Тема: Визначення деяких органічних речовин у живих організмах

Вінницький будівельний технікум

Лабораторні роботи

З біології

Для студентів І курсів

Вінниця 2012

Зміст

Лабораторна робота № 1.

Визначення деяких органічних речовин у живих організмах.

Лабораторна робота № 2.

Особливості будови клітин прокаріотів та еукаріотів.

Лабораторна робота № 3.

Порівняльна характеристика тканин рослин та тварин.

Лабораторна робота № 4.

Порівняння мітозу та мейозу.

Лабораторна робота № 5.

Будова статевих клітин.

Лабораторна робота № 6.

Спостереження нормальних та мутантних форм дрозофіл, їх порівняння.

Лабораторна робота № 7.

Розв’язання типових задач з генетики.

Лабораторна робота № 8.

Розв’язання задач з екології.

Лабораторна робота № 9.

Природоохоронні території. Порівняння поновлюваних та не поновлюваних ресурсів біосфери.

Лабораторна робота № 1.

Тема: Визначення деяких органічних речовин у живих організмах.

Мета:розширити знання про мстивості та вміст органічних сполук у живих організмах; пригадати з курсу органічної хімії якісні реакції для визначення органічних речовин; узагальнити і систематизувати знання про роль органічних речовин у живих організмах. Розвивати вміння використовувати знання з інших дисциплін для пояснення біологічних явищ; розвивати навички самостійної роботи з; уміння робити логічні висновки; формувати науковий світогляд.

Обладнання та матеріали:штатив з пробірками, хімічні стакани, спиртівка, пробіркотримач, насіння соняшника, гарбуза, грецький горіх, яблуко, крохмаль, папір, банан, шматочок білого хліба, ніж, 1% розчин йоду, купрум(ІІ)сульфат, натрію гідроксид, нітратна кислота, дистильована вода, рослинна олія, спирт, ефір.

Основні поняття:органічні сполуки, полімери, мономери, білки, вуглеводи, ліпіди, нуклеїнові кислоти, низькомолекулярні органічні сполуки, ліпіди, триацилгліцероли, фосфоліпіди,

Теоретичні відомості:

До складу клітини входять органічні сполуки: вуглеводи, білки, ліпіди, нуклеїнові кислоти тощо. Вони переважно мають велику молекулярну масу, тому їх називають макромолекулами (від грец. макрос -великий). Так, молекулярна маса більшості білків становить 5000—1000000, а у деяких нуклеїнових кислот вона сягає декількох мільярдів дальтон (один дальтон відповідає 1/12 атомної маси ізотопу карбону ¹²С, тобто 1,67 • 10²⁴ г). Високомолекулярні органічні сполуки -білки, нуклеїнові кислоти, складні вуглеводи (полісахариди), молекули яких складаються з великої кількості однакових чи різних за хімічною будовою ланок, що повторюються, називають біополімерами(від грец. біос та поліс — численний). Такі макромолекули мають високу молекулярну масу — 10³—10⁹дальтон. Прості молекули, із залишків яких складаються біополімери, називають мономерами (від грец. монос - один, поодинокий). Мономерами білків є залишки амінокислот, нуклеїнових кислот нуклеотиди, полісахаридів – моносахариди.

Молекулярна маса ліпідів значно менша—50 —1500 дальтон. Але вони можуть об'єднуватись між собою, утворюючи складні структури з тисяч молекул.

Особлива група органічних сполук — це біологічно активні речовини. Вони впливають на процеси обміну речовин і перетворення енергії в організмах живих істот. Серед них є органічні (ферменти, гормони, вітаміни тощо) та неорганічні (вуглекислий газ та ін.) сполуки.

У клітинах різних груп організмів вміст певних органічних сполук різний. Наприклад, у клітинах тварин переважають білки і ліпіди, а рослин -вуглеводи. Однак у клітинах різних типів певні органічні сполуки виконують подібні функції.

Органічними називаються сполуки, в основі яких лежить скелет (або кістяк) із ковалентно пов'язаних один з одним атомів Карбону. Вивченням Карбону та його сполук займається окрема галузь хімії — органічна хімія. Карбону — один із найунікальніших елементів, що зустрічаються в природі.

Карбон має унікальні властивості, завдяки яким він є основним компонентом переважної більшості органічних сполук:

1) Його атоми порівняно малі й атомна маса невелика.

2) Здатний утворювати чотири міцні ковалентні зв'язки.

3) Утворює вуглець — вуглецеві зв'язки, створюючи, таким чином, довгі вуглецеві скелети молекул у вигляді ланцюгів або кілець.

4) Утворює кратні подвійні зв'язки.

5) Утворює ковалентні зв'язки з іншими атомами (атомами Оксигену, Нітрогену, Гідрогену та ін.)

Це унікальне поєднання властивостей забезпечує надзвичайну різноманітність органічних молекул. Адже з одних і тих же атомів Карбону, з'єднуючи їх один з одним, природа може скласти безліч найрізноманітніших скелетів, які ляжуть в основу різноманітних органічних молекул.

Чим ще визначається різноманітність органічних сполук?

Вона залежить від функціональних груп, що входять до цих сполук. Функціональна група — це частина молекули, що має певний хімічнй склад і функції.

Різні органічні сполуки містять різні функціональні групи і у зв'язку з цим мають різні хімічні й біологічні властивості.

До 90 % сухої маси клітин припадає на 4 типи органічних молекул:

1) білки,

2) ліпіди,

3) вуглеводи,

4) нуклеїнові кислоти (ДНК, РНК) і АТФ.

Окрім зазначених, у живих клітинах містяться органічні сполуки, присутні в менших кількостях, але які також відіграють важливу роль у біохімічних процесах. До них належать: органічні кислоти (піровиноградна, молочна, яблучна, лимонна, жирні кислоти — пальмітинова, стеаринова), пігменти (хлорофіл, білірубін) та ін.

Білки, нуклеїнові кислоти та деякі вуглеводи (полісахариди — крохмаль, целюлоза, хітин, глікоген) називають біополімерами або макромолекулами, оскільки вони складаються з великої кількості одиниць — мономерів. Мономерами білків є амінокислоти, мономерами нуклеїнових кислот — нуклеотиди, мономерами полісахаридів — моносахариди. Часто білки та нуклеїнові кислоти об'єднують терміном «інформаційні полімери», оскільки вони є універсальними біологічними носіями інформації.

У звичайній еукаріотичній клітині налічується близько 10 тис. різних білків, а загальна кількість відомих білкових молекул наближається до 50 тис. Усі ці білки складаються не більше ніж з двадцяти видів амінокислот.

Біологічні властивості вуглеводів також залежать від функціональних груп, що входять до їх складу: карбонильної (яка може бути представлена у вигляді альдегідної або кетонної групи) і гідроксильних груп. У молекулах моносахаридів до всіх атомів Карбону, за винятком одного, приєднані гідроксильні групи. Цей один атом Карбону входить до складу або альдегідної групи, або кетогрупи.

Класифікація вуглеводів. За складом функціональних груп вуглеводи поділяються на альдози і кетози; за кількістю атомів Карбону вуглеводи поділяються на триози, тетрози, пентози, гексози та ін.;

за кількістю структурних одиниць — на моносахариди, дисахариди, олігосахариди і полісахариди.

Назва	Характеристика
Моносахариди	Це прості цукри, складаються з однієї молекули і мають вигляд твердих кристалічних речовин, що розчиняються у воді, солодкі на смак. До моносахаридів належать рибоза і дезоксирибоза, вони входять до складу нуклеїнових кислот. Глюкоза — первинне джерело енергії для клітин, вона обов'язково міститься в крові. Глюкоза входить до складу найважливіших дисахаридів і полісахаридів. залежно від кількості атомів Карбону, поділяють на тріози (3 атоми), тетрози (4), пентози (5), гексози (6) і так далі до декоз (10). У природі найпоширеніші гексози, а саме глюкоза і фруктоза. Солодкий присмак ягід, фруктів, меду залежить від вмісту в них цих сполук. Серед пентоз важливе значення мають рибоза і дезоксирибоза, які входять до складу нуклеїнових кислот та аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ).
Дисахариди	Утворюються з двох структурних одиниць (моносахаридів) за допомогою спеціального зв'язку, який називається глікозидним. Приклади дисахаридів: сахароза — очеретяний, або буряковий, цукор, складається із залишків глюкози і фруктози, надзвичайно поширений у рослинах. Відіграє важливу роль у живленні багатьох тварин і людини; лактоза — молочний цукор, складається з глюкози і галактози, є джерелом енергії для дитинчат ссавців, використовується в мікробіологічній промисловості для виготовлення поживних середовищ; мальтоза — складається з двох молекул глюкози, основний структурний елемент крохмалю і глікогену
Полісахариди	Молекули, молекулярна маса яких може сягати кількох мільйонів. Полісахариди розрізняються між собою складом мономерів, довжиною та розгалуженістю ланцюгів. На відміну від моно- та олігосахаридів, полісахариди майже не розчиняються у воді й не мають солодкого присмаку. Крохмаль — резервний полісахарид рослин, міститься в бульбах, плодах, насінні. Глікоген — резервний полісахарид тварин. Накопичується в печінці, м'язах, серці та інших органах. Є постачальником глюкози в кров. Целюлоза (клітковина) — структурний полісахарид рослин. У ній акумульовано близько 50 % всього Карбону біосфери. Це найпоширеніший вуглевод на Землі. Хітин — структурний полісахарид у членистоногих і деяких грибів
Олігосахариди	Сполуки, в яких кілька залишків молекул моносахаридів з'єднані між собою ковалентними зв'язками. Серед них найпоширеніші дисахариди, які утворюються внаслідок сполучення залишків двох молекул моносахаридів.

Функції вуглеводів:

Функція	Значення функції
Енергетична	Вуглеводи є основним джерелом енергії для організму
Структурна	Вуглеводи входять до складу оболонок клітин, виконують опорну функцію, беруть участь у синтезі багатьох речовин, входять до складу нуклеотидів у нуклеїнових кислотах
Запаслива	Вуглеводи мають здатність накопичуватися у вигляді крохмалю у рослин і глікогену у тварин
Захисна	В'язкі слизи, що виділяються різними залоза­ми, багаті на вуглеводи, вони оберігають стінки, порожнистих органів від механічних пошкоджень, проникнення бактерій та вірусів
Будівельна, або структурна, функція	Вуглеводів полягає в тому, що ці сполуки входять до складу опорних елементів клітин організмів. Як ми вже згадували, хітин є компонентом зовнішнього скелета членистоногих та клітинних стінок деяких грибів і водоростей. Клітинні стінки рослин, які містять целюлозу, захищають вміст клітин і підтримують їхню форму.

Ліпіди — це не розчинні у воді органічні речовини, які можна добути з клітин органічними розчинниками (ефіром, хлороформом, бензолом). У зв'язку з цим вони погано екстрагуються з клітин і їх важко отримувати в чистому вигляді. Звідси і назва «брудна хімія» для хімії ліпідів. Визначити цю групу органічних сполук більш чітко немає можливості через їх дуже велику хімічну різноманітність. Але можна все ж сказати, що справжні ліпіди — це складні ефіри жирних кислот і якогось спирту. Оскільки жирні кислоти є типовими компонентами жирів, то на них необхідно зупинитися детальніше. Жирні кислоти мають у своєму складі карбоксильну групу і довгий вуглеводневий «хвіст».

Перш ніж говорити про ліпіди, поговоримо докладніше про жирні кислоти. Більша частина жирних кислот містить парне число атомів Карбону від 14 до 22 (найчастіше 16 або 18). Іноді в жирних кислотах є один або декілька подвійних зв'язків. У цьому випадку жирні кислоти, а також ліпіди що їх утримують, називаються ненасиченими. Жирні кислоти і ліпіди, в молекулах яких немає подвійних зв'язків, називаються насиченими.

Ненасичені жирні кислоти плавляться при значно більш низьких температурах, ніж

Ліпіди — органічні сполуки, різні за структурою, хімічною будовою, функціями, але подібні за фізико-хімічними властивостями: не розчинні у воді, добре розчинні в органічних розчинниках (ефірі, хлороформі, ацетоні).

Найпоширеніші серед ліпідів жири. Вміст жирів у клітинах становить від 5 до 15% сухої речовини, а у клітинах жирової тканини (наприклад, у жировому тіш комах)—до 90%. Підвищений вміст жирів характерний для нервової тканини, підшкірної клітковини, саль­ника, молока ссавців тощо. Багато жирів міститься у клітинах плодів та насіння певних видів рослин (соняшника, волоського горіха, маслини та ін.).

До ліпідів також належать воски, що здійснюють переважно захисну функцію. У ссавців воски, які виділяють сальні залози, змащують поверхню шкіри, надаючи їй еластичності та зменшуючи зношення волосяного покриву. У птахів воски секретує куприкова залоза. Вони надають пір'яному покриву водовідштовхувальних властивостей. Восковий шар вкриває листки наземних рослин і поверхню зовнішнього скелета членистоногих — мешканців суходолу, запобігаючи надлишковому випаровуванню води організмами

За хімічною будовою ліпіди поділяють на прості та складні. До простих відносять триацилгліцероли (вони ж — тригліцериди або жири) — що утворюються з гліцеролу та жирних кислот, воски (ефіри жирних кислот і довголанцюгових спиртів), вітаміни А, Е, К. До складних ліпідів належать:

— стероїди — холестерол, статеві гормони, вітамін Б;

— фосфоліпіди (до складу яких окрім гліцеролу та жирних кислот входять залишок фосфатної кислоти й нітрогеновмісні сполуки) — фосфатидилсерин, фосфатидилетаноламін (кефа-лін), фосфатидилхолін (лецитин) та ін.;

—» гліколіпіди (комплекс ліпідів з вуглеводами).

Триацилгліцероли (жири) зустрічаються як у тваринному, так і в рослинному світі. У тваринних організмах гліцерин сполучений з насиченими жирними кислотами. Жири тваринного походження тверді (вершкове масло, свиняче сало), оскільки насичені жирні кислоти мають високу температуру плавлення. До насичених кислот належать, наприклад, пальмітинова і стеаринова кислоти, а до ненасичених — олеїнова.

До складу рослинних жирів входять ненасичені жирні кислоти, які мають значно нижчу температуру плавлення. Тому ці жири рідкі (соняшникова, оливкова, бавовникова та інші олії).

Триацилгліцероли виконують в організмі функції запасних поживних речовин. Це допомагає живим істотам пристосовуватися до несприятливих умов існування. Наприклад, у тварин пустелі запасні жири є джерелом води, а для тих, які впадають у зимову сплячку, жири в цей період — основна харчова й енергетична сировина і, крім того, виконують теплоізоляційну функцію.

Фосфоліпіди. Молекули фосфоліпідів можна розглядати як похідні триацилгліцеролів, у яких один із залишків жирної кис­лоти замінений фосфатною кислотою. Жирні кислоти є неполярними (гідрофобними) сполуками, а фосфатна кислота — полярною (гідрофільною). Молекули, у яких є полярна та неполярна групи, називають амфіфільними. Властивість амфіфільності дозволяє фосфоліпідам формувати у водному середовищі двошарові мембрани, в яких гідрофільні частини — полярні головки.— орієнтовані назовні (контактують з водою), а гідрофобні — неполярні хвости жирних кислот — спрямовані всередину. Така структура є найбільш енергетично вигідною і служить матриксом усіх відомих біологічних мембран.

Холестерол (холестерин) крім того, що входить до складу мембран і стабілізує структуру ліпідного матриксу, є матеріалом для синтезу гормонів надниркових залоз, сім'яників, яєчників і вітаміну Б; з нього в печінці утворюється жовч. За хімічною структу­рою молекула холестерину є системою конденсуючих вуглеводневих кілець з неполярним вуглеводневим «хвостом» і полярною ОН-групою, тобто є амфіфільною.

Таким чином, молекули фосфоліпідів і холестеролу, являючи собою амфіфільні сполуки, беруть участь у формуванні біологічних мембран, а неполярні молекули триацилгліцеролів виконують запасну та терморегуляторну (захисну) функції.

Класифікація ліпідів. За хімічною будовою ліпіди поділяють на прості та складні.

До простих ліпідів належать 1) тріацилгліцероли (тригліцериди, або жири) — ефіри гліцерину та жирних кислот; 2) воски — ефіри жирних кислот і довголанцюгових спиртів; 3) вітаміни А, Е, К.

Ліпіди виконують у клітинах безліч функцій. Основні функції ліпідів подані у таблиці.

Біологічні функції ліпідів

Функція	Значення
Структурна	Ліпіди є обов'язковим компонентом усіх клітинних мембран
Енергетична	Ліпіди забезпечують від 25 до ЗО % всієї енергії, необхідної організму. При повному розпаді 1 г жиру виділяється 38,9 кДж енергії, що приблизно у два рази більше в порівнянні з вуглеводами і білками
Запасаюча	Жири є свого роду «енергетичними консервами». Жировими депо можуть бути і жири всередині клітини, і жири, що накопичуються, наприклад, у підшкірній жировій клітковині людини
Терморегуляторна	Жири погано проводять тепло. Вони можуть відкладатися під шкірою, утворюючи у деяких тварин величезні скупчення. (Наприклад, у кита шар підшкірного жиру досягає одного метра.) У багатьох ссавців існує спеціальна жирова тканина, що відіграє роль терморегулятора. Цю тканину нази­вають «бурим жиром». У ній виробляється теплова енергія, що має важливе значення для ссавців, які живуть при низьких температурах
Захисна	Шар жиру захищає ніжні органи від ударів і струсів у тварин. У рослин жироподібні сполуки тонким шаром покривають листя, не даючи їм намокнути під час рясних дощів
Гормональна	Багато ліпідів є попередниками в біосинтезі гормонів. Наприклад, до ліпідів належать статеві гормони людини і тварин: естрадіол (жіночий гормон) і тестостерон (чоловічий гормон)

Жир — джерело ендогенної води.

При окисненні 100 г жиру в організмі виділяється 102 мл води. Цю воду називають метаболічною, ендогенною. Завдяки такій воді існують доволі багато пустельних тварин, наприклад тушканчики. Із цим пов'язано і накопичення жиру в горбах верблюда.

Хід роботи:

У лабораторний зошит перепишіть тему, мету, обладнання та основні поняття. Знайдіть визначення основних понять, запам’ятайте.

2. Пригадайте основні фізичні властивості вуглеводів, ліпідів та білків.

3. У зошиті складіть таблицю:

Лабораторна робота № 2.