Исследовательская работа Изучение фактров, влияющих на денатурацию белка

Муниципальное казенное  общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа имени И.А.Пришкольника с. Валдгейм»

Исследовательская работа

 «Исследование химической денатурации яичного белка альбумина»

Ученица                             А. Степанцова

8 класс                                                                                    

 Руководитель                              

 Учитель                             Л.Н. Митрофанова

С.Валдгейм

2018

.

Введение

Белки являются одними из четырех основных органических веществ живой материи (белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры), но по своему значению и биологическим функциям они занимают в ней особое 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. Меньшая молекулярная масса может быть у простейших ферментов и некоторых гормонов белковой природы. Например, молекулярная масса гормона инсулина около 6500, а белка вируса гриппа — 320 000 000.  Для некоторых белков относительная молекулярная масса составляет примерно 65000. 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 внешней среды.

Цель исследования: изучить денатурацию яичного белка альбумина под воздействием   внешних химических факторов. Объект исследования: Яичный белок альбумин

Предмет исследования: денатурация белка при воздействии  трех факторов – кислотности, этилового спирта, солей.

Задачи:

- 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.

База исследования: кабинет химии МКОУ СОШ им. И.А. Пришкольника с. Валдгейм.

1 Особенности строения и свойств белка альбумина.

Белки - это биополимеры сложного строения макромолекулы (протеины) которых, 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, стремясь к образованию  к энергетически наиболее выгодной конфигурации, различают еще 3 структуры белка вторичную, третичную, четвертичную.

 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 являются поддержание онкотического давления плазмы, транспорт молекул. Альбумин несет еще одну функцию в крови - транспортную. 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, например, некоторые виды антибиотиков, сульфаниламиды, кое-какие гормоны и даже яды.

В яичном белке содержится множество типов протеинов, некоторые из которых обладают большей биологической ценностью. Примерно половина (54%) альбуминов яичного белка приходится на овальбумин, который является питательным субстратом и связывает пищеварительные ферменты. Овотрансферрин (12%), овомукоид (11%) и овоглобулин (8%) – еще три протеина, широко представленные в яичном белке. Каждая из этих белковых молекул выполняет свою функцию, а вместе эти протеины участвуют в переваривании пищи, связываются с клеточными рецепторами, стимулируют иммунную систему.

2 Воздействие алкоголя на свойства белка

Алкоголь (винный, он же этиловый спирт) действует на нервные клетки, подавляя передачу нервных сигналов. Это ухудшает в целом работу мозга, искажает скоординированность движений. Спирт вызывает свертывание белков (денатурацию), препятствует перевариванию и усвоению пищи.   Пищеварительный процесс нарушается по таким причинам:

а) отравляются спиртом стенки желудочно-кишечного тракта;

б) осаждаются легкоусваиваемые белки пищи и уплотняются, что затрудняет действие ферментов;

Цель опыта: изучить необратимые изменения белка  под воздействием спирта.

Оборудование и реактивы:   яичный белок,  пипетка, кипяченая вода комнатной температуры, 80 — 90-процентный спирт, пробирки – 2шт.

Методика получения раствора яичного белка.

К 25 мл белка одного куриного яйца добавляют 100 мл воды. Смесь размешивают до растворения и профильтровывают через неплотный ватный фильтр.

Ход опыта.

В две пробирки помещаем  по 2 мл раствора яичного белка. В одну пробирку добавляем 4 мл воды, в другую - столько же этилового спирта. При сравнивании двух растворов наблюдаем  во второй пробирке денатурацию белка (Табл. 1 Приложение 1)

Спирт осаждает белки из раствора, отнимая от них воду, уплотняет и изменяет структуру белковых молекул, необратимо нарушая их жизненные свойства. При денатурации разрываются связи, стабилизирующие четвертичную, третичную и даже вторичную структуры. Полипептидная цепь разворачивается и находится в растворе или в развернутом виде, или в виде беспорядочного клубка. При этом теряется гидратная оболочка и белок выпадает в осадок.

Вывод. Спирт денатурирует белок, отнимает у него воду, осаждает и необратимо изменяет его структуру.

3 Воздействие кислотности на свойство белка

Денатурацию белка могут вызвать кислоты и щелочи. Различная рН среды вызывает также перераспределение связей в молекуле белка.

Цель опыта: Изучение влияния кислотности среды на свойство денатурации белка

Оборудование и реактивы:   яичный белок,  пипетки -4 шт., кипяченая вода комнатной температуры, раствор соляной кислоты (1:5), раствор азотной кислоты (1:3),раствор гидроксида натрия(10%), рН-индикаторная бумага, пробирки – 5шт.

Ход работы:

Часть 1

В каждую из 4 пробирок прилили по 2 мл раствора яичного белка. Используя разные пипетки,  добавили  в соответствующие пробирки по 2 мл воды, азотной кислоты, соляной кислоты, гидроксида натрия.

 С помощью универсальной индикаторной бумаги определили кислотность полученных растворов. ( Табл. 3 Приложение 4)

Часть 2

В пятую пробирку также прилили раствор белка - 2 мл и такое же количество раствора соляной кислоты, затем по каплям добавляли раствор гидроксида натрия, тщательно перемешивая после каждой капли. Раствор гидроксида натрия добавляли до тех пор, пока раствор не стал полностью прозрачным. ( Табл. 2 Приложение 1)

Вывод: Белок также денатурировал под воздействием кислот, при действии щелочи белок сначала стал тягучим, а затем твердым. ( Первая часть опыта). Сильные кислоты, щелочи, соли денатурируют белок. Под действием этих реагентов ионные связи разрываются и белок коагулирует. Длительное воздействие реагента может вызвать разрыв и пептидных связей.

 Во второй части опыта удалось доказать обратимость процесса изменения свойств белка (ренатурацию)^[1] 

4 Воздействие солей на свойства белка

Вредное влияние загрязнений окружающей среды солями сказывается, преимущественно, на простейших организмах, составляющих основу пищевых цепей в живой природе. Так возникают экологические проблемы засоления почв и поверхностных вод. Если окружающая среда загрязняется солями тяжелых металлов (например, меди, свинца, кадмия и т.п.), возникают также медико-экологические проблемы, связанные с повышенной заболеваемостью населения.

Цель опыта: Изучение воздействия солей на способность белка  к денатурации

Оборудование и реактивы:   пипетки-3 шт., пробирки -2 шт., раствор хлорида аммония, раствор сульфата меди (II), раствор яичного белка, чистая вода.

Ход работы

 В первую пробирку помещаем раствор белка, добавляем по каплям раствор хлорида аммония до образования осадка, перемешиваем, добавляем воды и вновь перемешиваем. Осадок растворился. (Табл. 3 приложение 2)

Вывод: Произошло высаливание^[2] белка. Так,  при полунасыщении раствора хлорида аммония выпадают глобулины, при полном насыщении этой солью высаливаются все  белки. Характерной особенностью белков, полученных высаливанием, является сохранение ими  биологических свойств после удаления соли.

Во вторую пробирку поместили раствор белка, добавили по каплям раствор сульфата меди до образования осадка, добавили 2 мл воды.

Образовался нерастворимый осадок.

Вывод: Соли тяжелых металлов вызывают необратимое осаждение белка альбумина, образуя с ним нерастворимые в воде соединения. Поэтому белки применяют в качестве противоядия при отравлении, например, ртутными солями.

Заключение

Я исследовала денатурацию белка альбумина под   влиянием  кислот, этанола, солей.  Эти факторы вызывают необратимые изменения в структуре белковой молекулы. Каждая  белковая молекула выполняет свою функцию, а   если структура молекулы  нарушена, следовательно, эта  функция утрачивается. Таким образом, гипотеза, выдвинутая в начале исследования, доказана в данной работе.

Химические факторы: кислоты, соли, этиловый спирт вызывают необратимую денатурацию альбумина.  Цель исследования достигнута.

Список литературы:

1. Валова (Копылова), В. Д. Экология [Электронный ресурс]: Учебник / В. Д. Валова (Копылова). - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°», 2012. - 360 с. - ISBN 978-5-394-01752-0.

2. Муравьев А.Г., Пугал Н.А.,Лаврова В.Н. Экологический практикум Крисмас+ Санкт- Петербург 2003

3. Реутов О. А. Органическая химия: в 4 ч. Ч. 1 [Электронный ресурс] / О. А. Реутов, А. Л. Курц, К. П. Бутин. — 4-е изд. (эл.). — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. — 567 с.: ил. — (Классический университетский учебник). ISBN 978-5-9963-0808-8 (Ч. 1) ISBN 978-5-94774-611-      

4.Салин Ю.С.  Естествознание и жизнь – Дальневосточная Академия -  2001

Приложение 1

Табл.1 Воздействие алкоголя на свойства белка

Табл. 2 Воздействие кислотности на свойство белка

Во всех 5 пробирках – по 2 мл яичного белка

Приложение 2

Табл. 3 Воздействие солей на свойство белка