Jak wykryć białka?

Wykrywanie białek

Czy wszystkie produkty spożywcze zawierają białko? Czy istnieje jakiś szybki sposób na sprawdzenie, czy w danym produkcie znajduje się białko?

Białka to związki chemiczne, utworzone z bardzo dużych cząsteczek (makrocząsteczek). Występują w nich pewne charakterystyczne dla białek fragmenty ich budowy, których obecność w cząsteczkach białek, a zarazem obecność białek, można wykryć za pomocą różnych prób. Dwie z nich poznasz, wykonując doświadczenia $3$ i $4$ .

Jak można wykryć białka?

Charakterystycznym dla białek ugrupowaniem jest wiązanie (ugrupowanie) peptydowe.

R1MlqyctPvuZk

Na grafice znajduje się uproszczony wzór cząsteczki białka. Na ilustracji ukazano schemat przedstawiający uproszczony wzór cząsteczki białka. Od atomu azotu N odchodzą trzy wiązania: pojedyncze w górę do atomu wodoru H, pojedyncze na ukos w dół, w lewą stronę, zaznaczone linią przerywaną oraz pojedyncze na ukos w dół, w prawą stronę do grupy CH. Od niej odchodzą dwa wiązania pojedyncze: w dół do R1, oznaczającego atom wodoru lub resztę węglowodorową aminokwasów tworzących białko oraz na ukos w górę w prawo do atomu węgla C. Od niego odchodzą dwa wiązania: podwójne w górę do atomu tlenu O oraz zaznaczone na czerwono, na ukos w dół do atomu azotu N, od którego odchodzi wiązanie pojedyncze w dół do atomu wodoru H. Fragment ten, od atomu tlenu, poprzez atom węgla i azotu, aż do atomu wodoru obrysowano czerwoną ramką i opisano jako ugrupowanie peptydowe. Od atomu azotu N odchodzi również wiązanie na ukos w górę prowadzące do grupy CH, od której poprowadzone są dwa wiązania: pojedyncze w górę do R2, oznaczającego atom wodoru lub resztę węglowodorową aminokwasów tworzących białko oraz na ukos w dół do atomu węgla C. Od niego odchodzą dwa wiązania: podwójne w dół do atomu tlenu O i zaznaczone na czerwono, na ukos w górę do atomu azotu N, od którego odchodzi wiązanie pojedyncze w górę do atomu wodoru H. Fragment rozpoczynający się od atomu tlenu, poprzez atom węgla i azotu, aż do atomu wodoru obrysowano czerwoną ramką i opisano jako ugrupowanie peptydowe. Od atomu azotu odchodzi również wiązanie na ukos w dół prowadzące do grupy CH, od której poprowadzone są dwa wiązania: pojedyncze w dół do R3, oznaczającego atom wodoru lub resztę węglowodorową aminokwasów tworzących białko oraz na ukos w górę do atomu węgla C. Od niego odchodzą dwa wiązania: podwójne w górę do atomu tlenu O oraz pojedyncze, na ukos w dół, zaznaczone linią przerywaną. — Schemat przedstawiający uproszczony wzór cząsteczki białka z zaznaczonymi ugrupowaniami peptydowymi. $R_{1}$ , $R_{2}$ i $R_{3}$ na schemacie oznaczają atom wodoru lub resztę węglowodorową aminokwasów, które tworzą białko (w skład reszty mogą również wchodzić pierwiastki chemiczne inne niż węgiel i wodór, np. tlen, azot lub siarka).
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ugrupowania (wiązania) peptydowe można wykryć za pomocą tzw. próby (reakcji) biuretowej. Wykorzystuje się w niej zawiesinę świeżo strąconego wodorotlenku miedzi( $II$ ) ( $Cu {(OH)}_{2}$ ) w środowisku zasadowym. O pozytywnym wyniku próby biuretowej świadczy pojawienie się fioletowego zabarwienia.
Uwaga: Przeprowadzając doświadczenie, koniecznie zachowaj wszelkie środki ostrożności.

Doświadczenie 1

Sprawdź, czy w białku jaja kurzego znajdują się wiązania peptydowe.

W tym celu przeprowadź doświadczenie $3$ . Zapisz obserwacje i wnioski. Jeśli nie masz możliwości samodzielnego przeprowadzenia doświadczenia, zapoznaj się z filmem z jego wykonania.
Uwaga: Przeprowadzając doświadczenie, koniecznie zachowaj wszelkie środki ostrożności.

R1VNjqT6hEYQ5

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Zapoznaj się z poniższym opisem doświadczenia, a następnie odpowiedz na pytanie.

Problem badawczy:

Czy w białku jaja kurzego znajdują się wiązania peptydowe?

Hipoteza:

W białku jaja kurzego występują wiązania peptydowe.

Co było potrzebne:

białko jaja kurzego;
$10 %$ wodny roztwór siarczanu( $VI$ ) miedzi( $II$ );
$10 %$ wodny roztwór wodorotlenku sodu (zasada sodowa);
dwie probówki;
statyw na probówki;
bagietka.

Przebieg doświadczenia:

Do jednej probówki wlano kilka ${cm}^{3}$ wodnego roztworu siarczanu( $VI$ ) miedzi( $II$ ) i dodano kilka ${cm}^{3}$ zasady sodowej (w ten sposób otrzymano wodorotlenek miedzi( $II$ ) w postaci niebieskiego galaretowatego osadu). W drugiej probówce umieszczono białko jaja kurzego i dodano do niego świeżo strącony wodorotlenek miedzi( $II$ ). Po wprowadzeniu zawiesiny wodorotlenku miedzi( $II$ ) do białka jaja kurzego, zawartość probówki zmieniła zabarwienie na fioletowe.

Rt2Ogy0yJQfSc

Film $pt .$ Wykrywanie wiązań peptydowych w białku jaja kurzego
Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Polecenie 1

RSwiKvvp7Qaqw

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Czy udało Ci się odnotować poniższe obserwacje? Czy w Twoim wniosku znajduje się odniesienie do postawionej hipotezy?

Obserwacje:
Po wprowadzeniu zawiesiny wodorotlenku miedzi( $II$ ) do białka jaja kurzego, zawartość probówki zmieniła zabarwienie na fioletowe.

Wnioski:
Odnotowane obserwacje świadczą o pozytywnym wyniku próby biuretowej. Postawiona hipoteza jest zatem prawdziwa – w białku jaja kurzego obecne są ugrupowania (wiązania peptydowe).

Polecenie 1

Odpowiedz, o czym świadczy zmiana zabarwienia zawartości probówki na fioletowe.

ROGcrgt7ZsSmH

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ciekawostka

Nazwa próba (reakcja) biuretowa, pochodzi od nazwy zwyczajowej najprostszego związku chemicznego, który daje pozytywny jej wynik. Związkiem tym jest biuret o wzorze:

R4ff8b6f4l17s1

Na grafice znajduje się wzór półstrukturalny biuretu. Grupa H2N łączy się wiązaniem pojedynczym z atomem węgla C, od którego odchodzą dwa wiązania: podwójne w górę do atomu tlenu O i pojedyncze w prawo do grupy NH. Od niej odchodzi wiązanie pojedyncze w prawo do atomu węgla C, od którego odchodzą dwa wiązania: podwójne w górę do atomu tlenu O i pojedyncze w prawo do grupy NH2. — Biuret — najprostszy pod względem budowy związek chemiczny, dający pozytywny wynik próby biuretowej.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Próba biuretowa nazywana jest też czasem odczynem Piotrowskiego, od nazwiska polskiego fizjologa, Gustawa Piotrowskiego, który jako pierwszy opisał tę próbę w $1857 r .$

Pozytywny wynik próby biuretowej uzyskamy, poddając te wszystkie związki chemiczne, które w swojej strukturze mają co najmniej dwa wiązania peptydowe, położone bezpośrednio obok siebie (tak jak w biurecie) lub przedzielone tylko jednym atomem węgla. Jak widzisz, próba ta nie jest charakterystyczna wyłącznie dla białek, ale jest powszechnie stosowana do ich wykrywania. Przykładowo w laboratoriach diagnostycznych wykonuje się tzw. test biuretowy. Jest on powszechnie stosowany do sprawdzania obecności wolnego białka we krwi i innych płynach ustrojowych człowieka i zwierząt. Występowanie dużych ilości takiego białka wskazuje zwykle na uszkodzenia organów wewnętrznych, np. na marskość wątroby.

Niektóre białka, o specyficznej budowie, można wykryć za pomocą tzw. próby (reakcji) ksantoproteinowej. Odczynnikiem wykorzystywanym w tej próbie jest stężony kwas azotowy( $V$ ). Pozytywnym wynikiem próby ksantoproteinowej, świadczącym o obecności białka, jest pojawienie się żółtego zabarwienia.

Doświadczenie 2

Sprawdź, czy białko jaja kurzego daje pozytywny wynik próby ksantoproteinowej.

Zapisz obserwacje i wnioski. Jeśli nie masz możliwości samodzielnego przeprowadzenia doświadczenia, zapoznaj się z filmem z jego wykonania.
Uwaga: Przeprowadzając doświadczenie, koniecznie zachowaj wszelkie środki ostrożności.

RRQnjSEa7SHfj

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Zapoznaj się z poniższym opisem doświadczenia, a następnie odpowiedz na pytanie.

Problem badawczy:

Czy białko zawarte w białku jaja kurzego można wykryć za pomocą próby ksantoproteinowej?

Hipoteza:

Pod wpływem stężonego kwasu azotowego( $V$ ) białko jaja kurzego ścina się i barwi się na żółto.

Co było potrzebne:

białko jaja kurzego;
stężony kwas azotowy( $V$ );
zakraplacz;
probówka;
statyw na probówki.

Przebieg doświadczenia:

W probówce umieszczono białko jaja kurzego, a następnie dodano kroplami stężony kwas azotowy( $V$ ). Zaobserwowano wytrącanie się osadu i pojawienie się żółtego zabarwienia.

Rg7C1zgkFzUze

Film $pt .$ Zachowanie się białka pod wpływem kwasu azotowego( $V$ )
Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Polecenie 2

RXUdLqzNuQ8Qh

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Czy udało Ci się odnotować poniższe obserwacje? Czy w Twoim wniosku znajduje się odniesienie do postawionej hipotezy?

Obserwacje:
Po dodaniu stężonego kwasu azotowego( $V$ ) do białka, zaobserwowano wytrącanie się osadu i pojawienie się żółtego zabarwienia.

Wnioski:
Zaobserwowane żółte zabarwienie pozwala stwierdzić, że postawiona hipoteza jest prawdziwa. Białko zawarte w białku jaja kurzego daje pozytywny wynik reakcji ksantoproteinowej. Zaobserwowany proces ścinania się białka to denaturacja.

Polecenie 2

Odpowiedz, o czym świadczy pojawienie się żółtego zabarwienia białka.

R1RmIi1BW7uCV

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ciekawostka

RpmEItr7KXM0k1

Na grafice przedstawiono wzór półstrukturalny fenyloalaniny. Grupa H2N połączona jest wiązaniem pojedynczym z grupą CH, od której odchodzą dwa wiązania pojedyncze: w prawo do grupy COOH i w dół do grupy CH<mn">2. Grupa CH<mn">2 łączy się wiązaniem pojedynczym z sześcioczłonowym pierścieniem z trzema wiązaniami podwójnymi. — Fenyloalanina — aminokwas aromatyczny. Na zielono zaznaczono fragment aromatyczny cząsteczki fenyloalaniny, którego obecność w aminokwasie (i białku) skutkuje pozytywnym wynikiem reakcji ksantoproteinowej.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Reakcja ksantoproteinowa pozwala na wykrywanie, tak zwanych, ugrupowań aromatycznych, o których dowiesz się więcej na kolejnych etapach edukacji. Za pomocą wspomnianej reakcji wykryjemy białka, które w swoich cząsteczkach zawierają reszty odpowiednich aminokwasów, np. reszty fenyloalaniny.

Podobnie jak w przypadku próby biuretowej, również za pomocą reakcji ksantoproteinowej można wykrywać nie tylko białka. Po dodaniu stężonego kwasu azotowego( $V$ ), żółte zabarwienie zaobserwujemy w przypadku każdego ze związków chemicznych, które posiadają ugrupowania aromatyczne. Pozytywny wynik próby ksantoproteinowej zaobserwujemy również dla wymienionej fenyloalaniny.

Polecenie 3

Wykonaj ćwiczenie.

R1cVkoQ1RwJXu

Film $pt .$ W jaki sposób wykryć białko w produktach spożywczych?
Źródło: Tomorrow Sp.z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

RQoS0U2S9exuQ

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ciekawostka

Wełna i ptasie pióra też zabarwią się na żółto pod wpływem stężonego roztworu kwasu azotowego( $V$ ), co świadczy, że ich podstawowym składnikiem są białka, zawierające w cząsteczkach odpowiednie ugrupowania.

Polecenie 4

Wyjaśnij, dlaczego reakcja ksantoproteinowa jest wykonywana pod wyciągiem laboratoryjnym.

R14IIWWf2YQlv

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R1euW3k2F4QDr2

Ćwiczenie 1

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Podsumowanie

Reakcje biuretowa i ksantoproteinowa to reakcje barwne, które pozwalają wykryć obecność białka.

Słownik

próba (reakcja) biuretowa

reakcja wykorzystywana do wykrywania wiązań peptydowych w białkach i w związku z tym do wykrywania białek; zachodzi pod wpływem wodorotlenku miedzi( $II$ ); pozytywny wynik tej reakcji (świadczący o obecności wiązań (ugrupowań) peptydowych) to pojawienie się fioletowego zabarwienia

próba (reakcja) ksantoproteinowa

reakcja wykorzystywana do wykrywania obecności niektórych białek; zachodzi pod wpływem stężonego kwasu azotowego( $V$ ); pozytywny wynik tej reakcji (świadczący o obecności białka, a ściślej o obecności w białku charakterystycznych ugrupowań) to pojawienie się żółtego zabarwienia

bg‑gold

Notatnik

R17TY7A3VUjRk

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Jakie właściwości mają białka?

Czy każdy cukier jest słodki?

Wykrywanie białek

Podsumowanie

Słownik

Notatnik