№1. Белки: пептидная связь, их обнаружение.

Белки – макромолекулы линейных полиамидов, образованных а-аминокислотами в результате реакции поликонденсации в биологических объектах.

Белки – это высокомолекулярные соединения, построенные из аминокислот . В создание белков участвует 20 аминокислот. Они связываются между собой в длинные цепи, которые образуют основу белковой молекулы большой молекулярной массы.

Функции белков в организме

Сочетание своеобразных химических и физических свойств бел­ков обеспечивает именно этому классу органических соединений центральную роль в явлениях жизни.

Белки имеют следующие биологические свойства, или осуществ­ляют следующие основные функции в живых организмах:

1. Каталитическая функция белков. Все биологические катализа­торы - ферменты являются белками. В настоящее время охарактеризо­вано тысячи ферментов, многие из них выделены в кристалличе­ской форме. Почти все ферменты - мощные катализаторы, повышающие скорости реакций, по крайней мере, в миллион раз. Эта функция белков является уникальной, не свойственной другим полимерным молекулам.

2. Питательная (резервная функция белков). Это, прежде всего белки, предназначенные для питания развивающегося зародыша: казеин молока, овальбумин яиц, запасные белки семян растений. Ряд других белков, несомненно, используется в организме в качестве источника аминокислот, которые, в свою очередь, являются предшественниками биологически активных веществ, регулирующих процесс обмена веществ.

3. Транспортная функция белков. Транспорт многих небольших молекул и ионов осуществляется специфическими белками. Например, дыхательная функция крови, а именно перенос кислорода, выполняется молекулами гемоглобина - белка эритроцитов. В транспорте липидов принимают участие альбумины сыворотки крови. Ряд других сывороточ­ных белков образует комплексы с жирами, медью, железом, тироксином, витамином А и другими соединениями, обеспечивая их доставку в соот­ветствующие органы.

4. Защитная функция белков. Основную функцию защиты вы­полняет иммуннологическая система, которая обеспечивает синтез спе­цифических защитных белков - антител - в ответ на поступление в орга­низм бактерий, токсинов или вирусов (антигенов). Антитела связывают антигены, взаимодействуя с ними, и тем самым нейтрализуют их биоло­гическое действие и сохраняют нормальное состояние организма. Свер­тывание белка плазмы крови - фибриногена - и образование сгустка кро­ви, предохраняющего от потери крови при ранениях - еще один пример защитной функции белков.

5. Сократительная функция белков. В акте мышечного сокраще­ния и расслабления участвует множество белков. Главную роль в этих процессах играют актин и миозин - специфические белки мышечной тка­ни. Сократительная функция присуща также и белкам субклеточных структур, что обеспечивает тончайшие процессы жизнедеятельности кле­ток,

6. Структурная функция белков. Белки с такой функцией зани­мают первое место среди других белков тела человека. Широко распро­странены такие структурные белки, как коллаген в соединительной тка­ни; кератин в волосах, ногтях, коже; эластин - в сосудистых стенках и др.

7. Гормональная (регуляторная) функция белков. Обмен веществ в организме регулируется разнообразными механизмами. В этой регуляцииважное место занимают гормоны, вырабатываемые железами внут­реннейсекреции. Ряд гормонов представлен белками, или полипептидами, например гормоны гипофиза, поджелудочной железы и др.

Пептидная связь

Формально образование белковой макромолекулы можно представить как реакцию поликонденсации α-аминокислот.

С химической точки зрения белки - это вы­сокомолекулярные азотсодержащие органические соединения (полиамиды), молекулы которых построены из остатков аминокислот. Мономерами белков служат α-аминокислоты, общим признаком которых является наличие карбок­сильной группы -СООН и аминогруппы -NH 2 у второго углеродного атома (α-углеродный атом):

Исходя из результатов изучения продуктов гидролиза белков и выдвинутых А.Я. Данилевским идей о роли пептидных связей -CO-NH- в построении белковой молекулы, немецкий ученый Э.Фишер предложил в начале XX века пептидную теорию строения белков. Согласно этой тео­рии, белки представляют собой линейные полимеры α-аминокислот, свя­занных пептидной связью - полипептиды:

В каждом пептиде один концевой аминокислотный остаток имеет свободную α-аминогруппу (N-конец), а другой - свободную α-карбок­сильную группу (С-конец). Структуру пептидов принято изображать, на­чиная с N-концевой аминокислоты. При этом аминокислотные остатки обозначаются символами. Например: Ala-Tyr-Leu-Ser-Tyr- - Cys. Этой записью обозначен пептид, в котором N-концевой α-аминокислотой яв­ ляется аланин, а С-концевой - цистеин. При чтении такой записи окончания названий всех кислот, кроме последних меняются на - "ил": аланил-тирозил-лейцил-серил-тирозил- -цистеин. Длина пептидной цепи в пептидах и белках, встречающихся в организме, колеблется от двух до сотен и тысяч аминокислотных остатков.

№2. Классификация простых белков.

К простым (протеинам) относят белки, дающие при гидролизе только аминокислоты.

Протеиноиды ____простые белки животного происхождения, нерастворимые вводе, растворах солей, разбавленных кислотах и щелочах. Выполняют главным образом опорные функции (например, Коллаген, кератин

протамины – положительно заряженные ядерные белки, с молекулярной массой 10-12 kDa. Примерно на 80% состоят из щелочных аминокислот, что дает им возможность взаимодействовать с нуклеиновыми кислотами посредством ионных связей. Принимают участие в регуляции генной активности. Хорошо растворимы в воде;

гистоны – ядерные белки, играющие важную роль в регуляции генной активности. Они найдены во всех эукариотических клетках, и разделены на 5 классов, различающихся по молекулярной массе и аминокислотному. Молекулярная масса гистонов находится в интервале от 11 до 22 kDa, а различия в аминокислотном составе касаются лизина и аргинина, содержание которых варьирует от 11 до 29% и от 2 до 14% соответственно;

проламины – не растворимы в воде, но растворимы в 70% спирте, особенности хим.строения – много пролина, глутаминовой кислоты нет лизина,

глутелины – растворимы в щелочных растворах,

глобулины – белки, не растворимые в воде и в полунасыщенном растворе сернокислого аммония, но растворимые в водных растворах солей, щелочей и кислот. Молекулярная масса – 90-100 kDa;

альбумины – белки животных и растительных тканей, растворим в воде и солевых растворах. Молекулярнаяя масса равна 69 kDa;

склеропротеины – белки опорных тканей животных

В качестве примеров простых белков могут служить фиброин шелка, яичный сывороточный альбумин, пепсин и др.

№3. Способы выделения и осаждения (очистки) белков.

№4. Белки как полиэлектролиты. Изоэлектрическая точка белка.

Белки являются амфотерными полиэлектролитами, т.е. прояв­ляют как кислотные, так и основные свойства. Это обусловлено наличи­ем в молекулах белков аминокислотных радикалов, способных к иониза­ции, а также свободных α-амино- и α-карбоксильных групп на концах пептидных цепей. Кислотные свойства белку придают кислые аминокис­лоты (аспарагиновая, глутаминовая), а щелочные свойства - основные аминокислоты (лизин, аргинин, гистидин).

Заряд белковой молекулы зависит от ионизации кислых и основ­ных групп аминокислотных радикалов. В зависимости от соотношения отрицательных и положительных групп молекула белка в целом приобре­тает суммарный положительный или отрицательный заряд. При подкислении раствора белка степень ионизации анионных групп снижается, а катионных повышается; при подщелачивании - наоборот. При опреде­ленном значении рН число положительно и отрицательно заряженных групп становится одинаковым, возникает изоэлектрическое состояние белка (суммарный заряд равен 0). Значение рН, при котором белок нахо­дится в изоэлектрическом состоянии, называют изоэлектрической точкой и обозначают pI, аналогично аминокислотам. Для большинства белков pI лежит в пределах 5,5-7,0, что свидетельствует о некотором преоблада­нии в белках кислых аминокислот. Однако есть и щелочные белки, на­пример, сальмин - основной белок из молок семги (pl=12). Кроме того, есть белки, у которых pI имеет очень низкое значение, например, пепсин - фермент желудочного сока (pl=l). В изоэлектрической точке белки очень неустойчивые и легко выпадают в осадок, обладая наименьшей растворимостью.

Если белок не находится в изоэлектрическом состоянии, то в электрическом поле его молекулы будут перемещаться к катоду или аноду, в зависимости от знака суммарного заряда и со скоростью, про­порциональной его величине; в этом заключается сущность метода элек­трофореза. Этим методом можно разделять белки с различным значени­ем pI.

Белки хотя и обладают свойствами буфера, но емкость их при физиологических значениях рН ограничена. Исключение составляют бел­ки, содержащие много гистидина, так как только радикал гистидина об­ладает буферными свойствами в интервале рН 6-8. Таких белков очень мало. Например, гемоглобин, содержащий почти 8% гистидина, является мощным внутриклеточным буфером в эритроцитах, поддерживая рН кро­ви на постоянном уровне.

№5. Физико-химические свойства белков.

Белки имеют различные химические, физические и биологиче­ские свойства, которые определяются аминокислотным составом и прост­ранственной организацией каждого белка. Химические реакции белков очень разнообразны, они обусловлены наличием NH 2 -, СООН-групп и радикалов различной природы. Это реакции нитрования, ацилирования, алкилирования, этерификации, окисления-восстановления и другие. Белки обладают кислотно-основными, буферными, коллоидными и осмотиче­скими свойствами.

Кислотно-основные свойства белков

Химические свойства. При слабом нагревании водных растворов белков происходит денатурация. При этом образуется осадок.

При нагревании белков с кислотами происходит гидролиз, при этом образуется смесь аминокислот.

Физико-химические свойства белков

Белки имеют высокий молекулярный вес.

Заряд белковой молекулы. Все белки имеют хоть одну свободную -NH и - СООН группы.

Белковые растворы - коллоидные растворы с разными свойствами. Белки бывают кислыми и основными. Кислые белки содержат много глу и асп, у которых есть дополнительные карбоксильные и меньше аминогрупп. В щелочных белках много лиз и арг. Каждая молекула белка в водном растворе окружена гидратной оболочкой, так как у белков за счет аминокислот есть много гидрофильных группировок (-СООН, -ОН, -NH 2 , -SH). В водных растворах белковая молекула имеет заряд. Заряд белка в воде может меняться в зависимости от РН.

Осаждение белков. У белков есть гидратная оболочка, заряд, препятствующий склеиванию. Для осаждения необходимо снять гидратную оболочку и заряд.

1.Гидратация. Процесс гидратации означает связывание белками воды, при этом они проявляют гидрофильные свойства: набухают, их масса и объем увеличивается. Набухание белка сопровождается его частичным растворением. Гидрофильность отдельных белков зависит от их строения. Имеющиеся в составе и расположенные на поверхности белковой макромолекулы гидрофильные амидные (–CO–NH–, пептидная связь), аминные (NH2) и карбоксильные (COOH) группы притягивают к себе молекулы воды, строго ориентируя их на поверхность молекулы. Окружая белковые глобулы гидратная (водная) оболочка препятствует устойчивости растворов белка. В изоэлектрической точке белки обладают наименьшей способностью связывать воду, происходит разрушение гидратной оболочки вокруг белковых молекул, поэтому они соединяются, образуя крупные агрегаты. Агрегация белковых молекул происходит и при их обезвоживании с помощью некоторых органических растворителей, например этило- вого спирта. Это приводит к выпадению белков в осадок. При изменении pH среды макромолекула белка становится заряженной, и его гидратационная способность меняется.

Реакции осаждения делят на два вида.

Высаливание белков: (NH 4)SO 4 - снимается только гидратная оболочка, белок сохраняет все виды своей структуры, все связи, сохраняет нативные свойства. Такие белки можно затем вновь растворить и использовать.

Осаждения с потерей нативных свойств белка - процесс необратимый. С белка снимается гидратная оболочка и заряд, нарушаются различные свойства в белке. Например соли меди, ртути, мышьяка, железа, концентрированные неорганические кислоты - HNO 3 , H 2 SO 4 , HCl, органические кислоты, алкалоиды - танины, йодистая ртуть. Добавление органических растворителей понижает степень гидратации и приводит к осаждению белка. В качестве таких растворителей используют ацетон. Осаждают белки также с помощью солей, например, сульфата аммония. Принцип этого метода основан на том, что при повышении концентрации соли в растворе происходит сжатие ионных атмосфер, образуемых противоионами белка, что способствует сближению их до критического расстояния, на котором межмолекулярные силы ван-дер-ваальсова притяжения перевешивают кулоновские силы отталкивания противоионов. Это приводит к слипанию белковых частиц и их выпадению в осадок.

При кипячении молекулы белков начинают хаотично двигаться, сталкиваются, снимается заряд, уменьшается гидратная оболочка.

Для обнаружения белков в растворе применяются:

цветные реакции;

реакции осаждения.

Методы выделения и очистки белков.

гомогенизация - клетки растираются до однородной массы;

экстракция белков водными или водно-солевыми растворами;

1. высаливание;

   электрофорез;

   хроматография: адсорбция, расщепление;

   ультрацентрифугирование.

Структурная организация белков.

Первичная структура - определяется последовательностью аминокислот в пептидной цепочке, стабилизируется ковалентными пептидными связями (инсулин, пепсин, химотрипсин).

Вторичная структура - пространственная структура белка. Это либо -спираль, либо -складчатость. Создаются водородные связи.

Третичная структура - глобулярные и фибриллярные белки. Стабилизируют водородные связи, электростатические силы (СОО-, NН3+), гидрофобные силы, сульфидные мостики, определяются первичной структурой. Глобулярные белки - все ферменты, гемоглобин, миоглобин. Фибриллярные белки - коллаген, миозин, актин.

Четвертичная структура - имеется только у некоторых белков. Такие белки построены из нескольких пептидов. Каждый пептид имеет свою первичную, вторичную, третичную структуру, называются протомерами. Несколько протомеров соединяются вместе в одну молекулу. Один протомер не функционирует как белок, а только в соединении с другими протомерами.

Пример: гемоглобин = -глобула + -глобула - переносит О 2 в совокупности, а не по раздельности.

Белок может ренатурировать. Для этого необходимо очень короткое воздействие агентов.

6) Способы обнаружения белков.

Белки – высокомолекулярные биологические полимеры, структурными (мономерными) звеньями которых служат -аминокислоты. Аминокислоты в белках соединены друг с другом пептидной связью,образование которой происходит за счет карбоксильной группы, стоящей у  -углеродного атома одной аминокислоты и  -аминной группы другой аминокислоты с выделением молекулы воды. Мономерные звенья белков называют остатками аминокислот.

Пептиды, полипептиды и белки отличаются не только количеством, составом но и последовательностью аминокислотных остатков, физико-химическими свойствами и функциями, выполняемыми в организме. Молекулярная масса белков варьирует от 6 тыс. до 1 млн. и более. Химические и физические свойства белков обусловлены химической природой и физико-химическими свойствами радикалов, входящих в них остатков аминокислот. Способы обнаружения и количественного определения белков в биологических объектах и продуктах питания, а также выделения их из тканей и биологических жидкостей основаны на физических и химических свойствах этих соединений.

Белки при взаимодействии с некоторыми химическими веществами дают окрашенные соединения . Образование этих соединений происходит при участии радикалов аминокислот, их специфических групп или пептидных связей. Цветные реакции позволяют установитьналичие белка в биологическом объекте или растворе и доказать присутствиеопределенных аминокислот в белковой молекуле . На основе цветных реакций разработаны некоторые методы количественного определения белков и аминокислот.

Универсальными считают биуретовую и нингидриновую реакции , так как их дают все белки.Ксантопротеиновая реакция, реакция Фоля и др. являются специфическими, так как они обусловлены радикальными группами определенных аминокислот в молекуле белка.

Цветные реакции позволяют установить наличие белка в исследуемом материале и присутствие определенных аминокислот в его молекулах.

Биуретовая реакция . Реакция обусловлена наличием в белках, пептидах, полипептидахпептидных связей , которые в щелочной среде образуют сионами меди (II) комплексные соединения, окрашенные вфиолетовый (с красным или с синим оттенком) цвет . Окраска обусловлена наличием в молекуле не менее двух групп-CO-NH- , связанных непосредственно между собой или при участии атома углерода или азота.

Ионы меди (II) соединяются двумя ионными связями с группами =С─О ˉ и четырьмя координационными связями с атомами азота (=N―).

Итенсивность окраски зависит от количества белка в растворе. Это позволяет использовать данную реакцию для количественного определения белка. Цвет окрашенных растворов зависит от длины полипептидной цепи. Белки дают сине-фиолетовое окрашивание; продукты их гидролиза (поли- и олигопептиды) – красную или розовую окраску. Биуретовую реакцию дают не только белки, пептиды и полипептиды но и биурет (NH 2 -CO-NH-CO-NH 2) , оксамид (NH 2 -CO-CO-NH 2), гистидин.

Образующееся в щелочной среде комплексное соединение меди (II) с пептидными группами имеет следующее строение:

Нингидриновая реакция . В этой реакции растворы белка, полипептидов, пептидов и свободных α-аминокислот при нагревании с нингидрином дают синее, сине-фиолетовое или розово-фиолетовое окрашивание. Окраска в этой реакции развивается за счет α-аминогруппы.

Очень легко реагируют с нингидрином -аминокислоты. Наряду с ними сине-фиолетовый Руэмана образуют также белки, пептиды, первичные амины, аммиак и некоторые другие соединения. Вторичные амины, например пролин и оксипролин, дают желтую окраску.

Нингидриновую реакцию широко используют для обнаружения и количественного определения аминокислот.

Ксантопротеиновая реакция. Эта реакция указывает на наличие в белках остатков ароматических аминокислот – тирозина, фенилаланина, триптофана. Основана на нитровании бензольного кольца радикалов этих аминокислот с образованием нитросоединений, окрашенных в желтый цвет (греческое «Ксантос» – желтый). На примере тирозина эту реакцию можно описать в виде следующих уравнений.

В щелочной среде нитропроизводные аминокислот образуют соли хиноидной структуры, окрашенные в оранжевый цвет. Ксантопротеиновую реакцию дают бензол и его гомологи, фенол и другие ароматические соединения.

Реакции на аминокислоты, содержащие тиоловую группу в восстановленном или окисленном состоянии (цистеин, цистин).

Реакция Фоля. При кипячении со щелочью от цистеина легко отщепляется сера в виде сероводорода, который в щелочной среде образует сульфид натрия:

В связи с этим реакции определения тиолсодержащих аминокислот в растворе подразделяют на два этапа:

Переход серы из органического состояния в неорганическое

Обнаружение серы в растворе

Для выявления сульфида натрия используют ацетат свинца, который при взаимодействии с гидроксидом натрия превращается в его плюмбит:

Pb(CH 3 COO) 2 + 2NaOH  Pb(ONa) 2 + 2CH 3 COOH

В результате взаимодействия ионов серы и свинца образуется сульфид свинца черного или бурого цвета:

Na 2 S + Pb (ONa ) 2 + 2 H 2 O  PbS  (черный осадок) + 4 NaOH

Для определения серусодержащих аминокислот к исследуемому раствору добавляют равный объем гидроксида натрия и несколько капель раствора ацетата свинца. При интенсивном кипячении в течение 3-5 минут жидкость окрашивается в черный цвет.

Наличие цистина может быть определено с помощью этой реакции, так как цистин легко восстанавливается в цистеин.

Реакция Миллона:

Это реакция на аминокислоту тирозин.

Свободные фенольные гидроксилы молекул тирозина при взаимодействии с солями дают соединения ртутной соли нитропроизводного тирозина, окрашенной в розовато-красный цвет:

Реакция Паули на гистидин и тирозин . Реакция Паули позволяет обнаружить в белке аминокислоты гистидин и тирозин, которые образуют с диазобензолсульфоновой кислотой комплексные соединения вишнево-красного цвета. Диазобензолсульфоновая кислота образуется в реакции диазотирования при взаимодействии сульфаниловой кислоты с нитритом натрия в кислой среде:

К исследуемому раствору прибавляют равный объем кислого раствора сульфаниловой кислоты (приготовленного с использованием соляной кислоты) и двойной объем раствора нитрита натрия, тщательно перемешивают и сразу прибавляют соду (карбонат натрия). После перемешивания смесь окрашивается в вишнево-красный цвет при условии наличия гистидина или тирозина в исследуемом растворе.

Реакция Адамкевича-Гопкинса-Коля (Шульца - Распайля) на триптофан (реакция на индоловую группу). Триптофан реагирует в кислой среде с альдегидами, образуя окрашенные продукты конденсации. Реакция протекает за счет взаимодействия индольного кольца триптофана с альдегидом. Известно, что из глиоксиловой кислоты в присутствии серной кислоты образуется формальдегид:

Р
астворы, содержащие триптофан, в присутствии глиоксиловой и серной кислот дают красно-фиолетовое окрашивание.

Глиоксиловая кислота всегда присутствует в небольшом количестве в ледяной уксусной кислоте. Поэтому реакцию можно проводить, используя уксусную кислоту. При этом к исследуемому раствору добавляют равный объем ледяной (концентрированной) уксусной кислоты и осторожно нагревают до растворения осадка.После охлаждения к смеси осторожно по стенке (во избежание смешивания жидкостей) добавляют объем концентрированной серной кислоты, равный добавленному объему глиоксиловой кислоты. Через 5-10 минут на границе раздела двух слоев наблюдают образование красно-фиолетового кольца. Если перемешать слои, содержимое посуды равномерно окрасится в фиолетовый цвет.

К

онденсация триптофана с формальдегидом:

Продукт конденсации окисляется до бис-2-триптофанилкарбинола, который в присутствии минеральных кислот образует соли, окрашенные в сине-фиолетовый цвет:

7) Классификация белков. Способы исследования аминокислотного состава.

Строгой номенклатуры и классификации белков до сих пор не существует. Названия белков дают по случайным признакам, чаще всего принимая во внимание источник выделения белка или же учитывая рас­творимость его в тех или иных растворителях, форму молекулы и др.

Классификация белков проводится по составу, по форме частиц, по растворимости, по аминокислотному составу, по проис­хождению и т.д.

1. По составу белки делят на две большие груп­пы: простые и сложные белки.

К простым (протеинам) относят белки, дающие при гидролизе только аминокислоты (протеиноиды, протамины, гистоны, проламины, глутелины, глобулины, альбумины). В качестве примеров простых белков могут служить фиброин шелка, яичный сывороточный альбумин, пепсин и др.

К сложным (к протеидам) относят белки, составленные из про­стого белка и добавочной (простетической) группы небелковой природы. Группу сложных белков делят на несколько подгрупп в зависимости от характера небелкового компонента:

Металлопротеиды, содержащие в своем составе металлы (Fe, Си, Mg и др.), связанные непосредственно с полипептидной цепью;

Фосфопротеиды - содержат остатки фосфорной кислоты, которые сложноэфирными связями присоединены к молекуле белка по месту гидроксильных групп серина, треонина;

Гликопротеиды - их простетическими группами являются угле­воды;

Хромопротеиды - состоят из простого белка и связанного с ним окрашенного небелкового соединения, все хромопротеиды биологически очень активны; в качестве простетических групп в них могут быть произ­водные порфирина, изоаллоксазина и каротина;

Липопротеиды - простетическая группа липиды - триглицериды (жиры) и фосфатиды;

Нуклеопротеиды - белки, состоящие из простого белка и соеди­ненной с ним нуклеиновой кислоты. Эти белки играют колоссальную роль в жизнедеятельности организма и будут рассмотрены ниже. Они входят в состав любой клетки, некоторые нуклеопротеиды существуют в природе в виде особых частиц, обладающих патогенной активностью (вирусы).

2. По форме частиц - белки делят на фибриллярные (нитеподобные) и глобулярные (сферические) (см. стр 30).

3. По растворимости и особенностям аминокислотного состава выделяют следующие группы простых белков:

Протеиноиды - белки опорных тканей (костей, хрящей, связок, сухожилий, волос, ногтей, кожи и т.д.). Это в основном фибриллярные белки с большой молекулярной массой (> 150000 Да), нерастворимые в обычных растворителях: воде, солевых и водно-спиртовых смесях. Они растворяются только в специфических растворителях;

Протамины (простейшие белки) - белки, растворимые в воде и содержащие 80-90% аргинина и ограниченный набор (6-8) других амино­кислот, представлены в молоках различных рыб. Вследствие высокого содержания аргинина имеют основные свойства, их молекулярная масса сравнительно мала и примерно равна 4000-12000 Да. Они являются бел­ковым компонентом в составе нуклеопротеидов;

Гистоны - хорошо растворимы в воде и разбавленных растворах кислот (0,1Н), отличаются высоким содержанием аминокислот: аргинина, лизина и гистидина (не менее 30%) и поэтому обладают основными свойствами. Эти белки в значительных количествах содержатся в ядрах клеток в составе нуклеопротеидов и играют важную роль в регуляции обмена нуклеиновых кислот. Молекулярная масса гистонов невелика и равна 11000-24000 Да;

Глобулины - белки, нерастворимые в воде и солевых растворах с концентрацией соли более 7%. Глобулины полностью осаждаются при 50%-ном насыщении раствора сульфатом аммония. Эти белки отличают­ся высоким содержанием глицина (3,5%), их молекулярная масса > 100000 Да. Глобулины - слабокислые или нейтральные белки (р1=6-7,3);

Альбумины - белки, хорошо растворимые в воде и крепких со­левых растворах, причем концентрация соли (NH 4) 2 S0 4 не должна пре­вышать 50 % от насыщения. При более высокой концентрации альбуми­ны высаливаются. По сравнению с глобулинами эти белки содержат гли­цина в три раза меньше и имеют молекулярную массу, равную 40000-70000 Да. Альбумины имеют избыточный отрицательный заряд и кислые свойства (pl=4,7) из-за большого содержания глутаминовой кислоты;

Проламины - группа растительных белков, содержащаяся в клейковине злаковых растений. Они растворимы только в 60-80%-ном водном растворе этилового спирта. Проламины имеют характерный ами­нокислотный состав: в них много (20-50%) глутаминовой кислоты и пролина (10-15%), в связи с чем они и получили свое название. Их молеку­лярная масса более 100000 Да;

Глютелины - растительные белки нерастворимые в воде, рас­творах солей и этаноле, но растворимы в разбавленных (0,1Н) растворах щелочей и кислот. По аминокислотному составу и молекулярной массе сходны с проламинами, но аргинина содержат больше, а пролина мень­ше.

Способы исследования аминокислотного состава

Под действием ферментов пищеварительных соков белки расщепляются на аминокислоты. Были сделаны два важных вывода: 1) в состав белков входят аминокислоты; 2) методами гидролиза может быть изучен химический, в частности амнокислотный, состав белков.

Для изучения аминокислотного состава белков пользуются сочетанием кислотного (НСl), щелочного [Ва(ОН) 2 ] и, реже, ферментативного гидролиза или одним из них. Установлено, что при гидролизе чистого белка, не содержащего примесей, освобождаются 20 различных α-аминокислот. Все другие открытые в тканях животных, растений и микроорганизмов аминокислоты (более 300) существуют в природе в свободном состоянии либо в виде коротких пептидов или комплексов с другими органическими веществами.

Первый этап в определении первичной структуры белков заключается в качественной и количественной оценке аминокислотного состава данного индивидуального белка. Необходимо помнить, что для исследования нужно иметь определённое количество чистого белка, без примесей других белков или пептидов.

Кислотный гидролиз белка

Для определения аминокислотного состава необходимо провести разрушение всех пептидных связей в белке. Анализируемый белок гидролизуют в 6 мол/л НС1 при температуре около 110 °С в течение 24 ч. В результате такой обработки разрушаются пептидные связи в белке, а в гидролизате присутствуют только свободные аминокислоты. Кроме того, глутамин и аспарагин гидролизуются до глутаминовой и аспарагиновой кислот (т.е. разрывается амидная связь в радикале и от них отщепляется аминогруппа).

Разделение аминокислот с помощью ионообменной хроматографии

Смесь аминокислот, полученных кислотным гидролизом белков, разделяют в колонке с катионообменной смолой. Такая синтетическая смола содержит прочно связанные с ней отрицательно заряженные группы (например, остатки сульфоновой кислоты -SO 3 -), к которым присоединены ионы Na + (рис. 1-4).

В катионообменник вносят смесь аминокислот в кислой среде (рН 3,0), где аминокислоты в основном представляют катионы, т.е. несут положительный заряд. Положительно заряженные аминокислоты присоединяются к отрицательно заряженным частицам смолы. Чем больше суммарный заряд аминокислоты, тем прочнее её связь со смолой. Так, аминокислоты лизин, аргинин и гистидин наиболее прочно связываются с катионообменником, а аспарагиновая и глутаминовая кислоты - наиболее слабо.

Высвобождение аминокислот из колонки осуществляют вымыванием (элюированием) их буферным раствором с увеличивающейся ионной силой (т.е. с увеличением концентрации NaCl) и рН. При увеличении рН аминокислоты теряют протон, в результате уменьшается их положительный заряд, а следовательно и прочность связи с отрицательно заряженными частицами смолы.

Каждая аминокислота выходит из колонки при определённом значении рН и ионной силы. Собирая с нижнего конца колонки раствор (элюат) в виде небольших порций, можно получить фракции, содержащие отдельные аминокислоты.

(подробнее «гидролиз» см вопрос №10)

8) Химические связи в структуре белка.

9) Понятие об иерархии и структурной организации белков. (см. вопрос №12)

10) Гидролиз белка. Химизм реакции (ступенчатость, катализаторы, реагенты, условия протекания реакции) – полное описание гидролиза.

11) Химические превращения белков.

Денатурация и ренатурация

При нагревании растворов белков до 60-80% или при действии реагентов, разрушающих нековалентные связи в белках, происходит разрушение третичной (четвертичной) и вторичной структуры белковой молекулы, она принимает в большей или меньшей степени форму беспорядочного случайного клубка. Этот процесс называют денатурацией. В качестве денатурирующих реагентов могут быть кислоты, щелочи, спирты, фенолы, мочевина, гуанидинхлорид и др. Сущность их действия в том, что они образуют водородные связи с =NH и =СО - группами пептидного остова и с кислотными группами радикалов аминокислот, подменяя собственные внутримолекулярные водородные связи в белке вследствие чего вторичная и третичная структуры изменяются. При денатурации падает растворимость белка, он "свертывается" (например, при варке куриного яйца), утрачивается биологическая активность белка. На этом основано, например, применение водного раствора карболовой кислоты (фенола) в качестве антисептика. В определенных условиях при медленном охлаждении раствора денатурированного белка происходит ренатурация - восстановление исходной (нативной) конформации. Это подтверждает тот факт, что характер укладки пептидной цепи определяется первичной структурой.

Процесс денатурации отдельной белковой молекулы, приводящий к распаду её «жёсткой» трёхмерной структуры, иногда называют плавлением молекулы. Практически любое заметное изменение внешних условий, например, нагревание или существенное изменение pH приводит к последовательному нарушению четвертичной, третичной и вторичной структур белка. Обычно денатурация вызывается повышением температуры, действием сильных кислот и щелочей, солей тяжелых металлов, некоторых растворителей (спирт), радиации и др.

Денатурация часто приводит к тому, что в коллоидном растворе белковых молекул происходит процесс агрегации частиц белка в более крупные. Визуально это выглядит, например, как образование «белка» при жарке яиц.

Ренатурация - процесс, обратный денатурации, при котором белки возвращают свою природную структуру. Нужно отметить, что не все белки способны ренатурировать; у большинства белков денатурация необратима. Если при денатурации белка физико-химические изменения связаны с переходом полипептидной цепи из плотно упакованного (упорядоченного) состояния в беспорядочное, то при ренатурации проявляется способность белков к самоорганизации, путь которой предопределён последовательностью аминокислот в полипептидной цепи, то есть её первичной структурой, детерминированной наследственной информацией. В живых клетках данная информация, вероятно, является решающей для преобразования неупорядоченной полипептидной цепи во время или после её биосинтеза на рибосоме в структуру нативной молекулы белка. При нагревании двухцепочечных молекул ДНК до температуры около 100°C водородные связи между основаниями разрываются, и комплементарные цепи расходятся - ДНК денатурирует. Однако при медленном охлаждении комплементарные цепи могут вновь соединяться в регулярную двойную спираль. Эта способность ДНК к ренатурации используется для получения искусственных гибридных молекул ДНК.

Природные белковые тела наделены определенной, строго заданной пространственной конфигурацией и обладают рядом характерных физико-химических и биологических свойств при физиологических значениях температуры и рН среды. Под влиянием различных физических и химических факторов белки подвергаются свертыванию и выпадают в осадок, теряя нативные свойства. Таким образом, под денатурацией следует понимать нарушение общего плана уникальной структуры нативной молекулы белка, преимущественно ее третичной структуры, приводящее к потере характерных для нее свойств (растворимость, электрофоретическая подвижность, биологическая активность и т.д.). Большинство белков денатурирует при нагревании их растворов выше 50–60°С.

Внешние проявления денатурации сводятся к потере растворимости, особенно в изоэлектрической точке, повышению вязкости белковых растворов, увеличению количества свободных функциональных SH-групп и изменению характера рассеивания рентгеновских лучей. Наиболее характерным признаком денатурации является резкое снижение или полная потеря белком его биологической активности (каталитической, антигенной или гормональной). При денатурации белка, вызванной 8М мочевиной или другим агентом, разрушаются в основном нековалентные связи (в частности, гидрофобные взаимодействия и водородные связи). Дисульфидные связи в присутствии восстанавливающего агента меркаптоэтанола разрываются, в то время как пептидные связи самого остова полипептидной цепи не затрагиваются. В этих условиях развертываются глобулы нативных белковых молекул и образуются случайные и беспорядочные структуры (рис.)

Денатурация белковой молекулы (схема).

а - исходное состояние; б - начинающееся обратимое нарушение молекулярной структуры; в - необратимое развертывание полипептидной цепи.

Денатурация и ренатурация рибонуклеазы (по Анфинсену).

а - развертывание (мочевина + меркаптоэтанол); б - повторное свертывание.

1. Гидролиз белков: H+

[− NH2─CH─ CO─NH─CH─CO − ]n +2nH2O → n NH2 − CH − COOH + n NH2 ─ CH ─ COOH

│ │ ‌‌│ │

Аминокислота 1 аминокислота 2

2. Осаждение белков:

а) обратимое

Белок в растворе ↔ осадок белка. Происходит под действием растворов солей Na+, K+

б) необратимое (денатурация)

При денатурации под действием внешних факторов (температура; механическое воздействие – давление, растирание, встряхивание, ультразвук; действия химических агентов – кислот, щелочей и др.) происходит изменение вторичной, третичной и четвертичной структур белковой макромолекулы, т.е её нативной пространственной структуры. Первичная структура, а, следовательно, и химический состав белка не меняются.

При денатурации изменяются физические свойства белков: снижается растворимость, теряется биологическая активность. В тоже время увеличивается активность некоторых химических групп, облегчается воздействие на белки протеолитических ферментов, а, следовательно, он легче гидролизуется.

Например, альбумин - яичный белок - при температуре 60-70° осаждается из раствора (свертывается), теряя способность растворяться в воде.

Схема процесса денатурации белка (разрушение третичной и вторичной структур белковых молекул)

3. Горение белков

Белки горят с образованием азота, углекислого газа, воды, а также некоторых других веществ. Горение сопровождается характерным запахом жженых перьев

4. Цветные (качественные) реакции на белки:

а) ксантопротеиновая реакция (на остатки аминокислот, содержащих бензольные кольца):

Белок + HNO3 (конц.) → желтое окрашивание

б) биуретовая реакция (на пептидные связи):

Белок + CuSO4 (насыщ) + NaOH (конц) → ярко-фиолетовое окрашивание

в) цистеиновая реакция (на остатки аминокислот, содержащих серу):

Белок + NaOH + Pb(CH3COO)2 → Черное окрашивание

Белки являются основой всего живого на Земле и выполняют в организмах многообразные функции.

Высаливание белков

Высаливанием называется процесс выделения белков из водных растворов нейтральными растворами концентрированных солей щелочных и щелочноземельных металлов. При добавлении больших концентраций солей к раствору белка происходит дегидратация белковых частиц и снятие заряда, при этом белки выпадают в осадок. Степень выпадения белков в осадок зависит от ионной силы раствора осадителя, размера частиц белковой молекулы, величины ее заряда, гидрофильности. Разные белки осаждаются при различных концентрациях солей. Поэтому в осадках, полученных путем постепенного повышения концентрации солей, отдельные белки находятся в различных фракциях. Высаливание белков является обратимым процессом, и после удаления соли белок вновь приобретает природные свойства. Поэтому высаливанием пользуются в клинической практике при разделении белков сыворотки крови, а также при изолировании, очистке различных белков.

Добавляемые анионы и катионы разрушают гидратную белковую оболочку белков, являющуюся одним из факторов устойчивости белковых растворов. Чаще всего применяются растворы сульфатов Na и аммония. Многие белки отличаются по размеру гидратной оболочки и величине заряда. Для каждого белка есть своя зона высаливания. После удаления высаливающего агента белок сохраняет свою биологическую активность и физико-химические свойства. В клинической практике применяется метод высаливания для разделения глобулинов (при добавлении 50% раствора сульфата аммония (NH4)2SO4 выпадает осадок) и альбуминов (при добавлении 100% раствора сульфата аммония (NH4)2SO4 выпадает осадок).

На величину высаливания оказывают влияние:

1) природа и концентрация соли;

2) рН-среды;

3) температура.

Главную роль при этом играют валентности ионов.

12) Особенности организации первичной, вторичной, третичной структуры белка.

В настоящее время экспериментально доказано существование четырёх уровней структурной организации белковой молекулы: первич­ной, вторичной, третичной и четвертичной структуры.

Тема: Белки. Качественное определение белков в продуктах .

Образовательные: организовать деятельность обучающихся по изучению и первичному закреплению знаний о химических свойствах белка .

Развивающие: Создать содержательные и организационные условия для развития у обучающихся: - умений проводить анализ, синтез и на их основе обобщение и выводы; - навыков безопасной работы с лабораторным оборудованием и реактивами;
- умения ставить цель и планировать свою деятельность;

Воспитательные:

Содействовать осознанию обучающимися ценности изучаемых предметов в профессиональной деятельности.
- Обеспечить развитие умения работать самостоятельно и вдвоем, выслушать мнение одногруппников, доказывать свое мнение ;

Оборудование и реактивы: ящики для реактивов, растворы гидроксида натрия, сульфата меди (II ), концентрированная азотная кислота, раствор куриного белка, штатив с пробирками, спиртовки, спички, пробиркодержатели, мясной фарш, хлеб, клубень картофеля, молоко (домашнее и магазинное), творог, сметана, отварной горох, гречка, дистиллированная вода.

I. Организационный момент.

Преподаватель профцикла : Здравствуйте ребята! Мы приветствуем также и наших гостей!

II. Сообщение темы и цели урока. (слайд №1)

Актуализация знаний:

Преподаватель химии: На предыдущих занятиях по химии мы начали знакомиться с белками и узнали об их строении и функциях в организме

Преподаватель профцикла: А изучая профессиональные модули научились готовить блюда из продуктов, в состав которых входят белки .

Преподаватель химии: Скажите ребята, а что бы вы еще хотели узнать о белках как химических веществах.

(Предполагаемый ответ: Узнать химические свойства белка)

С помощью каких реакций можно определить наличие белка в продуктах)

Преподаватель профцикла: Хорошо, а со стороны технологии приготовления пищи?

(Предполагаемый ответ: Какие изменения происходят с белками при приготовлении пищи?-)

I II . Изучение нового материала:

Преподаватель химии: Мы поставили перед собой цели, а теперь приступим к их реализации. Итак. Химические свойства белка. Я хочу у вас, как, специалистов в этой области, спросить. Что произойдет с белком (например,куриного яйца) если его нагревать-жарить? (слайд №2)

(Предполагаемый ответ:изменится цвет, плотность, запах, вкус) Преподаватель химии: Причем такие же изменения происходят с белком если на него действовать солями тяжелых металлов, кислотами, спиртами.

И называется этот процесс-денатурация белка . (слайд № 3)

Преподаватель профцикла : А где же это свойство проявляется в технологии приготовления пищи:

(Предполагаемый ответ: - Скисание молока используется при изготовлении простокваши.
- На свертывании белков при тепловой обработке основано осветление бульонов
- варка мяса, рыбы, варка круп, овощей и тд) (слайд№4;)

Преподаватель химии: А теперь давайте познакомимся с о качественными реакциями на белок. Что значит качественная реакция?

(Предполагаемый ответ: это такая с помощью которой можно распознать вещество)

Демонстрация: слайды

1. Ксантопротеиновая реакция (на бензольные кольца, содержащиеся в некоторых аминокослотах). Под действием концентрированной HNO3 белки окрашиваются в желтый цвет. Слайд №5

2. Биуретовая реакция (на обнаружение группы –CONH–). Если к небольшому количеству раствора белка прилить немного NaOH и по каплям добавлять раствор СuSO4, то появляется красно-фиолетовая окраска. (слайд №6)

Преподаватель профцикла : А ели не проводить опыт откуда мы берем информацию о наличии белка в продукте?

(Предполагаемый ответ: из информации на этикетке с составом, там пишут…)

Преподаватель химии: А вот сейчас вы сами попробуете определять наличие белка и его относительное количество в продуктах- этим займется группы лаборантов. А группа других экспертов будет изучать наличие белка по информации, данной производителем.

(выполнение работы в парах по вариантам по инструктивным картам)

Группа экспертов- лаборантов :

Инструктивная карта: К небольшому количеству выданного продукта прилить немного NaOH и по каплям добавлять раствор СuSO4.

Ключ: Появление красно-фиолетовой окраски свидетельствует о наличии белка. Интенсивность окраски свидетельствует о количественном составе .

Вариант № 1: молоко домашнее и магазинное

Вариант № 2: творог

Вариант № 3: Батон

Вариант № 4: Горох

Вариант №5: Мясо, кубик бульонный Магги

Вариант № 6: Гречка

Вариант №7: Картофель сырой

Вариант№ 8 Сметана

2 Группы экспертов- теоретиков :

Изучить состав выданных продуктов обозначенный производителем, подтвердить или опровергнуть выводы лаборантов.

№п,п

Название продукта

Содержание белка в 100г продукта, г

Обсуждение результатов. Выводы:

Преподаватель химии: (обращается к преподавателю профцикла) Получается, что большим по количеству белка является животная пища. Может тогда вообще отказаться от растительных белка и есть мясо вместо каш?

Преподаватель профцикла : Нет, вот тут вы ошибаетесь! А какие белки полезнее для организма и как их правильно готовить нам расскажет вскоре будущий повар, кондитер -……(информация студентки) (слайд презентации №7)

(Предполагаемый ответ: №1 Животные и растительные белки усваиваются организмом неодинаково. Если белки молока, молочных продуктов, яиц усваиваются на 96%, мяса и рыбы – на 93–95%, то белки хлеба – на 62–86%, овощей – на 80%, картофеля и некоторых бобовых – на 70%. Однако смесь этих продуктов биологически более полноценная. Важное значение имеет также кулинарная обработка продуктов. При умеренном нагревании пищевых продуктов, особенно растительного происхождения, усвояемость белков несколько возрастает. При интенсивной тепловой обработке усвояемость снижается. Преподаватель химии: Спасибо!

IV . Закрепление:

1. Почему при отравлении людей солями тяжелых металлов: Нg, Аg, Си, Рb и др. в качестве противоядия используют яичный белок? (Ионы тяжелых металлов, попавшие в организм, в желудочно-кишечном тракте связываются с белками в нерастворимые соли и выводятся наружу, не успев причинить вреда (вызвать денатурацию) белкам, из которых построен организм человека).

2. Почему при тепловой обработке мяса и рыбы происходит уменьшение массы готовой продукции?
( Под действием температуры происходит изменение вторичной, третичной и четвертичной структур белковой молекулы (денатурация). Первичная структура, а, следовательно, и химический состав белка не меняются. При денатурации белки теряют влагу (разрушаются водородные связи), что приводит к уменьшению массы готового продукта.)

V . Рефлексия:

Что нам удалось узнать?

Что было самыми интересным сегодня?

Кто хочет кого-нибудь похвалить?

VI . Дз. Решить задачу : Известно, что для взрослого человека необходимо 1,5 г белка на 1 кг массы тела в день. Зная свою массу, определите суточную норму потребления белка для своего организма .

В предстоящих нам опытах ограничимся простыми качественными реакциями, которые позволят нам понять характерные свойства белков.

Одну из групп белков составляют альбумины, которые растворяются в воде, но свертываются при длительном нагревании полученных растворов. Альбумины содержатся в белке куриного яйца, в плазме крови, в молоке, в мышечных белках и вообще во всех животных и растительных тканях. В качестве водного раствора белка лучше всего взять для опытов белок куриного яйца.

Можно использовать и сыворотку коровьей или свиной крови. Осторожно нагреем раствор белка до кипения, растворим в нем несколько кристаллов поваренной соли и добавим немного разбавленной уксусной кислоты. Из раствора выпадают хлопья свернувшегося белка.

К, нейтральному или, лучше, к подкисленному раствору белка добавим равный объем спирта (денатурата). При этом тоже осаждается белок.

К пробам раствора белка добавим немного раствора сульфата меди, хлорида железа, нитрата свинца или соли другого тяжелого металла. Образующиеся осадки свидетельствуют о том, что соли тяжелых металлов в больших количествах ядовиты для организма.

Проблема создания синтетической пищи не только для животных, но и для человека - одна из главнейших в современной органической химии. Важнее всего научиться получать именно белки, потому что углеводами нас обеспечивает сельское хозяйство, а увеличить запас пищевых жиров можно хотя бы за счет отказа от использования для технических целей. В нашей стране в этом направлении работает, в частности, академик А. Н. Несмеянов с сотрудниками. Им уже удалось получить синтетическую черную икру, более дешевую, чем природная, и не уступающую ей по качеству.

Сильные минеральные кислоты, за исключением ортофосфорной, осаждают растворенный белок уже при комнатной температуре. На этом основана очень чувствительная проба Геллера, выполняемая следующим образом. Нальем в пробирку азотную кислоту и пипеткой осторожно добавим по стенке пробирки раствор белка так, чтобы оба раствора не перемешивались. На границе слоев появляется белое кольцо выпавшего белка.

Другую группу белков образуют глобулины, которые не растворяются в воде, но легче растворяются в присутствии солей. Их особенно много в мышцах, в молоке и во многих частях растений. Глобулины растений растворяются также в 70 %-ном спирте.

В заключение упомянем еще одну группу белков - склеропротеины, которые растворяются только при обработке сильными кислотами и при этом претерпевают частичное разложение. Из них состоят, в основном, опорные ткани организмов животных, то есть это белки роговицы глаз, костей, волос, шерсти, ногтей и рогов.

Большинство белков можно распознать с помощью следующих цветных реакций. Ксантопротеиновая реакция заключается в том, что проба, содержащая белок, при нагревании с концентрированной азотной кислотой приобретает лимонно-желтую окраску, которая после осторожной нейтрализации разбавленным раствором щелочи переходит в оранжевую. Эта реакция основана на образовании ароматических нитросоединений из аминокислот тирозина и триптофана. Правда, подобную окраску могут давать и другие ароматические соединения.

При проведении биуретовой реакции к раствору белка добавляют разбавленный раствор гидроксида калия или натрия (едкого кали или едкого натра) и затем по каплям раствор сульфата меди. Появляется вначале красноватая окраска, которая переходит в красно-фиолетовую и далее в сине-фиолетовую.

Подобно полисахаридам, белки при длительном кипячении с кислотами расщепляются сначала до низших пептидов, а затем до аминокислот. Последние придают многим блюдам характерный вкус. Поэтому кислотный гидролиз белков притеняется в пищевой промышленности для изготовления заправок для супов.

Гроссе Э., Вайсмантель X.

Химия для любознательных. Основы химии и занимательные опыты.

Глава 7 - продолжение

ЖИРЫ - ТОПЛИВО ДЛЯ ОРГАНИЗМА

Мы уже знакомы с жирами . Они представляют собой сложные эфиры , образованные трехатомным спиртом глицерином с насыщенными и ненасыщенными жирными кислотами, например стеариновой, пальмитиновой и олеиновой . Мы уже разлагали их щелочами и получали при этом мыла .
Нам известно и то, что жиры являются важнейшими продуктами питания. Кислорода в них гораздо меньше, чем в углеводах. Поэтому жиры обладают значительно большей теплотой сгорания.
Однако было бы неразумно, исходя из этого, стремиться обеспечить свой организм только жирами, которые богаты энергией, но трудно усваиваются. При этом организм изнашивался бы так же, как обычная домашняя печка, если бы ее вместо дров топили гораздо более калорийным каменным углем или тем более антрацитом.
По происхождению жиры подразделяются на растительные и животные . Они не растворяются в воде и благодаря своей низкой плотности плавают на ее поверхности. Но зато они хорошо растворимы в тетрахлорметане (тетрахлориде углерода ), трихлорметане (хлороформе ), эфире и других органических растворителях.
Поэтому их можно экстрагировать (извлечь) из измельченных семян растений или из животных продуктов указанными растворителями при нагревании.
Ограничимся тем, что обнаружим жиры в ядрах орехов, семенах мака, подсолнуха или других растений. Малое количество исследуемого образца нужно размолоть, поместить в пробирку, добавить несколько миллилитров тетрахлорида углерода (тетрахлорметана ) и нагревать несколько минут.
(Пары тетрахлорметана вредны для здоровья и их нельзя вдыхать! Проводить опыт только на открытом воздухе или в вытяжном шкафу! Ввиду опасности пожара ни в коем случае не применять горючие растворители, например эфир или ацетон! ) Нанесем несколько капель полученного раствора на кусок фильтровальной бумаги и получим прекрасное - столь неприятное на одежде, но необходимое в нашем опыте - жировое пятно ! Если нагреть бумагу над кухонной плитой, то пятно останется - в отличие от пятен эфирных масел, которые в таких условиях улетучиваются.
Другой своеобразный способ обнаружения жира основан на том, что он растекается тонким слоем на поверхности воды . Если на поверхность воды, не содержащей жира, нанести очень маленькие частицы камфоры, то они начинают кружиться - как будто танцуют. Как только в воду попадают хотя бы малейшие следы жира, этот танец сразу же прекращается.
Кроме того, мы можем поместить в пробирку малое количество масла или кусочек жира и быстро нагреть на сильном пламени бунзеновской горелки. При этом образуется желтовато-белый дым.
Если осторожно понюхать пробирку, то мы почувствуем в носу раздражение, а на глазах - слезы. Это объясняется тем, что при разложении глицерина образуется ненасыщенный алканаль (альдегид) акролеин , имеющий формулу СН 2 =СН-СН=О. Его запах слишком хорошо знаком многим хозяйкам, у которых пригорало жаркое. Акролеин проявляет слезоточивое действие и довольно ядовит.
В быту часто - иногда в чрезмерном изобилии - применяются многие жиры - для варки, поджаривания, печения и приготовления бутербродов. В последнем случае годятся только твердые или полутвердые, преимущественно животные жиры , например масло и топленый жир. Некоторые растительные жиры, например кокосовый, чересчур тверды для намазывания на хлеб, а жидкие масла для этого, разумеется, тоже не годятся.
Немецкому химику Норманну мы обязаны тем, что в настоящее время жидкие жиры можно превращать в твердые, перерабатывая их в маргарин .
Жидкие растительные масла содержат непредельные жирные кислоты , главным образом, олеиновую (октадеценовую). Последняя отличается от насыщенной стеариновой (октадекановой) кислоты, входящей в состав твердых жиров, только отсутствием в молекуле двух атомов водорода. Олеиновая кислота содержит двойную связь - между девятым и десятым атомами углерода:
CH 3 -(СН 2) 7 -СН=СН-(СН 2) 7 -СООН
В 1906 г. Норманну удалось присоединить к олеиновой кислоте водород и тем самым превратить ее в стеариновую. Эта реакция гидрирования ускоряется в присутствии катализаторов - мелко раздробленной платины, палладия или никеля. Попробуем самостоятельно провести гидрирование малого количества жира.

Отверждение жиров - не так уж это просто!

Подвергнем отверждению 2 г чистого оливкового или подсолнечного масла.
Нам понадобится катализатор. Приготовим его следующим образом. От 0,5 до 1 г метаната (формиата ) никеля, получение которого было описано ранее, поместим в пробирку из тугоплавкого стекла и будем прокаливать в течение 15 минут в высокотемпературной зоне пламени бунзеновской горелки.
При этом соль разлагается, и образуется металлический никель в виде очень тонкого порошка.
Дадим пробирке остыть, причем в это время ее нельзя двигать, чтобы по возможности уменьшить контакт никеля с воздухом. Лучше всего после прокаливания сразу же закрыть пробирку, вставив в нее пинцетом кусок асбестового картона.
После охлаждения нальем в пробирку 5 мл чистого спирта (денатурат не годится ) или эфира . Затем добавим раствор 2 г масла в 15 мл чистого спирта.
Соединим пробирку, которая служит реактором, с прибором для получения водорода . Конец отводной трубки, по которой в пробирку поступает водород, должен быть оттянут, чтобы газ выделялся в виде мелких пузырьков.
Водород, выходящий из прибора для выделения газа, прежде чем попасть в пробирку, должен быть очень хорошо очищен, чтобы не отравлять катализатор (В условиях лаборатории самый чистый водород получается при электролизе воды. Однако вполне годится для гидрирования и водород, полученный при взаимодействии алюминия с раствором щелочи. Такой способ получения в данном случае предпочтительнее, чем из цинка и разбавленной (1 М) серной кислоты. - Прим. перев.).
Для этого пропустим его еще через две промывные склянки. В первую нальем раствор перманганата калия, а во вторую - концентрированный раствор едкого натра или едкого кали. Воздух не должен попасть в реактор. Поэтому водород вначале нужно пропускать только через систему, где он получается и очищается, и тем самым вытеснить из нее воздух . Только после этого соединим эту систему с реактором и будем пропускать водород через реакционную смесь по крайней мере час.
Из реакционной пробирки газ должен выходить через отводную трубку. Если он даст отрицательную пробу на гремучий газ , его можно поджечь. А если его не поджигать, то опыт можно проводить только в вытяжном шкафу или на открытом воздухе, причем, разумеется, поблизости не должно быть источников тепла и тем более - открытого огня .
После того как пропускание газа прекращено, в пробирке выпадают хлопья, которые из-за присутствия катализатора окрашены в серый цвет. Растворим их в нагретом тетрахлорметане и отделим катализатор фильтрованием через двойной слой как можно более плотной фильтровальной бумаги. При испарении растворителя остается малое количество белого "сала".
Это сало, конечно, еще не маргарин. Но именно оно служит сырьем для промышленного изготовления маргарина.
Гидрирование жиров осуществляется в ГДР на заводе в Родлебене и в соответствии с планом из года в год расширяется. Отверждению подвергаются ценные растительные масла, например арахисовое и подсолнечное, хлопковое и рапсовое. Путем смешивания кокосового и пальмового жира получают лучшие сорта маргарина - кондитерский и сливочный. Кроме того, при изготовлении маргарина к жирам добавляют обезжиренное молоко, яичный желток, лецитин и витамины.
Таким образом, мы видим, что маргарин - ценный продукт питания, который изготавливается из растительных масел и других пищевых добавок в результате их "облагораживания" путем химической обработки.

БЕЛОК НЕ ТОЛЬКО В ЯЙЦЕ

Жизнь - это способ существования сложных белковых тел. Белки являются важной составной частью протоплазмы всех растительных и животных клеток. Они содержатся и в клеточном соке растений, и в мускулах животных, и в их нервных волокнах, и в клетках мозга.
Белки представляют собой сложнейшие химические соединения. Составные же части их имеют простое строение. Немецкий химик Фишер, основоположник химии белков, в результате многолетних сложных исследований доказал, что белки построены из аминокислот.
Простейшая аминокислота - глицин , или аминоэтановая (аминоуксусная) кислота. Ей соответствует формула NH 2 -СН 2 -СООН.
Характерно, что молекула глицина включает в себя группу NH 2 наряду с группой СООН, присущей карбоновым кислотам. Некоторые аминокислоты, кроме того, содержат серу (В составе групп -SH и -S-S-. - Прим. перев.).
В молекулах аминокислот встречаются не только простые углеродные цепи, но и ароматические кольца, в том числе с гетероатомами. Всего к настоящему времени выделено из белков и исследовано около 30 аминокислот. Из них по меньшей мере десять незаменимы для питания человека. Организм нуждается в них для построения своих белков и сам не может их синтезировать.
Белки животного и особенно растительного происхождения обычно содержат не все необходимые для жизнедеятельности аминокислоты в достаточном количестве, поэтому белковое питание человека должно быть по возможности разнообразным. Выходит, что наша склонность к разнообразной пище научно обоснована.
Для всех аминокислот характерна способность к образованию пептидных связей. При этом группа NН 2 одной молекулы аминокислоты реагирует с группой СООН другой молекулы. B результате отщепляется вода и получаются продукты сложного состава, называемые пептидами .
Например, если таким образом соединяются друг с другом две молекулы глицина, то возникает простейший пептид - глицил-глицин :

NH 2 -СН 2 -CO-NH-СН 2 - СООН

Если же соединяются не две, а очень много молекул различных аминокислот, то образуются более сложные молекулы белков . Эти гигантские молекулы, содержащие тысячи или даже миллионы атомов углерода, закручены в клубок или имеют строение типа спирали.
В последние годы достигнуты замечательные успехи в синтезе белков. Появились даже планы производства синтетических белков в крупном промышленном масштабе в качестве ценных кормов для животных (Проблема создания синтетической пищи не только для животных, но и для человека - одна из главнейших в современной органической химии. Важнее всего научиться получать именно белки, потому что углеводами нас обеспечивает сельское хозяйство, а увеличить запас пищевых жиров можно хотя бы за счет отказа от использования их для технических целей. В нашей стране в этом направлении работал, в частности, академик А. Н. Несмеянов с сотрудниками. Им уже удалось получить синтетическую черную икру, более дешевую, чем природная, и не уступающую ей по качеству. - Прим. перев.).
С каждым днем наука узнает все больше об этих важнейших веществах. Недавно удалось разгадать еще одну тайну природы - раскрыть секрет "чертежей", по которым построены молекулы многих белков. Шаг за шагом исследователи упорно продвигаются вперед, раскрывая сущность тех химических процессов, которые происходят в организме при решающем участии белков.
Конечно, предстоит еще немало потрудиться, чтобы преодолеть долгий путь, ведущий нас к полному пониманию этих процессов и синтезу простейших форм жизни.

В предстоящих нам опытах ограничимся простыми качественными реакциями, которые позволят нам понять характерные свойства белков.
Одну из групп белков составляют альбумины , которые растворяются в воде, но свертываются при длительном нагревании полученных растворов. Альбумины содержатся в белке куриного яйца, в плазме крови, в молоке, в мышечных белках и вообще во всех животных и растительных тканях. В качестве водного раствора белка лучше всего взять для опытов белок куриного яйца.
Можно использовать и сыворотку коровьей или свиной крови. Осторожно нагреем раствор белка до кипения, растворим в нем несколько кристалликов поваренной соли и добавим немного разбавленной уксусной кислоты. Из раствора выпадают хлопья свернувшегося белка.
К нейтральному или, лучше, к подкисленному раствору белка добавим равный объем спирта (денатурата). При этом тоже осаждается белок.
К пробам раствора белка добавим немного раствора сульфата меди, хлорида железа, нитрата свинца или соли другого тяжелого металла. Образующиеся осадки свидетельствуют о том, что соли тяжелых металлов в больших количествах ядовиты для организма.
Сильные минеральные кислоты, за исключением ортофосфорной, осаждают растворенный белок уже при комнатной температуре. На этом основана очень чувствительная проба Теллера , выполняемая следующим образом. Нальем в пробирку азотную кислоту и пипеткой осторожно добавим по стенке пробирки раствор белка так, чтобы оба раствора не перемешивались. На границе слоев появляется белое кольцо выпавшего белка.
Другую группу белков образуют глобулины , которые не растворяются в воде, но легче растворяются в присутствии солей. Их особенно много в мышцах, в молоке и во многих частях растений. Глобулины растений растворяются также в 70%-ном спирте.
В заключение упомянем еще одну группу белков - склеропротеины , которые растворяются только при обработке сильными кислотами и при этом претерпевают частичное разложение. Из них состоят, в основном, опорные ткани организмов животных, то есть это белки роговицы глаз, костей, волос, шерсти, ногтей и рогов.

Большинство белков можно распознать с помощью следующих цветных реакций .
Ксантопротеиновая реакция заключается в том, что проба, содержащая белок, при нагревании концентрированной азотной кислотой приобретает лимонно-желтую окраску, которая после осторожной нейтрализации разбавленным раствором щелочи переходит в оранжевую (Эта реакция обнаруживается на коже рук при неосторожном обращении с азотной кислотой. - Прим. перев.).
Эта реакция основана на образовании ароматических нитросоединений из аминокислот тирозина и триптофана . Правда, подобную окраску могут давать и другие ароматические соединения.

При проведении биуретовой реакции к раствору белка добавляют разбавленный раствор гидроксида калия или натрия (едкого кали или едкого натра) и затем по каплям раствор сульфата меди. Появляется вначале красноватая окраска, которая переходит в красно-фиолетовую и далее в сине-фиолетовую.
Подобно полисахаридам, белки при длительном кипячении кислотами расщепляются сначала до низших пептидов, а затем до аминокислот. Последние придают многим блюдам характерный вкус. Поэтому кислотный гидролиз белков применяется в пищевой промышленности для изготовления заправок для супов.

В широкогорлую колбу Эрленмейера на 250 мл поместим 50 г высушенных и измельченных кусочков говядины или творога. Затем нальем туда концентрированной соляной кислоты, чтобы весь белок полностью пропитался (около 30 мл). Содержимое колбы будем греть на кипящей водяной бане ровно час. За это время белок частично расщепится и образуется густой темно-коричневый бульон.
При необходимости после нагревания в течение получаса можно добавить 15 мл вдвое разбавленной концентрированной соляной кислоты. Всего кислоты желательно взять ровно столько, сколько понадобится для гидролиза белка, потому что если ее будет слишком много, то после нейтрализации в бульоне окажется много соли.
Во второй колбе или в глиняном горшочке смешаем мелко нарезанные или растертые овощи и пряности, например 20 г сельдерея, 15 г репчатого лука или лука-порея, немного мускатного ореха и черного или красного перца, с 50 мл 10%-ной соляной кислоты. Последнюю приготовим, разбавив 1 объем концентрированной кислоты 2,5 объемами воды. Эту смесь тоже станем греть на водяной бане, пока не появится коричневая окраска (обычно это происходит приблизительно через 20 минут).
Затем обе смеси поместим в термостойкий стеклянный кристаллизатор или большую фарфоровую выпарительную чашку и тщательно перемешаем. Прильем 50 мл воды и нейтрализуем кислоту, постепенно добавляя гидрокарбонат натрия (питьевую соду). Делать это надо постепенно, малыми порциями, деревянной или пластмассовой ложкой. Смесь нужно все время тщательно перемешивать.
При этом выделится много углекислого газа, а из соляной кислоты образуется хлорид натрия, а проще говоря - поваренная соль, которая и останется в бульоне. Благодаря соли бульон лучше сохраняется. Конец нейтрализации легко заметить по прекращению образования пены при добавлении очередной малой порции питьевой соды. Ее нужно добавить столько, чтобы готовая смесь обнаруживала очень слабокислую реакцию при испытании лакмусовой бумажкой.
Конечно, полученный концентрат можно использовать для приготовления супа только в том случае, если для гидролиза белка была взята совершенно чистая соляная кислота, т. е. чистая для анализа или используемая для медицинских целей (Последнюю можно приобрести в аптеке. - Прим. перев.), потому что техническая кислота может содержать примеси ядовитых соединений мышьяка (!) .
Качество и вкус этого супа могут оказаться разными - в зависимости от того, из каких продуктов мы его приготовили. Однако при совершенно точном соблюдении приведенной прописи его вполне можно употреблять в пищу.
В промышленности в пищевые концентраты супов вводят белковые гидролизаты , полученные аналогичным образом из пшеничных отрубей (Часто для этого используют другие белки, в основном растительного происхождения, - из отходов переработки семян масличных культур, а также белок молока - казеин . Получаемые гидролизаты обладают приятным мясным или грибным вкусом. Можно даже получить гидролизат, не уступающий по вкусу куриному бульону. - Прим. перев.).
В последние годы в качестве добавки, улучшающей вкус пищи, а также укрепляющего средства стали применять одну из аминокислот - глютаминовую , которая в изобилии содержится в глобулинах. Она используется в свободном состоянии или в виде натриевой соли - глютамата натрия . Добавим к нашему концентрату немного чистого глютамата натрия или самой глютаминовой кислоты, таблетки которой можно купить в аптеке. Благодаря этому концентрат приобретет более сильный вкус. Сама по себе глютаминовая кислота имеет лишь слабый вкус, но она возбуждает вкусовые рецепторы и таким образом усиливает характерный вкус пищи.

ЧТО ВО ЧТО ПРЕВРАЩАЕТСЯ?

Представляете ли вы, как выглядит гигантский химический завод? Огромные трубы выбрасывают в воздух клубы черного, ядовито-желтого или бурого дыма. Своеобразные очертания химическому предприятию придают огромные ректификационные колонны, холодильные установки, газгольдеры и крупные производственные здания.
Если мы познакомимся с заводом ближе, нас увлечет напряженный ритм его непрерывной работы. Мы остановимся перед огромными котлами, пройдем вдоль трубопроводов, услышим шум компрессоров и резкий, вначале пугающий звук, с которым пар вырывается из предохранительных клапанов.
Однако есть и такие химические заводы, которые не чадят и не шумят, где нет никаких аппаратов и где изо дня в день старые цеха уничтожаются, уступая место новым. Такими химическими предприятиями являются живые организмы.

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ

"Сгорание" пищи в организме осуществляется в клетках. Требуемый для этого кислород обеспечивается за счет дыхания и у многих живых организмов переносится особой жидкостью - кровью. У высших животных кровь состоит из плазмы и взвешенных в ней красных и белых кровяных телец.
Красные кровяные тельца эритроциты, придающие крови ее окраску, состоят на 79% из сложного белка гемоглобина . В состав этого белка входит красный краситель гем , присоединенный к бесцветному белку глобину , из группы глобулинов .
Состав гемоглобина у различных животных сильно различается, но строение гема всегда одинаково. Из гема можно получить другое соединение - гемин .
Анатому Тейхману впервые удалось выделить кристаллы гемина и тем самым найти надежный метод распознавания крови. Эта реакция позволяет обнаружить малейшие следы крови и успешно применяется в судебной экспертизе при расследовании преступлений. Стеклянной палочкой нанесем на предметное стекло капельку крови, размажем ее и высушим на воздухе. Затем нанесем на это стекло, тонким слоем измельченную до мельчайшего порошка поваренную соль, добавим 1-2 капли ледяной уксусной кислоты (в крайнем случае можно взять вместо нее уксусную кислоту высокой концентрации) и наложим сверху покровное стекло. Нагреем предметное стекло слабым (!) пламенем до образования первых пузырьков (ледяная уксусная кислота кипит при 118,1 °С).
Затем при осторожном нагревании полностью выпарим уксусную кислоту. После охлаждения рассмотрим пробу под микроскопом с увеличением в 300 раз. Мы увидим красно-коричневые ромбические таблички (призмы ). Если такие кристаллы не образовались, то снова нанесем уксусную кислоту на границу соприкосновения стекол, дадим ей просочиться внутрь и снова нагреем предметное стекло.
Эта реакция позволяет обнаружить следы высохшей крови и на ткани. Для этого обработаем такое пятно водой, содержащей углекислый газ, например минеральной водой, профильтруем вытяжку, фильтрат упарим на предметном стекле и далее обработаем пробу так же, как указано выше.
Впервые синтезировать и расщепить гемин удалось немецкому химику Гансу Фишеру в 1928 г. Сравнение формулы гемина (или гема) с формулой зеленого пигмента растений хлорофилла свидетельствует об удивительном сходстве этих соединений: Бензидиновая проба тоже позволяет обнаружить незначительное количество крови. Вначале приготовим реактив. Для этого 0,5 г бензидина растворим в 10 мл концентрированной уксусной кислоты и разбавим раствор водой до 100 мл. К 1 мл полученного раствора прильем 3 мл 3%-ного раствора пероксида (перекиси) водорода и тотчас смешаем с очень разбавленной водной вытяжкой крови. Мы увидим зеленое окрашивание, которое быстро переходит в синее.
В 5 л крови, содержащейся в организме человека, находится 25 биллионов красных кровяных телец, а в них - от 600 до 800 г гемоглобина.
К 1 г чистого гемоглобина может присоединиться около 1,3 мл кислорода. Однако к гемоглобину может присоединяться не только кислород. Его сродство к оксиду углерода (угарному газу) в 425 раз больше, чем к кислороду.
Образование более прочного соединения оксида углерода с гемоглобином приводит к тому, что кровь теряет способность переносить кислород, и отравленный человек задыхается. Поэтому будем осторожны с бытовым газом и другими газами, содержащими оксид углерода !
Теперь мы знаем, что при обмене веществ кровь играет важнейшую роль транспортного средства. Перенос газов, удаление чужеродных веществ, заживление ран, транспортировка питательных веществ, продуктов обмена, ферментов и гормонов являются главными функциями крови. Вся пища, которую человек съедает, подвергается в желудке и кишечнике химической переработке. Эти превращения осуществляются под действием особых пищеварительных соков - слюны, желудочного сока, желчи, поджелудочного и кишечного сока.
Активным началом пищеварительных соков являются главным образом биологические катализаторы - так называемые ферменты , или энзимы .
Например, ферменты пепсин , трипсин и эрепсин , а также сычужный фермент химозин , действуя на белки, расщепляют их на простейшие фрагменты - аминокислоты , из которых организм может строить свои собственные белки. Ферменты амилаза, мальтаза, лактаза, целлюлаза участвуют в расщеплении углеводов, тогда как желчь и ферменты группы липаз способствуют перевариванию жиров. Влияние желчи на переваривание жиров можно подтвердить следующим опытом. В две одинаковые склянки или колбы Эрленмейера вставим стеклянные воронки. В каждой из воронок слегка увлажним полоску фильтровальной бумаги водой.
Затем в одной из воронок пропитаем бумагу желчью (коровьей, свиной или гусиной) и в обе воронки нальем по несколько миллилитров пищевого растительного масла.
Мы увидим, что масло проникает только в ту полоску бумаги, которая была обработана желчью. Дело в том, что желчные кислоты вызывают эмульгирование жиров, дробление их на мельчайшие частицы. Поэтому желчь помогает в организме ферментам, способствующим перевариванию жиров. Особенно наглядно это проявляется в следующем опыте. Если удастся найти свиной желудок, его нужно вывернуть, промыть водой и тупым ножом соскоблить слизистую оболочку в химический стакан. Туда же нальем четырехкратное количество 5%-ного этанола и оставим стакан на 2 дня.
Полученную водно-спиртовую вытяжку профильтруем через кусок ткани. Фильтрование можно существенно ускорить с помощью отсасывания на нутч-фильтре водоструйным насосом.
Вместо приготовления такой вытяжки можно купить в аптеке пепсин в порошке и растворить его в 250 мл воды.
В заключение натрем на терке белок куриного яйца , сваренного вкрутую (кипятить 10 минут), и смешаем его в химическом стакане со 100 мл воды, 0,5 мл концентрированной соляной кислоты и приготовленной вытяжкой, содержащей пепсин , или же с 50 мл раствора продажного пепсина.
Соляную кислоту нужно добавить потому, что пепсин действует только в кислой среде - при рН от 1,4 до 2. Величина рН желудочного сока благодаря присутствию в нем соляной кислоты находится в пределах от 0,9 до 1,5.
Стакан выдержим несколько часов при температуре приблизительно 40 °С в теплом месте - дома около плиты или печи либо в лаборатории в сушильном шкафу. В течение первой четверти каждого часа содержимое стакана будем перемешивать стеклянной палочкой.
Уже через 2 часа мы заметим, что количество белка существенно уменьшилось. Через 6-8 часов весь белок растворится и образуется малое количество белой со слабым желтоватым оттенком кожицы. При этом яичный белок, имеющий сложное строение, гидролизуется водой и превращается в смесь соединений более простого строения - яичный пептон . То, чего химик может добиться только с помощью концентрированных кислот, нам в нашем искусственном желудке удалось осуществить при исключительно мягких условиях.
Неприятный кислый запах содержимого стакана близок к запаху неполностью переваренной пищи. Теперь проведем самостоятельно еще несколько пробирочных опытов, связанных с исследованием переваривания пищи. Некоторые из них заслуживают краткого пояснения.
Расщепление крахмала можно провести в пробирке при действии слюны на жидкий крахмальный клейстер (37 °С, 30 минут -1 час). Образующийся сахар обнаруживается с помощью реактива Фелинга. Тот же результат можно получить при нагревании 10 мл крахмального клейстера с 5 мл вытяжки коровьей поджелудочной железы в течение 15 минут на водяной бане при 40 0С. Вытяжку готовят путем растирания поджелудочной железы с малым количеством пропантриола (глицерина).
Такая кашица из поджелудочной железы пригодится и для исследования переваривания жиров. С этой целью в пробирку, наполовину заполненную цельным молоком, добавим 0,5%-ный раствор соды (карбоната натрия) до появления красного окрашивания с фенолфталеином. Если теперь добавить кашицу из поджелудочной железы и нагреть на водяной бане до 40 °С, то красное окрашивание снова исчезнет. При этом из жира натурального молока образуются свободные жирные кислоты.
В заключение, используя сычужный фермент (сычужную закваску) или полоску очищенной слизистой оболочки телячьего желудка, мы можем выделить из сырого молока белок казеин . Химики и биологи открыли сотни интересных реакций, позволяющих обнаружить самые разнообразные вещества, содержащиеся в организме. С некоторыми из этих реакций мы познакомимся. Холестерин присутствует во всех органах, но больше всего его содержится в мозгу, в желчи и в яичниках. Это важнейшее вещество относится к группе полициклических спиртов стеринов , к которой принадлежат также некоторые половые гормоны. Кроме, того, холестерин весьма близок по строению к эргостерину - промежуточному веществу, из которого получается витамин D.
Первоначально холестерин был найден в желчных камнях и поэтому назван "твердой желчью". Позднее были открыты стерины растительного происхождения. Ранее холестерин был найден только у позвоночных животных, в том числе у человека. Поэтому его присутствие считалось признаком высокого уровня развития живых существ. Однако ученым ГДР впервые удалось обнаружить холестерин в бактериях.
Из яичного желтка извлечем холестерин диэтиловым эфиром.
Затем смешаем 0,5 мл ледяной уксусной кислоты и 2 мл концентрированной серной кислоты, подвергнем нагреванию в течение 1 минуты и в заключение тщательно охладим. В пробирке под слой вытяжки яичного желтка осторожно введем охлажденную смесь кислот - так, чтобы содержимое не перемешивалось. Оставим пробирку на некоторое время. Через некоторое время в ней образуется несколько зон с разной окраской.
Над слоем бесцветной кислоты мы увидим красный, а над ним - синий слой. Еще выше находится желтоватая вытяжка, а над ней - зеленый слой. Эта красивая игра красок, вероятно, понравится читателям. Проведенная реакция называется реакцией Либермана.
(Часто холестерин определяют с помощью красивой цветной реакции Либермана - Бурхарда. К раствору 5 мг холестерина в 2 мл хлороформа добавляют 1 мл уксусного ангидрида и 1 каплю концентрированной серной кислоты. При встряхивании образуется розовое окрашивание, быстро изменяющееся до красного, затем синего и, наконец зеленого. - Прим. перев.).
Можно обнаружить холестерин и с помощью другой цветной реакции - по методу Сальковского. В этом случае несколько миллилитров вытяжки смешивают с равным объемом разбавленной (приблизительно 10%-ной) серной кислоты. Слой кислоты флуоресцирует зеленым цветом, а вытяжка приобретает окраску от желтой до интенсивно-красной.
(Обе реакции-Либермана и Сальковского - могут не получиться с первого раза, если неудачно выбраны соотношения реагентов. Легче получается проба Сальковского. Если, например, вытяжка получена разбавлением 6 мл желтка до 50 мл эфиром, то лучше всего к 1 мл такой вытяжки добавить 2 мл 10 %-ной серной кислоты. - Прим. перев.).
Красивую цветную реакцию получают также при обнаружении желчного пигмента в моче. Для этого в пробирку, наполовину заполненную мочой, по стенке осторожно добавляют по каплям азотную кислоту. В результате в нижней части пробирки образуется зеленая зона, которая переходит в синюю, фиолетовую и красную.
Присутствие желчного пигмента в моче свидетельствует о заболевании человека. Вообще при распознавании некоторых болезней надежные выводы можно получить благодаря анализу мочи и кала - конечных продуктов обмена веществ в живом организме. Это шлаки, которые не нужны организму и поэтому должны выключаться из обмена веществ. Однако мы знаем, что эти вещества не пропадают бесполезно, а в качестве необходимого звена включаются в круговорот веществ в природе.