Нижегородский государственный архитектурно-строительный



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Нижегородский государственный архитектурно-строительный



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 CuSO4в 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 CuSO4концентрированная 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

CH 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

 

Полупроницаемая мембрана
Белково-солевая смесь
Дистиллированная смесь

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 90о 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.


 

Лабораторная работа № 3

Рисунок 4. Диссоциация аминокислот при разных значениях рН

Н+

1. Кислая среда R-CH-COOH R-CH-COOH


NH2 NH3

OH-

2. Щелочная среда R-CH-COOH R-CH-COO-


NH2 NH2

 

При избытке НСl или КОН молекула свертывается в более плотный клубок.

Действие любой из нейтральных солей приводит к подавлению диссоциации ионогенных групп макромолекулы белка. При большой концентрации нейтральных солей сказывается высаливание. Высаливание снижает вязкость белкового раствора. Таким образом в изоэлектрической точке белка наблюдается минимум вязкости и светопропускания белкового раствора.

Кривая зависимости светопропускания от рН имееют седлообразную форму.

Это можно объяснить следующим образом. В изоэлектрической точке белка макромолекулы теряют заряд и становятся электронейтральными. Нейтральные макромолекулы приобретают способность к ассоциации. Это приводит к увеличению размеров частиц. Увеличение размеров частиц ведет к снижению светопропускания.

 

Цель работы- определить изоэлектрическую точку молекулы желатина.

 

Матедоалы и оборудование:1% раствор желатина, 0,1 н. раствор КОН, 0,1 н раствор НСl, рН-метр-340, фотоэлектрический колориметр ФЭК-2, пипетки, мерные колбы.

Ход работы.В 1 литре дистиллированной воды растворяем 1 грамм кристаллического желатина. Приготовленный раствор фильтруем в горячем виде через складчатый фильтр. Затем раствор охлаждаем. Берем 5 мерных колб объемом по 50 мл. В первую колбу ничего недобавляем. Во вторую -добавляем 0,25 мл 0,1 н КОН, в третью - 0,5 мл 0,1 н КОН, в четвертую - 0,25 мл 0,1 н НС1, в пятую - 0,5 мл 0,1 н НС1.

Растворы в мерных колбах доводят до метки водой иперемешивают. Затем измеряют величину рН каждого раствора нарН-метре и светопропускание на фотоэлектроколориметре. Результаты измерений заносят в таблицу, изоэлектрической точке соответствует такое значение рН раствора, при котором значение светопропускания минимально. Строят также график зависимости светопропускания от рН.

Таблица 1

Химия углеводов

Лабораторная работа №4

Рисунок 5. Строение альдоз и кетоз

 

СН2ОН


СНОН Глицерин

СН2ОН

 

H-C=O CH2OH

 

CHOH C=O


CH2OH CH2OH

 

Глицеральдегид (альдоза) Дигидрооксиацетон (кетоза)

 

Все моносахариды обладают стереоизомерией и могут принадлежать к D и L-рядам. Природные сахара являются D-изомерами.

Рисунок 6. L и D-изомеры Сахаров

 

COH COH

       
   


H C OH HO C H

       
   
 


CH2OH CH2OH

 

Лабораторная работа № 5

Рисунок 7. Структурная формула крахмала

CH2OH CH2OH CH2OH

O H H O H H O Амилоза

OH O OH O OH

HO

OH OH OH

α(1-4)гликозидная связь

 
 


СН2ОН

О α(1-6)гликозидная связь

О ОН О

 
 


НО СН2

О О

…О О О …

               
 
       

 


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 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

Рисунок 9. Реакция присоединения

Н ОН

| |

СН2О-CO-(CН2)7СН=СН(СН2)7СН3 СН2О-СО-(СН2)7СН-СН(СН2)7СН3

| Н2О |

СНО-СО-С17Н35 Н+ СНО-СО-С17Н35

| |

СН2О-СО-С15Н31 СН2О-СО-С15Н31

 

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

 

СН2О-СО-С17Н33 СН2ОН С17Н33СООNa

| to |

СНО-СО-С17Н35 + 3NaOH СН-ОН + С17Н35СООNa

| |

СН2О-СО-С15Н31 СН2ОН С15Н35СООNa

 

Для качественного определения липидов используется реакция присоединения брома.

 

Рисунок 11. Реакция присоединения брома

Br Br

| |

СН2О-CO-(CН2)7СН=СН(СН2)7СН3 СН2О-СО-(СН2)7СН-СН(СН2)7СН3

| |

СНО-СО-С17Н35 + Br2 СНО-СО-С17Н35

| |

СН2О-СО-С15Н31 СН2О-СО-С15Н31

 

В фармацевтике для определения качества используемых масел, применяется элаидиновая проба.

 

Рисунок 12. Элаидиновая реакция

 

Н Н Н (CH2)7COOH

HNO3, to

C=C C=C

 
 


CH3(CH2)7 (CH2)7COOH CH3(CH2)7 H

 

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

 

Рисунок 13. Реакция окисления липидов

OH OH

KMnO4 | |

СН3(СН2)7СН=СН(СН2)7СООН СН3(СН2)7СН-СН(СН2)7СООН

 

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.


 

Основы биофизики

Лабораторная работа №7

Рисунок 14. Схема установки для регистрации потенциалов покоя и действия

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

Литература.

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 кисло



Последнее изменение этой страницы: 2016-12-28; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 35.172.217.174 (0.013 с.)