, образуя белые хлопья. Это свертывается молочный белок. Кстати, без такой реакции не приготовить творога, и не случайно творог так полезен — в него переходит почти весь молочный белок.
Когда молоко оставляют в теплом месте, то его белок тоже свертывается, но уже по иной причине— это работают молочнокислые бактерии. Их известно очень много, и все они вырабатывают молочную кислоту, даже если питаются не молоком, а, скажем, соком капусты. Профильтруйте немного скисшего молока и прибавьте к сыворотке несколько капель какого-нибудь самодельного индикатора. Цвет индикатора покажет, что в растворе есть кислота. Эта кислота — молочная, ее же можно обнаружить и в капустном, и в огуречном рассоле,
В состав некоторых белковых молекул входит, помимо углерода, водорода, кислорода и азота, еще и сера. В этом можно убедиться на опыте. Немного яичного белка поместите в пробирку с раствором едкого натра или стиральной соды и, нагрев пробирку, добавьте в нее немного раствора основного ацетата свинца Рb(СН3СОО)2 * 3Н2O — свинцовой примочки, которая продается в аптеках. Если содержимое пробирки почернеет, значит, сера есть: это образуется сульфид свинца PbS, вещество черного цвета.
И в заключение приготовим настоящий белковый клей — казеиновый, которым пользуются по сей день, несмотря на обилие синтетических клеев. Казеин — это основа творога, а если так, то клей мы будем делать из молока, точнее, из его белковых веществ,
Отфильтруйте простоквашу от сыворотки. То, что осталось на фильтре, несколько раз промойте водой, чтобы удалить растворимые примеси, и высушите. Потом промойте полученную массу бензином и высушите вновь; это нужно для того, чтобы избавиться от молочного жира (он растворяется в бензине). Когда масса станет совсем сухой, измельчите ее в ступке — получится порошок казеина.
Сделать из него клей совсем просто — смешать порошок с нашатырным спиртом и водой в отношении 1:1:3. Конечно, вы захотите испытать клей. Попробуйте склеить им какие-нибудь деревянные или керамические предметы, потому что для этих материалов казеиновый клей особенно хорош.
О. Ольгин. «Опыты без взрывов»
М., «Химия», 1986
Ваши комментарии
Перед отправкой Вашего сообщения ознакомьтесь,
пожалуйста, с Правилами комментирования материалов на нашем сайте.
Источник
ПРАКТИЧЕСКАЯ работа № 7
Реакции необратимого осаждения белков
При необратимом осаждении происходит глубокая денатурация белка. Денатурированный белок не способен к восстановлению своих первоначальных физико-химических и биологических свойств. Необратимое осаждение вызывается высокой температурой, действием концентрированных минеральных и некоторых органических кислот, ионов тяжелых металлов, алкалоидных реагентов, детергентов, красителей.
Реактивы: водный раствор яичного белка (раствор готовят, как указано в лабораторной работе № 6, часть 1); концентрированные серная, соляная и азотная кислоты; 5 %-й раствор ацетата свинца; 2,5 %-й раствор нитрата серебра; 5 %-й раствор сульфата меди.
Задание 1. Осаждение белков минеральными кислотами.
Реакция находит применение для быстрого определения белка в биологических жидкостях, например, моче.
Данную работу необходимо выполнять в вытяжном шкафу, соблюдая особую осторожность!
1. В три пробирки налейте по 15 – 20 капель концентрированных кислот: в первую – серной; во вторую – азотной и в третью – соляной.
2. Пробирки наклоните под углом 45 о и ОСТОРОЖНО (из пипетки) наслоите по стенке раствор белка. Пробирку держите отверстием от себя. На границе белка и кислоты появляется белое кольцо.
3. Пробирки осторожно встряхните. Осадки растворяются в серной и соляной кислотах, но не растворяются в азотной кислоте.
Задание 2 . Осаждение белков солями тяжелых металлов.
Белки осаждаются солями меди, свинца, ртути, цинка, серебра и других тяжелых металлов. Свойство белков связывать ионы тяжелых металлов используется в медицине при оказании первой помощи пострадавшим от отравления солями меди, свинца, ртути.
1. В три пронумерованные пробирки налейте по 5 – 10 капель раствора белка.
2. В первую пробирку по каплям прибавьте раствор ацетата свинца. Образуется осадок. Добавьте еще несколько капель, осадок должен раствориться в избытке раствора соли.
3. Во вторую пробирку по каплям приливайте раствор нитрата серебра. Образовавшийся осадок в избытке соли не растворяется.
4. В третью пробирку прибавьте раствор сульфата меди до появления осадка. Убедитесь, что осадок растворяется в избытке соли.
Оформите результаты проведенных исследований в виде таблицы.
Растворимость осадка в избытке реагента
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 8
Тепловая денатурация белка.
При нагревании белки денатурируют. На процесс денатурации оказывают сильное влияние рН раствора и добавление электролитов.
Реактивы: водный раствор яичного белка (раствор готовят, как указано в лабораторной работе № 6, часть 1); 1%-й раствор уксусной кислоты; 10 %-й раствор уксусной кислоты; 10 %-й раствор гидроксида натрия; насыщенный раствор хлорида натрия.
Оборудование: пробирки, водяная баня или спиртовка.
1. В пять пронумерованных пробирок налейте по 10 капель раствора яичного белка.
2. Белок в первой пробирке нагрейте до кипения. Раствор мутнеет (разрушаются гидратные оболочки вокруг макромолекул), но осадок не образуется. Мицеллы, образованные макромолекулами, сохраняют одноименный заряд, что препятствует их осаждению.
3. К раствору белка во второй пробирке добавьте одну каплю 1 %-го раствора уксусной кислоты и нагрейте до кипения. Осадок белка выпадает быстро. Заряд мицелл нейтрализован, и белок близок к изоэлектрической точке.
4. К раствору белка в третьей пробирке прибавьте 1 – 2 капли 10 %-го раствора уксусной кислоты и нагрейте до кипения. Осадок не образуется, так как мицеллы белка приобрели, присоединяя ионы водорода, положительный заряд, что препятствует их осаждению.
5. В четвертую пробирку добавьте 1 – 2 капли 10 %-го раствора гидроксида натрия и нагрейте до кипения. Осадок не выпадает. Мицеллы за счет отщепления протонов от карбоксильных групп боковых цепей белка заряжены отрицательно.
6. В пятую пробирку прибавьте 1 – 2 капель насыщенного раствора хлорида натрия и нагрейте до кипения. Белок выпадает в осадок.
Оформите результаты исследования, заполнив таблицу и кратко записав механизм денатурирующего действия исследуемого фактора в виде вывода.
Наблюдаемый эффект денатурации
ПРАКТИЧЕСКАЯ работа № 9
Выделение казеина из молока
Казеин – важнейший белок молока. Он относится к фосфопротеинам. Остатки фосфорной кислоты в молекуле казеина связаны с остатками серина. При подкислении до рН 4,7 (изоэлектрическая точка казеина) белок выпадает в осадок.
Добавление избытка кислоты вызывает перезарядку белковых молекул и переход их снова в раствор.
Реактивы: молоко цельное обезжиренное; 10 %-й раствор уксусной кислоты; 1 %-й раствор гидроксида натрия; 5 %-й раствор сульфата меди.
Оборудование: пробирки, воронка для фильтрования, бумажный фильтр.
Задание № 1 . Выделение казеина.
1. В пробирку внесите 2 см 3 молока, прибавьте столько же дистиллированной воды и полученную смесь перемешайте.
2. К раствору прибавляйте по каплям 10 %-й раствор уксусной кислоты до образования осадка. Избегайте избытка кислоты.
3. Осадок отфильтруйте на бумажном фильтре и промойте несколько раз дистиллированной водой (на фильтре).
4. Растворите осадок в 1 %-м растворе щелочи. Полученный раствор профильтруйте через смоченный водой фильтр.
Задание № 2 . Качественная реакция на белок.
К 1 см 3 профильтрованного раствора добавьте 1 каплю раствора сульфата меди. Образуется характерное для белков красно-фиолетовое окрашивание.
Опишите ход выполнения работы. Объясните наблюдаемые явления.
Диализ растворов белков
Метод диализа основан на неодинаковой способности компонентов раствора к диффузии через тонкие пленки – мембраны. Мембрана представляет собой пористую пленку, через поры которой могут проникать небольшие молекулы. Метод диализа используется для очистки высокомолекулярных соединений от низкомолекулярных, а также концентрирования растворов полимеров.
Реактивы: водный раствор белка (раствор готовят, как указано в лабораторной работе № 6, часть 1); насыщенный раствор хлорида натрия; 0,5 %-й раствор нитрата серебра; 10 %-й раствор азотной кислоты; 10 %-й раствор гидроксида натрия; 1 %-й раствор сульфата меди.
Оборудование: пробирки, целлофановый мешочек; стакан.
Задание 1 . Диализ.
1. В пробирке смешайте равные объемы раствора белка и насыщенного раствора хлорида натрия.
2. Влейте приготовленный раствор белка в мешочек из целлофана, заполнив его до половины.
3. Мешочек подвесьте на стеклянной палочке и погрузите в стакан с дистиллированной водой. Ионы натрия и хлорид-ионы свободно проникают через стенки мешочка и равномерно распределяются по всему объему воды. Молекулы белка имеют большие размеры, чем размеры пор целлофана, и остаются в мешочке. Диализ проводят при комнатной температуре в течение 20 мин.
Задание 2 . Анализ воды в стакане.
1. К 1 см 3 жидкости из стакана добавьте 2 капли раствора азотной кислоты и 2 – 3 капли раствора нитрата серебра. Появляется белый осадок хлорида серебра.
2. К 1 см 3 жидкости из стакана добавьте 5 капель раствора щелочи и 1 – 2 капли раствора сульфата меди. Фиолетовое окрашивание, характерное для белков, отсутствует.
Задание 3 . Анализ содержимого мешочка.
К 5 каплям раствора из мешочка добавьте 5 капель раствора щелочи и 1 – 2 капли раствора сульфата меди. Появляется характерное окрашивание, вызванное образованием комплексной соли меди с полипептидом.
Коротко опишите ход выполнения работы. Сделайте схематический рисунок диализа. Сделайте вывод о распределении низко- и высокомолекулярных веществ до и после диализа.
Определение изоэлектрической точки желатины
В изоэлектрической точке растворы белков неустойчивы. Молекулы белка с одинаковым количеством положительных и отрицательных зарядов легко выпадают в осадок. Значение рН, соответствующее изоэлектрической точке, является характерным для каждого белка. Выпадение белка в осадок можно ускорить добавлением водоотнимающих веществ, например, этилового спирта.
Реактивы: 0,5 %-й раствор желатины;0,1 М раствор уксусной кислоты;0,1 М раствор ацетата натрия; 96 %-й этиловый спирт.
Оборудование: пробирки; мерные пипетки.
1. В пять пронумерованных пробирок прилейте растворы уксусной кислоты и ацетата натрия в количествах, указанных в таблице.
2. Затем в каждую пробирку добавьте по 1 см 3 раствора желатины и хорошо перемешайте.
3. В каждую пробирку прибавьте по 4 см 3 этилового спирта и снова перемешайте.
4. Через 5 –10 мин просмотрите все пробирки и оцените степень мутности полученных смесей. рН наиболее мутной смеси соо тветствует изоэлектрической точке желатины.
Результаты опыта оформите в виде таблицы. Определите изоэлектрическую точку желатины.
Состав буферной смеси, см 3
0,5 %-й раствор желатины, см 3
Этиловый спирт, см 3
Степень мутности (по
Упражнения и задачи
1. Какой объем раствора гидроксида натрия с массовой долей NaOH 15 % и плотностью 1,16 г/см 3 потребуется для реакции с раствором глицина массой 10 г c массовой долей аминокислоты 6 %? Ответ: 1,84 см 3 .
2. Какая масса раствора соляной кислоты с массовой долей HCl 5 % потребуется для реакции с раствором аланина массой20 гc массовой долей аминокислоты 5 %? Ответ: 8,2 г.
3. Какая масса глицина может быть получена из карбида кальция? Масса карбида кальция равна 128 г. Потеpи составляют 15 %. Ответ: 127,5 г.
4. Напишите структурные формулы следующих олигопептидов: а) аланилглицин; б) глицилаланиллейцин; в) лейцилаланиллизин; г) Трп-Вал-Гли-Лиз; д) AAGS.
5. Сколько трипептидов может быть образовано аминокислотами глицином и аланином? Запишите их.
6. Аминокислоту лизин в промышленности получают микробиологическим методом. Какую массу лизина можно выделить из культуральной жидкости объемом 3 м 3 и плотностью 1,05 г/см 3 , где массовая доля лизина составляет 12 %, а производственные потери – 15 %? Ответ: 321,3 кг.
7. Интерфероны подавляют развитие вирусов в организме. Их можно выделить из лейкоцитов человека, однако выход интерферона составляет всего 1 мкг из 1 дм 3 крови. Для получения значительных количеств интерферона его гены были клонированы в бактериальных клетках. Клонированные гены экспрессировались с образованием функционально активных белков – интерферонов.
а) Проведенный анализ показал, что в 1 см 3 культуры содержится 10 9 бактериальных клеток, а в каждой клетке находится 0,1 пг белка, 5 % которого составляет интерферон. Подсчитайте, сколько интерферона можно получить из 100 дм 3 культуры.
б) Рассчитайте, сколько молекул интерферона вырабатывает 1 бактериальная клетка, если молярная масса интерферона составляет 30 000 г/моль.
в) Во сколько раз содержание интерферона в культуре клеток выше, чем в крови?
Ответ: 0,5 г; 10 5 молекул; в 5000 раз.
8. В составе молекулы рибонуклеазы содержится 10 остатков лизина, мольная доля которого в молекуле равна 8,06 %. Оцените относительную молекулярную массу фермента. Ответ: 13650.
9. Массовая доля железа в составе гемоглобина равна 0,347 %. Рассчитайте относительную молекулярную массу гемоглобина, если известно, что он состоит из 4 протомеров, и в составе каждого протомера содержится по одному атому железа. Ответ: 64500.
10. В результате гидролиза гексапептида получен набор следующих дипептидов: ала-гис, про-лиз, гис-тре, тре-сер, сер-про. Определите первичную структуру пептида.
Источник
