Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Wydział Nauk o śywności i Rybactwa

Zakład Opakowalnictwa i Biopolimerów

I N S T R U K C J A

Ć

W I C Z E N I E 7

Aminokwasy, peptydy, białka

(podstawowe właściwości i wybrane reakcje charakterystyczne)

Białka

Aminokwasy

Aminokwasy są to związki dwufunkcyjne, których cząsteczki zawierają grupy
karboksylowe i aminowe:

grupa aminowa:

N

H

H

grupa karboksylowa:

C

O

O

H

Nomenklatura aminokwasów:

Naturalne aminokwasy posiadają nazwy zwyczajowe tworzone poprzez dodanie do nazwy
macierzystej przedrostka amino

−

:

np. NH

2

−

CH

2

−

COOH kwas aminooctowy (glicyna)

Nazewnictwo zwyczajowe tworzy się podobnie jak fluorowco

−

lub hydroksokwasów; np.

NH

2

−

CH

2

−

COOH kwas aminoetanowy, kwas

α−

aminooctowy

Podział

Ze względu na skład chemiczny

•

obojętne (zawierają jedną grupę karboksylową i jedną aminową)

np.:

C H

2

C O O H

NH

2

glicyna (Gly)

C H

2

C O O H

NH

2

C

H

3

Alanina (Ala)

CH

2

COOH

NH

2

H

C

C

H

3

C

H

3

Walina (Val)

H

C

C

H

3

C

H

3

CH

2

COOH

NH

2

CH

2

Leucyna (Leu)

CH

2

COOH

NH

2

H

C

2

CH

C

H

3

C

H

3

Izoleucyna (Ile)

•

obojętne, ale zawierające jeszcze inne grupy funkcyjne;

CH

COOH

NH

2

H

C

2

HO

Tyrozyna (Tyr)

CH

COOH

NH

2

H

C

2

HO

Seryna (Ser)

CH2

COOH

NH2

CH

CH

C

C

C

N

CH

HC

HC

CH

H

Tryptofan (Trp)

HS



CH

2



CH



COOH Cysteina (Cys)



NH

2

CH2

COOH

NH2

CH

C

H2N

O

Asparagina (Asn)

CH2

COOH

NH2

CH

C

H2N

O

CH2

Glutamina (Gln)

•

kwasowe charakteryzują się dodatkową grupą karboksylową

COOH

NH2

CH

C

HO

O

CH2

Kwas asparaginowy (Asp)

CH2

COOH

NH2

CH

C

HO

O

CH2

Kwas glutaminowy (Glu)

•

zasadowe charakteryzują się dodatkową grupą aminową

(CH

2

)

4

COOH

NH2

CH

H

2

N

Lizyna (Lys)

(CH

2

)

3

COOH

NH2

CH

NH

C

NH

H2N

Arginina (Arg)

CH2

COOH

NH2

CH

CH

C

N

HC

N

H

Histydyna (His)

Podział w zależności od ustawienia grupy aminowej w stosunku do grupy karboksylowej;

•

aminokwas

α

CH

3



CH

2



CH



COOH kwas

α−

aminomasłowy



NH

2

•

aminokwas

β

CH

3



CH



CH

2



COOH kwas

β−

aminomasłowy



NH

2

•

aminokwas

γ

CH

2



CH

2



CH

2



COOH kwas

γ−

aminomasłowy



NH

2

Podział aminokwasów w zależności od możliwości syntezy aminokwasu w organizmie
na:

•

endogenne (organizm potrafi je syntetyzować)

•

egzogenne (muszą być dostarczane z zewnątrz wraz z pożywieniem),

należą do nich: fenyloalanina, izoleucyna, leucyna, lizyna, metionina,
tryptofan, treonina, walina.

Metody otrzymywania aminokwasów

1)

Hydrolityczny rozkład białka:

•

enzymatyczny

−

przy użyciu enzymów proteolitycznych

•

hydroliza kwasowa

−

działanie wyższej temperatury na preparaty białkowe

znajdujące się w 6M HCl lub 25% H

2

SO

4

. Rozkładowi ulegają tryptofan i

treonina.

•

hydroliza zasadowa

−

w obecności stężonego NaOH lub Ba(OH)

2

. Rozkładowi

ulegają cysteina i arginina

2)

Reakcja fluorowcokwasów z amoniakiem

CH3

COOH

+Br2, T

-HBr

COOH

CH2

Br

NH2

CH2

COOH

+2NH

3

-NH

4

Br

3)

Reakcja aldehydów z cyjankiem amonowym ( reakcja cyjanohydrynowa)

CH3CHO

+NH

3

, +HCN

-H

2

O

CN

CH

CH3

NH2

CH

COOH

+2H

2

O

-NH

3

CH3

NH2

Właściwości fizyczne

Aminokwasy występują przede wszystkim jako substancje stałe, krystaliczne. Posiadają
słodki smak. Rozpuszczalność w wodzie jest dobra, posiadają wysokie temperatury topnienia,
natomiast nie rozpuszczają się w rozpuszczalnikach organicznych.

Właściwości chemiczne

1)

Aminokwasy jako substancje amfoteryczne

W roztworach wodnych aminokwasy wykazują odczyn prawie obojętny a w wyniku
dysocjacji powstaja jony:

NH

R

COO

CH

3

-

+

H O

2

COO-

R

NH3+

+ H

+

NH2

R

COOH

CH

Jon obojnaczy to wewnątrzcząsteczkowe zobojętnienie grupy aminowej (

−

NH

2

)

resztą karboksylową co powoduje utworzenie wewnętrznej soli amoniowej. Taka sól posiada
jednocześnie ładunek dodatni jak i ujemny, ilości tych jonów równoważą się. W zależności od

ś

rodowiska w jakim znajduje się aminokwas ( środowisko kwaśne H

+

lub środowisko

zasadowe OH

−

) może występować w formie kationu bądź anionu.

Gdy będzie to środowisko kwaśne wówczas grupa ujemna aminokwasu przyjmuje H

+

co

powoduje cofnięcie dysocjacji grupy karboksylowej i wówczas dany aminokwas posiada
ładunek dodatni.

W przypadku odwrotnym (środowisko zasadowe) następuje przesunięcie reakcji w

kierunku powstawania anionu (odłączenie koordynacyjnie związanego protonu i przyłączenie
z jonem OH

−

−

powstanie wody).

NH

R

COO

CH

3

+

H

-

NH

R

COO

CH

3

+

-

NH

R

COO

CH

2

+

[ ]

H

+

[ ]

H

+

-

+

]

-

O H

[

- ]

-

O H

[

Punkt izoelektryczny

−−−−

pI:

Dla każdego aminokwasu istnieje takie pH, w którym nie obserwuje się wędrówki jonów w
polu elektrycznym. W punkcie izoelektrycznym aminokwas występuje jako jon obojnaczy.

Aminokwasy ze względu na swoją amfoteryczność ( występowanie jonu obojnaczego) dają
jonowo zbudowane sole pod wpływem kwasów jak i zasad.

NH2

R

COOH +HCl

COOH]

+

Cl

-

R

[NH3

NH2

R

COOH + NaOH

COO

-

+ Na

+

+ H

2

O

R

NH

2

2)

Tworzenie wiązań peptydowych

CH2

COOH +

NH2

CH

H2N

COOH

CH3

CH3

COOH

HN

CH

CH2

C

NH2

O

-H2O

3)

Reakcje grupy karboksylowej:

•

reakcja estryfikacji

−

polega ona na reakcji aminokwasu wraz z alkoholem powstają

wówczas estry ( nie posiadaja one właściwości amfoterycznych), a wykazują właściwości
aminy.

CH

NH2

COOH + HOC2H5

R

+ H+
-H

2

O

[R

COOC2H5]

+

NH2

CH

+ OH

-

-H

2

O

CH

NH2

COC2H5

R

•

dekarboksylacja

−

aminokwasy mogą przekształcić się w aminy gdy na nie zadziałamy

podczas ogrzewania roztworem Ba(OH)

2

CH

NH2

COOH

R

T

R

+ CO2

NH2

CH2

•

tworzenie kompleksów

−

α−

aminokwasy tworzą kompleksy z kationami metali (głównie

miedzi). Powstają wówczas barwne sole kompleksowe.

4)

Reakcje grupy aminowej:

•

Deaminacja

−

aminokwasy posiadające I

−

rzędową grupę aminową pod wpływem kwasu

azotowego (III) utleniają się do hydrokwasu i uwalniają grupę aminową w postaci azotu.

CH

NH2

COOH + HONO

R

R

+ N2 + H2O

CH

OH

COOH

Są różne rodzaje deaminacji:

hydrolityczna

hydrolityczna z dekarboksylacją

przez redukcję

desaturatywna

•

Utlenianie
Utlenianie aminokwasów prowadzi do powstawania ketokwasów.

NH2

R

COOH

CH

+

+

-

NH

R

COOH

C

R

COOH

C

O

NH3

+

[ ]

O

[ ]

2H

H O

2

•

Zasady Schiffa
Aminokwasy, które są powiązane w postaci zasady Schiffa mogą ulegać różnym
przemianom biochemicznym tj. transaminacja, dekarboksylacja.

+

NH2

R

COOH

CH

O

C

H

R

R

CH

N

CH

R

COOH

+ H O

2

Ba(OH)

2

Wykrywanie aminokwasów

1.

Reakcja ninhydrynowa

Aminokwasy w tej reakcji wraz z ninhydryną dają fiołkowoniebieskie zabarwienie.

R

COOH

NH2

CH

O

OH

OH +

O

2

Zasada

O O

O

O

N

+ Zasada. H + 3 H2O + R

C

O

H

2.

Reakcja ksantoproteinowa

Reakcja te służy do wykrywania aminokwasów aromatycznych (fenyloalanina,
tyrozyna, tryptofan). Dodanie stężonego kwasu azotowego (V) powoduje
występowanie żółtego zabarwienia, spowodowanego powstaniem pochodnych
nitrowych aminokwasów.

Peptydy

Są to związki powstające w wyniku kondensacji aminokwasów. Wiązanie peptydowe
wygląda następująco:

C

NH

O

Podział peptydów:

1.

Dipeptydy

CH2

COOH +

NH2

CH

H2N

COOH

CH3

CH3

COOH

HN

CH

CH2

C

NH2

O

-H2O

2.

Tripeptydy np.: glutation

3.

Tetrapeptydy

4.

Polipeptydy: polimery aminokwasów o masie cząsteczkowej do 10000.

Glutation:

Zbudowany jest z trzech aminokwasów: kwasu glutaminowego, cysteiny

i glicyny. Glutation pełni rolę układu odpowiadającego za utrzymanie na odpowiednim
poziomie potencjału oksydoredukcyjnego komórek. W postaci zredukowanej zawiera grupę
tiolową

−

SH, a w postaci utlenionej ditiogrupę

−

S

−

S

−

.

Niektóre hormony są peptydami np.: wazopresyna (zbudowana z 9 aminokwasów

i jednego mostka disiarczkowego), oksytocyna (zbudowana również z 9 aminokwasów).

Białka

Białka są to polimery aminokwasów białkowych połączone wiązaniami peptydowymi.

Są to polipeptydy zbudowane z więcej niż 100 reszt aminokwasowych, posiadające masę
cząsteczkową wyższą niż 10000.

Budowa białek

Budowa białek jest złożona. W celu jej określenia podaje się tzw. struktury:
1.

Struktura I

−

rzędowa określa ona sekwencję aminokwasów w cząsteczce białka czyli

kolejne ułożenie aminokwasów w białku.

2.

Struktura II

−

rzędowa mówi nam o układzie przestrzennym wynikającym z obecności

wiązań wodorowych. Są dwie konformację łańcucha polipeptydowego. Pierwsza z nich
mówi o kształcie łańcucha w formie prawoskretnej linii śrubowej tzw.

α−

heliks. Druga

nazywana jest strukturą

β−

harmonijką, mówimy o niej wówczas, gdy łańcuchy

peptydowe układają się równolegle do siebie i łączą się wiązaniami wodorowymi.
Konformację

α−

heliksu posiadają białka globularne a

β

białka budulcowe.

3.

Struktura

III

−

rzędowa

charakteryzuje

pofałdowanie

łańcuchów

peptydowych

w przestrzeni ( skręcenie łańcucha polipeptydowego). Bardzo ważną rolę odgrywają tutaj
wiązania siarczkowe

−

S

−

S

−

tworzące się między resztami cysteiny. Dzieki tym

wiazaniom białka sa bardziej odporne na czynniki denaturujące. Innymi ważnymi
połączeniami wewnątrz białka są siły Wan der Waalsa.

4.

Struktura IV

−

rzędowa, określa ilość i wzajemne ułożenie podjednostek cząsteczkowych

(pojedyńczych łańcuchów) białek. Są to struktury bardzo złożone.

Właściwości fizyko

−−−−

chemiczne białek

Białka są na ogół rozpuszczalne w wodzie, niektóre rozpuszczają się w rozcieńczonych
roztworach kwasów i zasad a inne w rozpuszczalnikach organicznych. Ulegaja hydratacji
poprzez wykazanie zdolności do wiązania cząsteczek wody. Początkowo pęcznieją
a następnie się rozpuszczają. Tworzą cząstki koloidalne. Na ich rozpuszczalność ma też
wpływ stężenie soli nierganicznych. Niewielkie stężenie wpływają dodatnio, ale
przekroczenie pewnego stężenia powoduje oddzielenie wody i wypadanie ich z roztworu
(wysalanie)

−

jest to proces odwracalny i nie narusza ich struktury, niszczy jedynie ich otoczkę

solwatacyjną. Białka ulegają procesowi koagulacji i procesowi odwrotnemu - peptyzacji.
Koagulacja jest to przejście zolu w żel, a peptyzacja jest to przejście żelu w zol.
Denaturacja białka

−

jest to zniszczenie struktury II, III, IV

−

rzędowej bez naruszenia

struktury I

−

rzędowej. Czynikami deneturującymi są:

mocne kwasy i zasady

wysoka temperatura

sole metali ciężkich

alkohole,aldehydy

promieniowanie UV i X

Dzięki obecności w cząsteczce białka ładunków elektrycznych posiadają one właściwość
poruszania się w polu elektrycznym. Przy warunkach sprzyjających tworzeniu ładunków (+)
białko przesuwa się w stronę katody, natomiast w odwrotnych warunkach przesuwa się w
stronę anody. Wykorzystano tą właściwość do rozdzielenie miesznin białek na drodze
elektoforezy.

Podział białek

Podstawowy podział białek:
1.

Białka proste

−

proteiny, które po hydrolizie dają wyłącznie aminokwasy

2.

Białka złożone

−

proteidy, zawierają one oprócz aminokwasów inne niebiałkowe

składniki np.: grupę prostetyczną

Białka proste:

1.

Protaminy

2.

Histony

3.

Albuminy

4.

Globuliny

5.

Prolaminy

6.

Gluteiny

7.

Skleroproteiny

Białka złożone:

1.

Fosfoproteidy

2.

Nukleoproteidy

3.

Chromoproteidy

4.

Metaloproteidy

5.

Glikoproteidy

6.

Lipoproteidy

Zagadnienia do przygotowania:

Aminokwasy

−

wzory, definicja, nazewnictwo, klasyfikacja, wykrywanie.

Właściwości chemiczne aminokwasów

−

reakcje charakterystyczne.

Klasyfikacja i budowa peptydów.

Właściwości fizyko

−

chemiczne białek.

Napisać reakcje alaniny z:
a)

HNO

2

b)

HCl

c)

H

2

O

d)

CH

3

OH

e)

KOH

Podaj równania reakcji dla powyższych syntez:
a)

etan

−

alanina

b)

metan

−

glicyna

c)

etan

−

glicyloalanina

Podać zawartość procentową azotu w kwasie

α−

aminopropinowym.

Związek organiczny zawiera 48,6% węgla, 8,1% wodoru, 43,3% tlenu. W reakcji z
bromowodorem daje on bromopochodną o masie molowej większej o 79 g/mol od
związku wyjściowego. Bromopochodna ta reaguje z amoniakiem tworząc aminokwas.
Podaj nazwę aminokwasu i związku.

Podać strukturalny wzór związku zawierającego 77,4% węgla, 7,5% wodoru i 15,1%
azotu. Masa cząsteczkowa związku wynosi 93 g.

Ćwiczenie 1. Badanie właściwości kwasu aminooctowego.

Kwas aminooctowy (glicyna) to biała krystaliczna substancja stała, która dość dobrze
rozpuszcza się w wodzie. Odczyn powstałego roztworu jest obojętny.

Przebieg ćwiczenia:
a)

Część pierwsza doświadczenia

1.

Przygotować roztwór glicyny !

0,5g

glicyny

(odważyć

na

wadze

w

naczyńku

wagowym)

rozpuścić

w 3 cm

3

H

2

O destylowanej (czynność wykonać w probówce ).

2.

Do małej kolbki stożkowej wlać niewielką ilość 5% NaOH, wkroplić kroplę
fenoloftaleiny.

3.

Do probówki z roztworem glicyny dodawać kroplami 5% roztwór NaOH zabarwiony
fenoloftaleiną (znajdujący się w kolbce stożkowej).

Barwa w środowisku

Nazwa

wskaźnika

kwaśnym

zasadowym

Zakres pH

zmiany barwy

Ilość kropli

dodawana do

roztworu

fenoloftaleina

-

czerwono -

fioletowa

8,2 – 10,0

1

b) Część druga doświadczenia
1.

Przygotować roztwór glicyny !

0,5g

glicyny

(odważyć

na

wadze

w

naczyńku

wagowym)

rozpuścić

w 3 cm

3

H

2

O destylowanej (czynność wykonać w probówce).

2.

Do drugiej probówki wlać 3 cm

3

H

2

O destylowanej.

3.

Do każdej z nich dodać po 0,5 cm

3

5% HCl.

4.

Zbadać odczyn w próbówkach papierkiem uniwersalnym.

Zadania i pytania:
1. Opisać obserwacje i spostrzeżenia z przeprowadzonego doświadczenia.

Ćwiczenie 2. Wykrywanie aminokwasów
Alfa

−

aminokwasy tworzą z ninhydryną barwne połączenia. Wykorzystuje się to

w chromatografii bibułowej, aby rozdzielić składniki mieszaniny aminokwasów.
Po „rozwinięciu” chromatogram suszy się i spryskuje odczynnikiem ninhydrynowym.

Przebieg ćwiczenia:
1.

Odważyć w naczyńku wagowym na wadze analitycznej 0,2g

α−

aminokwasu.

2.

Zawartość przesypać do probówki następnie dodać 2 cm

3

wody.

3.

Zawartość probówki wymieszać.

4.

Następnie dodać 3

−

5 kropli roztworu ninhydryny.

5.

Mieszaninę ogrzewać nad palnikiem gazowym do wrzenia.

6.

Powstanie niebieskiego zabarwienia świadczy o obecności

α−

aminokwasu.

Zadania i pytania

1. Opisać obserwacje i spostrzeżenia z przeprowadzonego doświadczenia.

Ćwiczenie 3. Badanie właściwości fizycznych białek

Białko jaja kurzego (albumina) rozpuszcza się wodzie tworząc roztwór koloidalny. Duże
cząsteczki białek z uwagi na obecność silnie polarnych grup:

−

COOH,

−

NH

2

,

−

OH ulegają

solwatacji. Dodanie mocnego elektrolitu niszczy otoczkę solwatacyjną. Wówczas nastąpi
wytrącenie białka z roztworu zwane wysoleniem. Jest to proces odwracalny. Pod wpływem
soli metali ciężkich, mocnych kwasów, formaliny itp. zachodzi wytrącenie białka
z roztworów w sposób nieodwracalny

−

denaturacja.

Przebieg ćwiczenia:
Przygotowanie roztworu białka !
1.

5g białka jaja (oddzielić białko od żółtka, odważyć 5g białka na wadze analitycznej
w naczyńku wagowym)

2.

Przelać białko do kolby miarowej na 200 cm

3

(przy użyciu lejka) dodać

195 cm

3

wody destylowanej (odmierzyć cylindrem miarowym) dodać do kolby miarowej

zamknąć korkiem i wymieszać.

Wysalanie białka
1.

Do probówki wlać 2 cm

3

roztworu białka

2.

Następnie do probówki dodać 2 cm

3

nasyconego roztworu (NH

4

)

2

SO

4

.

3.

Dodać do probówki 10 cm

3

wody destylowanej i wstrzasnąć.

Denaturacja białka
1.

Przygotować 5 próbówek,

2.

Do każdej probówki dodać 2 cm

3

roztworu białka,

3.

Do pierwszej dodać kilka kropli 5% Pb(NO

3

)

2

,

4.

Do drugiej dodać kilka kropli 5% HgCl

2

,

5.

Do trzeciej dodać kilka kropli stężonego H

2

SO

4

,

6.

Do czwartej dodać kilka kropli formaliny,

7.

Ostatnią probówkę wstawić do wrzacej łaźni wodnej i ogrzewać do wrzenia,

8.

Na koniec do każdej z probówek dodać 10 cm

3

wody destylowanej i wstrząsnąć.

Zadania i pytania:
1. Opisać obserwacje i spostrzeżenia z przeprowadzonego doświadczenia.

Ć

wiczenie 4. Wykrywanie białek

Do wykrywania białek stosuje się poniższe reakcje:

−

reakcja biuretowa, polega ona na powstawaniu fioletowoniebieskiego kompleksu

białka z wodorotlenkiem miedzi (II). Reakcja ta daje pozytywne efekty w przypadku białek
(od tetrapeptydów), dają ją również niektóre substancje niebiałkowe np.:biuret,

−

reakcja ksantoproteinowa

−

jest to nitrowanie (działanie stężonych kwasem

azotowym (V) związków posiadajacych pierścień aromatyczny występujących w białkach
np.: fenyloalanina i tworzeniu żółtego zabarwienia,

−

reakcja cystynowa

−

wykrywa ona białka zawierające związki siarki. Po zasadowej

hydrolizie tworzy się siarczek (II) sodu, który reaguje z solami ołowiu (II), tworząc czarny
osad siarczku ołowiu,

−

reakcja ninhydrynowa

−

aminokwasy reagują z ninhydryną tworząc barwne

związki.

Przebieg ćwiczenia:

Reakcja biuretowa
1.

Przygotować dwie probówki

2.

Do pierwszej probówki dodać 2 cm

3

mleka

3.

Do drugiej probówki dodać 2

cm

3

roztworu białka (wcześniej przygotowanego patrz

ć

wiczenie 3).

4.

Do obu probówek dodać po 2 cm

3

stężonego NaOH oraz kilka kropli CuSO

4

.

Reakcja ksantoproteinowa
1.

Przygotować dwie probówki

2. Do pierwszej probówki dodać 2 cm

3

mleka

3.

Do drugiej probówki dodać 2

cm

3

roztworu białka (wcześniej przygotowanego patrz

ć

wiczenie 3).

4.

Do obu probówek wlać po 1 cm

3

stężonego HNO

3

.

5.

Probówki ogrzewać w łaźni wodnej przez 3 minuty aż roztwór zabarwi się na żółto.

6.

Probówki ochłodzić pod zimną wodą.

7.

Do

każdej

probówki

dodać

1

cm

3

stężonego

roztworu

NaOH

[ OSTROśNIE! Dodaje prowadzący!!!]

Reakcja ninhydrynowa

1.

Do probówki wlać 1 cm

3

mleka i 1 cm

3

0,1% roztworu ninhydryny .

2.

Probówkę ogrzać w łażni wodnej.

Zadania i pytania:
1. Opisać obserwacje i spostrzeżenia z przeprowadzonego doświadczenia