2134

11

Углеводы, обладающие свободными альдегидными и кетонными группировками способны восстанавливать медь из щелочных растворов до оксида меди. При этом раствор приобретает кирпично-красный цвет. Для качественного обнаружения углеводов применяют реактив Фелинга (смесь растворов сульфата меди, гидроксида калия и сегнетовой соли).

Углеводы также можно обнаружить по реакции Подобедова-Молиша. Это реакция раствора углевода с раствором α-нафтола в присутствии концентрированной серной кислоты. В результате реакции с α-нафтолом образуется продукт конденсации красно-фиолетового цвета. Данная реакция является универсальной. Так реагируют все углеводы , включая нерастворимые.

Широко используется также реакция осмоления (карамелизации). Эта реакция, обусловлена свойством альдегидов, конденсироваться со щелочами при нагревании. В результате образуются смолообразные продукты со своеобразным запахом карамели. Окраска продуктов конденсации изменяется от желтой до коричневой. Интенсивность окраски пропорциональна концентрации образующегося продукта. Поэтому данную реакцию можно использовать для количественного обнаружения углеводов.

Цель работы - познакомиться с качественными реакциями на моно- и дисахариды.

Материалы и оборудование: лабораторная посуда, технические весы, 2% растворы глюкозы и сахарозы, реактив Фелинга, 10% спиртовой раствор α-нафтола, 1% раствор КОН, концентрированная H2S04.

Ход работы. Для проведения реакции с жидкостью Фелинга в 2 пробирки прилить по 5 мл раствора глюкозы и сахарозы, затем прибавить по 2 мл реактива Фелинга и нагревать в водяной бане до выпадения осадка. Результаты пояснить

Для проведения реакции Подобедова-Молиша в 2 пробирки прилить по 1 мл растворов глюкозы и сахарозы и добавить по 2 капли 10% спиртового раствора α-нафтола. Затем осторожно по стенкам прилить не перемешивая концентрированную серную кислоту. В результате протекания реакции образуется кольцо красно-фиолетового цвета. Это свидетельствует о наличии углеводов в растворе.

Для проведения реакции осмоления (карамелизации) в пробирки приливают по 5 мл 0,5% и 2% раствора глюкозы. Затем добавляют по 2 мл 10% раствора КОН и нагревают до изменения окраски. В зависимости от концентрации глюкозы содержимое пробирки становится желтым или светло-коричневым.

Лабораторная работа № 5

Качественные реакции на полисахариды и декстрины

Пояснения. Полисахариды широко распространены в природе и выполняют многочисленные функции, в том числе структурную (входят в состав клеточной стенки и мембран) и энергетическую (являются запасными питательными веществами растительных и животных клеток). Наиболее распространенным полисахаридом, имеющим растительное

12

происхождение, является крахмал. Крахмал представляет собой смесь двух полимеров амилозы и амилопектина. Амилоза - это линейный полимер α-D-глюкозы, отдельные звенья которой соединены между собой α-l-4-глюкозидными связями. Амилопектин имеет ветвящуютя структуру, которая обеспечивается дополнительными α-1,6-гликозидными связями. У животных организмов основным запасным питательным веществом, вместо крахмала, является гликоген.

При добавлении к раствору крахмала раствора йода или раствора Люголя, наблюдается интенсивное фиолетовое окрашивание. Интенсивное фиолетовое окрашивание раствора крахмала обусловлено взаимодействием йода с амилозой. Причина окрашивания состоит в образовании адсорбционного соединения, в котором атомы йода расположены внутри спирально изогнутых цепочек амилозы.

Рисунок 7. Структурная формула крахмала

α(1-4)гликозидная связь

Амилопектин При гидролизе крахмала в растворах минеральных кислот (необходимо негревание)

образуются декстрины (фрагменты молекул крахмала). Декстрины тоже образуют с йодом различные соединения. Различают амилодекстрины, эритродекстрины, мальтодекстрины, ахродекстрины.

1.Амилодекстрины (дают с йодом фиолетовое окрашивание)

2.Эритродекстрины (окрашиваются раствором йода в красно-бурый цвет).

3.Мальто- и ахродекстрины (не окрашиваются йодом).

Цель работы - познакомиться с качественными реакциями на полисахариды и декстрины.

Материалы и оборудование: лабораторная посуда, технические весы, 1% раствор крахмала, 10% раствор КОН, 10% раствор крахмала, раствор Люголя.

Ход работы. К 2 мл раствора крахмального клейстера добавить 2 капли раствора Люголя. Наблюдать развивающееся фиолетовое окрашивание. Затем добавить к окрашенному раствору 2 мл раствора КОН. Наблюдать изменение цвета. Сделать выводы.

Провести с раствором крахмала реакцию Подобедова-Молиша (см. лабораторную №3). К 2 мл раствора крахмала добавить 2 мл спиртового раствора α-нафтола. В эту же пробирку осторожно по стенке добавить 0,5 мл концентрированной серной кислоты. Наблюдать развивающееся красно-фиолетовое окрашивание.

Для проведения реакции на декстрины к 5 мл раствора крахмала добавить 1 мл 10% раствора серной кислоты. Поставить пробирку на водяную баню. Нагревать пробирку в течение 30 минут.

Подготовить 5-6 пробирок, в которые добавить по 5 мл дистиллированной воды. В эти же пробирки добавить по 2-3 капли раствора Люголя. Через каждые 5 минут отбирать по 1-2 мл

13

смеси из пробирки на водяной бане и добавлять в пробирки с дистиллированной водой. Наблюдать развивающееся окрашивание и сделать вывод о составе крахмала.

Химия липидов

Лабораторная работа № 6

Качественные реакции налипиды

Пояснения. Липиды - бифильные химические соединения, содержащие углеводородный радикал и полярную головку. Липиды являются поверхностно-активными веществами (определенным образом ориентируются на поверхности раздела фаз). Липиды подразделяют на омыляемые и неомыляемые (по способности к образованию в щелочной среде солей высших жирных кислот - мыл).

Неомыляемые липиды состоят из одного компонента, то есть являются производными одного класса негидролизующихся соединений.

Омыляемые липиды состоят из 2-3 и более компонентов. Они способны образовывать при гидролизе 2-3 и более соединения. Основу строения омыляемых липидов составляют 2 атомный спирт - сфигнозин и 3-атомный спирт - глицерин. Омыляемые липиды являются простыми, если продуктами их гидролиза являются спирты и высшие карбоновые кислоты. Липиды называют сложными, если при их гидролизе образуются другие вещества (фосфорная кислота или углеводы).

Рисунок 8. Общая формула липида (триацилглицерина).

В состав липидов могут входить как насыщенные (пальмитиновая, стеариновая), так и ненасыщенные (линолевая, линоленовая, олеиновая кислоты).

Липиды, содержащие преимущественно насыщенные жирные кислоты, являются преимущественно твердыми, а липиды, содержащие ненасыщенные жирные кислоты, являются преимущественно жидкими.

Ненасыщенные жирные кислоты не могут синтезироваться в организме человека. Эти кислоты являются незаменимыми для человека. .Ненасыщенные жирные кислоты находятся в маслах растительного происхождения. Процент содержания ненасыщенных кислот определяет свойства липидов. Важной характеристикой химического состава липидов является йодное число.

Йодное число - число граммов йода, которое может присоединяться к 100 граммам жира. Чем выше йодное число, тем больше в липидах ненасыщенных жирных кислот. Ненасыщенные жирные кислоты могут образовывать гидроперекиси, которые участвуют в процессах перекисного окисления липидов. Чем больше в липидах ненасыщенных жирных кислот, тем ниже температура плавления данного жира.

Химические свойства липидов. Важным свойствам липидов являются реакции присоединения. Липиды могут присоединять водород, воду, галогеноводороды в кислой среде. На свойстве присоединения водорода основано получение маргаринов из жидких растительных масел. При этом используются катализаторы и температура в 160-200° С.

14

Другим важным свойством липидов является способность к гидролизу. В промышленности гидролиз осуществляют с помощью минеральных кислот или щелочей при нагревании под давлением. В организме человека гидролиз осуществляется с помощью особых ферментов - липаз.

Для качественного определения липидов используется реакция присоединения брома.

Рисунок 11. Реакция присоединения брома

В фармацевтике для определения качества используемых масел, применяется элаидиновая

проба.

Важной реакцией, характеризующей свойства липидов, является реакция окисления. В качестве окислителя может выступать, например, раствор КМп04.

Рисунок 13. Реакция окисления липидов

OH OH

15

СН3(СН2)7СН=СН(СН2)7СООН СН3(СН2)7СН-СН(СН2)7СООН

Цель работы - познакомиться с качественными реакциями на липиды, а также с их основными физико-химическими свойствами.

Материалы и оборудование: растительное масло, бромная вода, раствор КМп04, раствор йода, спирт, раствор Na2C03, концентрированная HN03.

Ход работы. Для определения растворимости липидов в различных растворителях используют три пробирки. В первой смешивают 5 мл воды и 1 мл растительного масла. Во второй - 5 мл растительного масла и 1 мл спирта. В третьей - 1 мл растительного масла и раствор Na2C03. Смесь встряхивают и наблюдают за растворением масла в воде, спирте, растворе соды. Делают вывод о растворимости липидов.

Для проведения качественной реакции на липиды в пробирке необходимо смешать 5 мл воды 1 мл растительного масла, после чего добавить несколько капель раствора Судана. Перемешать и наблюдать развитие окрашивания.

Для проведения реакции присоединения в пробирке необходимо смешать 5 мл воды 1 мл растительного масла и 1 мл бромной воды. Содержимое встряхнуть и наблюдать изменение окраски. Сделать выводы.

Элаидиновая реакцию проводят путем смешения в пробирке 2 мл растительного масла и 0,5 мл концентрированной азотной кислоты. Пробирку поставить на водяную баню и нагревать в течение 5-10 минут. Наблюдать изменение вязкости и окраски.

Для проведения реакции окисления в пробирке смешивают 2 мл растительного масла и 1 мл раствора марганцевокислого калия. Содержимое перемешать и наблюдать изменение окраски. Сделать выводы.

17

Цель работы - зарегистрировать биоэлектрическую реакцию растения на освещение.

Материалы и оборудование: горшочек с растением, 2 электрода ЭВЛ-1-МЗ, рН-метр рН340, самописец КСП-4, настольная лампа.

Ход работы. Изготовить из мягкого материала кисточку для электрода ЭВЛ-1-МЗ и закрепить электрод в штативе. Второй электрод воткнуть в землю в горшочек с растением, после чего присоединить первый электрод (с кисточкой) к растению. Переключить рН-метр в режим измерений милливольт, затем включить самописец. Дождаться установления стационарного значения потенциала покоя. Включить настольную лампу и зарегистрировать изменение потенциала на диаграммной ленте самописца КСП-4.

Лабораторная работа № 8

Изучение процессов транспорта через мембрану

Пояснения. В клетках живых организмов имеет место активный и пассивный транспорт веществ. Активный транспорт идет с затратой энергии АТФ. Пассивный транспорт идет по электрохимическому градиенту.

Пассивный транспорт - это диффузия. Мембраны живых клеток состоят из насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. В связи с тем, что жирные кислоты могут проявлять цис-транс изомерию, то в мембране могут образовываться поры, через которые ионы могут проникать по градиенту концентрации. Пассивный транспорт может осуществляться, также за счет переносчиков, локализованных в мембране. Переносчики могут быть 2 типов: формирующие каналы и мигрирующие в мембране.

В качестве переносчиков, повышающих проницаемость мембран могут выступать некоторые антибиотики. Так грамицидин формирует канал в мембране, а валиномицин осуществляет эстафетный перенос ионов в мембране. Скорость пассивного транспорта (диффузии) прямо пропорциональна температуре. Кинетика пассивного транспорта подчиняется уравнению Михаэлиса-Ментен. В случае пассивного транспорта возможно конкурентное ингибирование.

Активный транспорт может быть первичным и вторичным. Первичный активный транспорт осуществляется за счет энергии АТФ. Вторичный активный транспорт осуществляется за счет разности потенциалов, возникающей вследствие расходования энергии АТФ. В биологических мембранах различают несколько механизмов активного транспорта:

1)Н-АТФ-аза (протонная помпа);

2)K/Na -АТФ-аза (в нервных клетках);

3)Са-АТФ-аза (в скелетных мышцах).

Протонная помпа регулирует гомеостаз в большинстве клеток животных, растений, микроорганизмов. Калий-натриевая АТФ-аза участвует в процессах проведения возбуждения по нервным волокнам. Кальциевая АТФ-аза участвует в процессах мышечного сокращения.

Цель работы: Изучить транспорт ионов водорода через мембрану дрожжевой клетки.

18

Материалы и оборудование: рН-метр рН-340, химические стаканы, магнитная мешалка, сухие дрожжи, раствор сахарозы, расьтвор динитрофенола, самописец КСП-4.

Ход работы. В химический стакан наливаем 100 мл раствора сахарозы. Затем помещаем стакан на магнитную мешалку. Опускаем в стакан электроды рН-метра. Включаем рН-метр и самописец. Вносим в химический стакан навеску дрожжей (0,1 грамма). Регистрируем изменение рН в растворе в течение 10 минут с момента добавления дрожжей с помощью самописца. Вычисляем наклон графика изменения рН, характеризующий закисление раствора. Повторяем те же самые действия с добавлением динитрофенола. Делаем вывод о влиянии динитрофенола на процессы активного транспорта.

19

Литература.

1.Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия - М. Медицина 1983 750 с.

2.Биофизика / Владимиров Ю.А., Рощупкин Д.И., Потапенко А.Д., Деев А.И.. Под ред. Ю.А.Владимирова-М.:Медицина 1983 -272 с.

3.Ленинджер А Основы биохимии : в 3-х т. -М.Мир, 1985.

4.Основы биохимии / АААнисимов, А.Н.Леонтьева, И.Ф.Александрова -М.Высшая школа, 1986-550с.

5.ФилипповичЮ.Б.Основы биохимии-М: Высшая школа, 1993-495с.

20

В.Б. Темнухин

БИОХИМИЯ, БИОФИЗИКА И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ

ОСНОВЫ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ НАЗВАНИЕ

Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторных работ

для обучающихся по дисциплине биохимия, биофизика и физико-химические основы жизнедеятельности

направлению подготовки 05.03.06 Экология и природопользование профиль Природопользование

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

603950, Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65. http://www. nngasu.ru, srec@nngasu.ru