Біологічна роль

Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 1227

Всі прояви життєдіяльності – подразнення, травлення, рух, розмноження та інші – пов'язані з білками, вони є незамінними структурними компонентами організму людини, тварин, рослин, мікроорганізмів.

Білки, які поступають з їжею до організму людини, перетравлюються в шлунково-кишковому тракті, перетворюючись на амінокислоти, з яких у тканинах утворюються власні білки з різними функціями: каталітичною (ферменти), захисною (імунні сполуки, антитіла та ін.), інформаційною, регуляторною (ряд гормонів), репродуктивною (разом з нуклеїновими кислотами), транспортною. Вони також беруть участь у багатьох інших життєво важливих процесах.

Функції білків: Структурна (пластична) – білками утворені багато клітинних компонентів, а в комплексі з ліпідами вони входять до складу клітинних мембран. Каталітична – всі біологічні каталізатори – ферменти – по своїй хімічній природі є білками. Транспортна – білок гемоглобін транспортує кисень, низка інших білків, утворюючи комплекс з ліпідами, транспортують їх по крові і лімфі (наприклад: міоглобін, сироватковий альбумін). Механічна – м'язова робота і інші форми руху в організмі здійснюються при безпосередній участі скорочувальних білків з використанням енергії макроергічних зв'язків (наприклад актин, міозин). Регуляторна – низка гормонів і інших біологічно активних речовин мають білкову природу (наприклад інсулін). Захисна – антитіла (імуноглобуліни) є білки, крім того основу шкіри складає білок колаген, а волосся – креатин. Шкіра і волосся захищають внутрішнє середовище організму від зовнішніх впливів. До складу слизу і синовіальної рідини входять мукопротеіди. Опорна – сухожилля, поверхні суглобів утворені в значній мірі білковими речовинами (наприклад колаген, еластин). Енергетична – амінокислоти білків можуть надходити до гліколізу, який забезпечує клітини енергією. Рецепторна – багато білків беруть участь в процесах виборчого впізнавання (рецептори).

Рівні організації білкової молекули. У сучасній літературі прийнято розглядати 4 рівні організації структури молекули білка.

Первинним рівнем (або структурою) – організації білкової молекули називають послідовність амінокислотних залишків, з'єднаних між собою пептидним зв'язком.

Вторинною структурою – називають просторове розташування атомів головного ланцюга молекули білка. Утворюється і утримується в просторі за рахунок утворення водневих зв'язків між боковими угрупуваннями АК основного ланцюга.

Третинна структура – це властивий даному білку спосіб укладання поліпептидного ланцюга у просторі. Це основа функціональності білка. Вона забезпечує стабільність обширних ділянок білків, що складаються з безлічі амінокислотних залишків та бокових груп. Такі впорядковані в просторі ділянки білка формують активні центри ферментів або зони зв'язування. Пошкодження третинної структури приводить до втрати функціональної активності білка. Стабільність третинної структури залежить в основному від не ковалентних взаємодій всередині білкової глобули, а переважно водневих зв'язків і ван-дер-ваальсових сил.

Четвертинною структурою – називається розміщення в просторі взаємодіючих між собою субодиниць, утворених окремими поліпептидними ланцюгами. Тобто у формуванні четвертинної структури беруть участь не пептидні ланцюги, а глобули, які утворені з кожного з цих ланцюгів окремо. Четвертинна структура – це вищий рівень організації білкової молекули і він властивий далеко не всім білкам. Зв'язки, що формують цю структуру нековалентні: водневі, електростатичної взаємодії.

Фізико-хімічні властивості білків. Розчини білка відносять до розчинів високомолекулярних систем які володіють низкою власти-востей гідрофільних колоїдів: повільною дифузією – не здатні прони-кати через напівпроникні мембрани, високою в'язкістю – утворення драглів, опаслеценцією – розсіюють світло, дають конус Тіндаля.

Класифікація білків. За розчинністю: водорозчинні, сольоворозчинні, спирторозчинні, нерозчинні і ін. По конформаційній структурі: фібрілярні, глобулярні. По хімічній будові: прості білки – протеїни – складаються тільки з амінокислот, складні білки – протеїди – крім АК мають в складі небілкову частину (вуглеводи, ліпіди, метали, нуклеїнові кислоти)

До протеїнів відносять:

1. Альбуміни – розчинні у воді, не розчинні у концентрованих. сольових розчинах рН = 4,6…4,7. Існують альбуміни молока, яєць, сироватки крові.

2. Глобуліни – не розчинні у воді, але розчинні у сольових розчинах. Імуноглобуліни відносять до цієї групи.

3. Гистони – розчинні у воді, у слабоконцентрованих кислотах. Володіють вираженими основними властивостями. Це ядерні білки, вони пов'язані з ДНК і РНК.

4. Склеропротєїни – білки опорних тканин (хрящів, кісток), шерсті, волосся. Не розчинні у воді, слабких кислотах і лугах.

а) колагени – фібрілярні білки сполучної тканини. При тривалому кип’ячені вони розчиняються у воді і при застиганні утворюється желатин.

б) еластини – білки зв'язок і сухожиль. По властивостях схожі на колаген, але піддаються гідролізу під дією ферментів травного соку;

в) кератин – входить до складу волосся, пір'я, копит;

г) фиброін – білок шовку, в своєму складі містить багато серину;

д) проламіни і глютеніни – білки рослинного походження.

Протеїди

Ці білки залежно від її хімічної природи простетичної групи класифікуються на:

1. Нуклеопротєїди – простетична група – нуклеїнові кислоти. Серед численних класів нуклепротеідів найбільш вивченими є рибосоми, що складаються з декількох молекул РНК і рибосомних білків, і хроматин – який складається з ДНК і структурообразуючих білків – гістонов (містяться в клітинному ядрі і мітохондріях).

2. Гемопротєїди – небілковий компонент цих протеїдів – гем. До таких білків відносяться: гемоглобін, міоглобін, цитохроми. Цей клас білків ще називають хромопротеїди, оскільки гем є забарвленим з'єднанням. Вони здійснюють важливі функції. Гемоглобін – транспортує кисень. Міоглобін – забезпечує запасання кисню в м'язах. Цитохроми (ферменти) – здійснюють каталіз окислювально-відновлювальних реакцій і електронний транспорт у дихальному ланцюзі.

3. Металопротєїди – до складу простетичної групи входять метали. Хлорофіл – містить гем, але в ньому замість заліза знаходиться магній. Цитохроми – містять мідь.

4. Ліпопротєїди – крім білка містять ліпіди. Вони входять до складу клітинних мембран.

5. Фосфопротєїди – крім білка містять залишок фосфорної кислоти.

6. Глюкопротєїди – крім білка містять вуглеводи.

Біологічна цінність білків. Білки – найважливіші компоненти харчування. Здатність білка виконувати функцію харчування характеризує його біологічну цінність. Ефективність споживання білкових речовин людиною визначається двома основними факторами: збалансованістю вмісту незамінних амінокислот у білку і його засвоюваністю. Якщо не задовольняється потреба в одній з незамінних амінокислот, то обмежується використання інших, і, отже, знижується цінність білка в цілому. Незамінна амінокислота, що знаходиться в білку в мінімальній кількості, називається лімітуючою амінокислотою, тому що вона найбільшою мірою зменшує біологічну цінність даного білка.

Біологічна цінність білка виражається у відносних величинах. Вона являє собою відношення досліджуваного параметра даного білка до подібного ж параметра «ідеального» білка. У якості останнього використовують казеїн молока, білок яєць, суміш м'язових білків, що легко переварюються і містять незамінні амінокислоти в співвідношеннях, близьких до еталонних. Біологічна цінність даного білка в порівнянні з еталонними показує, наскільки він здатний задовольняти потреби організму в амінокислотах. Для оцінки якого-небудь білка або харчового продукту необхідні дані про вміст у ньому окремих амінокислот, тобто його амінокислотний склад.

У харчуванні більшої частини населення земної кулі наявний дефіцит трьох незамінних амінокислот: лізину, триптофану і метіоніну. Різний амінокислотний склад рослинних і тваринних білків дозволяє підвищити їхню біологічну цінність при споживанні необхідної кількості різноманітної білкової їжі. Тільки таке харчування можна назвати повноцінним.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4

«ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ БІЛКІВ»

Мета заняття: вивчити фізико-хімічні властивості білків.

План заняття

1. Визначити вплив азотної кислоти на розчин білку.

2. Провести осадження білків органічними кислотами.

3. Осадити білки іонами важких металів.

4. Провести осадження білків органічними розчинниками.

5. Осадити білки хлоридом натрію.

6. Провести висолювання білків сірчанокислим амонієм.

7. Провести осадження казеїну.

8. Провести осадження білків молока ацетоном.

І. Визначення впливу азотної кислоти на розчини білків

Об'єкт дослідження: Яєчний білок, 10 %-й розчин.

Обладнання і посуд: 1. Штатив із пробірками;

2. Піпетки на 1...2 мл;

3. Крапельниці.

Реактиви: Азотна кислота 30 %-а, приготовлена на насиченому розчині хлористого натрію.

Техніка виконання роботи

У пробірку наливають 2 мл азотної кислоти і під кутом 45° обережно по стініці приливають піпеткою розчин білка. На межі обох рідин з'являється біле кільце коагульованого білка.

До суміші кислоти і білка додають воду і впевнюються в незворотності осаджування. Виявлено, що біле кільце на межі кислоти і розчину білка з'являється при його концентрації 0,0033 %. Даний метод використовується для кількісного визначення білка в сечі. Якщо в ній виявлено білок, то цю рідину розбавляють до найменшої концентрації, при якій кільце утворюється. Помножуючи 0,0033 % на розбавлення, знаходять кількість білка в сечі.

2. Осадження білків органічними кислотами

Об'єкт дослідження: Яєчний білок, 10 %-й розчин.

Обладнання і посуд:1. Штатив із пробірками;

2. Піпетки на 1...2мл;

3. Крапельниці.

Реактиви: 1. Трихлороцтова кислота, 10 %-й розчин;

2. Сульфосаліцилова кислота, 10 %-й розчин.

Техніка виконання роботи

У дві пробірки вносять по 2 мл розчину яєчного білка. В першу додають 1 мл розчину трихлороцтової кислоти, в другу – 1 мл розчину сульфосаліцилової кислоти. В обох пробах спостерігають появу осаду білку.

3. Осадження білків іонами важких металів

Об’єкт дослідження: Яєчний білок, 10 %-й розчин.

Обладнання і посуд: 1. Штатив із пробірками;

2. Піпетки на 1...2 мл;

3. Крапельниці.

Реактиви: 1. СuSO₄, 5 %-й розчин;

2. Ацетат свинцю, 5 %-й розчин.

Техніка виконання роботи

В дві пробірки вносять по 2 мл розчину яєчного білку. В першу додають 1 мл розчину сірчанокислої міді, в другу – 1 мл ацетата свинцю. Спостерігають утворення осаду: в першій пробірці – блакитного кольору, в другій – білого кольору. При додаванні надлишка розчинів сульфата міді та ацетата свинцю спостерігають зникнення осаду внаслідок його розчинення.

4. Осадження білків органічними розчинами

Об'єкт дослідження: Яєчний білок.

Обладнання і посуд: 1. Штатив із пробірками;

2. Піпетки на 1...2 мл;

3. Крапельниці.

Реактиви: 1. Етиловий спирт, 96 %-й;

2. Ацетон, 5 %-й розчин.

Техніка виконання роботи

У дві пробірки вносять по 2 мл яєчного білку. У першу додають 1 мл розчину етилового спирту, у другу – 1 мл розчину ацетону. Спостерігають помутніння розчинів.

5. Осадження білків хлоридом натрію

Об'єкт дослідження: Яєчний білок, 10 %-й розчин.

Обладнання і посуд: 1. Штатив із пробірками;

2. Піпетки на 1... 2 мл;

3. Крапельниці.

Реактиви: 1. Хлорид натрію;

2. Оцтова кислота, концентрована.

Техніка виконання роботи

У пробірку вносять 3 мл розчину яєчного білка та хлорид натрію до повного насичення. Спостерігають випадіння в осад глобулінів. Суміш фільтрують крізь паперовий фільтр. У фільтраті будуть аль-буміни. Якщо до фільтрату додати 1 мл розчину оцтової кислоти і наг-ріти суміш до кипіння на водяній бані, то альбуміни випадуть в осад.

6. Висолювання білків сірчанокислим амонієм

При дії насиченого розчину сірчанокислого амонію відбувається дегідратація молекул білків і вони коагулюють, оскільки знижується захисна оболонка, яка складається з диполів води. Після розведення водою суміші білків і сірчанокислого амонію знову утворюється їх розчин. Осаджування різних білків починається при неоднаковій концентрації сірчанокислого амонію, а альбумінів – при повному насиченні ним. За допомогою висолювання можна розділити суміш різних білків.

Об'єкт дослідження: Яєчний білок.

Обладнання і посуд: 1. Штатив із пробірками;

2. Воронки;

3. Піпетка на 2 мл;

4. Фільтри паперові.

Реактиви: 1. Сірчанокислий амоній – насичений розчин;

2. Сірчанокислий амоній кришталевий.

Техніка виконання роботи

У пробірку наливають 2 мл розчину яєчного білка, доливають рівний об'єм насиченого розчину сірчанокислого амонію і перемішують. Випадають в осад глобуліни, альбуміни залишаються в розчині. Осад фільтрують крізь бумажний фільтр. Потім до фільтрату додають кристалевий сірчанокислий амоній до появи мутності. Енергійно струшують пробірку для розчинення солі (остання порція солі вже не розчиняється). Переконавшись в коагуляції альбумінів, додають воду і спостерігають, чи станеться розчинення осаду.

П р и м і т к а. З фільтратом можна провести біуретову реакцію на наявність білків. Якщо відбулось повне осадження білків, то реакція повинна бути негативною.

7. Осадження казеїну

До складу молока входять різні білки: казеїни, лактоглобуліни, альбуміни. За кількістю переважає казеїн. У нейтральному середовищі вони не коагулюють при кип'ятінні, хоча і денатурують. Осадження казеїнів відбувається під впливом молочної кислоти, що утворюється під дією мікроорганізмів у процесі скисання молока. При коагуляції білків молока хлористим кальцієм в осад переходять усі їх фракції. Такий метод використовують, коли готують прісний сир з молока для дітей на молочних кухнях, а також білок молочний харчовий з пахти (відходи, що залишаються при виготовлені масла). Ці продукти в 4-5 разів багатші на кальцій та фосфор, ніж кисломолочний сир.

Об'єкт дослідження: Молоко.

Обладнання і посуд: 1. Нагрівальний прилад;

2. Штатив із пробірками;

3.Крапельниці.

Реактиви: кальцій хлористий, 10 %-й розчин.

Техніка виконання роботи

У пробірку наливають близько 2 мл молока і доводять його до кипіння, потім додають 5...6 крапель хлористого кальцію, спостерігають появу осаду.

8. Осадження білків молока ацетоном (використовується для вивчення свіжості молока)

Ацетон у нерозбавленому вигляді, визиваючи дегідратацію білків, осаджує їх із розчину. Наполовину розбавлений ацетон не викликає коагуляції білків молока. У разі накопичення в молоці кислот стійкість білків почне знижуватись і додавання 50 %-го розчину ацетону викликає їх коагуляцію. Це відбувається при такій кількості кислот у молоці, яка ще не відчувається на смак. Проба з ацетоном використовується для визначення свіжості молока, що особливо важливо для підприємств харчування, які обслуговують дітей, а також для дієтичних їдалень.

Об'єкт дослідження: Молоко свіже.

Обладнання і посуд: 1. Штатив із пробірками;

2. Циліндр на 10 мл.

Реактиви; 1. Ацетон, 50 %-й розчин;

2. Буфер, рН якого дорівнює 5,0 (змішують 10,3 мл 0,2 М розчину Na₂НР0₄ • 2Н₂О із 9,70 мл 0,1 М лимонної кислоти С₆Н₈О₇);

3. Папір індикаторний універсальний.

Техніка виконання роботи

У дві пробірки наливають по 2 мл молока, в одну з них додають рівний об'єм лимоннокислого буфера, доводячи рН суміші до 5,0 (контролюють за допомогою індикаторного папірця). Струшуючи цю пробірку, переконуються у відсутності на стінках коагулянту (крихти на стінках пробірки). Потім в обидві пробірки доливають по 2 мл ацетону, енергійно струшують, спостерігають появу згустків на стінках пробірки.

Контрольні запитання

1. Що таке білки і які їх функції в організмі?

2. Перелічте властивості білків.

3. Яке структурне і функціональне значення гідрофобних, кислих і основних, сульфгідрильних груп в білках?

4. Білки підлягали згорянню, після чого в мінералізаті винайшли залізо. Які білки містять цей елемент?

5. Які класифікації амінокислот Вам відомі?

6. Що таке незамінні амінокислоти і в яких продуктах вони містяться?

7. В суміші амінокислот після гідролізу казеїну за допомогою відповідних реактивів винайдено гідрофільні групи. Які амінокислоти містять їх? Напишіть їх формули.

8. До водного розчину амінокислот доданий універсальний індикатор. Визначена кисла реакція. Яким амінокислотам властиві кислі реакції? Напишіть їх формули.

9. За допомогою відповідних реактивів в розчині білка визначена сірка. Які амінокислоти її містять? Напишіть їх формули.

10. Розкажіть про класифікацію білків.

11. Від чого залежить біологічна цінність білків?