Занятие 22. растворы высокомолекулярных соединений и их свойства

Цель занятия:

Изучить физико-химические свойства высокомолекулярных соединений и свойства их растворов. Научиться использовать полученные данные для понимания биохимической роли высокомолекулярных соединений.

Содержание занятия:

1. Обсуждение теоретических вопросов и решение задач.

2. Выполнение лабораторных работ, обсуждение их результатов, оформление отчёта.

Вопросы, предлагаемые для обсуждения на занятии:

1. Что такое ВМС? Что представляют собой растворы ВМС?

2. Какие факторы определяют устойчивость растворов гидрофильных высокомолекулярных соединений? Какие системы называют гидрофильными (лиофильными)?

3. Схема образования биполярного иона белковой молекулы.

4. Что называют изоэлектрическим состоянием и изоэлектрической точкой белка (рН_иэт)? Каковы свойства белка в изоэлектрической точке – устойчивость, способность к электрофорезу, желатинированию, набуханию?

5. Что называют гелем? В чем сущность процессов желатинирования и набухания?

6. Как влияет рН среды на процессы набухания и желатинирования?

7. Биологическое значение процессов набухания и желатинирования?

8. Что называют адсорбцией, адсорбентом, адсорбтивом? В чем сущность избирательной адсорбции? Частицы какого заряда адсорбирует белок в зависимости от рН среды?

Лабораторная работа

Порядок выполнения и оформления работ:

1. Ставят (без оформления) 1-ю часть опыта 2 (получение геля желатина из 6%горячего раствора).

2. Выполняют и оформляют опыт 1. В это же время вы­полняют 2-ю часть опыта 2.

3. Ставят (без оформления) опыт 4 на отдельных рабо­чих местах.

4. Выполняют и оформляют опыт 3.

5. Заканчивают и оформляют опыт 2.

6. Заканчивают и оформляют опыт 4.

Опыт 1. Определение изоэлектрической точки белка казеина

В пяти пробирках готовят ацетатные буферные смеси (по таблице), затем в каждую прибавляют по 1 мл раствора казе­ина и перемешивают. Через 10–15 мин. отмечают, в какой из пробирок наблюдается наибольшее помутнение, и результат вносят, в таблицу:

№ пробирки
СН3СООН (С = 0,1 моль/л), мл   СН3СООNa (C = 0,1 моль/л), моль/л   Золь казеина, мл   рН смеси   Степень мутности (отметить знаком «+» наибольшее помутнение	—     3.8	4.4	4.7	5.1	5.7

рН_иэт равен рН буферной смеси, в которой отмечается наибольшее помутнение (наибольшая степень коагуляции), т. к., белок при этом наименее устойчив в растворе (общий заряд частицы равен нулю, степень гидратации наименьшая). Если наибольшее помутнение окажется одинаковым в двух соседних буферных смесях, то рН_иэт определяют как среднее арифмети­ческое из рН этих двух растворов.

Оформление опыта. Привести таблицу, результат работы (рН_иэт казеина) и объяснить его.

Опыт 2. Местное набухание геля желатина под влиянием кислоты

В баночку с плоским дном на 1/3 наливают горячий 6%-й раствор желатина, ставят на снег и в результате застуднева­ния получают гель желатина. Затем, поверхность геля в 4–5 точках аккуратно укалывают капилляром, каждый раз смачи­вая его в концентрированной СН₃СООН (кислота не должна растекаться по поверхности геля) и наливают на гель дистиллированную во­ду. Через час воду сливают и отмечают набухание желатина в виде бугорков в местах укола.

Оформление опыта. 1) Привести краткое описание и результат работы. 2)Привести объяснение, почему при введении концентри­рованной кислоты в гель желатина увеличивается степень набухания его в воде.

По окончании занятия гель желатина из баночки выбрасы­вают в специальную чашку.

Опыт 3. Определение знака заряда окрашенных частиц и характера красителей капельным методом

В воде и водных растворах фильтровальная бумага отда­ет в раствор катионы водорода, при этом стенки капилляров бу­маги приобретают отрицательный заряд, и поэтому частицы красителей, заряженные положительно, адсорбируются на стен­ках капилляров, а отрицательно заряженные частицы не адсор­бируются. При нанесении капли раствора на фильтровальную бумагу основные красители образуют пятно с широкой бесцвет­ной полосой, т.е. частицы адсорбируются на бумаге, а кис­лые красители образуют пятно с узкой бесцветной полосой (частицы не адсорбируются).

Примечание. Диссоциацию красителей в раство­ре схематично можно представить в виде уравнений:

красительокрашенный ион

кислый RН = Н⁺ + Rˉ

основный RОН = ОНˉ + R⁺

Выполнение работы. На листок фильтровальной бумаги на­носят по капле красителей: метиленового синего, фуксина, эозина, флуоресцеина. Сразу же после всасывания капли обо­значают контуры мокрого края пятен и указывают знак заря­да частиц.

Адсорбент и знак его заряда	Адсорбтив (краситель)	Характер пятна (широкая или узкая бесцветная полоса)	Знак заряда адсорбтива	Природа красителя
	1. 2. 3. 4.

Оформление работы. 1) Привести таблицу. 2) Привести уравнения реакций диссоциации красителей (см. методическую разработку). 3) Вклеить листок фильтровальной бумаги.

Опыт 4. Окрашивание шерсти основным красителем

В три пробирки с отметками на 5 мл наливают по 5мл 0.05% раствора метиленового синего, в первую из них при­бавляют 5 капель раствора НСl (С = 2 моль/л), в третью – 5 капель раствора NаОН (С = 2 моль/л). Во все пробирки носят по 3–4 белые шерстяные нитки и, погрузив их в раство­ры с помощью стеклянной палочки, оставляют на 20–30 мин. Затем растворы сливают. (Для слива используют специальную посуду, указанную преподавателем.) Нитки тщательно промы­вают холодной водой и отжимают.

Работу оформляют в виде таблицы. Объясняют различную степень адсорбции метиленового синего и различную интен­сивность окраски шерсти.

Адсорбтив, его характер и диссоциация	Среда	Заряд белка («+» или «─»)	Наличие или отсутствие адсорбции (есть, нет)	Результат работы (интенсивность окрашивания)
	кислая нейтральная щелочная

Контрольные вопросы и задачи

1. Приведите примеры гидрофильных группировок.

2. Как изменяется заряд белковой молекулы при изменении рН среды?

3. Частицы какого заряда будет адсорбировать белок в зависимости от рН среды?

4. Какова формула макромолекулы белка, находящегося в изоэлектрическом состоянии?

5. К какому электроду будут передвигаться частицы белка при электрофорезе, если рН_иэт белка равен 4, а рН буферного раствора, в который помещен белок равен 6.

6. Какой из красителей кислый или основной будет адсорбироваться макромолекулой белка в растворе с рН равным 8, если рН_иэт белка равен 5,6?