Решебник по химии 10 класс Габриелян | Страница 103

Лабораторный эксперимент

1. Налейте в пробирку 2 мл раствора куриного белка и добавьте 5–6 капель этилового спирта. Что наблюдаете? Как называют этот процесс?

После добавления этилового спирта в раствор куриного белка наблюдается выпадение белого хлопьевидного осадка. Это свидетельствует о свертывании белка, то есть изменении его структуры.

Данный процесс называется денатурацией белка. При этом нарушается его природная пространственная структура, и белок теряет свою биологическую активность. Этиловый спирт разрушает водородные связи и гидратную оболочку белковой молекулы, вызывая её коагуляцию.

Стр. 103

Проверьте свои знания

1. Какие органические вещества называют аминокислотами? Приведите примеры формул и названий таких соединений. Почему их относят к амфотерным органическим соединениям?

Аминокислотами называют органические вещества, в молекулах которых одновременно содержатся две функциональные группы: аминогруппа (–NH₂) и карбоксильная группа (–COOH). Аминогруппа придаёт соединению основные свойства, а карбоксильная — кислотные. Именно наличие этих двух разных по характеру групп и делает аминокислоты амфотерными соединениями, то есть способными проявлять как кислотные, так и основные свойства в химических реакциях.

Простейшим примером аминокислоты является глицин, его формула: NH₂–CH₂–COOH. Глицин способен реагировать как с кислотами, так и со щелочами:

(NH₂–CH₂–COOH + NaOH → NH₂–CH₂–COONa + H₂O) — реакция по кислотной группе

(NH₂–CH₂–COOH + HCl → [NH₃⁺–CH₂–COOH]Cl⁻) — реакция по аминогруппе

Другие примеры аминокислот: аланин (CH₃–CH(NH₂)–COOH), серин (HO–CH₂–CH(NH₂)–COOH), лейцин, глутаминовая кислота и т. д. Все они входят в состав белков.

2. Какие природные биополимеры называют белками?

Белками называют природные высокомолекулярные биополимеры, которые состоят из остатков аминокислот, соединённых между собой пептидными связями. Пептидная связь возникает между аминогруппой одной аминокислоты и карбоксильной группой другой с выделением воды. В организме человека и животных белки выполняют множество важнейших функций: они входят в состав мышц, ферментов, гормонов, антител, волос, ногтей, кожи и других тканей. Белки — это основа жизни, так как без них невозможно существование живых клеток.

3. Опишите качественные реакции на белки.

Существует несколько качественных реакций, позволяющих обнаружить белки. Основная из них — биуретовая реакция. Если к раствору белка добавить раствор сульфата меди(II) в щелочной среде, появляется фиолетовое окрашивание, что свидетельствует о наличии пептидных связей.

Ещё одна реакция — ксантопротеиновая. При действии концентрированной азотной кислоты белки дают жёлтую окраску, которая усиливается при добавлении щёлочи. Это связано с нитрованием ароматических аминокислот.

Также при нагревании белков с концентрированной серной кислотой происходит обугливание (появляется тёмный цвет). А при сжигании белков ощущается специфический запах жжёного рога, что тоже используется как качественный признак.

4. Что называют денатурацией белка? Какие факторы могут её вызвать?

Денатурацией называют процесс нарушения природной структуры белка под действием внешних факторов. При этом первичная структура (порядок аминокислот в цепи) сохраняется, но разрушается пространственная (вторичная и третичная). Это приводит к утрате биологических свойств белка — он становится нерастворимым, может свернуться, потерять активность.

Факторы, вызывающие денатурацию:

– нагревание,

– действие кислот и щелочей,

– соли тяжёлых металлов,

– органические растворители (спирты, ацетон),

– радиация.

Пример: при варке яйца белок сворачивается — это и есть денатурация. Этот процесс может быть обратимым (ренатурация), но чаще всего необратим. В организме денатурация может привести к патологиям, если затрагивает жизненно важные белки.

Стр. 103

Примените свои знания

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

глюкоза → этиловый спирт → уксусный альдегид → уксусная кислота → хлоруксусная кислота → аминоксусная кислота → дипептид аминоксусной кислоты.

(C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂) — спиртовое брожение глюкозы с образованием этилового спирта.

(C₂H₅OH + [O] → CH₃CHO + H₂O) — окисление этанола до уксусного альдегида.

(CH₃CHO + [O] → CH₃COOH) — дальнейшее окисление до уксусной кислоты.

(CH₃COOH + Cl₂ → ClCH₂COOH + HCl) — хлорирование уксусной кислоты с образованием хлоруксусной кислоты.

(ClCH₂COOH + 2NH₃ → H₂NCH₂COOH + NH₄Cl) — замещение атома хлора аминогруппой, образуется глицин (аминоксусная кислота).

(H₂NCH₂COOH + H₂NCH₂COOH → H₂NCH₂CONHCH₂COOH + H₂O) — образование дипептида глицина при взаимодействии двух молекул аминокислоты с отщеплением воды.

6. В медицине для улучшения обменных процессов в центральной нервной системе применяют глицин в таблетках. Рассчитайте количество вещества глицина, содержащегося в одной таблетке массой 0,15 г, если известно, что в качестве вспомогательных веществ каждая таблетка содержит также 1 % стеарата магния и 1 % метилцеллюлозы.

Массовая доля глицина = 100 % − 1 % (стеарат магния) − 1 % (метилцеллюлоза) = 98 %.

Масса глицина в таблетке:

(0,15 г × 0,98 = 0,147 г)

Молярная масса глицина (H₂NCH₂COOH):

(12 + 1×5 + 14 + 2×16 = 75 г/моль)

Количество вещества глицина:

(ν = m / M = 0,147 г / 75 г/моль ≈ 0,00196 моль)

Ответ: в одной таблетке содержится примерно 0,00196 моль глицина.

7. В двух пробирках находятся растворы глюкозы и белка. Как с помощью одного и того же реактива различить их?

Для различения растворов глюкозы и белка можно использовать раствор гидроксида меди(II) в щелочной среде.

— Если добавить щёлочь и раствор CuSO₄ (или другого соляного раствора меди(II)) к раствору глюкозы и нагреть, происходит восстановление меди(II) до оксида меди(I) (Cu₂O), и появляется кирпично-красный осадок.

— Если добавить этот же реактив к раствору белка, в щелочной среде при взаимодействии с сульфатом меди(II) появляется фиолетовое окрашивание — это биуретовая реакция, свидетельствующая о наличии пептидных связей.

Таким образом, один и тот же реагент (Cu(OH)₂ в щелочной среде) позволяет различить глюкозу (осадок кирпично-красного цвета) и белок (фиолетовая окраска).

8. Какую биологическую роль играют белки в организме? При ответе используйте не только материал параграфа, но и знания, полученные на уроках биологии.

Белки — это жизненно важные природные биополимеры, состоящие из аминокислот, соединённых пептидными связями. Они выполняют множество функций в организме человека и животных:

— Строительная функция: белки входят в состав клеточных мембран, волос, ногтей, кожи, сухожилий, костей, мышц и других тканей.

— Каталитическая функция: ферменты (биологические катализаторы) являются белками. Они ускоряют химические реакции в организме.

— Транспортная функция: гемоглобин — белок, переносящий кислород в крови.

— Защитная функция: иммуноглобулины (антитела) защищают организм от инфекций.

— Регуляторная функция: многие гормоны, например инсулин, состоят из белков и регулируют обмен веществ.

— Энергетическая функция: при недостатке углеводов и жиров белки могут служить источником энергии.

— Рецепторная функция: белки участвуют в передаче сигналов между клетками.

Недостаток белка в пище может привести к истощению, нарушению роста и развития, снижению иммунитета. Именно поэтому полноценное белковое питание жизненно необходимо для нормального функционирования организма.