Розділ 1

Хімія білків

Лабораторна робота № 1

Прості білки. Якісні кольорові реакції на функціональні групи білків та амінокислот.

1.1 Мета: оволодіти методикою проведення якісних реакцій на функціональні групи білків та амінокислот.

1.2 Короткі теоретичні відомості

Б і о х і м і я — наука, що вивчає склад та структуру хімічних речовин живої матерії, їх перетворення та фізико-хімічні процеси, які лежать в основі життєдіяльності.

Біохімія широко використовує хімічні, фізичні, фізико-хімічні та біологічні методи дослідження, проте має і свої, наприклад ферментативні, які в свою чергу широко використовуються в харчовій промисловості і аграрному секторах економіки, медицині і фармації.

До складу живих організмів входять білки, нуклеїнові кис­лоти, вуглеводи, ліпіди, продукти їх проміжного і кінцевого обміну, різні біологічно активні речовини (вітаміни, гормони, медіатори та інші), вода і неорганічні іони.

Білки — високомолекулярні нітрогеновмісні органічні сполу­ки, побудовані з великої кількості залишків амінокислот, з’єд­наних між собою пептидними (кислотно-амідними) зв’язками в поліпептидний ланцюг (ланцюги), що мають складну структурну (просторову) організацію та виконують важливі життєві функції.

Їм належить першочергова роль у структурній організації і функціонуванні живих організмів. Білки є основними структурними компонентами живих організмів і в кількісному відношенні посідають перше місце серед усіх макромо-лекул, які містяться в живій клітині. В організмі тварин білків міс-титься від 40 до 50% і більше від сухої маси, менше у рослин – до 20– 30%. У тканинах ссавців білки складають – 18–20%, тоді як нуклеїнові кислоти, вуглеводи, ліпіди – 1–15%. Суха маса організму людини скла-дається на 45-50% із білків, при цьому їх вміст досягає: у м'язах – 80%, у серці – 60%, печінці – 72%, легенях – 82%, нирках – 72%, селезінці – 84%, у кістках – 28%.

На сьогодні досягнуто значних успіхів у розкритті структури великої кількості білків, у вивченні взаємозв'язку структури і функції білків, механізму їх участі у найважливіших процесах життєдіяльності організму, у розумінні основ патогенезу бага­тьох хвороб. Білки мають велике народно­господарське значення. Вони є найважливішими компонентами їжі людини і сільськогосподарських тварин. Хронічна нестача білків призводить до різноманітних захворювань, зменшуючи тим самим середню тривалість життя.

У складі природних білків зустрічається близько 20 різних ,L -амінокислот. Усі амінокислоти, що входять до складу біл­ка (протеїногенні амінокислоти), є амінопохідними карбонових кислот, в яких один атом гідрогену в радикалі при -карбоновому атомі заміщено на аміногрупу. Наприклад:

Залежно від природи радикалу розрізняють амінокислоти аліфатичного (жирного) і циклічного рядів, причому останні можуть бути як ароматичними, так і гетероциклічними сполу­ками.

Одна з найважливіших властивостей амінокислот – це їх здатність вступати в реакцію поліконденсації з виділенням молекули води і утворенням ковалентного пептидного зв’язку; в реакції беруть участь тільки функціональні групи сусідніх амінокислот. Наприклад:

Пептидний зв’язок можна розглядати як амідний, в якому один із Н-атомів є заміщеним. До дипептиду аналогічним чином можуть приєднуватися інші амінокислоти з утворенням три-, тетра-, пента- і так далі, аж до крупного поліпептиду – білка. Оскільки в складі пептидів амінокислоти перебувають у формі ацилів, то в назві пептидів вони отримують характерні для ацилів суфікси «іл» замість «ін» або «н», відповідних амінокислот, а саме: «Аланіл» замість «Аланін», «Гістидил» замість «Гістидин» і т. д. Назва С-кінцевої амінокислоти з вільною СООН-групою не змінюється.

Різноманітність біохімічних функцій білків пов’язана з осо­бливостями їх хімічної будови, яка визначається якістю, кількістю амінокислотних залишків і порядком їх чергування в поліпептидному ланцюгу.

Білкам належить першочергова роль у структурній організації і функціо­нуванні живих організмів.

У харчовій промисловості широко використовуються речовини білкової та пептидної природи (ферменти, білкові продукти харчування, харчові і кормові добавки та інші); гідролізати тканинних білків; суміші індивідуальних амінокислот; амінокис­лоти (цистеїн, гістидин, глутамінова кислота, метіонін та інші); похідні амінокислот (ацетилцистеїн, цистамін та інші.

Існують дві різновидності кольорових реакцій:

• універсальні – біуретова (на всі білки) і нінгідринова (на всі α-амінокислоти та білки);

• специфічні — тільки на деякі амінокислоти як в молеку­лі білка, так і в розчинах окремих амінокислот.

Радикали амінокислот дають різноманітні забарвлення, що зумовлює можливість виявлення більшості з них певними кольоровими реакціями.

Кольорові реакції широко використовуються для виявлення білкової природи речовин, вивчення амінокислотного складу різних природних білків і пептидів, для ідентифікації індивідуальних амінокислот. Багато з них є досить чутливими та високо специфічними, що дозволяє відкривати незначні кількості білків, тієї чи іншої амінокислоти в продуктах харчування, у гідролізатах білків, які використовуються в харчовій промисловості.