Подготовка к ЕГЭ по химии. Лекция по теме «Аминокислоты. Белки»


Муниципальное бюджетное образовательное учреждение
Средняя общеобразовательная школа села Старобурново
муниципального района Бирский район Республики Башкортостан
Тематические лекции
по химии для 11 класса
для подготовки к ЕГЭна 2015-2016 учебный годcоставила учитель химииАсылбаева Марина Евгеньевна
Тема 19. Азотсодержащие органические вещества.
19.2. Аминокислоты.
Аминокислоты — органические бифункциональные соединения, в состав которых входят карбоксильные группы –СООН и аминогруппы -NH2.
Это замещенные карбоновые кислоты, в молекулах которых один или несколько атомов водорода углеводородного радикала заменены аминогруппами.
Простейший представитель — аминоуксусная кислота H2N-CH2-COOH (глицин)

Свойства аминокислот
Физические свойства. Аминокислоты – твердые кристаллические вещества с высокой температурой плавления. Хорошо растворимы в воде, водные растворы электропроводны. Эти свойства объясняются тем, что молекулы аминокислот существуют в виде внутренних солей, которые образуются за счет переноса протона от карбоксила к аминогруппе:
Аминокислоты с одной карбоксильной группой и одной аминогруппой имеют нейтральную реакцию.
Аминокислоты как амфотерные соединения образуют соли как с кислотами (по группе NH2), так и со щелочами (по группе СООН):

С ионами тяжелых металлов α-аминокислоты образуют внутрикомплексные соли. Комплексы меди (II), имеющие глубокую синюю окраску, используются для обнаружения α-аминокислот.

Химические свойства. Аминокислоты проявляют свойства оснований за счет аминогруппы и свойства кислот за счет карбоксильной группы, т.е. являются амфотерными соединениями. Подобно аминам, они реагируют с кислотами с образованием солей аммония:
H2N–CH2–COOH + HCl → [H3N+–CH2–COOH] Cl–
1. Как карбоновые кислоты образуют функциональные производные:
а) соли
H2N–CH2–COOH + NaOH → H2N–CH2–COO– Na+ + H2O
б) сложные эфиры
Кроме того, возможно взаимодействие амино- и карбоксильной групп как внутри одной молекулы (внутримолекулярная реакция), так и принадлежащих разным молекулам (межмолекулярная реакция).
В) Практическое значение имеет внутримолекулярное взаимодействие функциональных групп ε-аминокапроновой кислоты, в результате которого образуется ε-капролактам (полупродукт для получения капрона):

Межмолекулярное взаимодействие α-аминокислот приводит к образованию пептидов. При взаимодействии двух α-аминокислот образуется дипептид.

Заметим, что в искусственных условиях (вне организма) 2 различных аминокислоты могут образовать 4 изомерных дипептида (попробуйте представить их формулы).
Межмолекулярная реакция с участием трех α-аминокислот приводит к образованию трипептида и т.д.
Фрагменты молекул аминокислот, образующие пептидную цепь, называются аминокислотными остатками, а связь CO–NH - пептидной связью.
Важнейшие природные полимеры – белки (протеины) – относятся к полипептидам, т.е. представляют собой продукт поликонденсации α-аминокислот (часть VI, раздел 6.3).

Получение аминокислот
1. Замещение галогена на аминогруппу в соответствующих галогензамещенных кислотах:

2. Присоединение аммиака к α,β-непредельным кислотам с образованием β-аминокислот:
CH2=CH–COOH + NH3 → H2N–CH2–CH2–COOH
3. α-Аминокислоты образуются при гидролизе пептидов и белков.

4. Восстановление нитрозамещенных карбоновых кислот (применяется обычно для получения ароматических аминокислот):
O2N-C6H4-COOH + 3H2 →H2N-C6H4-COOH + 2H2O
5. Биотехнологический способ получения чистых α-аминокислот в виде индивидуальных оптических изомеров. Этот способ основан на способности специальных микроорганизмов вырабатывать в питательной среде определенную аминокислоту.
Тема 19. Азотсодержащие органические вещества.
19.2. Белки.
Белки (полипептиды) – биополимеры, построенные из остатков α-аминокислот, соединенных пептидными (амидными) связями.
Формально образование белковой макромолекулы можно представить как реакцию поликонденсации α-аминокислот:

При взаимодействии двух молекул α-аминокислот происходит реакция между аминогруппой одной молекулы и карбоксильной группы - другой. Это приводит к образованию дипептида, например:

Следует отметить, что в искусственных условиях (вне организма) две различных аминокислоты могут образовать 4 изомерных дипептида (в данном случае - глицилаланин, аланилглицин, аланилаланин и глицилглицин).
Из трех молекул α-аминокислот (глицин+аланин+глицин) можно получить трипептид:
H2N-CH2CO-NH-CH(CH3)-CO-NH-CH2COOH

глицилаланилглицин
Аналогично происходит образование тетра-, пента- и полипептидов.
Количество изомерных пептидов резко возрастает с увеличением числа участвующих в их образовании неодинаковых α-аминокислот. В живом организме (in vivo) биосинтез полипептидов (белков) с заданной природой последовательностью α-аминокислотных остатков направляют дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК). Непосредственно его осуществляют рибонуклеиновые кислоты (РНК информационные, транспортные, рибосомные) и ферменты.
Для искусственного получения олиго- и полипептидов заданного строения применяются специальные приёмы пептидного синтеза: блокирование (защита) одних функциональных групп и активация других.
При синтезе полипептидов, содержащих большое число аминокислотных остатков, требуется проведение множества реакций, которые сопровождаются операциями по выделению и очистке продукта на каждой стадии. В классическом синтезе это сопряжено не только с большими затратами времени, но и с потерями вещества, поэтому при завершении эксперимента удается получить лишь ничтожно малые количества конечного продукта.
Для решения этих проблем был предложен твердофазный синтез пептидов на полимерной матрице (Мэррифилд, 1962). В настоящее время созданы автоматизированные приборы (синтезаторы), которые в запрограммированной последовательности осуществляют все необходимые операции. Если в классическом синтезе для присоединения одной аминокислоты требуются дни и даже недели, то условия твердофазного синтеза позволяют присоединить 6 аминокислот в сутки.
Молекулярные массы различных белков (полипептидов) составляют от 10 000 до нескольких миллионов. Макромолекулы белков имеют стеререгулярное строение, исключительно важное для проявления ими определенных биологических свойств.
Несмотря на многочисленность белков, в их состав входят остатки не более 22 α-аминокислот.
Функции белков в природе универсальны:
-каталитические (ферменты);
-регуляторные (гормоны);
-структурные (кератин шерсти, фиброин шелка, коллаген);
-двигательные (актин, миозин);
-транспортные (гемоглобин);
-запасные (казеин, яичный альбумин);
-защитные (иммуноглобулины) и т.д.
Разнообразные функции белков определяются α-аминокислотным составом и строением их высокоорганизованных макромолекул.
Выделяют 4 уровня структурного строения.
Первичная структура - определенная последовательность α-аминокислотных остатков в полипептидной цепи.

Вторичная структура - конформация полипептидной цепи, закрепленная множеством водородных связей между группами N-H и С=О. Одна из моделей вторичной структуры - α-спираль.
Другая модель - β-форма ("складчатый лист"), в которой преобладают межцепные (межмолекулярные) Н-связи.

Третичная структура - форма закрученной спирали в пространстве, образованная главным образом за счет дисульфидных мостиков -S-S-, водородных связей, гидрофобных и ионных взаимодействий.

Четвертичная структура - агрегаты нескольких белковых макромолекул (белковые комплексы), образованные за счет взаимодействия разных полипептидных цепей

Химические свойства белков.
1) Денатурация. Утрата белком природной (нативной) конформации, сопровождающаяся обычно потерей его биологической функции, называется денатурацией. С точки зрения структуры белка – это разрушение вторичной и третичной структур белка, обусловленное воздействием кислот, щелочей, нагревания, радиации и т.д. Первичная структура белка при денатурации сохраняется. Денатурация может быть обратимой (так называемая, ренатурация) и необратимой.
Обратимая денатурация:
Белок + раствор этанолам↔ белый осадок
Белок + NaCl↔ осадок
При гидролизе полученных осадков снова образуется белок.
Необратимая денатурация:
Белок + концентр. Раствор этанола(спирт)→осадок
Белок + Ацетон
Белок + соли тяжелых металлов (Cu+2, Hg+2, Pb+2)
Белок + концентр. Раствор кислот →осадок
Белок + концентр. Раствор щелочей→осадок
Пример необратимой денатурации при облучении или тепловом воздействии – свертывание яичного альбумина при варке яиц.
2) Гидролиз белков – разрушение первичной структуры белка под действием кислот, щелочей или ферментов, приводящее к образованию a- аминокислот, из которых он был составлен.
3) Качественные реакции на белки:
Качественная реакция на белки. Белки выявляются в основном на реакциях, основанные на окрасках.
А) Ксантопротеиновая реакция. Данная реакция обнаруживает ароматические аминокислоты, входящие в белки (на примере тирозина):
белок + HNO3 →выпал осадок желтого цвета.
Б) Биуретовая реакция
Белок + CuSO4 + NaOH -----> красно-фиолетовое окрашивание
В) Цистеиновая реакция
Обнаружение серосодержащих аминокислот:
Белок + (CH3COO)2Pb →PbS↓ (осадок черного цвета).

Приложенные файлы

  • docx belki
    Размер файла: 191 kB Загрузок: 15