Номер 5, страница 171, часть 2 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

5. Опишите физические и химические свойства белков.

Физические свойства белков

Физические свойства белков очень разнообразны и зависят от их структуры (первичной, вторичной, третичной, четвертичной) и функции в организме.

• Агрегатное состояние: В чистом виде белки — это, как правило, твердые аморфные вещества. Некоторые из них, однако, удается получить в кристаллическом состоянии, что позволяет изучать их структуру методом рентгеноструктурного анализа.

• Цвет и вкус: Большинство индивидуальных белков бесцветны и не обладают вкусом.

• Растворимость в воде: По отношению к воде белки делятся на растворимые и нерастворимые. Фибриллярные белки (например, кератин волос, коллаген соединительной ткани, фиброин шелка) нерастворимы в воде. Глобулярные белки (например, альбумины и глобулины плазмы крови, яичный альбумин) растворимы в воде или в водных растворах солей, образуя при этом коллоидные растворы (золи). Растворимость зависит от pH среды и концентрации солей.

• Молекулярная масса: Белки являются высокомолекулярными органическими соединениями, природными полимерами. Их относительная молекулярная масса колеблется в очень широких пределах: от 5–6 тысяч (например, инсулин) до нескольких миллионов дальтон (например, мышечный белок титин).

• Набухание: Многие белки, особенно фибриллярные в составе гелей, способны поглощать большое количество воды и сильно увеличиваться в объеме — набухать. Это свойство имеет большое значение для поддержания тургора в тканях.

• Отношение к нагреванию: Белки не имеют определенной температуры плавления. При сильном нагревании они необратимо денатурируют, а затем разлагаются (горят с характерным запахом жженых перьев).

Ответ: К основным физическим свойствам белков относятся их твердое агрегатное состояние, как правило, отсутствие цвета и вкуса, различная растворимость в воде (от полной нерастворимости до образования коллоидных растворов), большая молекулярная масса, способность к набуханию и разложение при сильном нагревании.

Химические свойства белков

Химические свойства белков определяются наличием пептидных связей, образующих полимерную цепь, и функциональными группами боковых радикалов аминокислотных остатков.

• Гидролиз: Это важнейшее свойство, заключающееся в разрушении первичной структуры белка. Под действием сильных кислот, щелочей при нагревании или под действием специфических ферментов (протеаз) происходит разрыв пептидных связей. Гидролиз идет ступенчато с образованием все более коротких пептидных фрагментов и в конечном итоге приводит к образованию смеси α-аминокислот, из которых был построен белок. Схематично процесс можно представить так: Белок $ \xrightarrow{+H_2O, катализатор} $ Полипептиды $ \xrightarrow{+H_2O} $ Олигопептиды $ \xrightarrow{+H_2O} $ α-аминокислоты.

• Денатурация: Это процесс разрушения сложной пространственной структуры белковой молекулы (вторичной, третичной, четвертичной) под влиянием различных физических или химических факторов. К таким факторам относятся: высокая температура, ультрафиолетовое и рентгеновское излучение, механическое воздействие, действие сильных кислот и щелочей (резкое изменение pH), солей тяжелых металлов (например, $CuSO_4, Pb(NO_3)_2$), органических растворителей (этанол, ацетон). При денатурации первичная структура белка (последовательность аминокислот) сохраняется, но белок теряет свою биологическую активность. Денатурация может быть обратимой (ренатурация), если воздействие было слабым, и необратимой (например, варка куриного яйца).

• Амфотерность: Белки проявляют амфотерные свойства, так как в состав их макромолекул входят как кислотные группы (карбоксильные группы $-COOH$ остатков аспарагиновой и глутаминовой кислот), так и основные (аминогруппы $-NH_2$ остатков лизина, аргинина). Поэтому белки могут взаимодействовать и с кислотами, и с основаниями. В кислой среде белок заряжается положительно, а в щелочной — отрицательно. Существует определенное значение pH, называемое изоэлектрической точкой (pI), при котором суммарный электрический заряд молекулы белка равен нулю. В этой точке белки наименее растворимы и могут выпадать в осадок.

• Цветные реакции на белки: Это набор качественных реакций, которые используются для обнаружения белков в растворе, а также для определения некоторых типов аминокислот в их составе.

- Биуретовая реакция: Является общей реакцией на пептидные связи. При добавлении к щелочному раствору белка нескольких капель раствора сульфата меди(II) ($CuSO_4$) образуется комплексное соединение ионов меди с пептидными группами, имеющее характерное фиолетовое окрашивание. Реакция положительна для всех белков и пептидов, содержащих две и более пептидные связи.

- Ксантопротеиновая реакция: Служит для обнаружения остатков ароматических аминокислот (тирозина, триптофана и фенилаланина). При действии на белок концентрированной азотной кислоты ($HNO_3$) и последующем нагревании появляется желтое окрашивание в результате нитрования ароматических колец в составе аминокислот. Если к полученному раствору добавить избыток щелочи или аммиака, окраска меняется на оранжевую. Появление желтых пятен на коже при контакте с азотной кислотой объясняется именно этой реакцией.

- Сульфгидрильная реакция (или проба Фоля): Позволяет обнаружить в составе белка серосодержащие аминокислоты (цистеин, цистин). При кипячении белка со щелочью происходит отщепление серы, которая затем при добавлении соли свинца(II), например ацетата свинца ($Pb(CH_3COO)_2$), образует черный или темно-коричневый осадок сульфида свинца(II) ($PbS$).

Ответ: Ключевыми химическими свойствами белков являются: гидролиз (распад до аминокислот), денатурация (потеря природной структуры и биологической активности), амфотерность (способность реагировать с кислотами и щелочами) и способность вступать в качественные цветные реакции (биуретовую, ксантопротеиновую и др.), которые подтверждают их природу и состав.