Лабораторная работа №17, страница 174, часть 2 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №17

Денатурация белков

Реактивы: раствор яичного белка, растворы сульфата меди (II), ацетата свинца, уксусной кислоты, вода.

Химическая посуда и лабораторное оборудование: пробирки, штатив для пробирок, спиртовка, стеклянные палочки.

Техника безопасности. Требуется соблюдение правил работы с растворами кислот, щелочей и нагревательными приборами.

Ход работы

Опыт 1. В три пробирки налейте по 2 мл раствора яичного белка. В первую пробирку добавьте 0,5 мл раствора сульфата меди (II), во вторую — 0,5 мл раствора ацетата свинца, в третью — 0,5 мл раствора уксусной кислоты. Содержимое в пробирках перемешивайте стеклянной палочкой.

Опыт 2. В пробирку налейте 2 мл раствора яичного белка и нагрейте в пламени спиртовки. После остывания пробирки при взбалтывании прилейте 5–7 мл воды, белок не растворяется.

Вопросы и задания:

1. Что наблюдаете при добавлении к белку растворов солей и кислоты? Опишите наблюдаемое явление.

2. Какие изменения происходят в структуре белка при нагревании?

3. Как называется процесс свертывания белков? Почему свернувшийся белок не растворяется в воде?

1. Что наблюдаете при добавлении к белку растворов солей и кислоты? Опишите наблюдаемое явление.

При добавлении к раствору яичного белка растворов солей тяжелых металлов, таких как сульфат меди (II) ($CuSO_4$) и ацетат свинца ($(CH_3COO)_2Pb$), а также уксусной кислоты ($CH_3COOH$), происходит помутнение раствора и образование осадка. Белок "сворачивается", то есть выпадает в виде белых хлопьев или сгустка.

Это явление называется денатурацией белка. Денатурация — это процесс нарушения нативной (природной) пространственной структуры белковой молекулы под действием различных факторов (в данном случае химических).

Ионы тяжелых металлов (например, $Cu^{2+}$ и $Pb^{2+}$) взаимодействуют с функциональными группами аминокислотных остатков в белковой цепи, в частности с сульфгидрильными группами (-SH) цистеина и карбоксильными группами (-COO⁻) аспарагиновой и глутаминовой кислот. Это приводит к разрыву дисульфидных мостиков и солевых мостиков, которые поддерживают третичную и четвертичную структуры белка.

Кислота, в свою очередь, изменяет pH среды. Это ведет к протонированию карбоксильных групп (-COO⁻ → -COOH) и других ионогенных групп, что нарушает ионные взаимодействия (солевые мостики) внутри белковой глобулы.

В результате этих воздействий упорядоченная структура белка разрушается, белковые цепи разворачиваются, и белок теряет свою растворимость, выпадая в осадок.

Ответ: При добавлении к белку растворов солей тяжелых металлов и кислоты наблюдается его свертывание (коагуляция) и выпадение в осадок. Это явление называется химической денатурацией белка.

2. Какие изменения происходят в структуре белка при нагревании?

При нагревании раствора белка происходит его необратимая денатурация, что визуально проявляется как переход из жидкого прозрачного состояния в плотное непрозрачное (как при варке яйца).

Изменения происходят на нескольких уровнях структурной организации белка, за исключением первичной:

1. Нарушение вторичной структуры: Разрушаются водородные связи, которые стабилизируют α-спирали и β-складчатые листы.

2. Нарушение третичной структуры: Тепловая энергия увеличивает колебания атомов в молекуле, что приводит к разрыву слабых нековалентных связей: водородных, ионных (солевых мостиков), гидрофобных взаимодействий. В результате глобула разворачивается, теряя свою уникальную пространственную укладку.

3. Нарушение четвертичной структуры (если она есть): Разрушаются связи между отдельными полипептидными цепями (субъединицами), из которых состоит белковый комплекс.

Важно отметить, что первичная структура, то есть последовательность аминокислот в полипептидной цепи, соединенных прочными пептидными связями, при умеренном нагревании не разрушается. Разрушаются только более высокие уровни организации.

Ответ: При нагревании происходит разрушение вторичной, третичной и четвертичной структур белка из-за разрыва слабых нековалентных связей (водородных, ионных, гидрофобных). Первичная структура при этом сохраняется. Этот процесс называется тепловой денатурацией.

3. Как называется процесс свертывания белков? Почему свернувшийся белок не растворяется в воде?

Процесс свертывания белков под действием различных факторов (нагревание, кислоты, соли тяжелых металлов и др.) называется денатурацией. Видимое свертывание (коагуляция или образование осадка) является следствием этого процесса.

Свернувшийся (денатурированный) белок не растворяется в воде по следующей причине:

В своей природной (нативной) форме глобулярные белки растворимы в воде, потому что их гидрофильные (полярные) аминокислотные остатки располагаются на поверхности молекулы и взаимодействуют с молекулами воды, образуя гидратную оболочку. В то же время гидрофобные (неполярные) остатки "спрятаны" внутри белковой глобулы.

В процессе денатурации белковая молекула разворачивается. В результате гидрофобные участки, ранее находившиеся внутри, оказываются на поверхности и вступают в контакт с водой. Поскольку гидрофобные группы "избегают" контакта с водой, они начинают взаимодействовать друг с другом, "слипаясь" вместе. Этот процесс называется агрегацией. Развернутые белковые цепи объединяются в крупные, неупорядоченные агрегаты, которые становятся нерастворимыми и выпадают в осадок. Гидратная оболочка, обеспечивавшая растворимость, при этом разрушается.

Ответ: Процесс свертывания белков называется денатурацией. Свернувшийся белок не растворяется в воде, так как при денатурации происходит разворачивание белковых цепей, в результате чего гидрофобные группы, ранее скрытые внутри молекулы, выходят на поверхность. Эти группы взаимодействуют друг с другом, вызывая слипание (агрегацию) молекул белка в крупные нерастворимые частицы, которые выпадают в осадок.