Białka – właściwości
Białka stanowią najważniejszy składnik budulcowy wszystkich organizmów. Bez nich nie istniałoby życie. Ich obecność jest warunkiem zaistnienia procesów, które ogólnie nazywamy przemianą materii. Jakie właściwości ma białko jaja kurzego? Jaki proces zachodzi podczas przyrządzania jajecznicy?
budowę białek;
występowanie białek;
funkcje białek w organizmie człowieka;
definicję koloidu.
definiować pojęcia: denaturacja i wysalanie białka;
wymieniać czynniki powodujące denaturację i wysalanie białka;
wskazać różnicę między denaturacją a wysalaniem białka;
projektować i przeprowadzać doświadczenie, które pozwoli wykryć obecność białka w produktach spożywczych.
1. Właściwości białek
Kierując wąski strumień światła na zlewkę z roztworem wodnym białka jaja kurzego, zauważamy rozpraszanie się światła. Zjawisko to nazywamy efektem Tyndalla. Świadczy ono o tym, że białko tworzy z wodą roztwór koloidalny.
Jakie właściwości ma roztwór białka jaja kurzego?
Sprawdź, jak zachowuje się białko jaja kurzego w kontakcie z nasyconym wodnym roztworem chlorku sodu (soli kuchennej).
W tym celu wykonaj doświadczenie nr . Zapisz obserwacje oraz wnioski.
Zapoznaj się z zamieszczonym poniżej opisem doświadczenia, a następnie odpowiedz na pytanie.
Problem badawczy:
Jaki wpływ na białko jaja kurzego ma chlorek sodu (sól kuchenna)?
Hipoteza:
Białko jaja kurzego ulega odwracalnej koagulacji pod wpływem chlorku sodu (soli kuchennej).
Co było potrzebne:
białko jaja kurzego;
nasycony wodny roztwór chlorku sodu (soli kamiennej);
woda;
bagietka;
pipeta;
probówka;
statyw na probówki.
Przebieg doświadczenia:
Za pomocą pipety umieszczono w probówce około białka jaja kurzego. Do probówki dodano około nasyconego wodnego roztworu soli kamiennej (chlorku sodu). Wytrącił się biały, kłaczkowaty osad. Do otrzymanej mieszaniny dodano około wody, a zawartość probówki wymieszano bagietką. Uprzednio wytrącony osad zaczął zanikać.
Napisz, jaki proces zaszedł podczas przeprowadzania doświadczenia.
Napisz, jakie zjawisko zostało zaobserwowane podczas przeprowadzania doświadczenia.
Dodanie nasyconego wodnego roztworu chlorku sodu (soli kamiennej) do białka jaja kurzego spowodowało wytrącenie białego kłaczkowatego osadu, który rozpuścił się w wodzie.
Zaobserwowany proces wytrącania się osadu nazywamy koagulacjąkoagulacją. W tym wypadku proces ten okazał się odwracalny – po dodaniu wody, osad się rozpuścił. Zaobserwowane przez Ciebie w doświadczeniu zjawisko koagulacji odwracalnej to wysalaniewysalanie. Na poniższej grafice zilustrowano przebieg wysalania białka po wprowadzeniu do niego stałego chlorku sodu.
Proces wysalania białek zachodzi pod wpływem soli niektórych metali (głównie metali lekkich), między innymi sodu, magnezu i litu, a także niektórych soli amonowych (np. siarczanu() amonu).
Zjawisko otaczania cząsteczek białek cząsteczkami wody nazywamy hydratacjąhydratacją. Po wprowadzeniu soli (chlorku sodu) do takiego układu, cząsteczki wody odrywają się od cząsteczek białka i otaczają jony – kationy sodu i aniony chlorkowe.
Pochodzą one z dysocjacji elektrolitycznej soli. Tym samym cząsteczki białka zbliżają się do siebie (łączą się w większe skupiska), co obserwujemy jako „wytrącający się” osad.
Jeżeli do takiego układu wprowadzimy dodatkową porcję wody, cząsteczki białka na powrót odzyskają otoczkę hydratacyjną (wodną), a my zaobserwujemy zanikanie osadu. Zwróć uwagę, że podczas wysalania białka jego struktura przestrzenna nie zostaje naruszona. Dlatego po dodaniu wody możliwe jest omówione przejście białka do pierwotnej postaci.
Proces wysalania białek jest często wykorzystywany w celu konserwowania niektórych produktów spożywczych. Przykładowo wykorzystuje się go do konserwowania śledzi. Być może spotkałaś/spotkałeś się kiedyś z solonymi śledziami? Przygotowuje się je zalewając wodnym roztworem chlorku sodu (soli kuchennej/kamiennej) z niewielkim dodatkiem cukru. Solony śledź jest twardy – zawarte w nim białko ulega koagulacji pod wpływem działania soli. Przed spożyciem należy moczyć śledzie w wodzie przez przynajmniej godziny, tak by odwrócić proces koagulacji i pozbyć się ze śledzi nadmiaru soli. Po wymoczeniu, śledzie należy jeszcze dokładnie wypłukać.
Czy i w jakiej sytuacji dochodzi do trwałego zniszczenia struktury białka?
Sprawdź, jak zachowuje się białko jaja kurzego pod działaniem wysokiej temperatury, a jak w kontakcie z etanolem, kwasem chlorowodorowym (solnym) i wodnym roztworem siarczanu() miedzi() ().
W tym celu wykonaj doświadczenie nr . Zapisz obserwacje oraz wnioski.
Uwaga: Przeprowadzając doświadczenie koniecznie, zachowaj wszelkie środki ostrożności.
Zapoznaj się z poniższym opisem doświadczenia, a następnie odpowiedz na pytanie.
Problem badawczy:
Jaki wpływ na białko jaja kurzego mają następujące czynniki: podwyższona temperatura, etanol, kwas chlorowodorowy (solny) i wodny roztwór siarczanu() miedzi()?
Hipoteza:
Białko ścina się pod wpływem etanolu, kwasu chlorowodorowego (solnego), wodnego roztworu siarczanu() miedzi() oraz wysokiej temperatury.
Co było potrzebne:
białko jaja kurzego;
etanol;
wodny roztwór siarczanu() miedzi();
kwas chlorowodorowy (solny);
woda;
probówki;
statyw na probówki;
drewniana łapa do probówek;
pipety;
palnik.
Przebieg doświadczenia:
W czterech probówkach umieszczono za pomocą pipety po około białka jaja kurzego, pierwszą probówkę dodatkowo ogrzewano. Do kolejnych trzech probówek dodano kolejno po około etanolu, kwasu chlorowodorowego (solnego) i wodnego roztworu siarczanu() miedzi(). W wyniku ogrzewania, białko zmieniło swoją konsystencję i wytrącił się biały, kłaczkowaty osad. Wytrącanie się osadu odnotowano również w pozostałych probówkach, po wprowadzeniu do nich kolno etanolu, kwasu chlorowodorowego (solnego) i wodnego roztworu siarczanu() miedzi(). Na koniec, do otrzymanych mieszanin dodano po około wody, a następnie wstrząśnięto. Nie zaobserwowano jednak zanikania osadu.
Odpowiedz, czy zaobserwowane zachowania białka świadczyło o tym, że uległo ono ścięciu, a jeśli tak, to czy był to proces odwracalny?
We wszystkich probówkach białko ścięło się, wytrącając osad. Po dodaniu wody nie zaobserwowano zmian – osad się nie rozpuścił.
Obserwowane nieodwracalne ścinanie się białka to proces denaturacjidenaturacji, podczas. którego białko zmienia pierwotne właściwości fizykochemiczne. Dzieje się tak na skutek zniszczenia struktury przestrzennej białka – czwartorzędowej (o ile białko takową posiada), trzeciorzędowej oraz drugorzędowej. W procesie denaturacji zostaje zachowana jedynie pierwszorzędowa struktura białka, a więc rodzaj i kolejność połączenia aminokwasów w pojedynczym łańcuchu białkowym. Jak już wspomniano, denaturacja na ogół jest procesem nieodwracalnym, co jest spowodowane tym, że białko nie może samoistnie odzyskać swojej struktury przestrzennej.
Czynnikami powodującymi denaturację białka są między innymi:
sole metali ciężkich (np. sole miedzi(), rtęci(), baru, kadmu(), ołowiu()), a konkretnie jony metali ciężkich;
stężone kwasy i zasady (np. kwas chlorowodorowy, kwas siarkowy(), wodny roztwór wodorotlenku sodu);
etanol i metanol;
wysoka temperatura;
promieniowanie.
Wysoka temperatura (minimum ) to fizyczny czynnik, który powoduje denaturację białka. Pozostałe wymienione powyżej czynniki to czynniki chemiczne.
Proces denaturacji białka, na skutek działania podwyższonej temperatury, obserwujemy na co dzień podczas termicznej obróbki żywności (np. podczas smażenia jajecznicy). Ubijając pianę z białek jaja kurzego (za pomocą miksera) również doprowadzamy do denaturacji białka, spowodowanej działaniem czynnika fizycznego.
Promieniowanie mikrofalowe nie powoduje bezpośredniej denaturacji białka. Jednak w kuchence mikrofalowej można przygotować jajecznicę. Dlaczego? Jej promieniowanie powoduje wzrost temperatury – i to właśnie powoduje ścinanie się białka.
Denaturacja białek kojarzona jest często z żywnością. Jednak proces ten ma dużo szersze znaczenie. W poniższej galerii zdjęć znajdują się przykłady procesów denaturacji białek z życia codziennego.
Przygotuj mapę pojęć, w której porównasz proces wysalania białka z procesem denaturacji. Skorzystaj z poniższego generatora.
Zwięźle porównaj proces wysalania białka z procesem denaturacji.
Podczas gotowania rosołu nie należy wkładać mięsa do wrzącej wody. Wysoka temperatura spowoduje denaturację białka na powierzchni mięsa. Uniemożliwi to przedostanie się wartościowych składników mięsa do wywaru.
2. 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 i .
Jak można wykryć białka?
Charakterystycznym dla białek ugrupowaniem jest wiązanie (ugrupowanie) peptydowe.
Ugrupowania (wiązania) peptydowe można wykryć za pomocą tzw. próby (reakcji) biuretowejpróby (reakcji) biuretowej. Wykorzystuje się w niej zawiesinę świeżo strąconego wodorotlenku miedzi() () w środowisku zasadowym. O pozytywnym wyniku próby biuretowej świadczy pojawienie się fioletowego zabarwienia.
Uwaga: Przeprowadzając doświadczenie, koniecznie zachowaj wszelkie środki ostrożności.
Sprawdź, czy w białku jaja kurzego znajdują się wiązania peptydowe.
W tym celu przeprowadź doświadczenie . 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.
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;
wodny roztwór siarczanu() miedzi();
wodny roztwór wodorotlenku sodu (zasada sodowa);
dwie probówki;
statyw na probówki;
bagietka.
Przebieg doświadczenia:
Do jednej probówki wlano kilka wodnego roztworu siarczanu() miedzi() i dodano kilka zasady sodowej (w ten sposób otrzymano wodorotlenek miedzi() w postaci niebieskiego galaretowatego osadu). W drugiej probówce umieszczono białko jaja kurzego i dodano do niego świeżo strącony wodorotlenek miedzi(). Po wprowadzeniu zawiesiny wodorotlenku miedzi() do białka jaja kurzego, zawartość probówki zmieniła zabarwienie na fioletowe.
Odpowiedz, o czym świadczy zmiana zabarwienia zawartości probówki na fioletowe.
Nazwa próba (reakcja) biuretowa, pochodzi od nazwy zwyczajowej najprostszego związku chemicznego, który daje pozytywny jej wynik. Związkiem tym jest biuret o wzorze:
Próba biuretowa nazywana jest też czasem odczynem Piotrowskiego, od nazwiska polskiego fizjologa, Gustawa Piotrowskiego, który jako pierwszy opisał tę próbę w
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) ksantoproteinowejpróby (reakcji) ksantoproteinowej. Odczynnikiem wykorzystywanym w tej próbie jest stężony kwas azotowy(). Pozytywnym wynikiem próby ksantoproteinowej, świadczącym o obecności białka, jest pojawienie się żółtego zabarwienia.
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.
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() białko jaja kurzego ścina się i barwi się na żółto.
Co było potrzebne:
białko jaja kurzego;
stężony kwas azotowy();
zakraplacz;
probówka;
statyw na probówki.
Przebieg doświadczenia:
W probówce umieszczono białko jaja kurzego, a następnie dodano kroplami stężony kwas azotowy(). Zaobserwowano wytrącanie się osadu i pojawienie się żółtego zabarwienia.
Odpowiedz, o czym świadczy pojawienie się żółtego zabarwienia białka.
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(), żółte zabarwienie zaobserwujemy w przypadku każdego ze związków chemicznych, które posiadają ugrupowania aromatyczne. Pozytywny wynik próby ksantoproteinowej zaobserwujemy również dla wymienionej fenyloalaniny.
Wykonaj ćwiczenie.
Wełna i ptasie pióra też zabarwią się na żółto pod wpływem stężonego roztworu kwasu azotowego(), co świadczy, że ich podstawowym składnikiem są białka, zawierające w cząsteczkach odpowiednie ugrupowania.
Podsumowanie
Białko, pod wpływem soli metali lekkich (np. chlorku sodu) i niektórych soli amonowych, ulega koagulacji odwracalnej. Struktura przestrzenna białka nie ulega naruszeniu w wyniku tego procesu, więc po dodaniu wody wytrącony osad białka się rozpuszcza. Proces ten nazywamy wysalaniem.
Denaturacja białka jest zwykle procesem nieodwracalnym, podczas którego struktura przestrzenna białka (czwartorzędowa, trzeciorzędowa oraz drugorzędowa struktura białka) zostaje zniszczona.
Czynniki, które powodują denaturację białka, dzielimy na czynniki fizyczne (np. wysoka temperatura, promieniowanie UV i gwałtowne wytrząsanie) oraz chemiczne (np. sole metali ciężkich, stężone kwasy i zasady oraz etanol).
Reakcje biuretowa i ksantoproteinowa to reakcje barwne, które pozwalają wykryć obecność białka.
Zaprojektuj doświadczenie, dzięki któremu wykryjesz białko w mleku sojowym. Wymień niezbędne odczynniki oraz przyrządy laboratoryjne. Napisz instrukcję wykonania doświadczenia. Zapisz przewidywane obserwacje i sformułuj odpowiednie wnioski.
Zastanów się i odpowiedz – dlaczego nadmierne spożywanie alkoholu prowadzi do zniszczenia narządów wewnętrznych?
Słownik
(łac. coagulatio „ścinanie się, krzepnięcie”) proces ścinania się białka, będącego koloidem; polega na zlepianiu się cząstek białka w większe skupiska (agregaty), co obserwuje się jako wytrącanie osadu
odwracalny proces koagulacji białka; polega w uproszczeniu na niszczeniu otoczki wodnej (hydratacyjnej) cząsteczek białka, która może zostać odbudowana poprzez wprowadzenie do układu nadmiaru wody; zachodzi pod wpływem niektórych soli, głównie soli metali lekkich, np. chlorku sodu
w tym materiale – proces otaczania się cząsteczek rozpuszczanego związku chemicznego przez cząsteczki wody, która jest rozpuszczalnikiem
najczęściej nieodwracalny proces naruszenia struktury przestrzennej białka; czynnikami powodującymi denaturację białka są między innymi temperatura, promieniowanie UV i czynniki mechaniczne, jak np. gwałtowne wytrząsanie (zaliczane do czynników fizycznych) oraz sole metali ciężkich, kwasy, zasady i etanol (zaliczane do czynników chemicznych)
reakcja wykorzystywana do wykrywania wiązań peptydowych w białkach i w związku z tym do wykrywania białek; zachodzi pod wpływem wodorotlenku miedzi(); pozytywny wynik tej reakcji (świadczący o obecności wiązań (ugrupowań) peptydowych) to pojawienie się fioletowego zabarwienia
reakcja wykorzystywana do wykrywania obecności niektórych białek; zachodzi pod wpływem stężonego kwasu azotowego(); pozytywny wynik tej reakcji (świadczący o obecności białka, a ściślej o obecności w białku charakterystycznych ugrupowań) to pojawienie się żółtego zabarwienia
Ćwiczenia
Uczeń wykonał doświadczenie, zilustrowane na poniższym schemacie. Zaznacz numery wszystkich probówek, w których białko uległo procesowi denaturacji. Uwaga: znak „x” oznacza, że zawartość probówki została ogrzana.
Uczeń przeprowadził następujący eksperyment – dodał białko do czterech probówek, które zawierały pewne substancje, oraz do jednej pustej probówki, którą następnie podgrzał. Zaznacz numery wszystkich probówek, gdzie białko uległo procesowi denaturacji.
Oceń prawdziwość informacji zawartych w kolejnych zdaniach na temat białek.
Prawda | Fałsz | |
Pod wpływem soli kamiennej białko ulega koagulacji odwracalnej. Proces ten nie powoduje zniszczenia struktury przestrzennej białka. | □ | □ |
Podczas smażenia jajecznicy zachodzi denaturacja białka. | □ | □ |
Reakcja biuretowa jest wykorzystywana do wykrywania obecności wiązania peptydowego. | □ | □ |
Białko tworzy w wodzie zawiesinę. | □ | □ |
Uczeń przeprowadził doświadczenie, zobrazowane na poniższym schemacie:
Uczeń przeprowadził następujące doświadczenie – do znajdującego się w probówce mleka krowiego dodał stężony kwas azotowy(). W efekcie wytrącił się osad i pojawiło się żółte zabarwienie.
Poniżej znajduje się fragment struktury pewnego białka, na którym zaznaczono cztery różne ugrupowania.
Napisz, jakie ugrupowanie w strukturze białka można wykryć za pomocą reakcji biuretowej, a jakie za pomocą reakcji ksantoproteinowej.
W poniższej tabeli znajduje się krótki tekst dotyczący białek. Ten sam tekst zapisano w trzech różnych językach. Przetłumacz tekst na język polski.
Język francuski: | Język niemiecki | Język włoski: | Język angielski: |
---|---|---|---|
Les protéines avec l'eau forment un colloïde. Les sels de métaux légers provoquent une coagulation réversible des protéines. Les sels de métaux lourds dénaturent les protéines. La dénaturation est un processus irréversible. | Proteine mit Wasser bilden ein Kolloid. Leichtmetallsalze bewirken eine reversible Koagulation von Proteinen. Schwermetallsalze denaturieren Proteine. Denaturierung ist ein irreversibler Prozess. | Le proteine con l'acqua formano un colloide. I sali di metalli leggeri causano la coagulazione reversibile delle proteine. I sali di metalli pesanti causano la denaturazione delle proteine. La denaturazione è un processo irreversibile. | Proteins with water form a colloid. Light metal salts cause reversible coagulation of proteins. Salts of heavy metals cause the denaturation of proteins. Denaturation is an irreversible process. |
Bibliografia
Danikiewicz W., Chemia dla licealistów. Chemia organiczna, Warszawa 2002.
Encyklopedia PWN
Poźniczek M. M., Kluz Z., Z chemią w przyszłość, cz. 3, Kraków 2014.