Тема І. Хімічні компоненти живих клітин

Всі клітини складаються з одних і тих же хімічних речовин і ці речовини здатні одних і тих же перетворень. Хімічні сполуки, які функціонують у клітинах поділяють на неорганічні (мінеральні) та органічні. До складу органічних речовин в основному входять чотири хімічні елементи: водень, кисень, азот та вуглець. Останній з них значною мірою зумовлює хімічні властивості організмів.

Основними органічними сполуками, які функціонують в клітинах являються вуглеводи, білки, ліпіди, нуклеїнові кислоти, тощо. Вони переважно мають велику молекулярну масу, тому їх називають макромолекулами.

Високомолекулярні органічні сполуки – білки, нуклеїнові кислоти, складні вуглеводи (полісахариди), молекули яких складаються з великої кількості однакових чи різних за хімічною будовою ланок, що повторюються, називають біополімерами. Прості молекули, із залишків яких складаються біополімери, називають мономерами. Мономерами білків є залишки амінокислот, нуклеїнових кислот – нуклеотиди, полісахаридів – моносахариди.

Особлива група органічних сполук – це біологічно активні речовини. Вони впливають на процеси обміну речовин і перетворення енергії в організмах живих істот. серед них є органічні (ферменти, гормони, вітаміни, тощо) та неорганічні (вуглекислий газ та інші) сполуки.

У клітинах різних груп організмів вміст певних органічних сполук різний. Наприклад, у клітинах тварин переважають білки і ліпіди, а рослин – вуглеводи. Однак, у клітинах різних типів певні органічні сполуки виконують подібні функції.

Лабораторна робота №1

ВИЗНАЧЕННЯ БІОМОЛЕКУЛ В КЛІТИНАХ РІЗНОГО ПОХОДЖЕННЯ. Вуглеводи. Ліпіди. Вітаміни

 

Мета роботи: ознайомлення з основними методами якісного визначення біомолекул. Дослідження наявності біомолекул в клітинах різного походження.

Розділ I. Вуглеводи

 

Вуглеводи (цукри) - група органічних сполук, склад яких можна формально зобразити формулою C_n(H₂O)_m. Вуглеводи є альдегідами (альдозами) або кетонами (кетозами) багатоатомних спиртів та їх похідних.

Відповідно до існуючої класифікації, вуглеводи поділяють на прості та складні. До простих належать моносахариди, а до складних – оліго- та полісахариди.

І.1. Моносахариди

Моносахариди, або прості цукри, залежно від кількості атомів вуглецю поділяють на триози (3 атоми), тетрози (4), пентози (5), гексози (6) і т.д. до декоз (10).

У природі найпоширенішими є гексози, а саме глюкоза і фруктоза. Солодкий присмак ягід, фрутів, меду залежить від вмісту цих сполук.

І.2. Олігосахариди і полісахариди

Олігосахариди – сполуки, в яких кілька залишків молекул моносахаридів з’єднані між собою ковалентними зв’язками. Серед них найпоширеніші дисахариди, які утворюються внаслідок сполучення залишків двох молекул моносахаридів. Наприклад, буряковий (або тростинний) цукор – сахароза складається з залишків глюкози і фруктози. Дисахариди мають солодкий присмак. Вони, як і моносахариди, добре розчинні у воді.

Полісахариди – молекули, молекулярна маса яких може сягати декількох мільйонів. Полісахариди відрізняються між собою складом мономерів, довжиною та розгалуженістю ланцюгів. Вони не мають солодкого присмаку і не розчиняються у воді.

Один з найпоширеніших полісахаридів – крохмаль. Він синтезується в процесі фотосинтезу в клітинах рослин і складається з залишків глюкози. Крохмаль у значній кількості відкладається в клітинах рослин, насамперед листків, насіння, бульб тощо.

Реакція Троммера

 

Короткі теоретичні відомості

Розчини гексоз, наприклад, глюкози та фруктози, що містяться у фруктовому соку, у лужному середовищі відновлюють при нагріванні оксид міді (II) в геміоксид міді, а самі окислюються до альдонових кислот.

Матеріали й реактиви

Фруктовий сік, 5% розчин глюкози, 5% розчин NaOH, 5% розчин СuSO₄

Обладнання

Скляні палички, пробірки, піпетки градуйовані, штатив для пробірок, пальник, скляні лійки, матеріал для фільтрування.

Хід роботи

У пробірку з 3 мл розчину фруктового соку (глюкози) додають 1мл розчину NaOH та 5 крапель розчину СuSO₄. Вміст пробірки добре перемішують для розчинення осаду гідроксиду міді (ІІ) який утворився. Обережно підігрівають отриманий розчин блакитного кольору у полум’ї пальника до кипіння. При наявності в рідині глюкози спостерігається утворення осаду гідроксиду міді (І) або осаду геміоксиду міді, тобто зміна забарвлення вмісту пробірок.

Реакція Селіванова на кетози.

 

Короткі теоретичні відомості.

При нагріванні фруктози чи інших кетоз із соляною кислотою утворюється оксиметилфурфурол. Оксиметилфурфурол з резорцином утворює сполуку вишневого кольору.

Матеріали й реактиви

Кристалічний резорцин, 5% розчин фруктози, фруктові соки, 25% розчин HCl.

Обладнання

Скляні палички, пробірки, піпетки градуйовані, штатив для пробірок, водяна баня, лабораторний термометр, годинник, лопаточка або шпатель.

Хід роботи

В першу пробірку додають 5 мл фруктового соку, в другу 5 мл розчину фруктози. Потім в обидві додають по 1 мл розчину соляної кислоти та кілька кристалів резорцину. Суміш нагрівають на водяній бані протягом 5-10 хвилин при Т=80°С до появи забарвлення.

Реакція крохмалю з йодом

 

Короткі теоретичні відомості

Полісахариди відрізняються один від одного хімічною природою моносахаридних одиниць, ступенем розгалуження та довжиною ланцюга. Полісахариди не містять вільних редукуючих груп, тому вони не виявляють відновлюючих властивостей. Повний гідроліз полісахаридів у присутності кислот або специфічних ферментів приводить до утворення моносахаридів з редукуючими властивостями. Наприклад, гідроліз крохмалю призводить до утворення глюкози.

При взаємодії крохмалю з йодом утворюються комплексні сполуки, які мають синій колір. При нагріванні колір зникає і з’являється при охолодженні. Знебарвлення відбувається також при додаванні розчинів NаОН чи КОН. Це обумовлено тим, що в утворенні комплексів приймають участь молекули йоду, а не йодид-іони.

Матеріали й реактиви

Розчин Люголя, картопля, кукурудзяне зерно, 10% розчин NаОН.

Обладнання

Скляні палички, пробірки, піпетки, штатив для пробірок, водяна баня.

Хід роботи

В одну пробірку наливають 2 мл картопляного соку, в другу 2 мл витяжки кукурудзяного зерна. Потім в обидві пробірки вносять по 1-2 краплі розчину Люголю. Вміст пробірок перемішують і спостерігають утворення синього забарвлення. Переносять по 1 мл розчинів в інші пробірки і додають до них по 1 мл розчину NаОН. Спостерігається знебарвлення розчину. Те ж саме відбувається і при нагріванні суміші, яка залишилася у перших двох пробірках. При охолодженні розчинів забарвлення відновлюється.

Розділ ІІ. Ліпіди

Ліпіди - природні жироподібні речовини, які розчиняються в органічних розчинниках (у хлороформі, ефірі, ацетоні) та не розчиняються у воді. Найбільш поширеним є поділ ліпідів на три групи: нейтральні ліпіди (жири), фосфоліпіди (фосфогліцериди) та сфінголіпіди.

Ліпіди здатні утворювати складні сполуки з білками, вуглеводами, залишками фосфатної кислоти тощо.

Найпоширеніші серед ліпідів жири. Вміст жирів у клітинах становить від 5 до 15% сухої речовини, а у клітинах жирової тканини (наприклад у жировому тілі комах) – до 90%. Підвищений вміст жирів характерний для нервової тканини, підшкірної клітковини, сальника, молока ссавців. Багато жирів міститься к клітинах плодів та насіння певних видів рослин (соняшника, волоського горіха, маслини та ін.).

Проба з Суданом ІІІ

 

Короткі теоретичні відомості

Судан ІІІ – червоний барвник, здатний забарвлювати жири. Жирові глобули забарвлюються в червоний колір і розташовуються на поверхні рідини, тому що їх густина нижче за густину води.

Матеріали й реактиви

Жировмістна рослинна та тваринна сировина, розчин Судану ІІІ, вода дистильована.

Обладнання

Пробірки, піпетки, газовий пальник, ступки, скляні лійки, тканина для фільтрування.

Хід роботи

В пробірки з 2 мл жировмістної сировини додають 2 мл дистильованої води, декілька крапель Судану ІІІ, вміст перемішують і спостерігають забарвлення.

Розділ ІІІ. Вітаміни

Вітаміни - це група низькомолекулярних органічних сполук, різних за хімічною природою, що не синтезуються в організмі людини та тварин. Вітаміни необхідні в невеликих кількостях для забезпечення нормального перебігу процесів життєдіяльності, але вони не виконують пластичних та енергетичної функцій.

За фізіологічною дією вітаміни поділяють на кілька груп: антиінфекційні (С, А), антианемічні (В₁₂, В₆, С,), антигеморагічні (С, Р, К),та ті, що підвищують загальну реактивність організму (В₁, В₂, РР, А, С).

Вітаміни потрібні для забезпечення процесів життєдіяльності всіх живих організмів. Вітаміни беруть участь в обміні речовин та перетворенні енергії здебільшого як компоненти складних ферментів.

Основне джерело вітамінів для людини і тварин – продукти харчування переважно рослинного походження.

Вітаміни залежно від здатності розчинятись у воді або жирах поділяють на водорозчинні та жиророзчинні. До перших належать, наприклад, вітаміни групи В,С, а до других А, D, K, вітамін Е.