Лабораторная работа № 1: Изучение химического состава растительной и животной клеток.

Лабораторная работа №1 «Химическая организация клетки».

Цель работы: на основе эксперимента изучить химические компоненты клетки, расширить знания об углеводах, белках, жирах, их строении и функ­циях в растительных и животных клетках.

Оборудование: штатив, пробирки, спиртовка, спички, держатель, стакан с водой, стакан для слива.

Материалы: растительное масло, спиртовой раствор Судана Ш, бульон, раствор белка, крахмальный клейстер, семена подсолнечника, спиртовой рас­твор I в KI, NaOH (10%), CuS0₄, Н₂0₂, кусочки сырого картофеля.

Теоретическая часть.

По химическому составу клетки различных организмов могут заметно от­личаться друг от друга, но элементы, входящие в их состав одинаковы. В клет­ках обнаружено около 70 элементов периодической системы химических эле­ментов Д. И. Менделеева, но лишь 24 из них встречаются в живых организмах постоянно. Все химические элементы по их количественному содержанию в клетке можно разделить на макроэлементы и микроэлементы.

К макроэлементам относят кислород (62%), который входит в состав во­ды и органических веществ; углерод (20%) и водород (10%), входящие в состав всех органических веществ; азот (3%), являющийся компонентом аминокислот, белков, нуклеиновых кислот, АТФ, хлорофилла, многих ферментов и витами­нов; кальций (2,5%), который входит в состав клеточной стенки у растений, костей и зубов, участвует в процессе свертывания крови и сокращении мышеч­ных волокон; фосфор (1%), входящий в состав костной ткани, зубов, нуклеино­вых кислот, АТФ и некоторых ферментов.

Микроэлементы входят в состав клеток в небольшом количестве, но они являются необходимым условием нормального существования организма. На­пример, йод входит в состав гормонов щитовидной железы, регулирующих рост и развитие человека; железо (0,01%), входит в состав многих ферментов, гемоглобина, миоглобина, участвует в биосинтезе хлорофилла, в процессах ды­хания и фотосинтеза; калий (0,25%) активизирует ферменты белкового синтеза, обусловливает нормальный ритм сердечной деятельности.

Химические элементы образуют 2 группы соединений, входящих в состав клетки: органические и неорганические. К неорганическим соединениям отно­сятся вода, минеральные соли, кислоты и основания. Вода(70%)составляет ос­новную часть цитоплазмы, является хорошим растворителем для гидрофильных веществ, основной средой, где протекает большинство химических реакций. Остальные неорганические вещества, в основном, находятся в клетке в виде ионов: катионов (Na⁺, Са²⁺, К⁺, Mg²⁺, Н⁺) и анионов (СГ, S0₄²', НС0₃‘, НР0₄²', Н₂Р0₄\ ОН').

К органическим веществам, входящим в состав клеши, относятся углево­ды (2%), липиды (5%), нуклеиновые кислоты ДНК и РНК (1%), белки (18%), различные низкомолекулярные соединения.

Углеводы состоят, в основном, из углерода, водорода и кислорода. Они делятся на простые (моносахариды) и сложные (дисахариды, полисахариды). Моносахариды не разлагаются водой. К ним относится глюкоза C₆Hi₂0₆, кото­рая служит универсальным источником энергии. Дисахариды и полисахариды образуются путем соединения двух и более молекул моносахаридов; они разла­гаются водой. К сложным углеводам относятся сахароза, лактоза, крахмал, гли­коген, целлюлоза. Основная роль углеводов связана с их энергетической функ­цией. Они используются также в качестве строительного материала. Например, целлюлоза является одним из важнейших компонентов клеточных стенок гри­бов и растений. Хитин составляет основу наружного скелета у членистоногих. Однако, главным образом, углероды играют роль запасных продуктов и легко мобилизуемых источников энергии. Например, крахмал - основное запасное вещество в клетках растений, гликоген - в клетках животных.

Липиды - группа органических соединений, которые содержатся во всех живых клетках; нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в неполярных ор­ганических соединениях. По химическому составу большинство липидов явля­ются сложными эфирами жирных кислот и трехатомного спирта глицерина. Среди соединений этой группы различаются жиры и масла в зависимости от то­го, остаются ли они твердыми при комнатной температуре (жиры), или нахо­дятся в жидком состоянии (масла). Липиды играют важную роль как источник энергии. При окислении они дают в 2 раза больше энергии, чем углеводы и белки, и, таким образом, более экономичны как форма хранения запасных пи­тательных веществ. Благодаря низкой теплопроводности липиды выполняют функцию терморегуляции. Например, у многих позвоночных животных хорошо выражен подкожный жировой слой, что позволяет им жить в условиях холод­ного климата. Нерастворимость в воде делает липиды важнейшими структур­ными компонентами клеточных мембран, состоящих, главным образом из фос­фолипидов. Важно отметить значение липидов как источника воды. При окис­лении 100 г. липидов образуется 105 г. воды. Так, необходимую для жизнедея­тельности воду в спячке медведи получают в результате окисления жира.

Белки - это сложные органические соединения (биополимеры), мономе­рами которых являются аминокислоты. Аминокислоты - амфотерные органиче­ские вещества с общей формулой

Н .О

\

/N-R-C

н \о

Молекулы белков имеют вид длинных цепей, которые состоят из 50 - 1500 молекул аминокислот, соединенных между собой пептидными связями.

В результате образуется первичная структура белка. Вторичная структура представляет спирально закрученную белковую цепочку. Витки спирали удер­живаются водородными связями Н—О, которые образуются между СО- и NH- группами, расположенными на соседних витках. Дальнейшая укладка спирали, специфичная для каждого белка, это третичная структура белка. Она стабили­зируется за счет дисульфидных мостиков (- S - S -). В некоторых случаях 2, 3 и более молекул с третичной организацией объединяются в один комплекс. Это четвертичная структура белка. Белки в организме выполняют структурную функцию. Например, стенки кровеносных сосудов, сухожилия, хрящи у выс­ших животных состоят преимущественно из белка. Двигательная функция обеспечивается особыми сократительными белками. Транспортная функция белков обеспечивается их способностью переносить с током крови многие хи­мические вещества. Например, белки сыворотки крови способствуют переносу липидов. Защитная функция белков выражается в способности вырабатывать особые белки - иммуноглобулины (антитела), которые нейтрализуют чужерод­ные вещества и осуществляют иммунологическую защиту организма. Регуля­торная функция свойственна белкам - гормонам, которые оказывают влияние на обмен веществ. Например, инсулин снижает содержание сахара в крови, а при недостатке инсулина развивается заболевание сахарный диабет. Кроме это­го белки - ферменты являются главными регуляторами биохимических процес­сов. Эта функция - ускорение химических реакций в живой клетке - является очень важной для организмов, так как реакции протекают при умеренной тем­пературе, нормальном давлении и нейтральной среде.

Нуклеиновых кислот в природе существует 2 вида: дезоксирибонуклеи­новые ДНК и рибонуклеиновые РНК. Эти вещества являются фосфорсодержа­щими биополимерами живых организмов, обеспечивающими хранение и пере­дачу наследственной информации.

Практическая часть.

Опыт № 1. Обнаружение жиров в тканях организмов.

О наличии жиров можно судить и по пятну, оставляемому ими на фильт­ровальной бумаге.

Опыт № 2. Обнаружение крахмаиа и гликогена в тканях организмов.

Налить в пробирки по 4-5 капель бульона и крахмального клейстера, до­бавить по 2-3 капли йода. Какие запасные питательные вещества содержатся в клетках растений и животных, если при взаимодействии с раствором йода гли­коген дает красно - бурое окрашивание, а с крахмалом окраска становится сине - фиолетовой.

Опыт № 3. Обнаружение крахмала.

Нагреть в пламени спиртовки пробирку с крахмальным клейстером. Наблю­дать исчезновение окраски.

Опыт № 4.

Изучение каталитических свойств ферментов, расщепляющих пероксид во­дорода.

Налейте в пробирку 1 мл пероксида водорода Н₂0₂ . Разложение пероксида водорода происходит, но очень медленно. Если бы вещество разлагалось с такой скоростью, то произошло бы отравление организма. Добавьте в пробирку мелко нарезанные кусочки картофеля. Через несколько минут можно наблюдать шапку пены.

Оформление работы

I. Заполните пропущенные места в тексте соответствующими терминами, переписав текст в тетрадь.

В состав клетей входят неорганические и вещества. 80% от массы живых

организмов составляет . Вода в клетке присутствует в двух формах: свободной (_ % всей воды клетки) и связанной ( % связаны с белками). Вторлой группой неорганических ве­ществ клетки являются .

Органические вещества клетки, это , , и

Белки - это биологические полимеры, мономерами которых являются . Выде­ляют 4 уровня организации белков. Последовательность аминокислот в полипептидной цепи -

. Вторичная структура образуется укладкой цепей в . образуется

при сворачивании спирали в клубок (глобулу). Четвертичная структура характерна для слож­ных белков, состоящих из двух и более полипептидных цепей, для белков, содержащих

. Утрата белковой молекулой своей структурной организации называется

Она может быть обратимой и необратимой. При обратимой разрушается четвер­тичная. третичная и вторичная структуры, но благодаря сохранению первичной структуры при возвращении нормальных условий возможна белки — восстановление нормальной конформации.

— органические соединения, состоящие из одной или многих молекул простых

сахаров. Выделяют три группы углеводов: моносахариды (или простые сахара), дисахариды, полисахариды. Примером моносахаридов является глюкоза - вещество с формулой . Из двух молекул моносахаридов состоят . Полисахариды - содержат большое количе­ство молекул моносахаридов, соединенных между собой гликозидными связями. К ним отно­сятся , и др. Полисахариды утрачивают сладкий вкус и способность раство­ряться в воде.

Жиры - органические вещества, состоящие из:

1. ) кислот

1. трехатомного спирта -

Жиры не растворяются в воде.

II Письменно ответьте на вопросы:

1. Дайте определение углеводов. Приведите формулы глюкозы, крахмала, сахарозы.

2. Чем объясняется различная окраска йода с крахмалом и гликогеном?

3. Какой углевод накапливается в растительных тканях?

4. Почему окраска в пробирке с крахмальным клейстером исчезает при нагревании;

5. Дайте определение белков.

1. Для чего необходимы в организме белки-ферменты;

2. Почему пероксид водорода используется для дезинфекции ран, ссадин и полости рта?

Опыт № 3. Обнаружение крахмала.

Нагреть в пламени спиртовки пробирку с крахмальным клейстером. Наблю­дать исчезновение окраски.

Опыт № 4.

Изучение каталитических свойств ферментов, расщепляющих пероксид во­дорода.

Налейте в пробирку 1 мл пероксида водорода Н₂0₂ . Разложение пероксида водорода происходит, но очень медленно. Если бы вещество разлагалось с такой скоростью, то произошло бы отравление организма. Добавьте в пробирку мелко нарезанные кусочки картофеля. Через несколько минут можно наблюдать шапку пены.

Оформление работы

I. Заполните пропущенные места в тексте соответствующими терминами, переписав текст в тетрадь.

В состав клетей входят неорганические и вещества. 80% от массы живых

организмов составляет _. Вода в клетке присутствует в двух формах: свободной ( %

всей воды клетки) и связанной ( % связаны с белками). Вторлой группой неорганических ве­ществ клетки являются .

Органические вещества клетки, это , , и .

Белки - это биологические полимеры, мономерами которых являются . Выде­ляют 4 уровня организации белков. Последовательность аминокислот в полипептидной цепы -

. Вторичная структура образуется укладкой цепей в . образуется

при сворачивании спирали в клубок (глобулу). Четвертичная структура характерна для слож­ных белков, состоящих из двух и более полыпептидных цепей, для белков, содержащих

' Утрата белковой молекулой своей структурной организации называется .

Она может быть обратимой и необратимой. При обратимой разрушается четвер­тичная, третичная и вторичная структуры, но благодаря сохранению первичной структуры при возвращении нормальных условий возможна белка — восстановление нормальной конформации.

— органические соединения, состоящие из одной или многих молекул простых

сахаров. Выделяют три группы углеводов: моносахариды {или простые сахара), дисахариды, полисахариды. Примером моносахаридов является глюкоза - вещество с формулой . Из двух молекул моносахаридов состоят . Полисахариды - содержат большое количе­ство молекул моносахаридов, соединенных между собой гликозидными связями. К ним отно­сятся , и др. Полисахариды утрачивают сладкий вкус и способность раство­ряться в воде.

Жиры - органические вещества, состоящие из:

1. ) кислот

1. трехатомного спирта -

Жиры не растворяются в воде.