Гипермаркет знаний>>Химия>>Химия 9 класс>> Химия: Аминокислоты и белки

В этом параграфе мы рассмотрим важнейшие для всех живых организмов вещества, в состав которых, помимо углерода, водорода и кислорода, входит азот. Такие вещества участвуют в химических процессах, протекающих в организмах, и обеспечивают их жизнедеятельность. Это белки, продукты их расщепления в пищеварительном тракте — аминокислоты и многие витамины.

Начнем изучение азотсодержащих органических веществ с аминокислот. Их можно представить себе своеобразными кирпичиками, из которых строятся белки.

Как следует из самого слова "аминокислоты", эти вещества содержат характерную для органических кислот группу —СООН (вспомните, как называется эта группа) и еще одну характерную (функциональную) группу — аминогруппу —NH2.

Состав аминокислот можно выразить формулой:

NН2— СН —СООН
            I
           R

Аминокислоты можно рассматривать как производные кар-боновых кислот, у которых атом водорода в радикале замещен на аминогруппу. Например, из уксусной кислоты производится аминоуксусная кислота состава

NН2—СН2—СООН

На практике аминокислоты получают из карбоновых кислот, заместив в их радикале атом водорода на галоген, а затем галоген на аминогруппу при действии аммиака, например:

Карбоксильная группа  -СООН в аминокислотах определяет их кислотные свойства.

Аминокислоты — это органические вещества, которые обладают одновременно кислотными основными свойствами, так как содержат амино- и карбоксильную группы.

Как вы знаете, такие вещества называются амфотерными (вспомните из курса неорганической химии свойства оксидов и гидроксидов переходных элементов, например Zn(ОН)2 и Аl(ОН)3).

Благодаря наличию кислотной и основной групп молекулы аминокислот способны взаимодействовать друг с другом и образовывать полимеры — белки.

Реакции получения полимеров, которые сопровождаются образованием побочного низкомолекулярного продукта, например воды, называются реакциями поликонденсации.

Как вы можете заметить из приведенного выше уравнения, при соединении молекул аминокислот друг с другом возникает связь.

Связь между остатком аминогруппы —NH— одной молекулы аминокислоты и остатком карбоксильной молекулы группы —СО— другой молекулы аминокислоты называется пептидной связью:
                         O   H

                          |     | 

- CO - NH - или - C - N -

Эта связь повторяется в полимере много раз, и полимер соответственно называют полипептидом.

Как указано выше, из аминокислот строятся белки — полипептиды. Именно из белков путем их расщепления были получены многие аминокислоты. Исследователем, кто первым приступил к таким работам, был немецкий химик-органик Э. Г. Фишер.

Эмиль Герман Фишер (1852—1919)

Немецкий химик-органик и биохимик. Лауреат Нобелевской премии (1902). Научные работы посвящены химии углеводов, белков. Синтезировал ряд физиологически активных веществ. Внедрил в синтез химических соединений биокатализаторы — ферменты. Заслугой его является создание научной школы химиков-органиков.

Существует более 20 аминокислот, а белков — великое множество. Каждый организм на Земле имеет свой собственный неповторимый набор белков, который лишь иногда бывает сходен у близких родственников или одинаков у однояйцовых (идентичных) близнецов. Почему 20 аминокислот образуют бесчисленное белковое разнообразие? Чтобы понять, как это происходит, вспомните, что 33 буквы русского алфавита образуют огромное число слов. Еще более красноречив такой пример: в азбуке морзе знаков только два — точка и тире, и тем не менее с помощью их можно также передать все многообразие словарного запаса. Очевидно, вы поняли, что это многообразие определяется различной комбинацией букв.

Аналогично и в молекулах белков порядок чередования аминокислот в полипептидной цепи определяет структуру белка. Эта структура называется первичной. Есть у белков и вторичная, и третичная структуры. С ними вы познакомитесь в курсе биологии. А здесь отметим, что большая заслуга в раскрытии строения белковой молекулы принадлежит русскому биохимику А. Я. Данилевскому.

Александр Яковлевич Данилевский
(1888—1923)

Русский биохимик. Один из основоположников отечественной биохимии. Работал в области химии ферментов и белков. В 1888 г. предложил теорию строения белковой молекулы. Экспериментально доказал, что действие сока поджелудочной железы на белки представляет собой гидролиз.
Белки выполняют в живом организме ряд очень важных функций.

Прежде всего, это строительная функция. Белки являются составной частью оболочки и цитоплазмы клеток и тем самым образуют все живые организмы.

Все биохимические реакции, идущие в клетках, протекают с помощью биологических катализаторов белковой природы — ферментов. Таким образом, белки выполняют каталитическую функцию.

Вспомните из курса анатомии человека, какие ферменты пищеварительных соков (слюны, желудочного и кишечного соков, сока поджелудочной железы) принимают участие в пищеварении. Какие особенности действия ферментов отличают их от неорганических катализаторов?

Еще одна очень важная функция белков — защитная. Особые белки — антитела (своеобразные наручники для проникающих в клетку преступников — бактерий, так как эти белки склеивают бактерии) и антитоксины (белки, которые нейтрализуют яды бактерий, образующиеся в результате их жизнедеятельности) определяют такое защитное свойство организмов, как иммунитет (вспомните из курса анатомии, что это за свойство).

Хорошо знакомый вам из курса анатомии белок крови — гемоглобин, который переносит кислород, выполняет транспортную функцию.

Запасающую, или энергетическую, функцию в клетках живых организмов несут особые белки. Например, богаты белками семена бобовых растений и яйцеклетки животных организмов. Энергия этих белков обеспечивает развитие нового организма.

Белки выполняют еще много важных функций: двигательную, сигнальную и т. д. Они могут превращаться в жиры и углеводы, но те, в свою очередь, превращаться в белки не могут. (Подумайте почему. Вспомните, в чем различие между этими веществами по составу.) Поэтому белковое голодание особенно опасно для живого организма.

Теперь перейдем к рассмотрению характерных для белков свойств.

Все белки способны гидролизоваться, т. е. разлагаться под действием кислот или щелочей с образованием аминокислот. Это свойство лежит в основе процесса пищеварения.

При некоторых воздействиях природная структура белка может разрушаться — как говорят, белок денатурируется. Это происходит даже при умеренном нагревании или изменении кислотности среды: растворимый в воде белок становится нерастворимым или свертывается. Каждый из вас наблюдал это явление при варке яиц (повышение температуры) и при скисании молока (изменение кислотности среды).

Белки горят, и этот процесс сопровождается появлением своеобразного запаха горящего рога (или жженого пера).

Для белков характерны цветные реакции, которые служат качественными на белки. Эти реакции, а также другие, характеризующие свойства белков, вы можете провести сами.

1.    В пробирку налейте 2 мл раствора белка и прибавьте несколько капель концентрированной азотной кислоты. Образуется белый осадок. Нагрейте содержимое пробирки — осадок белка окрашивается в желтый цвет. Охладите смесь и добавьте осторожно, по каплям, концентрированный раствор аммиака (в избытке) — окраска становится оранжевой. Эта реакция называется ксантопротеиновой.

2.    В пробирку налейте 2 мл раствора белка, добавьте столько же раствора щелочи и затем несколько капель разбавленного раствора медного купороса. Белок окрашивается в красно-фиолетовый цвет. Эта реакция называется биуретовой.

3.    Немного хорошо измельченного мяса внесите в воду и прокипятите. После охлаждения жидкость отфильтруйте через вату и испытайте с помощью цветной реакции, содержится ли в растворе белок.

4.    Подожгите несколько нитей какой-либо ткани и определите по запаху, какая это ткань: хлопчатобумажная или шерстяная.

5.    Белки разнообразны по своему агрегатному состоянию: белки шерсти, шелка, ногтей, рога, перьев — нерастворимые волокна: белки крови, лимфы, пищеварительных соков — растворимы и образуют коллоидные растворы, из которых их можно осадить, приливая растворы солей тяжелых металлов (сульфата меди(II)), кислот (азотной, уксусной) или органических растворителей (спирта, ацетона). Используя белок куриного яйца, приготовьте в пробирке раствор белка и осадите его.

1. Аминокислоты и их амфотерность.

2. Получение аминокислот из карбоновых кислот.

3. Реакции поликонденсации.

4. Пептидная связь и полипептиды.

5. Первичная структура белков.

6. Биологические функции белков.

7. Свойства белков и качественные реакции на белки.

Почему аминокислоты являются веществами с двойственной функцией, т. е. имеют свойства двух разных классов веществ?

Чем отличается реакция поликонденсации от реакции полимеризации? В чем их сходство?

Что такое ферменты? Чем они отличаются от неорганических катализаторов?

Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие химические превращения:

этан —> этиловый спирт —» уксусный альдегид  -> уксусная кислота хлоруксусная кислота —> аминоуксусная кислота —> полипептид (белок).

_{фотографии к уроку химии, химия 9 класс, шпаргалки для учеников}

Содержание урока
 конспект урока                       
 опорный каркас  
 презентация урока
 акселеративные методы 
 интерактивные технологии 

Практика
 задачи и упражнения 
 самопроверка
 практикумы, тренинги, кейсы, квесты
 домашние задания
 дискуссионные вопросы
 риторические вопросы от учеников

Иллюстрации
 аудио-, видеоклипы и мультимедиа 
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 юмор, анекдоты, приколы, комиксы
 притчи, поговорки, кроссворды, цитаты

Дополнения
 рефераты
 статьи 
 фишки для любознательных 
 шпаргалки 
 учебники основные и дополнительные
 словарь терминов                          
 прочие 

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 обновление фрагмента в учебнике 
 элементы новаторства на уроке 
 замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
 идеальные уроки 
 календарный план на год  
 методические рекомендации  
 программы
 обсуждения


Интегрированные уроки

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.