5909

11

происхождение, является крахмал. Крахмал представляет собой смесь двух полимеров амилозы и амилопектина. Амилоза - это линейный полимер α-D-глюкозы, отдельные звенья которой соединены между собой α-l-4-глюкозидными связями. Амилопектин имеет ветвящуютя структуру, которая обеспечивается дополнительными α-1,6-гликозидными связями. У животных организмов основным запасным питательным веществом, вместо крахмала, является гликоген.

При добавлении к раствору крахмала раствора йода или раствора Люголя, наблюдается интенсивное фиолетовое окрашивание. Интенсивное фиолетовое окрашивание раствора крахмала обусловлено взаимодействием йода с амилозой. Причина окрашивания состоит в образовании адсорбционного соединения, в котором атомы йода расположены внутри спирально изогнутых цепочек амилозы.

Рисунок 7. Структурная формула крахмала

α(1-4)гликозидная связь

Амилопектин При гидролизе крахмала в растворах минеральных кислот (необходимо негревание)

образуются декстрины (фрагменты молекул крахмала). Декстрины тоже образуют с йодом различные соединения. Различают амилодекстрины, эритродекстрины, мальтодекстрины, ахродекстрины.

1.Амилодекстрины (дают с йодом фиолетовое окрашивание)

2.Эритродекстрины (окрашиваются раствором йода в красно-бурый цвет).

3.Мальто- и ахродекстрины (не окрашиваются йодом).

Цель работы - познакомиться с качественными реакциями на полисахариды и декстрины.

Материалы и оборудование: лабораторная посуда, технические весы, 1% раствор крахмала, 10% раствор КОН, 10% раствор крахмала, раствор Люголя.

Ход работы. К 2 мл раствора крахмального клейстера добавить 2 капли раствора Люголя. Наблюдать развивающееся фиолетовое окрашивание. Затем добавить к окрашенному раствору 2 мл раствора КОН. Наблюдать изменение цвета. Сделать выводы.

Провести с раствором крахмала реакцию Подобедова-Молиша (см. лабораторную №3). К 2 мл раствора крахмала добавить 2 мл спиртового раствора α-нафтола. В эту же пробирку осторожно по стенке добавить 0,5 мл концентрированной серной кислоты. Наблюдать развивающееся красно-фиолетовое окрашивание.

Для проведения реакции на декстрины к 5 мл раствора крахмала добавить 1 мл 10% раствора серной кислоты. Поставить пробирку на водяную баню. Нагревать пробирку в течение 30 минут.

Подготовить 5-6 пробирок, в которые добавить по 5 мл дистиллированной воды. В эти же пробирки добавить по 2-3 капли раствора Люголя. Через каждые 5 минут отбирать по 1-2 мл

12

смеси из пробирки на водяной бане и добавлять в пробирки с дистиллированной водой. Наблюдать развивающееся окрашивание и сделать вывод о составе крахмала.

Химия липидов

Лабораторная работа № 6

Качественные реакции налипиды

Пояснения. Липиды - бифильные химические соединения, содержащие углеводородный радикал и полярную головку. Липиды являются поверхностно-активными веществами (определенным образом ориентируются на поверхности раздела фаз). Липиды подразделяют на омыляемые и неомыляемые (по способности к образованию в щелочной среде солей высших жирных кислот - мыл).

Неомыляемые липиды состоят из одного компонента, то есть являются производными одного класса негидролизующихся соединений.

Омыляемые липиды состоят из 2-3 и более компонентов. Они способны образовывать при гидролизе 2-3 и более соединения. Основу строения омыляемых липидов составляют 2 атомный спирт - сфигнозин и 3-атомный спирт - глицерин. Омыляемые липиды являются простыми, если продуктами их гидролиза являются спирты и высшие карбоновые кислоты. Липиды называют сложными, если при их гидролизе образуются другие вещества (фосфорная кислота или углеводы).

Рисунок 8. Общая формула липида (триацилглицерина).

В состав липидов могут входить как насыщенные (пальмитиновая, стеариновая), так и ненасыщенные (линолевая, линоленовая, олеиновая кислоты).

Липиды, содержащие преимущественно насыщенные жирные кислоты, являются преимущественно твердыми, а липиды, содержащие ненасыщенные жирные кислоты, являются преимущественно жидкими.

Ненасыщенные жирные кислоты не могут синтезироваться в организме человека. Эти кислоты являются незаменимыми для человека. .Ненасыщенные жирные кислоты находятся в маслах растительного происхождения. Процент содержания ненасыщенных кислот определяет свойства липидов. Важной характеристикой химического состава липидов является йодное число.

Йодное число - число граммов йода, которое может присоединяться к 100 граммам жира. Чем выше йодное число, тем больше в липидах ненасыщенных жирных кислот. Ненасыщенные жирные кислоты могут образовывать гидроперекиси, которые участвуют в процессах перекисного окисления липидов. Чем больше в липидах ненасыщенных жирных кислот, тем ниже температура плавления данного жира.

Химические свойства липидов. Важным свойствам липидов являются реакции присоединения. Липиды могут присоединять водород, воду, галогеноводороды в кислой среде. На свойстве присоединения водорода основано получение маргаринов из жидких растительных масел. При этом используются катализаторы и температура в 160-200° С.

Другим важным свойством липидов является способность к гидролизу. В промышленности гидролиз осуществляют с помощью минеральных кислот или щелочей при нагревании под давлением. В организме человека гидролиз осуществляется с помощью особых ферментов - липаз.

Рисунок 10. Реакция гидролиза

Для качественного определения липидов используется реакция присоединения брома.

В фармацевтике для определения качества используемых масел, применяется элаидиновая

проба.

Важной реакцией, характеризующей свойства липидов, является реакция окисления. В качестве окислителя может выступать, например, раствор КМп04.

Рисунок 13. Реакция окисления липидов

14

Цель работы - познакомиться с качественными реакциями на липиды, а также с их основными физико-химическими свойствами.

Материалы и оборудование: растительное масло, бромная вода, раствор КМп04, раствор йода, спирт, раствор Na2C03, концентрированная HN03.

Ход работы. Для определения растворимости липидов в различных растворителях используют три пробирки. В первой смешивают 5 мл воды и 1 мл растительного масла. Во второй - 5 мл растительного масла и 1 мл спирта. В третьей - 1 мл растительного масла и раствор Na2C03. Смесь встряхивают и наблюдают за растворением масла в воде, спирте, растворе соды. Делают вывод о растворимости липидов.

Для проведения качественной реакции на липиды в пробирке необходимо смешать 5 мл воды 1 мл растительного масла, после чего добавить несколько капель раствора Судана. Перемешать и наблюдать развитие окрашивания.

Для проведения реакции присоединения в пробирке необходимо смешать 5 мл воды 1 мл растительного масла и 1 мл бромной воды. Содержимое встряхнуть и наблюдать изменение окраски. Сделать выводы.

Элаидиновая реакцию проводят путем смешения в пробирке 2 мл растительного масла и 0,5 мл концентрированной азотной кислоты. Пробирку поставить на водяную баню и нагревать в течение 5-10 минут. Наблюдать изменение вязкости и окраски.

Для проведения реакции окисления в пробирке смешивают 2 мл растительного масла и 1 мл раствора марганцевокислого калия. Содержимое перемешать и наблюдать изменение окраски. Сделать выводы.

15

Основы биофизики

Лабораторная работа №7

Регистрация биоэлектрических реакций растительного организма

Пояснения. На мембране клеток растения существует потенциал покоя. Потенциал покоя определяется концентрациями ионов калия и хлора. При раздражении тканей растений концентрации ионов вне и внутри клетки меняются, при этом меняется и потенциал покоя. Возникает распространяющееся возбуждение - потенциал действия. Характерная особенность возбуждения - изменение электрического состояния клеточной мембраны.

Распространяющееся возбуждение, вероятно, играет информационную роль в жизни растения. Распространяясь с высокой скоростью между органами растения, возбуждение может обеспечить быструю связь между органами растения. Сигнальная роль потенциала действия важна в ответных реакциях организма на умеренные внешние воздействия (свет, небольшие перепады температуры, слабые механические раздражения). Возбуждение может быть местным и распространяющимся.

Особенностью распространяющегося возбуждения является возникновение электрических импульсов. Скорость их распространения может достигать 20 см/сек. У большинства растений, не обладающих быстрыми локомоторными функциями, скорость распространения электрических импульсов составляет 5-30 см/мин. Амплитуда пика у высших растений может колебаться от единиц до нескольких десятков милливольт. Отчетливо проявляется способность генерировать ритмически повторяющиеся импульсы в ответ на действие постоянного раздражителя. Основную роль в осуществлении механизма передачи распространяющегося возбуждения играют проводящие пучки. Механизм распространения возбуждения, вероятно, сводится к следующему. Во время генерации и распространения возбуждения возникают сдвиги концентраций ионов на мембране. У растений показано участие в распространении возбуждения, ионов калия. Калий восстанавливает исходный уровень трансмембранного потенциала после возникновения пика распространяющегося возбуждения. Восходящую фазу пика, вероятно, формирует изменение концентраций ионов хлора.

Существуют 2 способа регистрации потенциалов (экстра- и внутриклеточный). Использование микроэлектродной техники при регистрации потенциалов встречает значительные трудности (из-за малых размеров клеток проводящих тканей). Более доступна экстраклеточная регистрация.

В качестве отводящих электродов используются неполяризующиеся каломельные и хлорсеребряные электроды. Наиболее подходящим является электрод типа ЭВЛ-1-МЗ, на кончик которого надевают трубку, заполненную водопроводной водой и имеющую кончик из гигроскопической шерсти.

Регистрирующая аппаратура включает в себя усилитель с высоким входным сопротивлением иономер ЭВ-74 и соответствующий регистратор (КСП-4).

Рисунок 14. Схема установки для регистрации потенциалов покоя и действия

16

Цель работы - зарегистрировать биоэлектрическую реакцию растения на освещение.

Материалы и оборудование: горшочек с растением, 2 электрода ЭВЛ-1-МЗ, рН-метр рН-340, самописец КСП-4, настольная лампа.

Ход работы. Изготовить из мягкого материала кисточку для электрода ЭВЛ-1-МЗ и закрепить электрод в штативе. Второй электрод воткнуть в землю в горшочек с растением, после чего присоединить первый электрод (с кисточкой) к растению. Переключить рН-метр в режим измерений милливольт, затем включить самописец. Дождаться установления стационарного значения потенциала покоя. Включить настольную лампу и зарегистрировать изменение потенциала на диаграммной ленте самописца КСП-4.

Лабораторная работа № 8

Изучение процессов транспорта через мембрану

Пояснения. В клетках живых организмов имеет место активный и пассивный транспорт веществ. Активный транспорт идет с затратой энергии АТФ. Пассивный транспорт идет по электрохимическому градиенту.

Пассивный транспорт - это диффузия. Мембраны живых клеток состоят из насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. В связи с тем, что жирные кислоты могут проявлять цистранс изомерию, то в мембране могут образовываться поры, через которые ионы могут проникать по градиенту концентрации. Пассивный транспорт может осуществляться, также за счет переносчиков, локализованных в мембране. Переносчики могут быть 2 типов: формирующие каналы и мигрирующие в мембране.

В качестве переносчиков, повышающих проницаемость мембран могут выступать некоторые антибиотики. Так грамицидин формирует канал в мембране, а валиномицин осуществляет эстафетный перенос ионов в мембране. Скорость пассивного транспорта (диффузии) прямо пропорциональна температуре. Кинетика пассивного транспорта подчиняется уравнению Михаэлиса-Ментен. В случае пассивного транспорта возможно конкурентное ингибирование.

Активный транспорт может быть первичным и вторичным. Первичный активный транспорт осуществляется за счет энергии АТФ. Вторичный активный транспорт осуществляется за счет разности потенциалов, возникающей вследствие расходования энергии АТФ. В биологических мембранах различают несколько механизмов активного транспорта:

1)Н-АТФ-аза (протонная помпа);

2)K/Na -АТФ-аза (в нервных клетках);

3)Са-АТФ-аза (в скелетных мышцах).

Протонная помпа регулирует гомеостаз в большинстве клеток животных, растений, микроорганизмов. Калий-натриевая АТФ-аза участвует в процессах проведения возбуждения по нервным волокнам. Кальциевая АТФ-аза участвует в процессах мышечного сокращения.

Цель работы: Изучить транспорт ионов водорода через мембрану дрожжевой клетки.

Материалы и оборудование: рН-метр рН-340, химические стаканы, магнитная мешалка, сухие дрожжи, раствор сахарозы, расьтвор динитрофенола, самописец КСП-4.

Ход работы. В химический стакан наливаем 100 мл раствора сахарозы. Затем помещаем стакан на магнитную мешалку. Опускаем в стакан электроды рН-метра. Включаем рН-метр и самописец. Вносим в химический стакан навеску дрожжей (0,1 грамма). Регистрируем изменение рН в растворе в течение 10 минут с момента добавления дрожжей с помощью самописца. Вычисляем наклон графика изменения рН, характеризующий закисление раствора. Повторяем те же самые действия с добавлением динитрофенола. Делаем вывод о влиянии динитрофенола на процессы активного транспорта.

17

Литература.

1.Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия - М. Медицина 1983 750 с.

2.Биофизика / Владимиров Ю.А., Рощупкин Д.И., Потапенко АД, Деев А.И.. Под ред. Ю.А.Владимирова-М.:Медицина 1983 -272 с.

3.Ленинджер А Основы биохимии : в 3-х т. -М.Мир, 1985.

4.Основы биохимии / АААнисимов, А.Н.Леонтьева, И.Ф.Александрова -М.Высшая школа, 1986-550с.

5.ФилипповичЮ.Б.Основы биохимии-М: Высшая школа, 1993-495с.

18

Моралова Елена Анатольевна Патова Мария Александровна

БИОХИМИЯ, БИОФИЗИКА И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Учебно-методическое пособие

по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Биохимия, биофизика и физико-химические основы жизнедеятельности» для обучающихся по направлению подготовки 05.03.06 Экология и природопользование, профиль Прикладная экология и природопользование

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

603950, Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65. http://www. nngasu.ru, srec@nngasu.ru