19

Министерство образования Российской Федерации

Нижегородский государственный архитектурно-строительный

Университет

____________________________________________________________

Кафедра экологии и природопользования

Биохимия, биофизика и физико-химические основы

жизнедеятельности

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине

«Биология» для студентов направления 511100 «Экология и природопользование»

и специальности 320100 «Природопользование»

Нижний Новгород, 2009

УДК 577.1

Биохимия, биофизика и физико-химические основы жизнедеятельности. Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине биология для студентов направления 511100 «Экология и природопользование» и специальности 320100 «Природопользование». -Н.Новгород: ННГАСУ, 2001. – 20 с.

Методические указания предназначены для выполнения лабораторных работ по курсу «Биохимии, биофизики и физико-химических основ жизнедеятельности». Работы позволяют полнее усвоить содержание лекционного курса, регламентированного учебной программой, с учетом технических возможностей кафедры экологии и природопользования. Выполнение многих из работ можно организовать в форме научного исследования. Материалы указаний помогают студентам четко формулировать задачи и выбирать способы их решения, а также приобретать умение проводить эксперимент и объяснять его результаты.

Составители: доцент, к.б.н. Федоровский Д.Н.

ассистент Сизов Ю. А.

© Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, 2009

Содержание

Техника безопасности…………………………………………………………………………………4

Химия белков………………………………………………………………………………….....……5

Лабораторная работа №1. Качественные реакции на белки. Изучение явлений

денатурации и ренатурации белка……………………………………..……………………………...5

Лабораторная работа №2. Качественные и количественные реакции на аминокислоты.

Изучение явления диализа……………………………………………………………………………..6

Лабораторная работа № 3. Определение изоэлектрической точки полипептидной

молекулы………………………………………………………………………………………………..8

Химия углеводов……………………………………………………………………………………..10

Лабораторная работа №4. Свойства моно- и дисахаридов. Качественные реакции

на моно- и дисахариды………………………………………………………………………………..10

Лабораторная работа № 5. Качественные реакции на полисахариды и декстрины…………...12

Химия липидов……………………………………………………………………………………….13

Лабораторная работа № 6. Качественные реакции на липиды…………………………………..13

Основы биофизики…………………………………………………………………………………...17

Лабораторная работа №7. Регистрация биоэлектрических реакций

растительного организма……………………………………………………………….……17

Лабораторная работа № 8. Изучение процессов транспорта через мембрану…………….…….18

Список литературы……………………………………………………………………….……….…19

Техника безопасности

1. Все работы проводить с разрешения преподавателя.

2. При работе нельзя засасывать жидкие реактивы в пипетку ртом.

3. Работы, связанные с выделением вредных газообразных веществ, а также с использованием концентрированных щелочей и кислот необходимо проводить под тягой.

4. При разливе кислоты необходимо присыпать место разлива песком, а затем нейтрализовать раствором соды.

5. При разливе щелочи необходимо место разлива промыть большим количеством воды, а затем нейтрализовать раствором уксусной кислоты.

6. При попадании кислоты на руки необходимо промыть руки большим количеством воды, а затем нейтрализовать пораженный участок кожи раствором соды.

7. При попадании на руки щелочи необходимо промыть руку большим количеством воды, а затем нейтрализовать уксусной кислотой.

8. При аварийной ситуации связанной с битьем посуды необходимо убрать осколки стекла, а место пролива необходимо нейтрализовать раствором соды или уксусной кислоты.

9. При ожоге необходимо дезинфицировать обожженное место раствором перманганата калия, а затем обработать обожженное место жирным кремом.

10. Приборы, задействованные в эксперименте, должны быть заземлены.

Химия белков

Лабораторная работа №1

Качественные реакции на белки. Изучение явлений денатурации и

ренатураци белка

Пояснения. При качественном обнаружении белков используются биуретовая и ксантопротеиновая реакции.

Биуретовая реакция - это реакция на пептидные связи. В присутствии CuSO₄ в щелочной среде атомы азота пептидной связи образуют окрашенный в пурпурный цвет комплекс с ионами меди.

Ксантопротеиновая реакция - это реакция на циклические аминокислоты фенилаланин и тирозин. Эти аминокислоты содержат в боковом радикале бензольные кольца.

Реактивом на ароматические аминокислоты является концентрированная азотная кислота. В процессе нагревания раствора белка с кислотой наблюдается желто-оранжевое окрашивание, которое обусловлено нитрованием бензольных колец, входящих в состав циклических аминокислот белка.

Денатурацией называется процесс утраты белком своей третичной структуры. При этом молекула белка теряет способность выполнения биологических функций. Если денатурация неглубока, то белок при определенных физико-химических условиях может восстановить свою нативную структуру. Этот процесс называется ренатурацией. Таким образом, денатурация может быть обратимой и необратимой.

Денатурацию могут вызвать следующие факторы: нагревание, излучения, сильные кислоты или щелочи, тяжелые металлы, органические растворители и детергенты.

Цель работы - ознакомиться с качественными реакциями на белки, а также факторами вызывающими их денатурацию и ренатурацию.

Материалы и оборудование: пипетки, пробирки, стеклянные колбы, химические стаканы, 5% раствор КОН, 1% раствор CuSO₄ концентрированная азотная кислота, 40% раствор NaCl, яичный альбумин, водяная баня.

Ход работы. Осторожно проделать в скорлупе куриного яйца отверстия с двух сторон. Вылить белок в стакан вместимостью 0,5 литра и добавить к нему 250 мл дистиллированной воды. Затем, содержимое перенести в мерный цилиндр и довести до 300 мл дистиллированной водой, после чего оставить раствор на 30 минут для образования хлопьевидного осадка глобулинов. Полученную суспензию фильтруют через складчатый фильтр и используют для выполнения качественных реакций на белки.

В первую пробирку к 2 мл раствора белка добавить равный объем 5% раствора КОН и перемешать. После чего к содержимому пробирки добавить 2 капли 1% раствора CuSO₄ и перемешать еще раз. Наблюдать развивающуюся пурпурную окраску (биуретовая реакция).

Во вторую пробирку к 2 мл раствора белка добавить несколько капель концентрированной азотной кислоты. Происходит процесс денатурации белка. Затем эту пробирку поставить на водяную баню и нагревать в течение 1-2 минут. При этом наблюдается оранжево-желтое окрашивание.

В третью пробирку к 2 мл раствора белка добавляем 2 мл 40% раствора NaCl. Наблюдаем денатурацию белка. Однако после добавления в эту же пробирку 12 мл дистиллированной воды происходит ренатурация белка (раствор в пробирке становится светлым).

Лабораторная работа № 2 Качественные и количественные реакции на аминокислоты. Изучение явления диализа

Пояснения. Наиболее распространенной в аналитической практике реакцией на серу, содержащуюся в белках, является реакция Фоля. Реакция обусловлена присутствием в белке таких аминокислот как цистеин и метионин. Реакция протекает в несколько стадий.

При нагревании в присутствии едкой щелочи (NaOH) цистеиновые остатки разрушаются с образованием сульфида натрия. Затем при реакции плюмбита натрия с сульфидами образуется осадок сульфида свинца, окрашенный в черный цвет.

Рисунок 1. Схема протекания реакции Фоля

1) CH₂-SH СН₂ОН

CH-NH₂ + 2NaOH CH₂ NH₂ + Na₂S + H₂0

Сульфид

СООН СООН натрия

Цистеин Серин

2) (CH₃COO)₂Pb + 2NaOH Pb(ONa)₂ + 2CH₃COOH

Ацетат свинца Плюмбит

натрия

3) Na₂S + Pb(ONa)₂ + 2H₂О PbS + 4NaOH Сульфид Сульфид

натрия свинца

Однако не все пептидные соединения дают такую окраску. Например, желатин, который не содержит серосодержащих аминокислот, такой окраски не дает.

Для количественного определения аминокислот в аналитической практике используется реакция с нингидрином, которая протекает в 2 стадии.

Рисунок 2. Схема протекания реакции с нингидрином

1) R O R O

OH OH

C H NH₂ + C H + CO₂ +NH₃ +

OH OH

COOH O O O

Окисл. Вос. нингидрин

нингидрин

2 ) О О О О

ОН НО

+ NH₃ + N

ОН НО

О О О О

Диализ - процесс разделения высоко- и низкомолекулярных компонентов смеси на полупрнцаемой мембране. Высокомолекулярные соединения не могут проникать через мембрану, в то время как низкомолекулярные ионы способны ее преодолевать. Диализ можно ускорить, увеличивая температуру смеси, применяя проток воды, а также электрический ток.

Рисунок 3. Схема проведения диализа белково-солевой смеси

Белково-солевая смесь

Дистиллированная смесь

Полупроницаемая мембрана

Цель работы - познакомиться с качественной реакцией на аминокислоты, содержащие серу, а также с реакцией количественного определения аминокислот с помощью нингидрина, изучить явление диализа и определения вязкости нативного и денатурированного белка.

Материалы и оборудование: яичный альбумин, раствор ацетата свинца, раствор сульфата аммония, раствор хлорида бария, реактив Несслера, пробирки, целлофановая пленка, вискозиметр Оствальда, 1% раствор нинигидрина в ацетоне.

Ход работы. Реакцию на серосодержащие аминокислоты проводят с раствором яичного альбумина и с раствором желатины.

В первой пробирке смешиваем 2 мл раствора желатина, 2 мл 20% раствора КОН, 2 мл раствора ацетата свинца. Во второй пробирке смешиваем 2 мл раствора яичного альбумина, 2 мл 20% раствора КОН и 2 мл раствора ацетата свинца. Обе пробирки нагреваем на водяной бане и наблюдаем образование осадка.

Реакцию с нингидрином изучают путем смешения в пробирке 2 мл раствора белка с 2 мл 1% раствора нингидрина на ацетоне. Содержимое пробирки нагревают на водяной бане при 90^о С. В результате должно образоваться соединение пурпурного цвета.

Для проведение реакции диализа в пробирку с раствором яичного альбумина прибавляют раствор (NH₄)₂SO4. Пробирку закрывают целофановой пленкой, зажимают в штативе в перевернутом виде и помещают в стакан с дистиллированной водой. Через 30 минут с содержимым пробирки и стакана проводят качественные реакции на белок (биуретовая реакция), на ионы NH4 (с реактивом Несслера) и на ионы SO₄ (с ВаС1₂). Объяснить разницу в результатах проведенных реакций.