Білки молока

Молоко містить сотні типів білка, більшість яких представлена у дуже малих кількостях. Ці білки можуть бути класифікованими багатьма способами залежно від їх хімічних та фізичних властивостей чи біологічних функцій. Традиційно молочні білки поділяють на казеїни, сироваткові білки та «мінорні» білки. До «мінорних» білків відносять білки, розташовані на поверхні жирових кульок, а також ферменти.

Сироватковими білками прийнято вважати білки сироватки м’якого сиру, але до цієї групи білків слід відносити й білки сироватки твердого сиру. До цієї сироватки потрапляють фрагменти молекул казеїну, що утворюються під час згортання білків у сирний згусток. Водночас масова частка певних фракцій сироваткових білків міститься у сироватці у заниженій кількості внаслідок їх денатурації впродовж пастеризації молока перед виготовленням сиру.

Зазначені три основних групи білків молока значною мірою відрізняються за станом та властивостями. Казеїни легко осаджуються під впливом ферментів типу ренину чи високого вмісту кислот, у той час як сироваткові білки залишаються у розчиненому стані. Глобуліни сироватки денатурують при помірних температурах, а казеїни за таких умов стабільні. Білки мембран жирових кульок, відповідно до назви, розташовуються на поверхні жирових кульок і можуть бути виділені тільки внаслідок механічного оброблення, наприклад, під час збивання вершкового масла.

Казеїн

Під назвою «казеїн» розуміють найбільшу за масовою часткою групу білків молока. Казеїни присутні у молоці усіх видів тварин, а також у материнському молоці людини. У коров’ячому молоці казеїни містяться у кількості близько 26 г/л, а їх частка у загальній кількості білкових речовин молока становить близько 80 %.

Казеїни поділяють на чотири фракції: α _σ-, α_s2-, ß- i κ-казеїн. Кожна з цих фракцій гетерогенна за своїм складом і містить від 2 до 8 генетичних варіацій, які відрізняються лише кількома амінокислотами. Як a -, так і ß-казеїн містять у своєму складі амінокислоти, етерифіковані фосфорною кислотою. Залишки фосфорної кислоти зв’язують кальцій, який завжди є в молоці, з утворенням кальцієвих «містків» як усередині молекули, так і між різними молекулами.

Завдяки цьому казеїни легко утворюють полімери, що містять молекули одного чи різних типів казеїнів. Через наявність надлишку фосфатних груп та гідрофобних ділянок у молекулі казеїну полімери, що складаються з залишків казеїнів різних типів, є дуже специфічними та стабільними сполуками. Таки полімери будуються із сотень чи навіть тисяч залишків молекул казеїнів. У воді вони утворюють колоїдний розчин, що й надає молоку білого кольору. Такі конгломерати молекул називають казеїновими міцелами. Казеїнова міцела, показана на рис. 1, складається з комплексу субодиниць діаметром від 10 до 15 нм (1 нм = 10 -9 м ). Міцела середнього розміру складається з 400…500 субодиниць і може досягати розміру 0,4 мкм ( 0.0004 мм ).

Рис. 1 : Казеїнова міцела; A – субодиниця; B – вільні ланцюжки на поверхні міцели; C – фосфат кальцію; D – κ -казеїн; E – фосфатні групи.

Молекули фосфату кальцію та гідрофобні взаємодії між субодиницями забезпечують стабільність казеїнових міцел. Гідрофільні ділянки κ -казеїну містять залишки вуглеводів, які виступають за межі міцел (фрагменти B на рис. 1). Це надає міцелам «ворсистого» вигляду, але саме залишки вуглеводів попереджають агрегацію окремих міцел.

Важливість κ -казеїну та залишків вуглеводів у його молекулі стає очевидною у виробництві сиру. Сичужний фермент, що використовується на першому етапі виробництва сирів, відщеплює залишки вуглеводів κ -казеїну з поверхні міцел. Це призводить до втрати їх розчинності та початку агрегації з подальшим утворенням згустку.

За низьких температур структура міцел послаблюється, оскільки ланцюжки κ -казеїну починають дисоціювати, що супроводжується вивільненням гідроксифосфату кальцію. Цей феномен можна пояснити тим, що гідрофобні взаємодії зі зниженням температури послаблюються. Гідроліз ß-казеїну, який є найбільш гідрофобною фракцією казеїнів, до γ -казеїну та протеозопептонів призводить до зменшення виходу сиру, оскільки фракція протеозопептонів переходить до сироватки.

Окрім сичужного ферменту у виробництві сирів можуть використовуватися інші протеолітичні ферменти. Як правило, усі вони відносяться до групи реніну. Сир, що виробляється без реніну – з протеазами рослинного походження для виготовлення вегетаріанських сирів – часто має дещо інший смак і занижений вихід.

Осадження кислотами

Якщо до молока, нормальні значення активної кислотності якого коливаються у межах 6,5…6,7, додати кислоти або внести молочнокислі закваски, його рН знижується. Це спричиняє такі процеси:

• Розкладання фосфатів кальцію, наявних у казеїнових міцелах, з утворенням міцних внутрішніх зв’язків за участю іонізованого кальцію, що пронизують усю структури міцели.
• Коли рН розчину досягає значень ізоелектричних точок для окремих типів казеїну, що коливаються у межах 4,2…4,7, тобто значень, коли ці білки найменш розчинні, вони переходять в осад.

Ці обидва процеси спричиняють зміни, які починаються ростом міцел завдяки процесу агрегації та закінчуються утворенням згустку різної густини.

Ці процеси мають місце у сквашеному молоці. У кисломолочних продуктах, наприклад, йогурті, молочнокислі бактерії продукують полісахариди, що сприяють виготовленню сиру більшої жирності.

Казеїн, осаджений кислотним способом, може бути відновлений великої кількості гідроксиду натрію. Внаслідок цього утворюється казеїнат натрію, який має виражені емульгуючи властивості та використовується як харчова добавка. Проте природна структура казеїнової міцели додаванням гідроксиду натрію не відновлюється

Рис. 2 : Розділення м’якого сиру та сироватки.

Сироваткові білки

Сироватковими білками прийнято називати білки сироватки, яку отримують під час виробництва як м’якого, так і твердого сиру. Білки цих видів сироватки подібні за фракційним складом і хімічною будовою.

Масова частка сироваткових білків становить близько 20% білкової фракції молока. Сироваткові білки є легко розчинними. Їх можна поділити на такі групи :

• α- лактоальбумин,
• ß- лактоглобулін,
• альбумін сироватки крові,
• імуноглобуліни,
• змішані білки та поліпептиди.

Сироваткові білки у цілому та α- лактоальбумин зокрема мають високу біологічну цінність. Їх амінокислотний склад вважають дуже близьким до складу «ідеального» білка. Похідні сироваткових білків широко застосовують у харчових технологіях.

Сироваткові білки денатурують під час нагрівання молока, що призводить до агрегації їх переважно з казеїновими міцелами.

У промислових масштабах сироваткові білки виділяють мембранною технологією.

α-лактоальбумин

Цей білок можна вважати типовим сироватковим білком. Він присутній у молоці усіх ссавців і відіграє значну роль у синтезі лактози (молочного цукру).

ß-лактоглобулін

Цей білок знайдено лише у молоці копитних тварин. Він є основним сироватковим білком коров’ячого молока. За температури нагрівання молока вище 60 ° C починається процес денатурації, важливу роль у якому відіграють сірковмісні амінокислоти ß- лактоглобуліну. Висока температура сприяє поступовому вивільненню сірковмісних сполук. Саме ці сполуки беруть участь в утворенні характерного запаху термічно обробленого молока.

Імуноглобуліни

Імуноглобуліни відіграють важливу роль у захисті новонародженої тварини (чи людини) від бактерій та захворювань.

Лактоферін

Лактоферін є глікопротеїном, що належить до родини трансферінів – транспортерів заліза в організмі. Його було виділено з коров’ячого молока, проте він присутній у молоці інших тварин. Окрім того, що лактоферін міститься у молоці, його також знайдено у екзокринних виділеннях ссавців.

Лактоферін вважають багатофункціональним білком, оскільки він бере участь у виконанні кількох біологічних завдань. Окрім основної функції зв’язування та транспортування заліза лактоферін відіграє важливу роль у всмоктуванні цього елемента слизовою оболонкою кишечнику новонароджених дітей впродовж усього періоду лактації. Лактоферін також проявляє антибактеріальні, антивірусні, протигрибкові, протизапальні властивості та виконує функції антиоксиданту та імуномодулятора. Спектр активності лактоферіну інтенсивно вивчається. Загальні відомості з цього питання та повідомлення про поточні дослідження дивись на сайті http :// www . lactoferrinresearch . org .

Лактопероксидаза

Лактопероксидазу вважають антибактеріальним компонентом молока, слини та сліз. Її вважають природним антибактеріальним агентом завдяки тому, що вона каталізує окиснення тіоцианатів (SCN – ) перекисом водню. Усі ці компоненти містяться у біологічних рідинах і разом з лактопероксидазою складають лактопероксидазну систему (LP-s ). Доведено, що LP-s має бактерицидний та бактеріостатичний вплив на широкий спектр мікроорганізмів, проте не впливає на стан білків та ферментів організму-продуценту.

«Мінорні» білки

Білки мембран

Мембранними білками називають групу білків, що формують захисний шар навколо жирових кульок. Саме це стабілізує емульсію жирових краплин у молоці. Деякі білки містять залишки молекул жиру – їх називають ліпопротеїнами. Глобуліни мембран є найменшою фракцією білків молока, їх масова частка становить орієнтовно 1,5 % від загальної кількості білків у молоці.

Гідрофобні ділянки ліпідів та гідрофобних амінокислот цих білків повернені у бік поверхні жирової кульки, у той час як порівняно менша кількість гідрофільних груп цих білків орієнтована на воду.

Ферменти молока

Фосфоліпіди у цілому та ліполітичні ферменти зокрема містяться у структурі мембран.

Ферменти молока походять як з материнського організму, так і з бактерій, що зазвичай містяться у молоці. Зазначимо, що тут не йдеться про бактеріальні ферменти, які спеціально отримують з бактерій і як ферментні препарати використовують у харчових виробництвах.

Декілька ферментів молока використовують для товарознавчої оцінки та контролю якості молочної продукції. Найважливішими з цих ферментів є пероксидаза, фосфатаза та ліпаза.

Лактопероксидаза

Пероксидаза переносить кисень з перекису водню (H₂O₂) до інших сполук, що легко окиснюються. Цей фермент інактивується впродовж декількох секунд у разі прогрівання молока до 80°C Саме тому наявність чи відсутність у молоці активної пероксидази може бути маркером досягнення температури пастеризації вище 80 °C. Цей тест має назву «Storch’s peroxidase test».

Фосфатаза

Фосфатаза здатна розщеплювати певні ефіри фосфатної кислоти на фосфатну кислоту та відповідні спирти. Присутність фосфатази в молоці може бути виявлена додаванням фосфорнокислого ефіру та реагенту, що змінює колір за наявності вільного спирту. Зміна кольору свідчить про наявність у молоці активної фосфатази. Фосфатаза інактивується звичайною пастеризацією ( 72 ° C впродовж 15 – 20 с ) , тому фосфатаз ний тест може бути використаний для виявлення, чи було витримано задану температуру пастеризації.

Ліпаза

Ліпаза розщеплює молекулу жиру на гліцерин та вищі жирні кислоти. Надлишок вільних жирних кислот у молоці та молочних продуктах виявляється пероксидним числом (тестом на згіркнення). Дія ліпази у більшості випадків може здаватися слабкою, проте у деяких видах молока ліпаза має значну активність. Вважають, що кількість ліпази в молоці зростає ближче до завершення періоду лактації. Якщо поверхня жирових кульок непошкоджена, реакції між молекулою жиру та ліпазою не відбувається. У разі пошкодження цієї поверхні ліпаза відразу знаходить свій субстрат, що призводить до вивільнення жирних кислот. Якщо холодне молоко перекачувалося несправним насосом або якщо гомогенізацію холодного молока було проведено без пастеризації, у молоці дуже швидко з’являються вільні жирні кислоти, які разом з деякими іншими продуктами цієї ферментативної реакції надають продукту згірклого присмаку.

§ 60. Білки: склад і будова. Гідроліз, денатурація, кольорові реакції білків

Склад і будова білків. Білки — це природні високомолекулярні сполуки, які містять залишки молекул амінокислот, сполучених у певній послідовності.

У складі білків трапляються залишки молекул 20 амінокислот.

За хімічним складом білки поділяють на дві групи — прості та складні.

До простих білків (протеїнів) належать такі, унаслідок гідролізу яких утворюються лише амінокислоти (їх небагато).

До складних білків (протеїдів) належать такі, унаслідок гідролізу яких утворюються як амінокислоти, так і речовини небілкової природи (вуглеводи, ортофосфатна кислота тощо).

Властивості білків залежать не лише від того, які амінокислотні залишки утворюють їх, а й від того, у якій послідовності вони сполучені один з одним. Особливість будови білків полягає у суворому порядку чергування залишків амінокислот. Через це розрізняють первинну, вторинну, третинну та четвертинну структуру білків.

Первинна структура білків визначається послідовністю чергування амінокислотних залишків у поліпептидному ланцюзі (рис. 63). Установлення первинної структури білків є важливою науковою проблемою.

Рис. 63. Первинна структура білків: R — вуглеводневий залишок (Н₃С—, —С₂Н₅, —С₃Н₇ тощо)

Вторинна структура білків визначається формою поліпептидного ланцюга, згорнутого в спіраль, яку називають α-спіраллю. Спіралеподібна форма молекули зберігається завдяки виникненню водневих зв’язків між атомами Гідрогену й Оксигену пептидної групи, які розміщуються між витками спіралі (рис. 64).

Рис. 64. Вторинна структура білків: пунктиром позначено водневі зв’язки між атомами Гідрогену й Оксигену в пептидній групі

Третинна й четвертинна структури білків — складні просторові структури, які ви вивчатимете у старших класах.

Хімічні властивості. Під час нагрівання білки за наявності лугів або кислот, а також під дією ферментів — біологічно активних речовин — зазнають гідролізу з утворенням амінокислот. Повний гідроліз трипептиду можна схематично зобразити так:

Унаслідок гідролізу руйнуються пептидні ланцюги білків та утворюється суміш амінокислот, а також інші речовини.

Денатурація білків — це руйнування їхньої просторової структури зі збереженням первинної структури. Денатурація відбувається внаслідок дії на білки кислот, лугів, спиртів, за нагрівання та радіоактивного опромінення.

У більшості випадків білки одержують з рослин і тварин. Деякі з них, наприклад інсулін, добувають синтетичним шляхом.

Білки — один із найголовніших компонентів харчових продуктів. Під час приготування їжі, яке супроводжується смаженням або кип’ятінням, відбувається денатурація білків. У такому вигляді вони краще засвоюються організмом, тобто легше піддаються гідролізу під дією шлункового соку. Амінокислоти, що при цьому утворюються, витрачаються на побудову білків організму.

Білки широко застосовують як компоненти багатьох лікарських препаратів.

Демонстраційний дослід

Дотримуйтесь правил безпеки під час дослідів!

• Розчинення білків

1. Розбиваємо куряче яйце, після чого білок відокремлюємо від жовтка. Білок виливаємо у хімічну склянку та доливаємо дистильованої води до об’єму 100 мл.

2. Суміш енергійно перемішуємо. Добутий розчин фільтруємо.

• Осадження білків

3. У дві пробірки наливаємо розчин білка (одержаний у попередньому досліді) об’ємом 1-2 мл.

4. У першу пробірку додаємо краплями розчин купрум(ІІ) сульфату (w(CuSO₄) = 20 %), у другу — розчин плюмбум(ІІ) етаноату (w(Рb(СН₃СОО)₂) = 15 %). У всіх пробірках спостерігаємо утворення осаду білка. Але в надлишку розчинів CuSO₄ та Рb(СН₃СОО)₂ білок розчиняється.

Властивість білка зв’язувати йони важких металічних елементів використовують у клінічній практиці, зокрема для запобігання отруєнню в разі потрапляння до організму солей Меркурію(ІІ), Плюмбуму(ІІ), Купруму(ІІ).

Унаслідок навіть слабкого нагрівання білок денатурує.

Демонстраційний дослід

Дотримуйтесь правил безпеки під час дослідів!

Денатурація білків

1. У дві пробірки вносимо по 10 крапель розчину білка курячого яйця.

2. У першу пробірку додаємо 1 краплю розчину етанової кислоти (w(CH₃COOH) = 1 %) і нагріваємо до кипіння. Випадає осад денатурованого білка.

3. У другу пробірку додаємо краплями розчин аргентум(І) нітрату (w(Ag(NO₃) = 5 %). Випадає осад денатурованого білка, який не розчиняється в надлишку доданого розчину солі.

Ці процеси пов’язані зі зміною просторової структури білка.

Для білків характерні кольорові реакції, за допомогою яких здійснюють якісний хімічний аналіз:

а) біуретова реакція — дія на білок розчину лугу та розчину купрум(ІІ) сульфату, при цьому розчин забарвлюється у фіолетовий колір;

б) ксантопротеінова реакція — дія концентрованої нітратної кислоти з появою жовтого забарвлення. У разі додавання лугу жовте забарвлення змінюється на помаранчеве.

Лабораторний дослід 22

Дотримуйтесь правил безпеки під час дослідів!

Кольорові реакції білків

• Біуретова реакція

1. Налийте розчин білка об’ємом 2 мл у пробірку й додайте до нього такий самий об’єм натрій гідроксиду (w(NaOH) = 40 %), а потім 2-3 краплі розчину купрум(ІІ) сульфату (w(CuSO₄) = 1 %). Після енергійного збовтування суміші розчин набуває забарвлення. Якого?

2. Укажіть, яку групу виявляють цією реакцією.

• Ксантопротеїнова реакція

3. Налийте розчин білка об’ємом 2 мл у пробірку, додайте до нього концентровану нітратну кислоту (ρ = 1,4 г/мл) об’ємом 1 мл та обережно нагрійте. Утворюється осад. Якого кольору?

4. Після охолодження осад обробіть лугом, який додавайте краплями до появи іншого забарвлення (якого?).

Значення білків. За участі білків регулюються найважливіші властивості живого організму — ріст, рухливість, спадковість, імунітет, діяльність органів чуттів.

Особливо важливу роль відіграють білки, які містять залишки незамінних амінокислот, яких налічується дев’ять. Усі вони синтезуються лише в зелених рослинах і не синтезуються в живих організмах: це лізин, лейцин, фенілаланін та ін. Амінокислоти, які можуть синтезуватися в організмі тварин і людей з інших амінокислот або небілкових компонентів, називають замінними (гліцин — аміноетанова кислота, серпи, глутамінова кислота).

Основні поняття. Білки. Первинна, вторинна, третинна і четвертинна структури білків. Денатурація білків. Біуретова та ксантопротеїнова реакції на білки.

Для допитливих

Білки є також харчовими речовинами. У насінні багатьох рослин (пшениці, кукурудзи, рису та ін.) містяться харчові білки. До них належать також альбумін — основний компонент яєчного білка та казеїн — основний білок молока. Під час перетравлювання білкової їжі в організмі людини відбувається гідроліз пептидних груп, за допомогою яких залишки амінокислот сполучаються в білках один з одним. Унаслідок цього білки розпадаються на окремі амінокислоти, з яких організм у подальшому утворює нові білки або використовує для одержання енергії. Процесом гідролізу керують теж білки — ферменти.

Білки беруть участь у регулюванні клітинної та фізіологічної активності. Наприклад, гормон інсулін регулює обмін глюкози. Білки актин і міозин, з яких побудовано м’язи, наділяють організм здатністю змінювати форму та пересуватися. Білки виконують опорну й захисну функції, скріплюють біологічні структури та надають їм міцності. Шкіра — це практично чистий білок колаген, а волосся, нігті та пташине пір’я містять міцний нерозчинний білок кератин.

Ада Йонат

(р. н. 1939)

Ізраїльська дослідниця, лауреатка Нобелівської премії з хімії (2009). Одна з перших дослідила дію антибіотиків на білки. Це був дуже важливий крок у вивченні клінічної ефективності лікарської терапії.

Запитання та завдання

°1. Які природні високомолекулярні сполуки називають білками?

2. Які існують структури білків? Яка з них є найскладнішою?

3. Що таке гідроліз білків? Які речовини внаслідок нього утворюються?

4. Який процес називають денатурацією білків?

5. У чому полягає сутність біуретової та ксантопротеїнової реакції?

6. Які найважливіші властивості організму регулюються за участі білків?

7. Як називають амінокислоти, що містяться в складі білків і не синтезуються в організмі? Скільки їх налічується?

10. Робота в парах. Білки зазнають гідролізу за наявності кислот або внаслідок дії ферментів. Який процес відбувається швидше?

§ 60. Білки: склад і будова. Гідроліз, денатурація, кольорові реакції білків

Склад і будова білків. Білки — це природні високомолекулярні сполуки, які складаються із залишків молекул амінокислот, що сполучені між собою у певній послідовності пептидними зв’язками.

У складі білків трапляються залишки молекул 20 амінокислот.

За хімічним складом білки поділяють на дві групи — прості та складні.

До простих білків відносять такі, що внаслідок гідролізу утворюють тільки амінокислоти (їх небагато).

До складних білків відносять такі, унаслідок гідролізу яких утворюються як амінокислоти, так і речовини небілкової природи (вуглеводи, ортофосфатна кислота тощо).

Властивості білків залежать не лише від того, які амінокислотні залишки утворюють їх, а й від того, у якій послідовності вони сполучені один з одним. Особливість будови білків полягає у суворому порядку чергування залишків амінокислот. Через це розрізняють первинну, вторинну, третинну та четвертинну структуру білків.

Первинна структура білків визначається послідовністю чергування амінокислотних залишків у поліпептидному ланцюзі (рис. 54). Установлення первинної структури білків є важливою науковою проблемою.

Рис. 54. Первинна структура білків: R — вуглеводневий залишок (H₃C—, —C₂H₅, —C₃H₇ тощо)

Вторинна структура білків визначається формою поліпептидного ланцюга, згорнутого в спіраль, яку називають α-спіраллю. Спіралеподібна форма молекули зберігається завдяки виникненню водневих зв’язків між атомами Гідрогену й Оксигену в пептидній групі, які розміщуються між витками спіралі (рис. 55).

Рис. 55. Вторинна структура білків: пунктиром позначено водневі зв’язки між атомами Гідрогену й Оксигену в пептидній групі

Третинну й четвертинну структури білків вивчають у старших класах.

Хімічні властивості. Під час нагрівання білки за наявності лугів або кислот, а також під дією ферментів — біологічно активних речовин — зазнають гідролізу з утворенням амінокислот. Повний гідроліз, наприклад, одного із трьох пептидів можна зобразити у вигляді такого рівняння:

У результаті гідролізу руйнуються пептидні ланцюги білків та утворюється суміш амінокислот, а також інші речовини.

Денатурація білків — це процес зсідання, пов’язаний зі зміною їхньої просторової структури, крім первинної. Денатурацію білків може викликати дія на них кислот, лугів, спиртів, нагрівання, підвищений тиск.

У більшості випадків білки одержують з рослин і тварин. Деякі з них, наприклад інсулін, добувають синтетичним шляхом.

Білки — один із найголовніших компонентів харчових продуктів. Під час приготування їжі, яке супроводжується смаженням або кип’ятінням, відбувається денатурація білків. У такому вигляді вони краще засвоюються організмом, тобто легше піддаються гідролізу під дією шлункового соку. Амінокислоти, що при цьому утворюються, витрачаються на побудову білків організму.

Білки широко застосовуються як компоненти багатьох лікарських препаратів.

Демонстраційний дослід

• Розчинення білків

Розбивають куряче яйце, після чого білок відокремлюють від жовтка. Потім білок виливають в стакан і доливають дистильованої води до об’єму 100 мл. Суміш енергійно перемішують. Добутий розчин фільтрують крізь 2-3 шари марлі.

• Осадження білків

У дві пробірки наливають розчин білка (одержаний у попередньому досліді) об’ємом 1-2 мл. У першу пробірку добавляють по краплинах розчин купрум(ІІ) сульфату (w(CuSO₄) = 20 %), у другу — розчин плюмбум(ІІ) етаноату (w(Pb(CH₃COO)₂) = 15 %). У всіх пробірках спостерігається утворення осаду білка. Але в надлишку розчинів Cu(NO₃)₂ та Pb(CH₃COO)₂ білок розчиняється.

Властивість білка зв’язувати йони важких металічних елементів використовують у клінічній практиці, зокрема для запобігання отруєнню в разі потрапляння до організму солей Меркурію(ІІ), Плюмбуму(ІІ), Купруму(ІІ).

Унаслідок навіть слабкого нагрівання білок зсідає.

Демонстраційний дослід

Денатурація білків

У три пробірки вносять по 10 крапель розчину курячого білка. У першу пробірку додають 1 краплину розчину етанової кислоти (w(CH₃COOH) = 1 %) і нагрівають до кипіння. Випадає осад денатурованого білка. У другу пробірку додають по краплинах розчин аргентум(І) нітрату (w(Ag(NO₃) = 5 %). Випадає осад денатурованого білка, який не розчиняється в надлишку доданого розчину солі. У третю пробірку додають по краплинах розчин меркурій(ІІ) нітрату (w(Hg(NO₃)₂) = 5 %). Випадає осад денатурованого білка, який не розчиняється у надлишку доданого розчину солі.

Ці процеси пов’язані зі зміною просторової структури білка.

Для білків характерні кольорові реакції, за допомогою яких здійснюють якісний хімічний аналіз:

а) біуретова реакція — дія на білок розчину лугу та розчину купрум(ІІ) сульфату, при цьому розчин забарвлюється у фіолетовий колір;

б) ксантопротеїнова реакція — дія концентрованої нітратної кислоти з появою жовтого забарвлення. У разі додавання лугу жовте забарвлення змінюється на оранжеве.

Лабораторний дослід 22

Кольорові реакції білків

• Біуретова реакція

Налийте розчин білка об’ємом 2 мл у пробірку й додайте до нього такий самий об’єм натрій гідроксиду (w(NaOH) = 40 %), а потім 2-3 краплі розчину купрум(ІІ) сульфату (w(CuSO₄) = 1 %). Після енергійного збовтування суміші розчин набуває забарвлення. Якого? Укажіть, пептидний зв’язок якого складу виявляється цією реакцією.

• Ксантопротеїнова реакція

Налийте розчин білка об’ємом 2 мл у пробірку, додайте до нього концентровану нітратну кислоту (ρ = 1,4 г/мл) об’ємом 1 мл та обережно нагрійте. Утворюється осад. Якого кольору? Після охолодження осад обробіть лугом, який додавайте по краплинах до появи іншого забарвлення (якого?).

Значення білків. За участі білків регулюються найважливіші властивості живого організму — зростання, рухливість, спадковість, імунітет, діяльність органів чуттів.

Особливо важливу роль відіграють білки, які містять незамінні амінокислоти, яких налічується дев’ять. Усі вони синтезуються лише в зелених рослинах і не синтезуються в живих організмах: це лізин, лейцин, фенілаланін та ін. Амінокислоти, які можуть синтезуватися в організмі тварин і людей з інших амінокислот або небілкових компонентів, називають замінними (гліцин — аміноетанова кислота, серин, глутамінова кислота).

Основні поняття. Білки. Первинна, вторинна, третинна і четвертинна структури білків. Денатурація білків. Зсідання білків. Біуретова та ксантопротеїнова реакції на білки.

Для допитливих

Білки є також харчовими речовинами. У насінні багатьох рослин (пшениці, кукурудзи, рису та ін.) містяться харчові білки. До них відносять також альбумін — основний компонент яєчного білка та казеїн — основний білок молока. Під час перетравлювання білкової їжі в організмі людини відбувається гідроліз пептидних зв’язків, за допомогою яких молекули білків сполучаються одна з одною. Унаслідок цього білки розпадаються на окремі амінокислоти, з яких організм у подальшому утворює нові пептидні зв’язки або які використовує для одержання енергії. Цим гідролізом керують теж білки — ферменти.

Білки беруть участь у регулюванні клітинної та фізіологічної активності. Наприклад, гормон інсулін, що регулює обмін глюкози, і гормон росту. Білки актин і міозин, з яких побудовано м’язи, наділяють організм здатністю змінювати форму та пересуватися. Білки виконують опорну й захисну функції, скріплюють біологічні структури та надають їм міцності. Шкіра являє собою практично чистий білок колаген, а волосся, нігті та пташине пір’я складаються з міцного нерозчинного білка кератину.

Ада Йонат (р. н. 1939)

Ізраїльтянська жінка-вчена, лауреат Нобелівської премії з хімії (2009). Одна з перших дослідників дії антибіотиків на білки. Це був дуже важливий крок у процесі вивчення клінічної ефективності лікарської терапії.

Запитання та завдання

• °1. Які природні високомолекулярні сполуки називають білками?
• 2. Які існують структури білків? Яка з них є найскладнішою?
• 3. Що таке гідроліз білків? Які речовини внаслідок нього утворюються?
• 4. Який процес називають денатурацією білків?
• 5. У чому полягає сутність біуретової та ксантопротеїнової реакції?
• 6. Які найважливіші властивості організму регулюються за участі білків?
• 7. Як називають амінокислоти, що входять до складу білків і не синтезуються в організмі? Скільки їх налічується?