«Изучение денатурации белка под влиянием различных факторов на примере яичного белка альбумина»

Опубликовано Леонтьева Любовь Ивановна вкл 12.12.2024 - 20:43

Автор:

Юлия Андреевна Леонтьева

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Жуковская средняя общеобразовательная школа № 22

Исследовательский проект: "Исследование денатурации белка"

Выполнила: ученица 10 класса Леонтьева Юлия

Руководители:

учитель биологии - Кобелева Н. В

учитель химии – Леонтьева Л.И.

Введение

Белки являются одними из четырех основных органических веществ живой материи (белки, жиры, нуклеиновые кислоты, углеводы), но по своему значению и биологическим функциям они занимают в ней особенное 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. Для некоторых белков относительная молекулярная масса составляет примерно 65 тысяч. 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.

Идея моего проекта состоит в том, что 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.

Предмет исследования: денатурация белка при воздействии факторов внешней среды.

Цель проекта: изучить денатурацию яичного белка альбумина под воздействием внешних химических факторов.

Объект исследования: Яичный белок альбумин

Задачи проекта:

- изучить научную литературу по проблеме исследования;

- подобрать методические указания для постановки опытов;

- провести опыты и проанализировать их результаты.

Методы исследования:

- анализ литературы;

- химический эксперимент;

-анализ результатов, полученных в ходе поставленных химических экспериментов.

Практическая значимость моего проекта заключатся в том, что после проведения исследования можно провести аналогию, что такие же изменения происходят и в организме человека и их могут вызвать различные химические факторы внешней среды.

Заключение

Я изучила научную литературу по проблеме исследования. Исследовала денатурацию белка альбумина под влиянием химических веществ, которые входят в состав продуктов питания ( уксусная кислота используется как консервант, ортофосфорная кислота входит в состав напитка «Кола») и в состав бытовой химии ( концентрированные растворы щелочей, входящие в состав моющих средств «Антижир». Исследовала денатурацию под действием высокой температуры ,( человек подвергается воздействию повышенной температуры, например, при посещении бани ). Эти факторы вызывают необратимые изменения в структуре белковой молекулы. Чтобы убедиться в своих предположениях, я провела эксперимент и подтвердила гипотезу, выдвинутую в начале исследования. Для дальнейшего развития моего проекта, я хотела бы исследовать, какие еще внешние воздействия приводят к денатурации белка. В будущем я хочу стать врачом, и эти знания пригодятся для моей профессии.

Скачать:

Вложение	Размер
_izuchenie_denaturatsii_belka_pod_vliyaniem_razlichnyh_faktorov_na_primere_yaichnogo_belka_albumina.doc	720 КБ

Предварительный просмотр:

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Жуковская средняя общеобразовательная школа № 22

Тема: «Изучение денатурации белка под влиянием различных факторов на примере яичного белка альбумина»

Автор работы:

Леонтьева Юлия, 10 кл.,

МБОУ ЖСОШ №22,

с. Жуковское, Ростовская область.

Руководитель:

Леонтьева Любовь Ивановна,

учитель химии МБОУ ЖСОШ №22,

с. Жуковское, Ростовская область.

с. Жуковское

2024 год

Содержание

Введение………………………………………………………………………….. 3

Основная часть…………………………………………………………………..4-9

Теоретическая часть…………………………………………………………….4-6

Практическая часть……………………………………………………………...7-9

Заключение и вывод……………………………………………………………... 10

Источники литературы и источников…………………………………………...11

Приложение

1.Введение

Актуальность темы: Белки играют важнейшую роль в жизни организмов. Любые нарушения белковых молекул приводят к изменениям их функций. Поэтому важно знать не только структуру и функции белков, но и явление денатурации. 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

Цель: Исследовать денатурацию белковой молекулы под влиянием физических и химических факторов.

Задачи:

- изучить научную литературу по теме исследования;

- подобрать методические указания для постановки опытов;

- провести опыты и проанализировать их результаты;

-сделать выводы на основе проведённых опытов.

Гипотеза: Различные факторы могут вызывать денатурацию белка, а значит нарушать его функции.

Предмет исследования: Яичный белок альбумин.

Объект исследования: Влияние различных факторов на структуру и свойства белка альбумина.

Методы исследования: изучение и анализ литературы, проведение экспериментов, анализ результатов и оформление вывода.

Практическая значимость: Данная работа имеет большое практическое значение для формирования знаний о структуре белковой молекулы, её свойствах и может служить хорошим помощником для изучения темы денатурации белка на уроках химии и биологии в 10-11 классах.

2. Основная часть

2.1. Теоретическая часть

2.1.1. Общие сведения и структурные организации белковых молекул

Белки – одни из четырёх основных органических веществ живых организмов. Это основная составная часть всех живых клеток. Занимают особое место по своему значению и биологическим функциям.

Белки - это биополимеры сложного строения, 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, различают еще 3 структуры белка вторичную, третичную, четвертичную. (Приложение 1)

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 является транспорт молекул. 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, некоторые виды антибиотиков, кое-какие гормоны и даже яды.

2.1.2. Функции белков в организме.

Белки, входящие в состав организма человека, отличаются большим разнообразием состава, местом расположения и функциями.

Белки выполняют следующие функции в организме:

1. Каталитическая или ферментативная функция. Одна из основных функций белков. В настоящее время известно свыше 2000 различных ферментов, которые являются биологическими катализаторами и ускоряют все биохимические процессы в организме.

2. Структурная или пластическая функция. Мембраны всех клеток и субклеточных единиц представляют собой бислой: белки и фосфолипиды, т.е. белки играют большую роль в формировании всех клеточных структур. Эту функцию выполняют, например следующие белки: кератин – составляет основу волос и ногтей, коллаген – главный белок соединительной ткани.

3. Сократительная функция. Важным признаком жизни является подвижность, а как мы знаем, актин и миозин являются белками мышц. Кроме мышечных сокращений к этой функции относят и изменение форм клеток и субклеточных частиц.

4. Транспортная функция. Перенос различных веществ по крови и в пределах клетки. Например, альбумины переносят по крови высшие жирные кислоты, лекарственные вещества, билирубин; гемоглобин переносит кислород и углекислый газ, другие белки транспортируют липиды, стероиды, витамины и т.д.

5. Защитная функция. В процессе эволюции в организме выработан механизм узнавания и связывания «чужих» молекул с помощью белков-антител, которые являются белковой фракцией гамма-глобулинов; кроме этого ряд белков, например, альбумины, обезвреживают ядовитые вещества.

6. Регуляторная функция. Среди молекул-регуляторов важное место принадлежит регуляторам белковой природы, таким как гормоны, 50% которых имеют белковую природу; белки-гистоны, кислые белки играют роль в регуляции процесса трансляции в биосинтезе белка; белки крови альбумины играют большую роль в создании и поддержании онкотического и осмотического давления крови и др.

7. Рецепторная функция. Белковые рецепторы могут находиться как в цитоплазме, так и встраиваться в клеточную мембрану. Одна часть молекулы рецептора воспринимает сигнал, который после изменений передаётся на другую часть молекулы и тем самым активирует передачу сигнала на другие клеточные компоненты.

8. Опорная или механическая функция. Прочность соединительной, хрящевой и костной ткани определяется за счет белков – коллагена, эластина, фибронектина.

9. Энергетическая функция. 1 г. белка, окисляясь до конечных продуктов – мочевины, углекислого газа и воды, выделяется 176 кДж энергии.

2.1.3. Денатурация и ренатурация белка

Одно из свойств белка-денатурация. Денатурация – это утрата белковой молекулой своей структурной организации: четвертичной, третичной, вторичной, а при более жестких условиях – и первичной структуры. В результате денатурации белок теряет способность выполнять свою функцию. Причинами денатурации могут быть высокая температура, ультрафиолетовое излучение, действие сильных кислот и щелочей, тяжелых металлов и органических растворителей. Она приводит не только к утере структуры молекулы, но и к изменению свойств и функций конкретного белка и, в первую очередь, уменьшение его растворимости. Если изменение условий среды не приводит к разрушению первичной структуры молекулы, то при восстановлении нормальных условий среды полностью воссоздается структура белка и его функциональная активность.

Такой процесс носит название ренатурации. Нужно отметить, что ренатурация не всегда возможна.

2.1.4 .Факторы, которые вызывают денатурацию белков

Физические факторы

1. Высокие температуры. Для разных белков характерна различная чувствительность к тепловому воздействию. Часть белков подвергается денатурации уже при 40-500С. Такие белки называют термолабильными. Другие белки денатурируют при гораздо более высоких температурах, они являются термостабильными.

2. Ультрафиолетовое облучение

3. Рентгеновское и радиоактивное облучение

4. Ультразвук

5. Механическое воздействие (например, вибрация).

Химические факторы

1. Органические растворители.

2. Концентрированные кислоты и щелочи.

3. Соли тяжелых металлов.

4. Растительные алкалоиды.

5. Мочевина в высоких концентрациях

2.2. Практическая часть

После изучения теоретического материала я решила провести несколько опытов и наглядно убедиться в том, что различные факторы могут привести к денатурации белковой молекулы.

Опыты я проводила в школе под контролем учителя. Прежде чем приступить к экспериментам я ознакомилась с техникой безопасности при работе с химическими реактивами.

После я подготовила всё необходимое для проведения опытов:

1. Раствор яичного белка

2. Дистиллированная вода (Н2О)

3. Уксусная кислота 70%

4. Гидроксид натрия (NaOH)

5. Напиток «Кока-кола»

6. Спиртовка

7. Пробирки

8. Зажим пробирочный

9.Штатив для пробирок

10. Пипетки

Сначала я приготовила белковый раствор. Для этого необходимо сделать следующее:

Отделить белок 1 крупного куриного яйца
Добавить 100 мл воды
Смесь хорошо размешать
Профильтровать через ватный фильтр

Стаканчики для удобства я пронумеровала от 1 до 4. Под № 1был отрицательный контроль с раствором яичного белка. Отрицательный контроль - это контроль, при котором действие независимой переменной на зависимую полностью исключается. Яичный белок - это зависимая переменная, которую изучает экспериментатор, а реагенты, которые я буду добавлять в него - это независимая переменная, переменная которую задает экспериментатор. Такой контроль я проведу для того, чтобы выяснить действительно ли на денатурацию белка будет влиять те или иные реагенты (кислота, щелочь, кола, температура), а не факторы из вне (интенсивность света, влажность воздуха). Поэтому при проведении отрицательного контроля, я буду брать яичный белок в абсолютно таких же условиях, что и всё остальные образцы, но добавлю в белок дистиллированную воду комнатной температуры, а не едкие вещества.

Опыт № 1 «Исследование влияния физических факторов (высокой температуры) на денатурацию белка».

Цель опыта: Изучить влияние высоких температур на денатурацию белка.

Оборудование и материалы: спиртовка, спички, пробирка с раствором белка № 2, зажим пробирочный.

Ход работы: Пробирку с раствором нагреваем до получения сгустка. (Приложение3)

Вывод: В ходе работы я убедилась, что при повышении температуры выше 40 градусов наступает денатурация белка. Можно провести аналогию, что во время болезни, когда температура тела человека поднимается выше нормы, может происходить нарушение структуры белковых молекул, которые находятся, например, в крови. Это будет приводить к сбою в работе организма и даже к его гибели.

Опыт № 2 «Воздействие уксусной кислоты и щелочи на структуру белка»

Цель опыта: Изучить денатурацию белка под действием кислоты и щёлочи.

Оборудование и материалы: пробирки с белковым раствором № 3 и № 4, уксусная кислота 70%, гидроксид натрия концентрированный раствор, пипетки.

Ход работы: В одну пробирку с белковым раствором (№ 3) по каплям добавляем 2 мл уксусной кислоты 70%, а во вторую (№ 4) добавляем щёлочь.

Под действием кислоты белок быстро денатурирует, образуя плотный осадок (Приложение 4) Под действием щелочи образовался прозрачный желеобразный осадок. (Приложение 5)

Вывод: Концентрированные кислоты и щелочи вызывают денатурацию белка.

Опыт № 3. Отрицательный контроль:

Ход работы: Добавляем дистиллированную воду в контрольный образец и перемешиваем. Ничего не поменялось. Единственное что я сделала - раствор альбумина, а свойства его никак не поменялись.

Вывод: Благодаря отрицательному контролю эксперимента я доказала, что на денатурацию белка будет влиять те или иные реагенты (кислота, щелочь, кола, температура), а не факторы из вне (интенсивность света, влажность воздуха т.д.).

Опыт № 4. «Действие на белок напитка «Кока- кола».

Ход работы: Добавим в образец яичного белка напиток 5 мл «Кока-колы» Заметно, что белок начал пенится, затем образовались белые хлопья, то есть наблюдается денатурация.

Вывод: В состав колы входит два вида кислоты - это ортофосфорная кислота и угольная кислота. Денатурация произошла, не такая агрессивная, как это было с уксусной кислотой, так как концентрация кислот в напитке небольшая. . (Приложение 6)

3. Заключения и выводы

В своей работе я исследовала факторы, влияющие на денатурацию белка на примере яичного белка альбумина. В условиях школьной лаборатории я смогла исследовать несколько факторов: физический фактор-это денатурация белка под действием высоких температур и химические факторы - это денатурация белка под действием кислот, щелочей. На опытах я доказала, что эти факторы приводят к денатурации. Соответственно, если белки утрачивают свою структуру, они будут терять свои свойства, а значит и функции.

Моя гипотеза подтвердилась. Цель работы достигнута. Для дальнейшего развития своего проекта, я хотела бы исследовать, какие еще внешние воздействия приводят к денатурации белка можно ли экспериментально произвести ренатурацию белка.

Данная работа имеет большое практическое значение для формирования знаний о структуре белковой молекулы , её свойствах и может служить хорошим помощником для изучения темы денатурации белка на уроках химии и биологии в 10-11 классах. В будущем я хочу стать врачом, и эти знания, надеюсь, пригодятся мне в будущей профессиональной деятельности.

4.Литература и источники:

Ю.И « Специфические белки: практическое пособие для врачей: в 2 частях». – Часть I. «Лабораторные тесты исследования специфических белков / Ю.И. Ярец». – Гомель, 2015.
Ю.А.Грызунова, Д. Е. Добрецова. «Альбумин сыворотки крови в клинической медицине»: М. : ИРИУС, 1994.
А.В.Финкельштейн, «Физика белка». / А.В.Финкельштейн, О. Б. Птицын. − М. : КДУ, 2005.
Н.Б.Гусев « Нейродегенеративные болезни и проблема правильного сворачивания белка» / Н. Б. Гусев // Соросовский образовательный журнал. − 2004.
В.Д.Вавилова(Копылова), «Экология»: Учебник/В.Д.Вавилова(Копылова).-2-е изд.,перераб.и доп.-М.:»Дашков и К»,2012.
О.А.Реутов. «Органическая химия»: в 4 ч.Ч 1/О.А.Реутов, А.Л.Курц, К.П.Бутин.-4-е изд.-М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012.
А.А.Каменский, Е.К.Касперский, В.И.Сивоглазов, учебник биологии 10 класс :М.: «Просвещение», 2019.
www.studopedia.ru
www.vegnews.ru
www.helix.ru
www.science-education.ru
Яндекс картинки