Материал параграфа поможет вам:
узнать о функциях белков в живых организмах; выяснить состав белков;
получить информацию о свойствах и практическом значении белков.
На нашей планете есть вещества, без которых существование живых организмов было бы невозможным. Это — белки.
Белки — высокомолекулярные1 органические соединения, которые выполняют особые биологические функции в живых организмах.
Известно много белков. Они осуществляют и регулируют обмен веществ в клетках, являясь в то же время для них «строительным» материалом. Белки реагируют на изменение окружающей среды, приспосабливаясь к новым условиям. Они обеспечивают двигательную деятельность организма, а некоторые (так называемые белки-антитела) защищают его от инородных тел. Все химические реакции в клетках происходят при непосредственном участии белков-ферментов, выполняющих роль катализаторов. Таким образом, белки осуществляют в организме различные функции — энергетическую, строительную, сигнальную, двигательную, защитную, каталитическую.
В организмах животных и человека содержится больше белков, чем в растениях. Они входят в состав мышечной и нервной тканей, кожи, волос, ногтей.
Синтезировать белки (как и углеводы) непосредственно из неорганических веществ могут только растения и некоторые бактерии. Общая схема этого процесса:
1 Так называют соединения, молекулы которых состоят из очень большого количества атомов. К ним относятся, в частности, крахмал, целлюлоза, полиэтилен.
В организмы животных и человека белки поступают с пищей. Они расщепляются фер-
ментами на аминокислоты, из которых образуются другие белки, свойственные данному организму.
Аминокислоты — производные карбоновых кислот, в молекулах которых некоторые атомы Гидрогена углеводородных остатков замещены на группы атомов -NH2 (аминогруппы). Если аминогруппа соединена с ближайшим к карбоксильной группе атомом Карбона, то соединение принадлежит к а-аминокислотам. Простейшим соединением этого класса является аминоуксусная кислота NH2CH2COOH.
Во всех белках содержится пять основных элементов — Карбон (его массовая доля 50— 55 %), Оксиген (21,5—23,5 %), Нитроген (15—17 %), Гидроген (6,5—7,3 %), Сульфур (0,3—2,5 %), а также небольшие количества Фосфора, Иода, Феррума, других элементов.
Белки имеют высокие значения молекулярных масс — от десятков тысяч до нескольких миллионов. Химические формулы этих соединений очень сложные.
Каждый белок отличается от других набором аминокислотных остатков, их последовательностью в молекуле, пространственным строением молекул, а также биологическими функциями.
Уникальность белков обусловлена их строением, которого не имеет ни одно из изученных вами соединений. Первый весомый вклад в исследование белков сделал немецкий ученый
Э. Г. Фишер. Он доказал, что их молекулы построены из остатков молекул а-аминокис-лот, соединенных группами атомов
(пептидными группами).
Свойства. Белки не имеют температур плавления и кипения. При нагревании белка разрушается его сложное строение, вследствие чего он теряет способность выполнять биологические функции. Однако пищевые продукты после такого превращения белков
легче усваиваются организмом — яичница или сваренное яйцо по сравнению с сырым, кислое молоко по сравнению со свежим.
При сильном нагревании белки темнеют и начинают разлагаться, распространяя запах жженых перьев.
Эмиль Герман Фишер (1852—1919)
Немецкий химик и биохимик, академик Берлинской академии наук. Исследовал белки и продукты их расщепления. Изучал действие ферментов на различные соединения. Разработал классификацию углеводов и методы их синтеза. Внес значительный вклад в развитие стереохимии. Именем Фишера названы открытая ученым реакция в органической химии, способ изображения структурных формул молекул.
Лауреат Нобелевской премии (1902).
Некоторые белки растворяются в воде с образованием коллоидных растворов.
При добавлении к раствору белка концентрированных растворов кислот, щелочей, солей Купрума(П), Плюмбума(П) и других «тяжелых» металлических элементов, а также органических растворителей (например, этилового спирта) происходит осаждение белка.
Практическое значение. Белки являются важнейшей составляющей нашего питания и рациона животных. Их ценность определяется наличием в молекулах белков фрагментов молекул определенных (незаменимых) аминокислот. Недостаток белков в пище отрицательно влияет на организм, вызывает некоторые заболевания. В животноводстве и птицеводстве с целью увеличения пищевой ценности кормов их обогащают искусственными белками, произведенными с помощью микробиологического синтеза.
Это интересно
Суточная потребность взрослого человека в белках составляет в среднем 100—110 г.
Вещества и материалы, основу которых составляют белки, имеют широкое применение. Среди них — шерсть, шелк, кожа, меха, клеи, желатин и др. В современные стиральные порошки вводят биодобавки — ферменты, катализирующие распад белковых загрязнений белья и одежды. Белки используют и в медицине.
ВЫВОДЫ
Белки — высокомолекулярные органические соединения, выполняющие особые биологические функции в живых организмах. Их молекулы состоят из остатков а-аминокислот, соединенных между собой пептидными группами -CO-NH-.
Белки осуществляют и регулируют обмен веществ в клетках, являются «строительным» материалом для живых организмов. При попадании с пищей в организмы человека или животных белки расщепляются ферментами на аминокислоты, из которых образуются другие белки, свойственные данному организму.
Материалы с белковой основой широко используются в повседневной жизни.
237. Какие соединения называют белками? Какие функции они выполняют в живых организмах?
238. Охарактеризуйте качественный состав белков.
239. Как ведут себя белки при нагревании, добавлении растворов некоторых неорганических соединений?
240. Почему белковую пищу нельзя заменить пищей, в которой преобладают жиры или углеводы?
241. Массовая доля белков в листьях шпината составляет 2,3 %, а средняя массовая доля Нитрогена в белках — 16 %. Какая масса Нитрогена содержится в 1 кг шпината?
242. Подготовьте по материалам из интернета или других источников информации сообщение о соединениях, которые называют незаменимыми аминокислотами.
ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ
Структура белков
Различают четыре типа структуры белков.
Первичная структура белка — это цепь из атомов Карбона и Нитрогена со строго определенной последовательностью аминокислотных остатков:
В приведенной формуле буквами R с различными индексами обозначены углеводородные и другие остатки.
Вторичная структура белка — определенная пространственная форма (обычно — спираль), которую приобретает цепь молекулы за счет реализации водородных связей между ее фрагментами.
Третичная структура белка образуется в результате свертывания спирали цепи в более компактную форму (глобулу).
Четвертичная структура белка является системой очень сложной формы. В ней объединены две или больше глобул. Это — единый комплекс, выполняющий определенную функцию в живом организме. Четвертичную структуру имеют лишь некоторые белки, например ^гемоглобин; его молекула содержит четыре глобулы.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4
Обнаружение органических соединений
в пищевых продуктах
В вашем распоряжении имеются разбавленный сок лимона, молоко, несколько зерен риса (или другой крупы) либо макаронные изделия, а также питьевая сода, концентрированный раствор соли Феррума(Ш) или Купрума(П), этиловый спирт, спиртовая настойка иода, полоски универсальной индикаторной бумаги.
ОПЫТ 1
Обнаружение органических кислот
Налейте в одну пробирку 2 мл разбавленного сока лимона, в другую — столько же молока. С помощью
пипетки или стеклянной палочки нанесите каплю каждой жидкости на полоску универсальной индикаторной бумаги. Изменил ли окраску индикатор? О наличии каких ионов в жидкости (жидкостях) это свидетельствует?
В каждую пробирку с жидкостью внесите небольшое количество (на кончике шпателя) порошка питьевой соды. Что наблюдаете?
ОПЫТ 2
Обнаружение белков
Нанесите на предметное стекло с помощью пипетки 4—5 капель молока и добавьте несколько капель концентрированного раствора соли Феррума(Ш), Купру-ма(П) или этилового спирта. Что наблюдаете? Произошло ли осаждение белков, содержащихся в молоке?
ОПЫТЗ
Обнаружение крахмала
Поместите в пробирку приблизительно 1/4 чайной ложки крупы или кусочек макаронного изделия и добавьте 4—5 мл воды. Зажгите спиртовку или сухое горючее и осторожно нагревайте содержимое пробирки. Как только смесь закипит, прекратите нагревание.
После охлаждения смеси нанесите на предметное стекло с помощью пипетки 4—5 капель полученного коллоидного раствора и добавьте каплю йодной настойки. Что наблюдаете?
Выполняя каждый опыт, заполняйте приведенную ниже таблицу:
ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ
Определение глюкозы в меде
Глюкозу обнаруживают в меде с помощью такого эксперимента. Сначала получают купрум(М) гидроксид, смешивая растворы соли Купрума(И) и щелочи, взятой в избытке. Затем 1 мл смеси, содержащей этот гидроксид, добавляют в водный раствор меда и осторожно нагревают. Появление желтого осадка, который постепенно превращается в красный, свидетельствует о наличии в меде глюкозы.
Это материал учебника Химия 9 класс Попель, Крикля