Białka – zadania maturalne z chemii

8
zadań: 18
poleceń: 9
poleceń otwartych z oceną: 1
lekcji interaktywnych

Białka – reakcje charakterystyczne i właściwości fizykochemiczne

### Reakcje charakterystyczne białek Białka można łatwo wykryć za pomocą dwóch podstawowych reakcji chemicznych analizy jakościowej: reakcji biuretowej oraz reakcji ksantoproteinowej. **Reakcja biuretowa** pozwala na wykrycie **wiązań peptydowych**. Związek poddawany tej próbie musi posiadać w swojej budowie co najmniej dwa wiązania peptydowe (np. tripeptyd, oligopeptyd, białko). Odczynnikiem w reakcji jest świeżo strącony wodorotlenek miedzi(II) w silnie zasadowym środowisku (np. mieszanina CuSO₄ i zasady NaOH). Podczas reakcji błękitny, galaretowaty osad Cu(OH)₂ ulega roztworzeniu, a roztwór zabarwia się na **fioletowo** w wyniku powstawania związków kompleksowych z jonami Cu²⁺. **Reakcja ksantoproteinowa** służy do wykrywania białek zawierających reszty aminokwasów aromatycznych, takich jak **fenyloalanina, tyrozyna czy tryptofan**. Działanie stężonego kwasu azotowego(V) (HNO₃) i podgrzewanie skutkuje nitrowaniem pierścieni aromatycznych obecnych w cząsteczce (reakcja substytucji elektrofilowej). Objawia się to pojawieniem się **żółtego zabarwienia**. Dodanie do znitrowanej próbki zasady (np. wodnego roztworu amoniaku) zmienia barwę na **pomarańczową**. ### Denaturacja a wysalanie (koagulacja) Białka w roztworach wodnych tworzą roztwory koloidalne (zole). Stabilność tego układu zapewniają ładunki elektryczne na powierzchni makrocząsteczek oraz otoczka solwatacyjna (płaszcz wodny). Zniszczenie tych czynników powoduje wytrącanie się osadu (koagulację), która może mieć charakter odwracalny lub nieodwracalny. **Wysalanie (koagulacja odwracalna):** zachodzi pod wpływem soli metali lekkich, takich jak NaCl czy (NH₄)₂SO₄. Jony te wykazują silne powinowactwo do wody, przez co „zabierają” białku otoczkę wodną. Białko wytrąca się w postaci osadu, nie tracąc swojej struktury przestrzennej (wyższorzędowej). Dodanie nadmiaru wody pozwala na odwrócenie tego procesu (proces ten to **peptyzacja**). **Denaturacja (koagulacja nieodwracalna):** powoduje zniszczenie struktury drugo- i trzeciorzędowej białka (zrywanie mostków disiarczkowych i wodorowych). Jest wynikiem działania czynników ekstremalnych: soli metali ciężkich (Ag⁺, Cu²⁺, Pb²⁺, Hg²⁺), silnych kwasów i zasad, wysokiej temperatury lub rozpuszczalników organicznych (etanol). ### Przykład zadania z rozwiązaniem **Zadanie:** Jak odróżnisz probówkę z wodnym roztworem tripeptydu glicyloalanyloglicyny (Gly-Ala-Gly) od probówki z glicyną (Gly)? **Rozwiązanie:** Należy przeprowadzić reakcję biuretową (dodać mieszaninę CuSO₄ i NaOH). Tripeptyd posiada dwa wiązania peptydowe, zatem w jego probówce osad miedzi(II) roztworzy się, dając roztwór w kolorze fioletowym. Glicyna to wolny aminokwas (brak wiązania peptydowego), z którym osad wodorotlenku miedzi(II) utworzy szafirowy roztwór.

Zapamiętaj

Reakcja biuretowa wykrywa obecność min. 2 wiązań peptydowych - zmiana barwy z niebieskiej na fioletową.
Reakcja ksantoproteinowa wykrywa aromatyczne reszty aminokwasowe - zabarwienie żółte pod wpływem stęż. HNO₃.
Wysalanie (sole metali lekkich) jest odwracalne - białko po dodaniu wody ulega peptyzacji.
Denaturacja (wysoka temp., sole metali ciężkich, mocne kwasy) to nieodwracalne zniszczenie struktury przestrzennej białka.

Typowe błędy

Mylenie soli powodujących wysalanie z solami powodującymi denaturację (np. CuSO₄ vs (NH₄)₂SO₄).
Zakładanie, że każdy aminokwas i dipeptyd dadzą fioletowe zabarwienie w reakcji biuretowej (wymagane są min. dwa wiązania peptydowe, dipeptydy i aminokwasy nie dają tego koloru).
Stosowanie pojęć 'rozpuszczanie' zamiast 'roztwarzanie' przy reakcjach chemicznych (np. w reakcji biuretowej Cu(OH)₂ chemicznie roztwarza się tworząc kompleks).

Wymagania podstawy programowej

XII.3.1 Projektuje doświadczenia wykrywające białka (reakcja biuretowa, ksantoproteinowa) i badające czynniki denaturujące.

Przykładowe zadania

Zadanie 1

Dane są wzory półstrukturalne (grupowe) dwóch tripeptydów: 1. Gly-Ala-Gly 2. Gly-Tyr-Ala Oba peptydy poddano działaniu stężonego roztworu kwasu azotowego(V).

1.1 Wyjaśnij, dlaczego tylko jeden z tych peptydów daje pozytywny wynik reakcji ksantoproteinowej. Wskazując ten peptyd, odwołaj się do jego budowy cząsteczkowej. (1 pkt)
Pokaż odpowiedź
Odpowiedź: Pozytywny wynik tej reakcji (żółte zabarwienie) da tylko peptyd 2 (Gly-Tyr-Ala), ponieważ zawiera on w swojej budowie resztę tyrozyny, w której obecny jest pierścień aromatyczny ulegający reakcji nitrowania. Peptyd 1 nie posiada w swojej strukturze pierścienia aromatycznego.
Reakcja ksantoproteinowa wykrywa obecność pierścieni aromatycznych (np. w resztach tyrozyny, tryptofanu lub fenyloalaniny).
1.2 Wybierz typ reakcji chemicznej, która odpowiada za powstawanie żółtego zabarwienia podczas reakcji ksantoproteinowej. (1 pkt)
- A. Addycja elektrofilowa
- B. Eliminacja
- C. Substytucja nukleofilowa
- D. Substytucja elektrofilowa
Pokaż odpowiedź
Odpowiedź: D. Substytucja elektrofilowa
Zółte zabarwienie w reakcji ksantoproteinowej powstaje w wyniku reakcji nitrowania pierścienia aromatycznego reszt aminokwasów. Jest to reakcja substytucji elektrofilowej.

Zadanie 2

W trzech nieopisanych probówkach znajdują się wodne roztwory: albuminy (białka jaja kurzego), glicyny (kwasu aminoetanowego) oraz glukozy. Do dyspozycji masz wyłącznie świeżo strącony wodorotlenek miedzi(II) w środowisku silnie zasadowym (mieszaninę CuSO₄ i nadmiaru NaOH).

2.1 Zaprojektuj doświadczenie, za pomocą którego jednoznacznie zidentyfikujesz probówkę zawierającą roztwór albuminy. Opisz wykonanie doświadczenia i podaj obserwacje potwierdzające obecność białka. (2 pkt)
Pokaż odpowiedź
Odpowiedź: Wykonanie: Do wszystkich trzech probówek z roztworami należy dodać zawiesinę wodorotlenku miedzi(II) w roztworze NaOH i wymieszać w temperaturze pokojowej. Obserwacje: W probówce z albuminą niebieski osad roztwarza się, a roztwór przyjmuje fioletowe zabarwienie. (W pozostałych probówkach powstają szafirowe roztwory).
Białka (zawierające co najmniej dwa wiązania peptydowe) w reakcji ze świeżo strąconym Cu(OH)₂ w środowisku zasadowym dają charakterystyczne fioletowe zabarwienie (reakcja biuretowa). Glicyna da roztwór szafirowy, a glukoza (bez ogrzewania) również szafirowy roztwór.
2.2 Oceń prawdziwość poniższych zdań dotyczących reakcji biuretowej. (1 pkt)
- 1. W reakcji biuretowej jony Cu²⁺ ulegają redukcji do jonów Cu⁺, co objawia się zmianą barwy. (P/F)
- 2. Pojedyncze wolne aminokwasy białkowe nie dają pozytywnego wyniku reakcji biuretowej. (P/F)
- 3. Fioletowy produkt reakcji biuretowej jest rozpuszczalnym w wodzie związkiem kompleksowym. (P/F)
Pokaż odpowiedź
Odpowiedź: 1 – F, 2 – P, 3 – P
Reakcja biuretowa jest pozytywna tylko dla związków posiadających co najmniej dwa wiązania peptydowe (np. tripeptydy i większe cząsteczki), dlatego pojedyncze aminokwasy jej nie ulegają. Fioletowe zabarwienie wynika z powstania związku kompleksowego miedzi(II).

Ćwicz ten dział z oceną – Premium Załóż darmowe konto