Программа интенсивной школы по теме " Биохимия белков".

Департамент образования Администрации МО г. Салехард Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №2» «РАССМОТРЕНО» протокол № ____от _____________г. заседания ШМО Руководитель ШМО «СОГЛАСОВАНО» протокол № ____от _____________г. заседания НМС Председатель НМС___________Губогло З.И. Зам.дир. по УВР ___________ «УТВЕРЖДЕНО» приказ № _______ от ____________г Директор школы___________ Сивицкая Е.А. Рабочая программа  Педагогический работник                                                  Жукова Татьяна Александровна, учитель химии                                                                                                                                     (ФИО, должность) Направление программы: естественнонаучное Название программы: Биохимия белков. Целевая группа: обучающиеся 10­11 классов Срок реализации: 4 дня/12 часов Салехард 2017год Пояснительная записка При обучении химии и в процессе подготовки к ЕГЭ,  химическим  олимпиадам и различным конкурсам  серьезное внимание необходимо уделять эксперименту, его совершенствованию. Особенно, если этот эксперимент затрагивает темы, которые в школьном курсе не рассматриваются или рассматриваются на недостаточном уровне из­за малого количества часов.  Такой темой, даже на профильном уровне является блок «Основы биохимии». Без выяснения строения и свойств важнейших биополимеров и биорегуляторов нельзя познать сущность жизненных процессов, а тем более найти пути управления такими сложными явлениями, как размножение и передача наследственных признаков, нормальный и злокачественный рост клеток, иммунитет, передача нервных импульсов и многое другое. Данная программа включает  теорию и эксперимент, в котором отражены вопросы, связанные с выделением, изучением свойств и состава белков, ферментов, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов и низкомолекулярных биорегуляторов.  Биоорганическая химия тесно связана с практическими задачами медицины и сельского хозяйства (получение витаминов, гормонов, антибиотиков и   других   лекарственных   средств,   стимуляторов   роста   растений   и   регуляторов   поведения   животных   и   насекомых),   химической,   пищевой   и микробиологической   промышленности.   Данный   курс   проводится   в   форме   экспериментальных   задач,   в   процессе   решения   которых   учащиеся расширяют теоретические знания, формируют свои  практические умения. В ходе занятий, учащиеся используют различные методики, проявляют творческий подход к работе, эрудицию, индивидуальность. В  процессе подготовки к эксперименту перед учителем встает задача создания (при выполнении   экспериментальной   работы)   учебной   ситуации,   обеспечивающей   ученикам   самостоятельное   приобретение   знаний   в   условиях творческого поиска. Любая количественная экспериментальная работа является средством развития исследовательских способностей учащихся Особую роль в формировании у учащихся самостоятельного творческого мышления играет проблемный эксперимент. Это эффективное средство обучения и развития учащихся в процессе их подготовки к итоговой аттестации, различным конкурсам и  к химическим олимпиадам. Цели и задачи программы:  Развивать и углублять знания учащихся о ключевых физических свойствах, о качественных реакциях органических веществ,   формировать умения и навыки решения экспериментальных задач;  формировать новые, более глубокие и полные знания в области биоорганического анализа состава вещества;     уметь доказывать генетическую связь между отдельными представителями органических веществ; знать основные лабораторные и промышленные способы получения веществ; работать с химическими реактивами и оборудованием; уметь составлять план анализа выданных веществ или смеси. Актуальность: Привлечь учащихся к более глубокому и всестороннему познанию тех органических веществ, без которых человек существовать не может. Ведь биоорганическая химия тесно связана с практическими задачами медицины и сельского хозяйства (получение витаминов, гормонов, антибиотиков и других   лекарственных   средств,   стимуляторов   роста   растений   и   регуляторов   поведения   животных   и   насекомых),   химической,   пищевой   и микробиологической промышленности. Данная  программа позволяет формировать и развивать у учащихся:    личнoстные качества (сделать учение осмысленным, обеспечивают ученику значимoсть решения учебных задач, увязывая их с реальными жизненными   целями   и   ситуациями.   Личнoстные   действия   направлены   на   осознание,   исследование   и   принятие   жизненных   ценностей   и смыслов, позволяют сoриентироваться в нравственных нормах, правилах, оценках, выработать свою жизненную позицию в oтношении мира, окружающих людей самoго себя и своего будущего);  Регулятивные (возможность управлять  познавательной и учебной деятельности посредством пoстановки целей, планирования, контроля, коррекции   своих   действий   и   оценки   успешности   усвоения.   Пoследовательный   переход   к   самоуправлению   и   самoрегуляции   в   учебной деятельности обеспечивает базу будущего прoфессионального oбразования и самосовершенствования);  Пoзнавательные (исследoвания, поиск и отбор необходимой информации, ее структурирования; моделирование изучаемoго содержания, лoгические действия и операции, спосoбы решения задач);  Кoммуникативные (вoзможность  сотрудничества – умение слышать, слушать и понимать партнера, планировать и согласованно выполнять совместную   деятельность,   распределять   роли,   взаимно   контролировать   действия   друг   друга,   уметь   дoговариваться,   вести   дискуссию, правильно выражать свои мысли в речи, уважать в общении и сoтрудничества партнера и самого себя,  умение сотрудничать как с учителем, так и со сверстниками, умение и готовность вести диалoг, искать решения, оказывать поддержку друг другу). Педагогические   концепции,   на   основе   которых   разработана   программа:   достижение   не   только   предметных,   но   также   личностных   и метапредметных результатов общего образования, формировать познавательный интерес, умение решать проблемные задачи Эффективность   реализации   программы  заключается   во   взаимодействии   учителя   и   ученика;   способности   ученика   к   самореализации; мобильности учебной деятельности. Вид контроля ­  коррекция знаний. Планируемые результаты Любая качественная  и количественная  экспериментальная работа является средством развития исследовательских способностей учащихся. В процессе ее выполнения у учащихся вырабатываются навыки измерения массы, объема, плотности веществ, температуры. Ученики осваивают приемы работы с весами, бюретками, термометрами, биорганическим материалом   и т.д. Изучая количественную сторону химических явлений экспериментально,   ученики   начинают   более   глубоко   понимать   стехиометрические   законы   химии   и   правильно   использовать   их   в   процессе количественной оценки химических явлений; осознают значение соотношений между реагирующими веществами и продуктами реакций.  Таким образом, обучающиеся   должны уметь: осуществлять анализ условия задачи, составлять алгоритм её решения, оценивать правильность суждений, последовательность действий, легко и свободно проводить эксперимент, анализировать полученные результаты, сравнивать их с теоретическими данными,  составлять логический вывод о проведенной работе, о составе выданных веществ, смесей. Правильно оформлять полученные результаты.  Позиционный состав педагогической команды ­ учителя химии, биологии. Перечень основных содержательных блоков Биоорганическая химия   как фундаментальная наука, которая изучает строение и биологические функции важнейших компонентов живой материи. Объекты изучения, методы исследования и основные задачи биоорганической химии. Выделение в индивидуальном состоянии и очистка изучаемых   соединений.   Выяснение   связи   строения   и   биологических   функций   биополимеров   и   низкомолекулярных   биорегуляторов;   изучение химических механизмов их биологического действия. Техника безопасности при работе в химической лаборатории.  Приготовление   растворов   белка.   Качественные   реакции   белков   и   аминокислот.  Белковая   молекула   как     органический   биополимер. Качественные реакции на аминокислоты. Способы приготовления растворов белка. Яичный белок. Белок мяса. Белки молока Ксантопротеиновая реакция. Биуретовая реакция. Образование комплексов с металлами. Реакция Адамкевича на триптофан. Реакция Эрлиха на триптофан. Реакция Фоля на цистеин и цистин.  Биохимия   мышечной   ткани.  Виды   мышечной   ткани.   Мышечные   белки:  саркоплазматические   (альдолазы   миоальбумин,   миоглобулин), миофибриллярные (актин и миозин), белки стромы, миоглобин и др. Энергия, макроэргических связей АТФ. Углеводный состав мышц (гликоген), мышичные  жиры (фосфатиды, гликолипиды, стерины и стериды).  Азотистые экстрактивные вещества мышц ( АМФ, АДФ, АТФ, нуклеотиды, креатин ­ фосфат, карнозин, карнитин, полипептиды, аминокислоты и др.). Минеральные  вещества  мышечной ткани ( соли натрия, калия, кальция, магния, фосфор и сера,  железо, медь, никель, цинк, марганец и др.). Экстрактивные вещества Фракционирование белков мышечной ткани. Лабораторная работа «Белки и экстрактивные вещества мышечной ткани» Биологическое тестирование полученных соединений. Исследование  молекулярных механизмов процессов, происходящих в живом организме. Исследование состава и свойств белков молока.  Органометрические свойства. Минеральный состав. Органические вещества: белковый состав (фосфопротеиды, лактоальбумины и лактоглобулины), углеводный состав (л а к т о з а ), жиры (лактоглицериды), витамины (п р о в и т а м и н а А ), ферментативный состав (амилаза, каталаза,   ксантиноксидаза,   дегидразы).  Осаждение казеина.  Высаливание белков молока.   Осаждение белков молока солями тяжелых металлов. Биологическое тестирование полученных соединений. Решение задач и упражнений на определение состава пептидов.  Установление структуры, включая пространственное строение, на основе подходов   органической химии (гидролиз,   окислительное   расщепление,   расщепление   по   специфическим   фрагментам,   например,   по   остаткам метионина   при   установлении   строения   пептидов   и   белков,   расщепление   по   1,2­диольным   группировкам   углеводов   и   др.)   и физико­ химической химии с   применением   масс­спектрометрии,   различных   видов   оптической   спектроскопии   (ИК,   УФ,   лазерной   и   др.), рентгеноструктурного   анализа,   ядерного   магнитного   резонанса,   электронного   парамагнитного   резонанса,   дисперсии   оптического   вращения   и кругового дихроизма, методов быстрой кинетики и др. Совершенствование арсенала методов химического и химико­ферментативного синтеза сложных биополимеров. Основные   формы   и   методы:     лекция,   семинар,   экспериментальная   работа:   индивидуальные   (практические   работы),   групповые   (работа   в микрогруппах). Режим занятий: ежедневно с 1000 до 1300 Перечень   требований   к   условиям   осуществления   программы:   наличие   необходимого   оборудования   (приборы,   реактивы),   инструктивные (методические) карт, инструкция по технике безопасности, компьютер, интерактивна доска, соблюдение основных правил по технике безопасности при проведении экспериментальной работы. Формы последующего сопровождения: систематическое решение задач как теоретического так и практического плана. Формы и критерии оценки обучающихся: задания теоретического характера оцениваются по пятибалльной системе; задания практического содержания – по десятибалльной системе, включая следующие элементы: правильность решения задачи; оформление решения теоретической и практической части; соблюдение техники безопасности при выполнении практической части. Учебно­тематический план № п/п Наименование разделов, тем 1. 2. 3. 4. Биоорганическая химия   как   фундаментальная   наука. Приготовление   растворов   белка.   Качественные   реакции белков и аминокислот. Биохимия мышечной ткани Исследование состава и свойств белков молока Решение   задач   и   упражнений   на   определение   состава пептидов Количество часов Теория 1 Практика 2 1 1 1 2 2 2 Методическое обеспечение программы: Занятие   1.  Биоорганическая химия   как  фундаментальная   наука.  Приготовление   растворов   белка.   Качественные   реакции   белков   и аминокислот. Белковая молекула как  органический биополимер. Качественные реакции на аминокислоты. Способы   приготовления   растворов   белка.   Яичный   белок.   Белок   мяса.   Белки   молока.   Лабораторные   работы:  ксантопротеиновая   реакция, биуретовая реакция. Образование комплексов с металлами. Реакция Адамкевича на триптофан. Реакция Эрлиха на триптофан. Реакция Фоля на цистеин и цистин. Занятие 2. Биохимия мышечной ткани Виды мышечной ткани. Мышечные белки: саркоплазматические (альдолазы миоальбумин, миоглобулин), миофибриллярные (актин и миозин), белки стромы, миоглобин и др.  Энергия, макроэргических  связей АТФ. Углеводный  состав мышц (гликоген),  мышичные  жиры (фосфатиды, гликолипиды, стерины и стериды). Азотистые экстрактивные вещества мышц ( АМФ, АДФ, АТФ, нуклеотиды, креатин ­ фосфат, карнозин, карнитин, полипептиды, аминокислоты и др.). Минеральные  вещества  мышечной ткани ( соли натрия, калия, кальция, магния, фосфор и сера,  железо, медь, никель, цинк, марганец и др.). Экстрактивные вещества. Фракционирование белков мышечной ткани Лабораторная работа « Белки и экстрактивные вещества мышечной ткани» Занятие 3. Исследование состава и свойств белков молока. Органометрические свойства. Минеральный состав. Органические вещества: белковый состав   (фосфопротеиды,   лактоальбумины   и   лактоглобулины),   углеводный   состав   (л а к т о з а ),   жиры   (лактоглицериды),   витамины (п р о в и т а м и н а   А ),   ферментативный   состав   (амилаза,   каталаза,   ксантиноксидаза,   дегидразы).  Осаждение   казеина.  Высаливание   белков молока.  Осаждение белков молока солями тяжелых металлов. Биологическое тестирование полученных соединений. Занятие 4.  Решение задач и упражнений на определение состава пептидов. Установление структуры, включая пространственное строение, на основе подходов органической химии (гидролиз, окислительное расщепление, расщепление по специфическим фрагментам, например, по остаткам метионина   при   установлении   строения   пептидов   и   белков,   расщепление   по   1,2­диольным   группировкам   углеводов   и   др.)   и физико­ химической химии с   применением   масс­спектрометрии,   различных   видов   оптической   спектроскопии   (ИК,   УФ,   лазерной   и   др.), рентгеноструктурного   анализа,   ядерного   магнитного   резонанса,   электронного   парамагнитного   резонанса,   дисперсии   оптического   вращения   и кругового дихроизма, методов быстрой кинетики и др. Совершенствование арсенала методов химического и химико­ферментативного синтеза сложных биополимеров.  Занятие №1.  Биоорганическая химия   как фундаментальная наука. Приготовление растворов белка. Качественные реакции белков и аминокислот.  Белковая молекула представляет собой органический биополимер. Она может состоять от 2 3 десятков до нескольких тысяч аминокислотных остатков. Присутствие белка или белковых аминокислот в исследуемом биологическом материале может быть установлено рядом цветных качественных реакций, так как некоторые реагенты с белками и аминокислотами дают окрашенные продукты. Их образование обусловлено присутствием в молекуле белка или аминокислоты определенной химической группировки (пептидная связь, ароматическое кольцо, аминогруппа). ­α Качественные реакции на аминокислоты условно делят на две группы: универсальные и специфические. Универсальные реакции дают все  аминокислоты, а специфические реакции являются характерными только на индивидуальные аминокислоты. С помощью качественных реакций можно установить аминокислотный состав природных белков, белковую природу вещества, дать количественную оценку содержания той или иной аминокислоты в белке. α ­нафтола  Цель работы: освоить методики приготовления растворов белка из различных биологических объектов. Провести и изучить качественные реакции белков и аминокислот.  Приборы и реактивы: яичный белок (1 сырое яйцо); кусочки сырого мяса (10 г); молоко сырое (20 мл); 10 % раствор acl (20 мл); нас. водн. раствор ( 4 ) 2 S0 4 (30 мл); конц. раствор глицина (3 мл); 5 % раствор a 2 (1 мл); конц. СН 3 СН (1 мл); раствор пролина 0,02 % (1 мл); 1 %. раствор нингидрина в ацетоне (8 мл); сух. а 2 C 3 (1,5 г); нас. раствор пикриновой кислоты (3 мл); 5 % раствор нитропруссида натрия (3 мл); 25 % раствор 4 (2 мл); 0,1 % раствор сульфата меди (3 мл); 3 % раствор сульфата меди (5 мл); 10 % раствор a (20 мл); 0,02 % раствор аргинина (2 мл); конц. раствор тирозина (2 мл); реактив Миллона (5 мл); 0,02 % раствор триптофана (3 мл); конц. серная кислота (2 мл); реактив Эрлиха (1 мл); 0,2 % спиртовый раствор   (1 мл); раствор гипобромита натрия (1 мл); 40 % раствор мочевины (1 мл); 1 % раствор сульфаниловой кислоты в 5 % растворе Cl (1 мл); 0,5 % раствор a 2 (2 мл); 0,01 % раствор гистидина (2 мл); 10 % раствор а 2 C 3 (6 мл); 0,02 % раствор фенилаланина (1 мл); конц. 3 (6 мл); 20 % раствор a (6 мл); 0,02 % раствор цистеина (1 мл); 0,02 % раствор метионина (1 мл); 10 % раствор ацетата свинца (1 мл); штатив с 30 пробирками; спиртовка; стаканы на 50 мл (5 шт.); ножницы; ступка с пестиком; речной песок; фильтры марлевые (4 шт.); бумажные фильтры (2 шт.); фильтровальные воронки (3 шт.).  Выполнение опытов  Опыт 1. Приготовление растворов белка Яичный белок Белок сырого куриного яйца отделяют от желтка и смешивают в стакане при перемешивании с 5 10­кратным объемом дист. 2, фильтруют через двойной слой марли. Белок мяса Кусочки сырого мяса измельчают ножницами, помещают в фарфоровую ступку и растирают пестиком с речным песком постепенно приливая 20 мл 10 % раствора acl. Смесь выдерживают минут и фильтруют через двойной слой марли. Белки молока К 20 мл сырого молока добавляют равный объем насысенного раствора. При этом выпадают в осадок казеин и глобулины. Раствор с альбуминами фильтруют через бумажный фильтр. Полученные растворы белков используются в дальнейших опытах.  КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ БЕЛКОВ  Опыт 2. Нингидриновая реакция К 2 3 мл раствора белка, полученного в опыте 1 приливают 1 мл 1 % раствора нингидрина в ацетоне. Содержимое нагревают, развивается сине­фиолетовая окраска.  Опыт 3. Ксантопротеиновая реакция К 1 мл раствора белка приливают 0,5 мл конц. 3, нагревают до появления желтой окраски. После охлаждения добавляют 2 мл 20 % раствора a, растворы окрашиваются в оранжевый цвет (схема 1).  Опыт 4. Ксантопротеиновая реакция. Реакция с пикриновой кислотой К 2 мл раствора белка прибавляют 0,5 г a 2 C 3, приливают 1 мл нас. водного раствора пикриновой кислоты, нагревают. Желтая окраска раствора постепенно переходит в красную, вследствие восстановления пикриновой кислоты в пикраминовую кислоту.   Опыт 5. Биуретовая реакция К 2 мл раствора белка добавляют 4 мл 10 % раствора a и несколько капель 0,1 % раствора сульфата меди. На границе раздела слоев появляется розово­фиолетовое кольцо. Сделайте общий вывод для опытов  УНИВЕРСАЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ АМИНОКИСЛОТ Опыт 6. Реакция Ван­Слайка Аминокислоты, содержащие первичную аминогруппу, реагируют с азотистой кислотой с образованием неустойчивого диазосоединения, разлагающегося с выделением свободного азота и образованием оксикислоты. К 1 мл раствора глицина приливают равный объем 5 % раствора a 2 и 0,5 мл конц. Смесь осторожно взбалтывают. Выделяются пузырьки газа (схема 2).   Опыт 7. Нингидриновая реакция Аминокислоты, реагируя с нингидрином, образуют синефиолетовый комплекс (пурпур Руэманна). Пролин и α оксипролин, содержащие замещенные  ­аминогруппы, образуют с нингидрином производные, окрашенные в желтый цвет (схема 3). В пробирку приливают 1 мл раствора глицина, в другую такой же объем раствора пролина. В обе пробирки прибавляют по 0,5 мл 1 % раствора нингидрина в ацетоне. Содержимое пробирок нагревают до появления окраски. В первой пробирке появляется сине­фиолетовое окрашивание, во второй ярко­ желтое. пурпур Руэманна Схема 3.  α ­аминокислоты образуют внутрикомплексные соли с катионами двухвалентных металлов (схема 4). Опыт 8. Образование комплексов с металлами  Самыми устойчивыми являются соли меди, образующиеся в результате взаимодействия аминокислот с гидроксидом меди (II). В три пробирки наливают по несколько капель 3 % раствора сульфата меди (II) и в каждую пробирку прибавляют по несколько капель 10 % раствора a до образования осадка. Затем в одну пробирку добавляют 0,5 мл конц. раствора глицина, во вторую 0,5 мл раствора аргинина. Сравните окраску образовавшихся комплексных солей. Схема 4. Комплексы аминокислот с катионами двухвалентных металлов Сделайте общий вывод для опытов  СПЕЦИФИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ АМИНОКИСЛОТ  Опыт 9. Реакция Адамкевича на триптофан Реакция триптофана с альдегидами и альдегидокислотами в кислой среде приводит к образованию окрашенных   продуктов   конденсации.   Это   качественные   реакции   на   индольное   кольцо   триптофана   (схема   6).   К   1   мл   раствора   триптофана приливают 0,5 мл конц. C 3 C, перемешивают и осторожно по стенке пробирки, наклонив ее, приливают 1 мл конц. серной кислоты так, чтобы не происходило смешения жидкостей. На границе раздела слоев через некоторое время появляется красно­фиолетовое кольцо. Схема. 6.  Опыт 10. Реакция Эрлиха на триптофан К 1 мл раствора триптофана приливают 0,5 мл раствора п­ диметиламинобензальдегида в серной кислоте. Смесь нагревают до фиолетового окрашивания (схема 7).   Опыт 11. Реакция Сакагучи на аргинин Эта реакция применяется для идентификации гуанидиновой группировки аргинина. Аргинин с нафтолом и гипобромитом натрия образуют продукт конденсации нафтохинониминовое производное аргинина (схема 8). К 1 мл раствора аргинина прибавляют α 3 капли 10 % раствора a, 2 капли спиртового раствора  ­нафтола. Хорошо перемешивают и прибавляют 2 капли раствора гипобромита a, снова перемешивают. Для стабилизации ярко­красного окрашивания прибавляют 0,5 мл 40 % раствора мочевины.  Опыт   12.   Реакция   Паули   на   гистидин   Гистидин   в   щелочной   среде   реагирует   с   диазобензолсульфокислотой   с   образованием   2,5­(бис)­ азобензолсульфокислоты гистидина (схема 9). К 1 мл 1 % раствора сульфаниловой кислоты в 5 % растворе Cl прибавляют 2 мл 0,5 % раствора a 2, сильно встряхивают и сразу же приливают 2 мл раствора гистидина. После перемешивания содержимого пробирки приливают 6 мл 10 % раствора a 2 C 3. Развивается интенсивно вишнево­красная окраска. α Опыт 13. Ксантопротеиновая  реакция  Эта  реакция служит для  обнаружения  ­аминокислот, содержащих  ароматические радикалы. Тирозин, фенилаланин, триптофан при взаимодействии с конц. 3 образуют нитропроизводные (схема 10). К 1 мл раствора тирозина приливают 0,5 мл конц. 3 и нагревают до появления желтой окраски. После охлаждения добавляют 1 2 мл 20 % раствора a до появления оранжевой окраски. Почему оранжевая окраска не возникает в случае фенилаланина и триптофана? 14 Опыт 14. Реакция Фоля на цистеин и цистин При щелочном гидролизе «слабосвязанная сера» в серусодержащих аминокислотах легко отщепляется с образованием сероводорода, который реагирует со щелочью, образуя сульфиды калия или натрия. При добавлении ацетата свинца происходит образование осадка сульфида свинца (схема 11). К 1 мл раствора цистеина приливают 0,5 мл 20 % раствора aо. Смесь нагревают до кипения, а затем добавляют   0,5   мл   1,0   %   раствора   ацетата   свинца.   Наблюдается  выпадение  серочерного  осадка.  Сделайте   общий   вывод   для   опытов   После выполнения всех опытов качественные реакции белков и аминокислот обобщить в виде таблицы 1. 15 Занятие 2. Биохимия мышечной ткани Мышечная ткань составляет свыше 40% веса тела животных. Поперечнополосатые мышцы обеспечивают перемещение тела в пространстве и выполнение механической работы. Главной   составной   частью   мышц   являются   белки,   которые   подразделяют   на   саркоплазматические,   миофибриллярные,   белки   стромы, миоглобин и др. К саркоплазматическим белкам относятся белки миогеновой группы, обладающие альдолазной активностью. Кроме альдолазы из саркоплазматических белков выделены миоальбумин, миоглобулин и др. Миофибриллярные  белки  обеспечивают  сокращение мышц. Это актин  и миозин.  Миозин  и актин  могут соединяться,  а в присутствии аденозинтрифосфорной кислоты сокращаться, производя работу.  АТФ + расслабленный актомиозин + Н20  АДФ +  сокращенный актомиозин + Н3РО4. → Энергия, накопленная в макроэргических связях АТФ, при этом используется в мышцах для производства работы. Эта реакция и является тем звеном, в котором энергия химического процесса превращается в механическую. Миоглобин  находится   в  красных  мышцах.   Он  обладает  способносгыо,   подобно  гемоглобину,  связывать  и  отдавать  кислород,  поэтому способствует оснащению мышц кислородом. Основным углеводом мышц является гликоген, содержание которого в мышцах в среднем составляет 0,5—2,0 %. В мышцах обнаружены нейтральные жиры, фосфатиды, гликолипиды, стерины и стериды Азотистые экстрактивные вещества мышц весьма разнообразны. К ним относятся: АМФ, АДФ, АТФ, нуклеотиды, креатин ­ фосфат, карнозин, карнитин, полипептиды, аминокислоты и др. На долю минеральных веществ мышечной ткани приходится 1—1,5 %. Это преимущественно соли натрия, калия, кальция, магния и др. В мышщх содержится также фосфор и сера и в небольших количествах металлы — железо, медь, никель, цинк, марганец и др. Белки мышц можно разделить электрофорезом и с помощью экстракции водными и солевыми растворами. Мясо,   являющееся   важнейшим   продуктом   питания   человека,   представляет   собою   комплекс   различных   тканей.   В   состав   мяса   входят мышечная, соединительная, жировая и костная ткани.  Лабораторная работа «Белки и экстрактивные вещества мышечной ткани» 1. Фракционирование белков мышечной ткани 1 . 1 .   П о л у ч е н и е   в о д н о й   в ы т я ж к и   ( м и о г е н ,   м и о а л ь б у м и н ,   м и о г л о б и н ) Ход роботы Мышечную ткань (0,5 г) растирают в фарфоровой ступке с 10 каплями дистиллированной воды в течение 3—5 минут до получения гомогенной массы. К растертой мышечной кашице подливают при помешивании небольшими порциями (по 5—10 капель) дистиллированную воду (всего в количестве 3  м л ) . Водную вытяжку фильтруют через тройной слой марли. Остаток мышечной ткани сохраняют для получения солевой вытяжки, а с фильтратом проделывают биуретовую реакцию и высаливание альбуминов сернокислым аммонием. 1 . 2 .   П о л у ч е н и е   с о л е в о й   в ы т я ж к и   ( м и о з и н ,   а к т о м и о з и н ,   а к т и н ,   т р о п о м и о з и н ) Ткань,   оставшуюся   после   получения   водной   вытяжки,   отмывают   от   следов   водорастворимой   альбуминовой   фракции   путем   повторного экстрагирования новыми порциями воды до тех пор, пока промывная жидкость не перестанет давать биуретовую реакцию. Промывные жидкости выбрасывают. Отмытую ткань заливают в ступке 3  мл  5% раствора хлористого калия и растирают пестиком в течение 5 минут. В раствор переходит   глобулиновая   фракция   белков   мышечной   ткани.   Жидкость   отделяют   фильтрованием,   остаток   ткани   сохраняют   для   получения коллагена, а с небольшими порциями фильтрата проделывают биуретовую реакцию, реакцию высаливания глобулинов и осаждение белка путем разведения десятикратным объемом дистиллированной воды. 1 . 3 .   П о л у ч е н и е   к о л л а г е н а   м ы ш е ч н о й   т к а н и Для   удаления   следов   глобулиновой   фракции   остаток   ткани   отмывают   новыми   порциями   раствора   хлористого   калия   до   получения отрицательной биуретовой реакции. Промывную жидкость выбрасывают.    пробкой и трубкой в качестве холодильника, заливают 1  мл  дистиллированной воды и кипятят на сетке около 30 минут. При нагревании коллаген соединительной ткани частично гидролизуется, превращается в желатину и переходит в раствор. Горячий раствор фильтруют и с фильтратом проделывают биуретовую реакцию. Получается сине­фиолетовое окрашивание, характерное для растворов желатины.  2. Экстрактивные вещества Экстрактивными веществами называются органические вещества, растворимые в воде, содержащиеся в ткани в незначительном количестве. Они могут быть обнаружены только в концентрированных вытяжках — экстрактах.  Экстрактивные вещества делятся на азотистые и безазотистые. К   азотистым   относятся:   аденозинтрифосфорная,   аденозиндифосфорная,   адениловая   кислоты,   креатин,   креатинфосфат,   карнозин,   ансерин, карнитин. аминокислоты, молочная кислота и другие соединения. К безазотистым относятся: фосфорные эфиры углеводов, лактат, пируват и др. Креатинфосфорная   кислота,   или   фосфаген,   содержится   в   мышцах   в   количестве   0,2­0,5%   и   представляет   собой   производное   креатина   и фосфорной кислоты Креатинфосфат   участвует   в   реакции   форфорилирования   аденозиндифосфорной   кислоты,   образующейся    начальной   фазе   мышечного сокращения, и таким образом поддерживают концентрацию аденозинтрифосфорной кислоты на определенном уровне. Креатинфосфат   накапливается   в   мышцах   при   тренировке   и   обусловливает   большую   работоспособность   и   незначительную   утомляемость тренированных мышц. В образовании креатина принимают участие три аминокислоты: аргинин, глицин и метионин.  Открытие экстрактивных веществ Мышечную ткань (1 г) тщательно растирают в течение 3—5 минут в ступке с 10 каплями дистиллированной воды до получения гомогенной кашицы,   затем   добавляют   4  мл  воды   и   тщательно   растирают   еще   несколько   минут.   Содержимое   ступки   переносят   в   широкую   пробирку   и нагревают на открытом огне до кипения. Выпавший осадок белка отделяют фильтрованием, а полученный фильтрат используют для обнаружения экстрактивных веществ: креатина, карнозина и молочной кислоты. 2 . 1 .   О т к р ы т и е   к р е а т и н а При нагревании в кислой среде креатин теряет воду и превращается в креатинин; последний может быть обнаружен специфическими для него химическими реакциями. Ход работы В пробирку наливают 1 мл безбелкового фильтрата мышечной ткани и 2 капли 10 % раствора серной кислоты. Пробирку закрывают пробкой со стеклянной трубкой в качестве холодильника и помещают на асбестовую сетку. Жидкость кипятят в течение 30 минут. Креатин превращается в креатинин. Жидкость охлаждают, нейтрализуют 2—3 каплями 10 % раствора соды и с небольшими порциями ее проделывают цветные реакции на креатинин: а) с раствором пикриновой кислоты, б) с раствором нитропруссида натрия. 2.2. Открытие карнозина При нагревании раствора карнозина с диазореактивом в щелочной среде жидкость окрашивается в оранжево­красный цвет. Реакция обусловлена образованием о к р а ш е нн о г о   п р о д у к т а   к он д е н с а ц и и   к а р н о з ин а   с   диазобензосульфокислотой. Ход работы К 5 каплям безбелкового фильтрата прибавляют равный объем диазореактива и 3—4 капли 10% раствора углекислого натрия. Жидкость принимает оранжево­красное окрашивание. При добавлении реактива Уфельмана (FeCl3  и фенол) к раствору, содержащему молочную кислоту, жидкость окрашивается в зеленовато­ желтый цвет вследствие образования молочнокислого железа. 2.3. Открытие молочной кислоты Ход работы К 10 каплям 1% раствора фенола добавляют 1 каплю 1 % раствора хлорного железа. Получается реактив Уфельмана. К полученной жидкостй фиолетового цвета добавляют по каплям безбелковый фильтрат мышечной ткани. В присутствии молочной кислоты фиолетовая окраска жидкости переходит в желто­зеленую.  Занятие 3. Исследование состава и свойств молока. М о л о к о   представляет собой непрозрачную белую жидкость с желтоватым оттенком, сладковатого вкуса и слабого своеобразного запаха. Цвет молока в значительной степени зависит от содержания в молоке  п р о в и т а м и н а   А   —   к а р о т и н а ,   придающего ему желтоватый оттенок. Удельный вес ц е л ь н о г о  молока несколько выше воды —1,028 — 1,034, с н я т о г о —  1,032— 1,036, рН коровьего молока 6,57. Молоко состоит из молочной плазмы и жира, взвешенного в виде мельчайших шариков, размером 1—5 мк. Важнейшим белком молока является фосфопротеид — к а з е и н о г е н ,  имеющий ИЭТ — 4,7. В молоке имеются также л а к т а л ь б у м и н  и л а к т г л о б у л и н . Белки молока не свертываются   при   кипячении.   Свертывание   казеиногена   наступает   лишь   после   подкисления   молока.   При   подкислении   степень   диссоциации казеиногена значительно понижается. Свободный недиссоциированный казеиноген выпадает в осадок. Главной   составной   частью   липидов   молока   являются   т   р   и   г  л и ц е р и д ы   с   преобладанием:   олеиновой,   миристиновой,   пальмитиновой, лауриновой и масляной кислот.  Углеводы молока представлены преимущественно  л а к т о з о й .   Это дисахарид, состоящий из галактозы и глюкозы. Имеется небольшое количество глюкозы (0,1 %). Молоко при полноценном кормлении животных богато к а р о т и н о м   и   в и т а м и н о м  А, а также витаминами: С, Д, В, В2, Вв. В молоке содержится ряд ферментов: амилаза, каталаза,  ксантиноксидаза,   дегидразы и др. Минеральные вещества молока весьма разнообразны. Молоко богато кальцием (до 140 мг %), фосфором (80—100,0 мг %), калием (140,0 мг %), но сравнительно бедно железом. Количество железа в 1 л молока коров определяется на уровне 0,5, у коз — 0,45, у овец — до 1,1, у лошадей — до 0,7, у свиней — до 1,1 и у собак — до 4,1 мг. Состав молока зависит от индивидуальных особенностей животного, харакгера кормления и содержания. Физиологическое и патологическое состояние организма также влияет на состав и количество молока. Лабораторная работа «Качественный анализ молока. Белки молока. Казеиноген» К а з е и н о г е н   относится к группе фосфопротеидов. Он нерастворим в воде, но легко растворяется в слабых щелочах. При кипячении казеиноген не свертывается, соли казеиногена — к а  з е и н а т ы   —   со щелочными и щелочноземельными металлами легко растворимы. При гидролизе казеиногена среди других аминокислот получены в значительном количестве триптофан, тирозин и метионин. Глицина совсем нет. Казеиноген молока может быть выделен в виде казеина при действии на молоко кислотами, например, уксусной, молочной, соляной и другими или же в виде соли путем насыщения молока средними солями щелочных металлов (сернокислый аммоний, хлористый натрий). При скисании молока казеиноген   выпадает   в   виде   осадка   (казеин)   под   влиянием   молочной   кислоты,   образующейся   из   молочного   сахара   (лактозы)   в   результате молочнокислого брожения. Этот же процесс происходит под влиянием сычужного фермента в присутствии солей кальция. После   удаления   из   молока   казеиногена   получается   молочная   сыворотка,   в   которой   содержатся   молочные   альбумин   и   глобулин,   сахар   и минеральные соли. Жир захватывается осадком казеина. 1. Осаждение казеина Оборудование и реактивы.  Колбочки или стаканы. Воронки с фильтром. Уксусная кислота, 0,1% ­ный раствор. Едкий натрий, 1%­ный раствор. Сода,  водный раствор. Ход работы 25—30 мл молока разбавляют в стакане или колбе 3—4 объёмами воды и к жидкости прибавляют по каплям при помешивании 0,1%­ную уксусную кислоту до прекращения выделениях хлопьевидного белого осадка казеина, захватывающего с собой также и жиры.  Прибавлять кислоту надо очень осторожно, так как в избытке кислоты казеин легко растворяется. Осадок отфильтровывают, тщательно промывают на фильтре 2—3 раза водой. Осадок и фильтрат вместе с промывными водами сохраняют для дальнейшей работы. Небольшую часть осадка (казеин + жир) обрабатывают 1 %­ным раствором едкого натрия или раствором соды: казеин растворяется, жир остается во взвешенном состоянии. Жидкость фильтруют через влажный фильтр. Жир задерживается на фильтре. С фильтратом проводят реакции на белки (цветные и осаждение). 2. Молочные альбумины и глобулины Фильтрат от первого осадка, имеющий кислую реакцию от прибавленной уксусной кислоты при осаждении казеина, смешивают с насыщенным раствором хлористого натрия и кипятят. Происходит осаждение молочных альбумина и глобулина. Содержимое фильтруют. Осадок промывают, растворяют в дистиллированной воде и проводят с ним цветные реакции на белки. 3. Высаливание белков молока Оборудование и реактивы. Штатив с пробирками. Воронки с фильтром. Сернокислый аммоний, насыщенный раствор. Сернокислый аммоний (кристал.). Сулема водный раствор. К молоку прибавляют равный объём насыщенного раствора сернокислого аммония. При этом происходит осаждение казеина и молочного глобулина. Осадок отфильтровывают и насыщают фильтрат порошком сернокислого аммония, выпадает м о л о ч н ы й   а л ь б у м и н 4. Осаждение белков молока солями тяжелых металлов К раствору сулемы прибавляют немного молока. При этом осаждаются белки молока. На этом свойстве основано применение молока в качестве противоядия при отравлении солями тяжёлых металлов. Сулему (HgCl2) можно заменить солями кадмия, железа, свинца и др.  БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК  1. Анисимов А. А. Основы биохимии / А. А. Анисимов, А. Н. Леонтьева и др. М. : Высшая школа, с.  2. Румянцев Е. В. Химические основы жизни / Е. В. Румянцев, Е. В. Антина и др. М. : Химия, КолосС.  3. Березов Т. Т. Биологическая химия / Т. Т. Березов, В. Ф. Коровкин. М. : Медицина.  4. Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами / под ред. Е. С. Северина, А. Я. Николаева. М. : Гэотар­Мед.  5. Комов В. П. Биохимия / В. П. Комов, В. Н. Шведова. М. : Дрофа.  7. Овчинников Ю. А. Биоорганическая химия / Ю. Я. Овчинников. М. : Просвещение, с.  8. Тырков А. Г. Биоорганическая химия: курс лекций / А. Г. Тырков. Астрахань.  9. Строев Е. А. Биологическая химия / Е. А. Строев. М. : Высшая школа,  12. Тюкавкина Н. А. Биоорганическая химия / Н. А. Тюкавкина, Ю. И. Бауков. М. : Медицина.  13. Тырков А. Г. Химические основы жизни. Химические основы биологических процессов: Методические рекомендации к выполнению курсовой работы / А. Г. Тырков. Астрахань.  15. Тырков А. Г. Биоорганическая химия: сборник задач и упражнений / А. Г. Тырков, Н. А. Щурова. Астрахань.  16. Тырков А. Г. Биоорганическая химия: учебные программы / А. Г. Тырков. Астрахань.