Лабораторна робота "Визначення деяких органічних речовин та їхніх властивостей"

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА

ВИЗНАЧЕННЯ ДЕЯКИХ ОРГАНІЧНИХ РЕЧОВИН

ТА ЇХНІХ ВЛАСТИВОСТЕЙ

Мета роботи: навчитись визначати деякі органічні речовини та їхні властивості.

Обладнання і матеріали: штатив з пробірками, градуйовані піпетки, скляні палички, спиртівки, фільтрувальний папір, дистильована вода, розчин Люголя, етиловий спирт, бензен, концентрована нітратна кислота, водяний 10% - вий розчин натрій гідроксиду, 1% - вий розчин купрум (ІІ) сульфату, крохмаль, розчин курячого білка, соняшникова олія, бульби картоплі, насіння рослин (соняшника, гарбуза, льону), продукти харчування, що містять крохмаль (бульба картоплі, хліб тощо), молоко, підшкарлупова оболонка курячого яйця, пір’я.

Завдання 1. Прочитати теоретичні відомості про органічні речовини (вуглеводи, ліпіди, білки)  та виконати тестові завдання

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Органічними речовинами називають сполуки Карбону з іншими хімічними елементами.

Органічні речовини є основним матеріалом, з якого побудовані всі живі організми. Основними органічними речовинами живих організмів є вуглеводи, ліпіди, білки, нуклеїнові кислоти.

Вуглеводи дуже поширені в природі. Розрізняють прості та складні вуглеводи. Прості вуглеводи називають моносахаридами. Складні вуглеводи поділяють на олігосахариди та полісахариди.

Рис. 1. Будова молекули глюкози:

1 – структурна формула, 2 – масштабна модель

Моносахариди (від грец. monos – один) або прості цукри складаються з однієї молекули (рис. 1). Вони являють собою тверді безбарвні кристалічні речовини, добре розчинні у воді. Майже всі вони мають приємний солодкий смак. До моносахаридів належить рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза, галактоза.

Олігосахариди (від грец. oligos – нечисленний) – вуглеводи, молекули яких складаються з 2 – 10 залишків моносахаридів. Серед них розрізняють дисахариди, що утворені сполученням залишків двох молекул моносахаридів (рис. 2). Представниками дисахаридів є сахароза (буряковий або тростинний цукор), що складається із залишків глюкози і фруктози, мальтоза (солодовий цукор) – із залишків двох молекул глюкози, лактоза (молочний цукор) – із залишків глюкози та галактози. Дисахариди мають приємний солодкий смак, добре розчиняються у воді.

Рис. 2. Будова молекули сахарози:

1 – структурна формула, 2 – масштабна модель

Полісахариди (від грец. polyx – багато) – це високомолекулярні сполуки у вигляді лінійних або розгалужених ланцюгів, що містять від 11 до декількох тисяч залишків моносахаридів (рис. 3). Вони майже не розчиняються у воді і не мають солодкого смаку. Прикладами полісахаридів є крохмаль, целюлоза, глікоген, пектин, лігнін, хітин та ін.

Рис 3. Полімерна будова молекули крохмалю:

1 – лінійна; 2 – розгалужена

Вуглеводи виконують багато біологічних функцій: енергетичну (слугують основним джерелом енергії для організму, у процесі розщеплення 1 г вуглеводів вивільняється 17,6 кДж енергії), будівельну (хітин міститься у зовнішньому скелеті членистоногих і клітинній стінці грибів; клітинні стінки рослин утворені з целюлози), резервну (у клітинах рослин накопичується крохмаль, тварин і грибів – глікоген) та інші.

Ліпіди (від грец. lipos – жир) – переважно гідрофобні органічні сполуки, що нерозчинні у воді, але добре розчиняються в неполярних органічних розчинниках: естері, бензині, хлороформі, ацетоні тощо.

Серед ліпідів розрізняють прості та складні. До простих ліпідів належать жири та воски. До складних належать ліпопротеїди (сполуки ліпідів і білків), гліколіпіди (ліпідів і вуглеводів), фосфоліпіди (ліпідів і ортофосфатної кислоти).

Ліпіди виконують різноманітні функції: енергетичну (у разі повного розщеплення 1 г жирів виділяється 38,9 кДж енергії), будівельну (фосфоліпіди є важливою складовою клітинних мембран), резервну (відкладаються в цитоплазмі клітин жирової тканини, насіння соняшника тощо), є джерелом метаболічної води (при окисненні 1 г жирів утворюється майже 1,1 г води), захисну (захищають внутрішні органи від механічних ушкоджень), теплоізоляційну (погано проводять тепло і це дозволяє теплокровним тваринам жити в холодних полярних водах), регуляторну (біологічно активні речовини ліпідної природи: стероїдні гормони, вітаміни групи D беруть участь у регуляції життєвих функцій організмів).

Білки – високомолекулярні біополімери, мономерами яких є амінокислоти. Двадцять амінокислот, які входять до складу білків, називаються основними. Кожний конкретний білок характеризується постійним складом амінокислот та їхньої певною послідовністю (рис. 4). Подібність амінокислот зумовлюється наявністю у кожній з них карбоксильної групи (-СООН) та аміногрупи (-NН₂). Амінокислоти сполучаються між собою пептидним зв`язком.

Рис. 4. Схема білка інсуліну

Білки поділяються на прості (протеїни) і складні (протеїди). Прості білки при розщепленні розкладаються лише на амінокислоти, а складні дають також речовини небілкової природи.

Розрізняють чотири рівні організації білкової молекули (рис. 5):

                первинна структура (послідовність амінокислот, з'єднаних між собою пептидними зв'язками).

                вторинна структура (пептидні ланцюги згортаються у спіраль за рахунок виникнення водневих зв'язків

                третинна структура (вторинна спіральна структура скручується в клубок (або глобулу).

                четвертинна структура (формується кількома молекулами білка, що перебувають в третинній структурі і взаємодіють між собою).

Рис 5. Структури білкових молекул:

1 – первинна, 2 – вторинна, 3 – третинна, 4 – четвертинна.

Залежно від конфігурації білки можуть бути фібрилярними, глобулярними. Молекули фібрилярних білків складаються з видовжених, паралельно розташованих поліпептидних ланцюгів і характеризуються великою механічною міцність. Молекули глобулярних білків складаються з щільно скручених поліпептидних ланцюгів.

Фізичні та хімічні властивості білків різноманітні: є білки гідрофільні та гідрофобні; одні з них від незначної дії різноманітних чинників легко змінюють свою структуру, інші є стійкими до подібних чинників. Як правило, фібрилярні білки гідрофобні, а глобулярні – гідрофільні.

Під впливом різних фізико-хімічних чинників структура та властивості білків можуть змінюватися. Процес порушення природної структури білка або розгортання поліпептидного ланцюга без руйнування пептидних зв'язків називають денатурацією. Денатурація має необоротний характер, але за умов припинення дії негативних факторів, білок може відновлювати свій нормальний стан (рис. 6). Це явище має назву ренатурації. Процес руйнування первинної структури білків завжди необоротний, він називається деструкцією.

Рис. 6. Денатурація (1), ренатурація (2) білкової молекули

Одна з основних функцій білків – будівельна, або структурна. Білки є складовою частиною біологічних мембран. З них складаються мікротрубочки і мікрофіламенти (мікрони точки), які виконують роль скелета клітин. Головним компонентом хрящів і сухожилків є пружний міцний білок колаген. Волокна, що складаються з цього білка, є у багатьох різновидах сполучної тканини і надають їм міцності. Пружності кісткам надає білок осеїн. Кератин входить до складу волосся людини та шерсті тварин, фіброїн – до шовку, павутини.

Захисна функція білків полягає у запобіганні пошкодженням клітин, органів, проникненню в організм сторонніх сполук, хвороботворних мікроорганізмів, інших чужорідних тіл. Наприклад, особливі захисні білки – імуноглобуліни, або антитіла, що утворюються в організмі хребетних тварин і людини, здатні «впізнавати» та знешкоджувати бактерії, віруси, чужорідні для організму білки. Білки крові – фібрин, тромбопластин і тромбін беруть участь у процесах зсідання крові, що запобігає великим крововтратам у разі ушкодження стінок кровоносних судин.

Окремі складні білки клітинних мембран, змінюючи свою структуру, передають сигнали із зовнішнього середовища на інші ділянки мембрани або всередину клітини. Так вони здійснюють сигнальну функцію.

Завдяки скоротливій, або руховій функції білків клітини, тканини, органи або увесь організм можуть змінювати форму, рухатись. Скоротливі білки актин, міозин, які входять до складу м'язових та деяких інших клітин, забезпечують їхню здатність до скорочення. Білок тубулін входить до складу мікротрубочок – компонентів джгутиків і війок певних клітин еукаріотів.

Деякі білки можуть відкладатись у клітинах про запас і виконують резервну і живильну функцію. Наприклад, білок овальбумін, що накопичується у білковій оболонці пташиних яєць. Його споживає пташеня перед виходом з яйця. У молоці ссавців присутній казеїн. В ендоспермі насіння багатьох видів рослин (пшениці, кукурудзи, рису та ін.) відкладаються білки, які споживають зародки під час свого розвитку.

Одна з основних функцій білків – транспортна. Гемоглобін – дихальний пігмент крові людини, хребетних і багатьох безхребетних тварин переносить кисень і деяку частку (до 10%) вуглекислого газу. Цим забезпечується газообмін у клітинах і тканинах. Гемоціанін переносить кисень в безхребетних тварин (омарів і деяких інших ракоподібних); міоглобін переносить кисень в м'язах, сироватковий альбумін служить для транспорту жирних кислот, ліпідів.

Регуляторна функція полягає у регуляції обміну речовин. Її виконують гормони білкової природи. Інсулін та глюкагон регулюють обмін глюкози.

Енергетична функція білків полягає в тому, що при їх розщеплені в клітині виділяється енергія. При розщеплені одного граму білка вивільняється 17,2 кДж енергії.

Каталітичну функція виконують білки – ферменти, що прискорюють швидкість хімічних реакцій в живих організмах.

ТЕСТОВИЙ КОНТРОЛЬ

(виберіть із запропонованих відповідей одну правильну)

1. Які з названих вуглеводів належать до моносахаридів:

1.      сахароза, крохмаль, целюлоза;
2.      глюкоза, фруктоза, рибоза;
3.      лактоза, хітин, крохмаль;
4.      крохмаль, мальтоза, сахароза.

2. До гідрофобних речовин належить:

1.      глюкоза, мальтоза;
2.      фруктоза, лактоза;
3.      сахароза, целюлоза;
4.      крохмаль, глікоген.

3. До складу клітинних стінок рослин входить:

1.      крохмаль;
2.      целюлоза;
3.      глікоген;
4.      хітин.

4. Крохмаль складається із залишків:

1.      глюкози;
2.      галактози;
3.      рибози;
4.      фруктози.

5. Функції, які виконують вуглеводи в живих організмах:

1.      видільна, енергетична;
2.      захисна, теплоізоляційна;
3.      енергетична, будівельна;
4.      регуляторна, захисна.

6. Сполуки, що належать до ліпідів:

1.      фосфоліпіди, глікоген, холестерин;
2.      крохмаль, холестерин, фосфоліпіди;
3.      фосфоліпіди, глікоген, жири;
4.      фосфоліпіди, жири, стероїди.

7. При повному окисненні 1 г жиру виділяється енергії:

1.      17,6 кДж;
2.      38,9 кДж;
3.      42 кДж;
4.      84 кДж.

8. Мономерами білків є:

1.      амінокислоти;
2.      нуклеотиди;
3.      глюкоза;
4.      ліпіди.

9. Рівнів структурної організації білків відомо:

1.      один;
2.      два;
3.      три;
4.      чотири.

10. До складу волосся, кігтів, нігтів, пір’я  входить білок:

1.      колаген;
2.      фібрин;
3.      кератин;
4.      гемоглобін.

11. Процес порушення природної структури білків:

1.      денатурація;
2.      ренатурація;
3.      деструкція;
4.      реплікація.

12. Деструкція – це процес порушення структури білка:

1.      первинної;
2.      вторинної;
3.      третинної;
4.      четвертинної.

Завдання 2. Дослідити якісну реакцію на визначення крохмалю

Хід роботи:

1. У пробірку внесіть трішки крохмалю, долийте 1-2 мл води і додайте 1-2 краплини розчину Люголя. Вміст пробірки перемішайте скляною паличкою.

Опишіть спостереження. Якого забарвлення набув вміст пробірки? Про що це свідчить?

________________________________________________________________

2. Пробірку нагрійте, а потім знову охолодіть.

Опишіть спостереження. Як змінюється забарвлення вмісту пробірки? Чому відбуваються зміни?

________________________________________________________________

Завдання 3. Дослідити наявність крохмалю в органах рослин та продуктах харчування

Хід роботи:

1. Нанесіть на органи рослини (насіння, бульби) та продукти харчування по краплині розчину Люголя.

Опишіть спостереження. Які зміни відбулися? Про що вони свідчать?

________________________________________________________________

Завдання 4. Дослідити властивості крохмалю

Хід роботи:

1. У пробірку насипте трішки крохмалю, улийте води об’ємом 5 мл і перемішайте скляною паличкою. Дайте суміші постояти.

Опишіть спостереження. Які зміни відбуваються в пробірці? Про що це свідчить?

______________________________________________________________

2. Перемішайте скляною паличкою вміст пробірки (суміш крохмалю з водою) і обережно нагрійте її.

Опишіть спостереження. Що відбувається з крохмалем у гарячій воді?

________________________________________________________________

Завдання 5. Дослідити наявність жиру в насінні рослин

Хід роботи:

1. На фільтрувальний папір або аркуш паперу нанесіть кілька крапель соняшникової олії.

Опишіть спостереження. Що відбувається з рослинним жиром (олією)?

______________________________________________________________

2. На окремі фільтрувальні папірці або аркуші покладіть насіння соняшника, гарбуза, льону та розітріть його.

Опишіть спостереження. Порівняйте побачене з результатом попереднього досліду. Про що це свідчить?

________________________________________________________________

Завдання 6. Дослідити розчинність жирів у різних розчинниках

Хід роботи:

1. Пронумеруйте три пробірки і додайте в них по 0,5 мл соняшникової олії.

2. У пробірку № 1 долийте 5 мл дистильованої води, у пробірку № 2 – 5 мл етилового спирту, у пробірку № 3 – бензину. (Обережно! Не вдихайте пари!). Вміст усіх пробірок енергійно перемішайте.

Опишіть спостереження. Що відбувається з жиром у кожній з пробірок? Про що це свідчить?

_____________________________________________________________

Завдання 7. Дослідити якісні реакції на визначення білку

Хід роботи:

1. Біуретова реакція. У пробірку налийте розчин білка курячого яйця об’ємом 1–2 мл і добавте таку саму кількість лугу та 2–3 краплі розчину купрум (ІІ).

Опишіть спостереження. Якого забарвлення набув вміст пробірки?

______________________________________________________________

2. Ксантопротеїнова реакція. У пробірку налийте розчин білка курячого яйця об’ємом 1–2 мл і добавте концентровану нітратну кислоту об’ємом 0,5–1 мл. Суміш обережно нагрійте.

Опишіть спостереження. Що відбулося з білком? Якого забарвлення набув вміст пробірки?

_____________________________________________________________

Завдання 8. Дослідити наявність білків у продуктах харчування та живих організмах

Хід роботи:

1. У пробірку налийте молоко 2 мл, добавте таку саму кількість лугу та 2–3 краплі розчину купрум (ІІ) сульфату. Суміш енергійно збовтайте.

Опишіть спостереження. Якого забарвлення набув вміст пробірки? Про що це свідчить?

______________________________________________________________

2. На підшкарлупову оболонку курячого яйця, біле пір'я капніть концентрованою нітратною кислотою.

Опишіть спостереження. Чи змінилось забарвлення? Про що це свідчить?

______________________________________________________________

Завдання 9. Дослідити властивості білків

Хід роботи:

1. У пробірку налийте трішки білка курячого яйця, додайте 2 мл води. Суміш перемішайте скляною паличкою.

Опишіть спостереження. Який вигляд має вміст пробірки? Про що це свідчить?

_____________________________________________________________

2. Пробірку з розчином білку обережно нагрійте.

Опишіть спостереження. Що відбувається з білком? Про що це свідчить?

______________________________________________________________

Завдання 10. Зробити висновок до роботи за результатами спостережень

_____________________________________________________________

Завдання 11. Дати відповіді на запитання для самоконтролю:

1. За допомогою якої речовини можна виявити крохмаль?

________________________________________________________________

2. Крохмаль належить до гідрофільних чи гідрофобних речовин?

________________________________________________________________

3. Що утворюється при нагріванні розчину крохмалю?

________________________________________________________________

4. У яких продуктах харчування є крохмаль?

________________________________________________________________

5. В чому розчиняються рослинні жири?

________________________________________________________________

6. Де в рослинах містяться жири?

________________________________________________________________

7. Який процес відбувається з молекулою білка при нагріванні?

________________________________________________________________

8. В яких продуктах харчування міститься багато білку?

________________________________________________________________