1.9: Виявлення біомолекул

Цілі навчання

Цілі:

• Використовуйте показники, щоб виявити характеристики рішення.
• Використовуйте індикатори для визначення вмісту невідомого розчину.
• Використання позитивного та негативного контролю для перевірки тесту.

Результати навчання студентів:

Після закінчення цієї лабораторії студенти зможуть:

• Опишіть властивості деяких важливих біомолекул.
• Поясніть важливі характеристики білків і вуглеводів.
• Проведіть тести, щоб виявити наявність вуглеводів і білків.
• Поясніть важливість контролю в біохімічних тестах.
• Використовуйте біохімічний тест для виявлення присутності молекули в невідомому розчині.

ВСТУП

Макромолекули життя: білки, вуглеводи та ліпіди

Клітини живих організмів складаються з великих молекул (макромолекул), іноді також називають органічними молекулами через присутність елемента вуглецю. Дуже багато органічних молекул, що містяться в живих організмах, - це вуглеводи, білки, ліпіди та нуклеїнові кислоти. Кожна з цих макромолекул складається з менших субодиниць. Різні молекули мають різні хімічні властивості. Наприклад, моносахариди, такі як глюкоза, вступають в реакцію з хімічним агентом, званим розчином Бенедикта, але дисахариди, як сахароза, і полісахариди, як крохмаль, не будуть. Аналогічно білки будуть реагувати з сумішшю гідроксиду калію і мідного купоросу, але вільних амінокислот, вуглеводів і ліпідів не буде.

Сьогодні мова піде про три з цих молекулярних типів: ліпіди, білки і вуглеводи. Ви будете працювати з нуклеїновими кислотами в іншій лабораторії. Можливо, ви захочете переглянути властивості біомолекул життя.

Малюнок 1: Молекулярні та макроструктури сахарози, крохмалю, ліпідів та білків.

Молекулярний тип	Молекулярна структура	Макроструктура
сахароза		Загальне джерело: Цукор столовий
Крохмаль		Загальне джерело: Рис
Ліпіди		Загальне джерело: кулінарні олії
Білки		Загальні джерела: рецептори клітин, яйце, волосся, пір'я

Частина I: Контрольовані експерименти для виявлення органічних сполук

Показники - це хімічні речовини, які змінюють колір при зміні хімічних умов, таких як рН, або коли відбувається хімічна реакція, що виробляє кольорову молекулу. Існує безліч біохімічних процедур, за допомогою яких можна виявити наявність важливих молекул. У цій вправі ви будете тестувати різні розчини, щоб виявити наявність цих молекул. Ми будемо використовувати засоби контролю під час тестування рішень. Елементи керування надають результати для порівняння з тестованим рішенням. Елементи управління повинні давати передбачувані результати. Порівнюючи результат тестового розчину з елементами управління, можна визначити результат тестового розчину.

Позитивний елемент управління містить змінну, для якої ви тестуєте. Коли позитивний контроль перевіряється, він реагує очікуваним чином. Якщо, наприклад, ви тестуєте на тип вуглеводів у невідомих розчині, то відповідним позитивним контролем є рішення, яке, як відомо, містить цей тип вуглеводів. Отримана реакція при правильному виконанні продемонструє, що реагенти працюють належним чином і покаже, як повинен виглядати результат, якщо тестовий розчин позитивний. Якщо позитивний контроль не реагує так, як очікувалося, ваш тест недійсний. Можливо, ваші тестові реагенти не працюють належним чином.

Негативний елемент управління не містить змінної, для якої ви тестуєте. Часто негативний контроль містить тільки воду. Він не вступить в реакцію з індикаторними реагентами. Як і позитивний контроль, рішення негативного контролю показує вам, як виглядає негативний результат, і перевіряє, що реагент для виявлення працює належним чином. Якщо негативний контроль дійсно реагує, ваш результат тесту не є дійсним. Можливо, контрольний розчин або реакційна трубка були забруднені тестовою змінною.

I. Вуглеводи

Тест Бенедикта на моносахариди

Молекули, виготовлені з атомів вуглецю (С), водню (H) та кисню (O), у співвідношенні 1:2: 1 є вуглеводами. Наприклад, глюкоза, один з найважливіших вуглеводів для живих клітин, має хімічну формулу C6H12O6. Прості цукру, також відомі як моносахариди, - це вуглеводи. Парні моносахариди утворюють дисахариди. Поширеним прикладом дисахарида є столовий цукор, сахароза. Він складається з моносахаридів глюкози і фруктози, пов'язаних з фруктозою. Аналогічно, зв'язуючи три і більше моносахаридів, утворює полісахарид. Крохмаль, глікоген або целюлоза є полісахаридами, важливими для клітин, і мають багато мономерів глюкози, пов'язаних між собою по-різному.

Крохмаль

Малюнок 2. Моносахариди (глюкоза, фруктоза), дисахарид (сахароза) та полісахарид (крохмаль)

Реагент Бенедикта - це показник, який ми використовуємо для виявлення моносахаридів. При змішуванні моносахаридів з Бенедиктом і нагріванні відбувається зміна кольору. При наявності в розчині невеликої кількості моносахариду виходить зеленуватий розчин. Якщо розчин містить велику кількість моносахариду, виходить помаранчевий осад. Осаджуючий розчин означає, що дрібні частинки осідають з розчину.

Реакція 1

Моносахариди + Реагент Бенедикта + Тепло ⇒ Зелений до оранжевого

II. Білки

Клітина покладається на білки з дуже багатьох функціональних причин. Білки можуть бути ферментними каталізаторами, утворювати канали для проходження молекул через мембрани, утворювати структури тощо. Субодиницею білкових молекул є мономери амінокислот. Зв'язок, який утворюється між амінокислотами з утворенням білка, називається пептидним зв'язком.

Пептидні зв'язки можуть бути виявлені за допомогою двох хімічних реагентів, гідроксиду калію (КОН) і сульфату міді (CuSO ⁴). Гідроксид калію змушує білок розщеплюватися, щоб мідний купорос міг реагувати з пептидними зв'язками. Отриманий колір - фіолетовий. Чим більше білкових, а значить і більше пептидних зв'язків, в розчині, тим темніше стане отриманий фіолетовий колір.

Малюнок 3. Амінокислоти, що утворюють пептидний зв'язок.

Тестування моносахаридів з реагентом Бенедикта

Реакція 2

Білки + КОН + CuSo ₄ ⇒ Фіолетовий

Матеріали

1. Пробірки з маркуванням вмісту ви будете додавати в кожну пробірку
2. Стакан з водою і гарячою плитою (вода нагріта до майже кипіння)
3. Метрична лінійка
4. Маркер
5. Деіонізовані водні та вуглеводні розчини
6. Відповідний інструмент для видалення гарячих трубок з води

Порядок дій

1. Отримати 5 пробірки і пронумерувати їх 1 — 5.
2. За допомогою маркера позначте 2,5 см від дна і ще одну позначку на 5 см від дна.
3. Заповніть кожну пробірку до позначки 2,5 см відповідним розчином:
   1. Дистильована вода 2. Концентрований розчин глюкози 3. Розведений розчин глюкози 4. Розчин сахарози 5. Розчин крохмалю
4. Додайте розчин Бенедикта в кожну трубочку до позначки 5 см.
5. Помістіть всі трубки на гарячу (90° C) водяну баню на 2 хв і спостерігайте за змінами кольору протягом цього часу.
6. Через 2 хв зніміть трубочки з водяної бані і запишіть колір їх вмісту в таблицю нижче. Також спостерігайте за реакціями свого однокласника.

Спостереження

Виконайте тест Бенедикта на моносахариди. Відтворіть цю таблицю у вашій лабораторній книзі та доповніть її своїми спостереженнями.

Таблиця даних 2.

Зміст трубки	Колір після реакції	Наявність моносахариду?
1. Вода
2. Концентрована глюкоза
3. розведена глюкоза
4. Розчин сахарози
5. Розчин крохмалю

Інструкція по очищенню

* Чисті трубки дуже важливі. Забруднені трубки можуть вплинути на результати майбутніх випробувань.

1. Коли ваші спостереження будуть завершені, ретельно промийте і промийте тюбики, дотримуючись інструкції в частині 2. Ви можете залишити маркування на них до остаточної процедури очищення дня.

Аналіз даних

1. Які з перерахованих вище рішень служать вашим позитивним контролем? Негативний контроль?
2. Вивчіть ваш тест і ваші однокласники тестові рішення. Які розчини були позитивними для моносахаридів?
3. Який містить більш високу концентрацію моносахаридів, картопляного соку або цибулевого соку? Звідки ти знаєш?

4. Які рішення не реагували на рішення Бенедикта?

Тестування на пептидні зв'язки (білок)

Матеріали

• Чотири чисті пробірки, позначені вмістом, який ви додасте в кожну пробірку
• деіонізована вода та тестові розчини
• Індикаторні реагенти гідроксид калію (КОН) і мідний купорос (CuSO _⁴)

Порядок дій

Виконайте тест на пептидний зв'язок для білка

Обережно!

Не розливайте КОН — він надзвичайно їдкий. Промийте шкіру, якщо вона контактує з KOH.

1. Використовуйте чотири чисті пробірки з попередньої процедури. Їх ще потрібно пронумерувати і позначити на 2,5 і 5 см від дна.
2. Заповніть кожну пробірку до позначки 2,5 см відповідними розчинами, зазначеними нижче
   1. Вода
   2. білковий розчин
   3. Амінокислотний розчин
   4. Тестове рішення
3. Додайте гідроксид калію (КОН) до позначки 5 см на кожній пробірці.
4. Додати п'ять крапель мідного купоросу (CuSo ₄) в тюбик і добре перемішати.
5. Запишіть колір вмісту труб у наведеній нижче таблиці. Також спостерігайте за реакціями свого однокласника.
6. По закінченню скиньте вміст трубочок і промийте їх. Промийте дистильованою водою.

Спостереження

Виконайте тест білка: Відтворіть цю таблицю у своїй лабораторній книзі та доповніть її своїми спостереженнями.

Таблиця даних 3.

Зміст трубки	Колір після реакції	Наявність білка?
Вода
білковий розчин
Розчин амінокислоти
Невідоме рішення

Інструкція по очищенню

* Чисті трубки дуже важливі. Забруднені трубки можуть вплинути на результати майбутніх випробувань.

Коли ваші спостереження будуть завершені, ретельно вимийте і промийте тюбики, дотримуючись інструкції в частині I.

Аналіз даних

1. Яке з рішень є позитивним контролем? Що таке негативний контроль?

2. Чи мають окремі амінокислоти пептидні зв'язки? Звідки ти знаєш, що це правда?

3. Який тип рішення ви перевірили як своє невідоме? Чи містив він білок?

4. Поспостерігайте за реакціями своїх однокласників і опишіть, які невідомі рішення містять найбільше і найменше білка. Як ви можете сказати?

III. Ліпіди

Ліпіди - це клас молекул, які не розчиняються (не розчиняються) у воді. Вони складаються з молекулярних будівельних блоків гліцерину і трьох жирних кислот. Жирні кислоти бувають двох основних типів, насичених і ненасичених. Ця різниця обумовлена наявністю певних типів зв'язків всередині молекули жирної кислоти (див. Малюнок) і впливають на форму і характеристики загального ліпідів, що містять ці жирні кислоти. Ви можете захотіти огляд ліпідів.

Малюнок 4. Насичені і ненасичені жирні кислоти і ліпідний (тригліцерид)

Тестування на ліпідний з Суданом IV

Обережно!

Використовуйте рукавички і уникайте контакту з Суданом IV, оскільки це вважається можливим канцерогеном. Негайно вимийте шкіру милом і великою кількістю води, якщо ви зіткнулися з розчином.

Матеріали

• Фільтрувальний папір (досить маленький, щоб поміститися в чашці Петрі) і олівець з ділянками, позначеними для досліджуваних речовин
• чиста порожня чашка Петрі
• розчин 0,2% Судан IV
• Рукавички (див. Попередження про безпеку)
• Виділені переносні піпетки або мікропіпетки з наконечниками.
• Розчини деіонізованої води, рослинної олії та тестових розчинів (вершки, молочне молоко, кокосове молоко, соєве молоко тощо)
• опціонально - фен

Порядок дій

1. Отримайте фільтрувальний папір і на дальньому краї позначте олівцем, які розчини будуть розміщені у напрямку до внутрішньої частини позначки.
2. Капніть невелику кількість розчину біля відповідної позначки 1. Дистильована вода 2. Рослинна олія 3-6. Тестові рішення
3. Дати висохнути. Використовуйте фен, щоб прискорити цей процес.
4. Поки папір висихає, дайте відповідь на запитання щодо аналізу даних нижче.
5. Замочіть папір у чашці Петрі, що містить 0,2% Судану IV. (ручка з руками в рукавичках)
6. Промийте папір в дистильованій воді і дайте висохнути.
7. Запишіть колір плям в таблиці нижче. Також спостерігайте за реакціями свого однокласника.

Спостереження

Судан IV тест на ліпідний: Відтворіть цю таблицю у вашій лабораторній книзі та заповніть її своїми спостереженнями. Чим темніше пляма, тим більше ліпідів присутній.

Таблиця даних 4.

Спот Зміст	Колір після реакції	Відносна кількість ліпідів?
1. Вода
2. Рослинна олія
3.
4.
5.
6.

Інструкція по очищенню:

Коли ваші спостереження завершені, обережно утилізуйте будь-який залишковий розчин Судану IV в контейнері, наданому вашим інструктором. Завжди використовуйте рукавички і не переміщуйте ємність, якщо є небезпека розливу.

Аналіз даних

1. Які з перерахованих вище рішень служать вашим позитивним контролем? Ваш негативний контроль?
2. Викласти гіпотезу, які розчини будуть містити найбільшу кількість ліпідів. Чому ви вважаєте, що це правда?
3. Які розчини містили найбільшу кількість ліпідів?
4. Чи підтримували ваші спостереження вашу гіпотезу? Ви були здивовані деякими результатами? Поясніть.

Частина II. Сага про дозатор соди

Енріке був новим співробітником. Це була його перша робота, і він був на роботі лише пару тижнів і все ще був на «наймі випробувального терміну». Йому сподобався екіпаж, з яким він працював, і зарплата, яка приходила кожні кілька тижнів. Він хотів залишитися. Сьогодні виникла проблема, і йому довелося швидко з'ясувати щось, щоб вирішити її. Він знав, що якщо він це зробить, то менеджер буде дуже задоволений і його робота гарантована.

Хтось скаржився на те, що дозатор соди видає «звичайну» колу з дозатора «дієтичної коли». Клієнт стверджував, що знаходиться на дієті зі зниженим вмістом калорій і не був задоволений споживаними зайвими калоріями. Однак на кону було більше, ніж один нещасний клієнт. Менеджер сказав Енріке, що багато їхніх клієнтів були діабетиками, і споживання цукрової соди може змінити хімію цукру в крові небезпечним чином. Вони не могли дозволити цим клієнтам заподіяти шкоду.

Обсяг проблеми

Якщо в дозаторі дієтичної соди була звичайна сода, то чи був звичайний дозатор соди дієта? А як щодо дозатора Dr. Pepper? Це, принаймні, смакувало як доктор Пеппер, так що це було добре- чи це було? Який безлад! Чи повинні вони викинути всю соду в дозатор і почати знову? Або був якийсь спосіб визначити, чи правильно розпускається сода? Якби вони могли визначити, в чому проблема, вони могли б заощадити гроші бізнесу і не витрачати газовану продукцію.

Спроба Енріке розгадати таємницю

Енріке знав, що більшість соди містять кукурудзяний сироп з високим вмістом фруктози, але дієтична сода мала замінники цукру в ньому: Замінники, які не були цукром, але обдурили ваші смакові рецептори, вважаючи, що це так.

Питання до вашої лабораторної книги:

1. Чи має звичайна сода кукурудзяний сироп з високим вмістом фруктози? Подивіться на етикетку, визначте, чи це відбувається чи ні, запишіть своє спостереження у вашій лабораторній книзі.
2. Чи має дієтична сода кукурудзяний сироп з високим вмістом фруктози? Подивіться на етикетку, визначте, чи це відбувається чи ні, запишіть своє спостереження у вашій лабораторній книзі.
3. Визначте, чи є фруктоза моносахаридом, дисахаридом або полісахаридом.
4. Чи можемо ми зробити тест?

Буквально днями в науковій лабораторії Енріке провів деякі тести на розчини, щоб визначити їх склад. Одним з тестів було виявлення моносахаридів в розчині! Він знав, що його вчитель науки все ще буде в класі в цей час, і школа була ледь в 5 хвилинах ходьби від ресторану. Він міг розгадати таємницю в менш ніж 30 хвилин! Енріке швидко розповів своєму менеджеру свій план і схопив кілька чашок соди, яку він позначив, щоб він міг сказати, з якого диспенсера вони прийшли, а потім попрямував. Енріке швидко побіг до шкільної лабораторії і отримав дозвіл на проведення свого експерименту. Допоможіть Енріке налаштувати експеримент для перевірки соди.

Інші питання для вашої лабораторної книги:

1. Було б гарною ідеєю включити елементи управління? Якщо так, то які рішення?
2. Який реагент (и) детектора ви будете використовувати?
3. Які кольори ви будете шукати, щоб вказати на наявність «звичайної» газованої води?
4. Скільки пробірки вам потрібно? Як ви їх позначите?

Тестування невідомих содових розчинів

Матеріали

1. Чисті пробірки, позначені вмістом, який ви будете додавати в кожну пробірку
2. деіонізована вода та розчини для тестування
3. Індикатор

Порядок дій

Проводять тест на моносахариди:

1. Отримайте необхідну кількість чистих пробірок і відзначте їх на 2,5 і 5 см, як і раніше. Кодуйте їх як вміст (цифри, що відповідають вашим рішенням - які ви записуєте нижче)
2. Отримайте невідомі рішення від вашого інструктора.
3. Заповніть пробірки до позначки 2,5 см контрольними і досліджуваними речовинами.
4. Наповнити трубочки до позначки 5 см індикатором і обробити потрібно було.
5. Відтворіть цю таблицю у своїй лабораторній книзі та доповніть її своїми спостереженнями, а потім відповідайте на питання щодо содової саги.

Спостереження

Виконайте відповідний тест: відтворіть цю таблицю у вашій лабораторній книзі та заповніть її своїми спостереженнями.

Таблиця даних 5.

Зміст трубки	Колір після реакції	Наявність фруктози?	Дієта або регулярна?
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Інструкція по очищенню:

Обережно!

НЕ допускайте контакту етанолу з конфоркою. Етанол дуже легкозаймистий.

* Чисті трубки дуже важливі. Забруднені трубки можуть вплинути на результати майбутніх випробувань.

1. Коли ваші спостереження будуть завершені, ретельно промийте і промийте тюбики, дотримуючись інструкції в частині 1.
2. Після закінчення лабораторного періоду переконайтеся, що всі етикетки видалені з тюбиків за допомогою невеликого шматочка паперового рушника і етанолу.

Остаточний висновок

1. Що Енріке розповідає своєму менеджеру? Дозатор соди зіпсувався чи ні?
2. Що, якщо така є, соду потрібно міняти?

Навчальні питання

1. Чому ви завжди повинні включати елементи управління в кожну процедуру?

2. Що служить хорошим негативним контролем і чому?

3. Опишіть позитивний контроль.

4. Якщо ви проведете тест на моносахарид на те, що, на вашу думку, є «звичайною» содою з лимонним вапном, але розчин небесно-блакитний після нагрівання з Бенедиктом, що це говорить вам?

5. Що робити, якщо тільки після запуску тесту ви прочитаєте етикетку лимонно-лаймової соди і помітите, що інгредієнти не містять фруктози, але містять сахарозу. Чи є ваша процедура тестування несправною або є інше пояснення вашого результату?

Атрибуції

1. Молекулярна структура сахарози з LibreTexts 5.2 Вуглеводи.
2. Діаграма структури білка від Леді капелюхів, суспільне надбання, через Вікісховище.
3. Амінокислоти, що утворюють пептидний зв'язок (нижнє зображення) за допомогою OpenLab в Cititech CC-BY-NC-SA