Реферат на тему денатурация белка
Обновлено: 16.05.2024
Денатурация белков Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Природные белковые тела наделены определенной, строго заданной пространственной конфигурацией и обладают рядом характерных физико-химических и биологических свойств при физиологических значениях температуры и рН среды. Под влиянием различных физических и химических факторов белки подвергаются свертыванию и выпадают в осадок, теряя нативные свойства. Таким образом, под
денатурацией следует понимать нарушение общего плана уникальной структуры нативной молекулы белка, преимущественно ее третичной структуры, приводящее к потере характерных для нее свойств (растворимость, электрофоретическая подвижность, биологическая активность и т.д.). Большинство белков денатурирует при нагревании их растворов выше 50–60°С. Внешние проявления денатурации сводятся к потере растворимости, особенно в
изоэлектрической точке, повышению вязкости белковых растворов, увеличению количества свободных функциональных SH-групп и изменению характера рассеивания рентгеновских лучей. Наиболее характерным признаком денатурации является резкое снижение или полная потеря белком его биологической активности (каталитической, антигенной или гормональной). При денатурации белка, вызванной 8М мочевиной или другим агентом, разрушаются в
основном нековалентные связи (в частности, гидрофобные взаимодействия и водородные связи). Дисульфидные связи в присутствии восстанавливающего агента меркаптоэтанола разрываются, в то время как пептидные связи самого остова полипептидной цепи не затрагиваются. В этих условиях развертываются глобулы нативных белковых молекул и образуются случайные и беспорядочные структуры (рис. 1.12). Рис. 1.12. Денатурация белковой молекулы
(схема). а - исходное состояние; б - начинающееся обратимое нарушение молекулярной структуры; в - необратимое развертывание полипептидной цепи. Рис. 1.13. Денатурация и ренатурация рибонуклеазы (по Анфинсену). а - развертывание (мочевина + меркаптоэтанол); б - повторное свертывание. При непродолжительном действии и быстром удалении денатурирующих агентов возможна ренатурация белка с полным восстановлением исходной трехмерной
Исследовательская работа 12 с., 4 источника , 2 приложения.
Работа построена по направлению – исследование химической денатурации яичного белка альбумина.
Отличительная особенность работы:
Исследование воздействия конкретных химических факторов на белок, а именно:
влияния кислотности среды, солей, этилового спирта на денатурацию яичного белка альбумина.
Достоинства данной исследовательской работы – полученные экспериментальные данные подтверждают предположения об изменениях, происходящих с белком, под влиянием химических факторов. В работе содержится достаточно интересный материал о факторах, влияющих на денатурацию белка.
Данная работа имеет большое практическое значение для формирования знаний о структуре белковой молекулы и ее некоторых свойствах.
Область применения результатов работы – в учебной и внеучебной деятельности школьников и их родителей.
Белки являются одними из четырех основных органических веществ живой материи (белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры), но по своему значению и биологическим функциям они занимают в ней особое место. Белки - обязательная составная часть всех живых клеток. В состав белков входят аминокислоты. Число аминокислотных остатков, входящих в молекулы отдельных белков, весьма различно: в инсулине 51, в миоглобине - около 140. Поэтому и относительная молекулярная масса белков колеблется в очень широких пределах - от 10 тысяч до многих миллионов. Меньшая молекулярная масса может быть у простейших ферментов и некоторых гормонов белковой природы. Например, молекулярная масса гормона инсулина около 6500, а белка вируса гриппа — 320 000 000. Для некоторых белков относительная молекулярная масса составляет примерно 65000. Примерами их могут служить: альбумин белка куриного яйца, альбумин кровяной сыворотки, альбумин мускульной ткани, молочный альбумин. Альбумин представляет собой самую большую фракцию белков плазмы крови человека - 55 - 65%. В состав белковой молекулы альбумина входят все 20 аминокислот. Основная функция альбумина в организме человека - поддержание нормального давления крови. Поскольку альбумин плазмы крови и альбумин яичного белка имеют сходную химическую природу, а значит и похожие химические свойства, я решила исследовать, какие факторы могут изменить структуру и свойства яичного белка. После проведения исследования можно провести аналогию, что такие же изменения происходят и в организме человека. Одно из свойств белка – это денатурация или утрата структуры белковой молекулы, или другими словами - сворачивание белка. Денатурация белка может быть термической т. е. под влиянием температуры и химической т. е при действии химических веществ. Мною выдвинута гипотеза: Денатурацию могут вызвать различные химические факторы внешней среды.
Цель исследования: изучить денатурацию яичного белка альбумина под воздействием внешних химических факторов. Объект исследования: Яичный белок альбумин
Предмет исследования: денатурация белка при воздействии трех факторов – кислотности, этилового спирта, солей.
- изучить научную литературу по проблеме исследования;
- подобрать методические указания для постановки опытов;
- провести опыты и проанализировать их результаты.
-анализ результатов, полученных в ходе поставленных химических экспериментов.
База исследования: кабинет химии МКОУ СОШ им. И.А. Пришкольника с. Валдгейм.
1 Особенности строения и свойств белка альбумина.
Белки - это биополимеры сложного строения макромолекулы (протеины) которых, состоят из остатков аминокислот, соединенных между собой амидной (пептидной) связью. В макромолекулу белка входит одна или несколько пептидных цепей. Химическую структуру пептидных цепей принято называть первичной структурой белка.
Для построения пространственной структуры белка пептидные цепи должны принять определенную, свойственную данному белку конфигурацию, которая закрепляется водородными связями, возникающими между пептидными группировками отдельных участков молекулярной цепи. По мере того, как пептидные цепи закручиваются в спирали, стремясь к образованию к энергетически наиболее выгодной конфигурации, различают еще 3 структуры белка вторичную, третичную, четвертичную.
Именно пространственная структура белка определяет химические и биологические свойства белков, что в конечном счете определяет его функции в организме.
Строением белков объясняются их весьма разнообразные свойства. Они имеют разную растворимость: некоторые растворяются в воде, другие — в разбавленных растворах нейтральных солей, а некоторые совсем не обладают свойством растворимости (например, белки покровных тканей). Некоторые белки могут быть выделены в виде кристаллов (белок куриного яйца, гемоглобина крови).
Вещества, содержащие альбумин, такие как яичный белок, называются альбуминоиды. Альбуминоидами являются также сыворотка крови. Основными биологическими функциями альбумина являются поддержание онкотического давления плазмы, транспорт молекул . Альбумин несет еще одну функцию в крови - транспортную. Дело в том, что благодаря большому числу молекул альбумина и их мелкому размеру, они отлично переносят на себе как продукты жизнедеятельности организма, такие как билирубин, желчные элементы. Молекулы альбумина переносят на себе и лекарства, например, некоторые виды антибиотиков, сульфаниламиды, кое-какие гормоны и даже яды.
В яичном белке содержится множество типов протеинов, некоторые из которых обладают большей биологической ценностью. Примерно половина (54%) альбуминов яичного белка приходится на овальбумин, который является питательным субстратом и связывает пищеварительные ферменты. Овотрансферрин (12%), овомукоид (11%) и овоглобулин (8%) – еще три протеина, широко представленные в яичном белке. Каждая из этих белковых молекул выполняет свою функцию, а вместе эти протеины участвуют в переваривании пищи, связываются с клеточными рецепторами, стимулируют иммунную систему.
2 Воздействие алкоголя на свойства белка
Алкоголь (винный, он же этиловый спирт) действует на нервные клетки, подавляя передачу нервных сигналов. Это ухудшает в целом работу мозга, искажает скоординированность движений. Спирт вызывает свертывание белков (денатурацию), препятствует перевариванию и усвоению пищи. Пищеварительный процесс нарушается по таким причинам:
а) отравляются спиртом стенки желудочно-кишечного тракта;
б) осаждаются легкоусваиваемые белки пищи и уплотняются, что затрудняет действие ферментов;
Цель опыта: изучить необратимые изменения белка под воздействием спирта.
Оборудование и реактивы: яичный белок, пипетка, кипяченая вода комнатной температуры, 80 — 90-процентный спирт, пробирки – 2шт.
Методика получения раствора яичного белка.
К 25 мл белка одного куриного яйца добавляют 100 мл воды. Смесь размешивают до растворения и профильтровывают через неплотный ватный фильтр.
В две пробирки помещаем по 2 мл раствора яичного белка. В одну пробирку добавляем 4 мл воды, в другую - столько же этилового спирта. При сравнивании двух растворов наблюдаем во второй пробирке денатурацию белка (Табл. 1 Приложение 1)
Спирт осаждает белки из раствора, отнимая от них воду, уплотняет и изменяет структуру белковых молекул, необратимо нарушая их жизненные свойства. При денатурации разрываются связи, стабилизирующие четвертичную, третичную и даже вторичную структуры. Полипептидная цепь разворачивается и находится в растворе или в развернутом виде, или в виде беспорядочного клубка. При этом теряется гидратная оболочка и белок выпадает в осадок.
Вывод. Спирт денатурирует белок, отнимает у него воду, осаждает и необратимо изменяет его структуру.
3 Воздействие кислотности на свойство белка
Денатурацию белка могут вызвать кислоты и щелочи. Различная рН среды вызывает также перераспределение связей в молекуле белка.
Цель опыта: Изучение влияния кислотности среды на свойство денатурации белка
Оборудование и реактивы: яичный белок, пипетки -4 шт., кипяченая вода комнатной температуры, раствор соляной кислоты (1:5), раствор азотной кислоты (1:3),раствор гидроксида натрия(10%), рН-индикаторная бумага, пробирки – 5шт.
В каждую из 4 пробирок прилили по 2 мл раствора яичного белка. Используя разные пипетки, добавили в соответствующие пробирки по 2 мл воды, азотной кислоты, соляной кислоты, гидроксида натрия.
С помощью универсальной индикаторной бумаги определили кислотность полученных растворов. ( Табл. 3 Приложение 4)
В пятую пробирку также прилили раствор белка - 2 мл и такое же количество раствора соляной кислоты, затем по каплям добавляли раствор гидроксида натрия, тщательно перемешивая после каждой капли. Раствор гидроксида натрия добавляли до тех пор, пока раствор не стал полностью прозрачным. ( Табл. 2 Приложение 1)
Вывод: Белок также денатурировал под воздействием кислот, при действии щелочи белок сначала стал тягучим, а затем твердым. ( Первая часть опыта). Сильные кислоты, щелочи, соли денатурируют белок. Под действием этих реагентов ионные связи разрываются и белок коагулирует. Длительное воздействие реагента может вызвать разрыв и пептидных связей.
Во второй части опыта удалось доказать обратимость процесса изменения свойств белка (ренатурацию) [1]
4 Воздействие солей на свойства белка
Вредное влияние загрязнений окружающей среды солями сказывается, преимущественно, на простейших организмах, составляющих основу пищевых цепей в живой природе. Так возникают экологические проблемы засоления почв и поверхностных вод. Если окружающая среда загрязняется солями тяжелых металлов (например, меди, свинца, кадмия и т.п.), возникают также медико-экологические проблемы, связанные с повышенной заболеваемостью населения.
Цель опыта: Изучение воздействия солей на способность белка к денатурации
Оборудование и реактивы: пипетки-3 шт., пробирки -2 шт., раствор хлорида аммония, раствор сульфата меди (II), раствор яичного белка, чистая вода.
В первую пробирку помещаем раствор белка, добавляем по каплям раствор хлорида аммония до образования осадка, перемешиваем, добавляем воды и вновь перемешиваем. Осадок растворился. (Табл. 3 приложение 2)
Вывод: Произошло высаливание [2] белка. Так, при полунасыщении раствора хлорида аммония выпадают глобулины, при полном насыщении этой солью высаливаются все белки. Характерной особенностью белков, полученных высаливанием, является сохранение ими биологических свойств после удаления соли.
Во вторую пробирку поместили раствор белка, добавили по каплям раствор сульфата меди до образования осадка, добавили 2 мл воды.
Образовался нерастворимый осадок.
Вывод: Соли тяжелых металлов вызывают необратимое осаждение белка альбумина, образуя с ним нерастворимые в воде соединения. Поэтому белки применяют в качестве противоядия при отравлении, например, ртутными солями.
Я исследовала денатурацию белка альбумина под влиянием кислот, этанола, солей. Эти факторы вызывают необратимые изменения в структуре белковой молекулы. Каждая белковая молекула выполняет свою функцию, а если структура молекулы нарушена, следовательно, эта функция утрачивается. Таким образом, гипотеза, выдвинутая в начале исследования, доказана в данной работе.
Химические факторы: кислоты, соли, этиловый спирт вызывают необратимую денатурацию альбумина. Цель исследования достигнута.
Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!
Денатурация белков
Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф.
Природные белковые тела наделены определенной, строго заданной пространственной конфигурацией и обладают рядом характерных физико-химических и биологических свойств при физиологических значениях температуры и рН среды. Под влиянием различных физических и химических факторов белки подвергаются свертыванию и выпадают в осадок, теряя нативные свойства. Таким образом, под денатурацией следует понимать нарушение общего плана уникальной структуры нативной молекулы белка, преимущественно ее третичной структуры, приводящее к потере характерных для нее свойств (растворимость, электрофоретическая подвижность, биологическая активность и т.д.). Большинство белков денатурирует при нагревании их растворов выше 50–60°С.
Внешние проявления денатурации сводятся к потере растворимости, особенно в изоэлектрической точке, повышению вязкости белковых растворов, увеличению количества свободных функциональных SH-групп и изменению характера рассеивания рентгеновских лучей. Наиболее характерным признаком денатурации является резкое снижение или полная потеря белком его биологической активности (каталитической, антигенной или гормональной). При денатурации белка, вызванной 8М мочевиной или другим агентом, разрушаются в основном нековалентные связи (в частности, гидрофобные взаимодействия и водородные связи). Дисульфидные связи в присутствии восстанавливающего агента меркаптоэтанола разрываются, в то время как пептидные связи самого остова полипептидной цепи не затрагиваются. В этих условиях развертываются глобулы нативных белковых молекул и образуются случайные и беспорядочные структуры (рис. 1.12).
Рис. 1.12. Денатурация белковой молекулы (схема).
а - исходное состояние; б - начинающееся обратимое нарушение молекулярной структуры; в - необратимое развертывание полипептидной цепи.
Рис. 1.13. Денатурация и ренатурация рибонуклеазы (по Анфинсену).
а - развертывание (мочевина + меркаптоэтанол); б - повторное свертывание.
При денатурации под влиянием внешних факторов (температуры, механического воздействия, действия химических агентов и других факторов) происходит измене- ние вторичной, третичной и четвертичной структур белковой макромолекулы, то есть ее нативной пространственной структуры. Первичная структура, а следователь- но, и химический состав белка не меняются. Изменяются физические свойства: сни- жается растворимость, способность к гидратации, теряется биологическая актив-ность. Меняется форма белковой макромолекулы, происходит агрегирование. В то же время увеличивается активность некоторых групп, облегчается воздействие на белки протеолитических ферментов, а, следовательно, он легче гидролизуется.
В пищевой технологии особое практическое значение имеет тепловая денатура- ция белков, степень которой зависит от температуры, продолжительности нагрева и влажности. Это необходимо помнить при разработке режимов термообработке пи- щевого сырья ,полуфабрикатов, а иногда и готовых продуктов. Особую роль про- цессы тепловой денатурации играют при бланшировании растительного сырья, суш- ке зерна, выпечке хлеба, получении макаронных изделий. Денатурация белков может вызываться и механическим воздействием (давлением, растиранием, встряхиванием, ультразвуком). К денатурации белков приводит действие химических реагентов (кислот, щелочей, спирта, ацетона). Все эти приемы широко используют в пищевой и биотехнологии.
Белки горят с образованием азота, углекислого газа и воды, а также некоторых других веществ. Горение сопровождается характерным запахом жженых перьев.
· Ксантопротеиновая–происходит взаимодействие ароматических и гетероатомных циклов в молекуле белка с концентрированной азотной кислотой, сопровождаю- щеееся появлением желтой окраски;
· Биуретовая – происходит взаимодействие слабощелочных растворов белков с раствором сульфата меди(II) с образованием комплексных соединений между ионами Cu 2+ и полипептидами. Реакция сопровождается появлением фиолетово–синей окраски.;
· при нагревании белков со щелочью в присутствии солей свинца выпадает черный осадок, который содержит серу.
В белках содержатся карбоксил и аминогруппа и при действии щелочей белок реагирует в форме аниона – соединяться с катионом щелочи, образуя соль альбу- минат:
При действии же кислот он становится катионом, образуя синтонин:
H2N–CH–COOH+HCI H2N–CH–COOH CI
Реакция гидролиза идет с образованием аминокислот. В общем виде ее можно запи- сать так:
 |  |
–NH–CH–C–N–CH–C– +2nH2O nH2N–CH–C + nH2N–CH–C
R 1 R 2 R 1 OH R 2 OH
n
полипептид (белок) аминокислота-1 аминокислота-2
В каждой живой клетке происходят непрерывно сотни биохимических реакций. Быстрое протекание этих реакций обеспечивают биологические катализаторы, или ускорители реакций,– ферменты. Известно более тысячи разных ферментов. Все они белки.
Ферменты выполняют работу наилучшим образом только при оптимальной тем- пературе (например, у человека и теплокровных животных при 37°C) и определен- ной концентрации ионов водорода в среде.
Процесс расщепления или синтеза любого вещества в клетке, как правило, разде- лен на ряд химических операций. Каждую операцию выполняет отдельный фермент. Группа таких ферментов составляет своего рода биохимический конвейер.
Гормоны– регуляторы физиологических процессов. Часть гормонов (но не все) животных и человека являются белками. Так, белковый гормон инсулин (гормон поджелудочной железы) активирует захват клетками молекул глюкозы и расщепле- ние или запасание их внутри клетки. Если не хватает инсулина, то глюкоза накапли- вается в крови в избытке. Клетки без помощи инсулина не способны ее захватить –они голодают. Именно в этом причина развития диабета – болезни, вызываемой не- достатком инсулина в организме. Гормоны выполняют важнейшую функцию орга- низме, управляя активностью ферментов. Так, инсулин активирует в клетках печени фермент, синтезирующий из глюкозы другое органическое вещество–гликоген, и ряд других ферментов.
РОЛЬ БЕЛКОВ ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА.
Белки, распадаясь в организме, являются, так же как углеводы и жиры, источником энергии. Энергия, получаемая при распаде белков, может быть без всякого ущерба для организма компенсирована энергией распада жиров и углеводов. Однако очень важно, что организм человека и животных не может обходиться без регулярного поступления белков извне.
Опыт показывает, что даже довольно длительное выключение жиров или углеводов из питания животного не вызывает тяжелых расстройств здоровья. Но прием в течение нескольких дней пищи, не содержащей белков, приводит к серьезным нарушениям, а продолжительное безбелковое питание неизбежно кончается смертью животного. Все это имеет место даже при обильном питании углеводами и жирами.
Ученые пришли к выводу, что взрослый человек должен потреблять ежедневно при трате энергии в 1500 ккал не менее 100 грамм, а в жарком климате – не менее 120 грамм белка. Эти нормы соответствуют умственному труду или труду физическому, полностью механизированному. При расходовании большего количества энергии, то есть при физическом труде, недостаточно механизированном, необходимо добавочно 10 грамм белка на каждые 500 ккал. Таким образом, при физическом труде с тратой энергии в 4000 ккал требуется 130-150 грамм белка в сутки.
Растущий организм испытывает потребность в белке в зависимости от возраста. Нормы белка для детей приведены в следующей таблице:
Для удовлетворения потребностей организма существенным является не только количество, но и качество белков в пище. Различные белки отличаются друг от друга процентным содержанием аминокислот. В зависимости от аминокислотного состава, организму требуется одного белка больше, а другого меньше. В этом смысле можно говорить о различной биологической ценности белков. Биологическая ценность белка определяется также степенью усвоения его организмом. Белки, находящиеся в продуктах питания, потребляемых человеком, содержат в тех или иных количествах все аминокислоты. Изучение азотистого обмена у взрослых людей позволило сделать вывод, что для удовлетворительного самочувствия необходимо восемь незаменимых аминокислот и источники азота.
Читайте также: