Міністерство освіти і науки України. Національний університет водного господарства та природокористування

Стр 1 из 21Следующая ⇒

Міністерство освіти і науки України

Національний університет водного господарства та природокористування

В.О. Володимирець

БІОХІМІЯ РОСЛИН

ІНТЕРАКТИВНИЙ КОМПЛЕКС НАВЧАЛЬНО-МЕТОДИЧНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ

Рівне 2006

УДК 58:577.1 (076)

ББК 28.5:28.072я73

В68

Затверджено вченою радою Національного університету водного господарства та природокористування. Протокол № 10 від 27.10 2006 р.

Рецензенти:

О.І. Терек, доктор біологічних наук, професор Львівського національного університету ім. І. Франка;

Д.В. Лико, доктор сільськогосподарських наук, професор Рівненського державного гуманітарного університету;

М.С. Кобилецька, кандидат біологічних наук, асистент Львівського національного університету ім. І. Франка

Володимирець В.О.

В68 Біохімія рослин: інтерактивний комплекс навчально-методичного забезпечення. – Рівне: НУВГП, 2006. – 127 с.

Навчально-методичний комплекс містить робочу програму, зміст і методичні вказівки до вивчення окремих змістовних модулів, методичні вказівки до виконання лабораторних робіт, тематику індивідуальної роботи, завдання для виконання контрольних робіт для студентів заочної форми навчання, дворівневі тестові завдання для перевірки засвоєння теоретичних знань лекційного курсу та знань методик якісного й кількісного аналізу, список рекомендованої літератури, що є складовими компонентами при вивченні дисципліни “Біохімія рослин” в умовах кредитно-модульної організації навчального процесу студентами спеціальності “Агрохімія та ґрунтознавство”, а також студентами споріднених спеціальностей.

УДК 58:577.1 (076)

ББК 28.5:28.072я73

ЗМІСТ

Вступ .................................................................................................... 1. Типова програма вибіркової навчальної дисципліни “Біохімія рослин” 1.1. Загальні відомості про дисципліну .......................................... 1.2. Мета та завдання вивчення дисципліни .................................. 1.3. Тематичний план і розподіл навчального часу . ..................... 1.4. Програмний матеріал змістовних модулів Змістовний модуль 1. Статична біохімія ....................................... Змістовний модуль 2. Динамічна біохімія .................................... 1.5. Завдання для самостійної роботи ............................................ 1.6. Оцінювання знань студентів .................................................... 2. Методичні рекомендації до вивчення окремих модулів і тем дисципліни Змістовний модуль 1. Статична біохімія ....................................... Змістовний модуль 2. Динамічна біохімія ..................................... 3. Лабораторний практикум Лабораторне заняття № 1. Якісне та кількісне визначення різних груп вуглеводів. Визначення вмісту сахарози в коренеплодах цукрових буряків ......................................................... Лабораторне заняття № 2. Фізико-хімічні властивості ліпідів. Визначення жирових чисел .......................................................... Лабораторне заняття № 3. Визначення вмісту щавлевої кислоти. Вивчення властивостей пігментів листка ....................... Лабораторне заняття № 4. Визначення вмісту вітамінів у рослинному матеріалі ..................................................................... Лабораторне заняття № 5. Якісні реакції на амінокислоти. Визначення вмісту амінного азоту ................................................ Лабораторне заняття № 6. Розподіл амінокислот методом хроматографії на папері. Якісні реакції на білки та їх фізико-хімічні властивості ......................................................................... Лабораторне заняття № 7-8. Вивчення властивостей ферментів і визначення їх активності ............................................................. Лабораторне заняття № 9. Якісне та кількісне визначення нуклеїнових кислот ......................................................................... 4. Контрольні тестові завдання ........................................................... 5. Приклади завдань підсумкового контролю ............................ 6. Тематика індивідуальної роботи ........ ........................................... 7. Варіанти та завдання для виконання контрольної роботи студентам заочної форми навчання .............................................. 8. Рекомендована література .................................................................

5 7 8 8 10 12 13 14 16 23 27 36 44 54 62 71 80 90 97 115 119 121 125

ВСТУП

Біохімія рослин є одним із розділів біохімії – науки, що вивчає хімічний склад і властивості сполук живих організмів, а також перетворення цих сполук у процесі життєдіяльності. Біохімія досліджує молекулярний і надмолекулярний рівні організації живих систем, які лежать в основі вищих рівнів і забезпечують якісну своєрідність живого.

Біохімія рослин обмежується вивченням рослинних організмів, яким властиві специфічні риси. Тому вона характеризується своїми особливостями, що пов’язані зі специфікою життєдіяльності рослин. Так, багато органічних речовин синтезуються лише в рослинах і поступають в інші організми з рослинною їжею, зокрема, незамінні амінокислоти, окремі вітаміни, деякі вуглеводи та ліпіди. Переважна більшість видів рослин за способом отримання енергії та живлення є фотолітотрофами, що обумовлює особливий характер метаболізму їхнього організму. Для рослин характерна досить велика різноманітність речовин вторинного синтезу, так званих вторинних метаболітів, куди, наприклад, відносять глікозиди, алкалоїди, фенольні сполуки, різні ефіри, фітонциди та ін. Особливістю рослинних організмів є також регуляція біологічних і фізіологічних процесів за участю фітогормонів та низькомолекулярних йонів.

Біохімія рослин тісно пов’язана з агрохімією та іншими сільськогосподарськими науками й має важливе значення для підготовки майбутніх фахівців із агрохімії та ґрунтознавства. Вона є фундаментальною біологічною наукою й теоретичною основою багатьох прикладних галузей, у тому числі й сільськогосподарського виробництва.

Безпосередній взаємозв’язок біохімії рослин із агрохімією та ґрунтознавством визначається тим, що органічна частина ґрунту в своїй основній масі утворена саме рослинним матеріалом, який визначає особливості ґрунтоутворюючих процесів і специфіку того або іншого типу ґрунту. Біохімічні та фізіологічні процеси рослинних організмів досить тісно пов’язані з різними властивостями й параметрами ґрунту та в підсумку визначають величину майбутнього врожаю. В агрохімії, особливо при аналізі рослинних зразків, широко використовуються різні біохімічні методи.

Запропонований комплекс містить усі основні навчально-методичні та навчальні матеріали, що необхідні для вивчення дисципліни “Біохімія рослин” студентам спеціальності “агрохімія та ґрунтознавство” при кредитно-модульній організації навчального процесу.

Вміщені в навчальному виданні лабораторні заняття ставлять за мету закріплення теоретичних знань шляхом набуття практичних навичок із статичної, динамічної й, у деякій мірі, функціональної біохімії рослин, опанування основними методами біохімічного аналізу. Під час проведення лабораторних занять студенти засвоюють методи якісного та кількісного визначення окремих біохімічних компонентів, досліджують їх метаболізм.

1. Типова програма вибіркової навчальної дисципліни ”Біохімія рослин”

Дисципліни

Змістовний модуль 1. СТАТИЧНА БІОХІМІЯ

Тема 1. Біохімія рослин як наука. Хімічний склад рослин.

Вивчаючи цю тему, спочатку необхідно чітко з’ясувати предмет вивчення біохімії взагалі та біохімії рослин зокрема. Слід звернути увагу на те, що біохімія, як і інші біологічні науки, вивчає живі системи, однак вивчає їх на молекулярному та надмолекулярному рівнях – речовинний склад, його особливості, перетворення речовин у процесі життєдіяльності. Необхідно знати окремі розділи біохімії та що вони вивчають. Потрібно з’ясувати в чому полягають особливості предмету вивчення біохімії рослин як окремого розділу біохімії, розуміти місце біохімії в системі біологічних і ботанічних наук, чим саме воно визначається. Слід проаналізувати взаємозв’язок біохімії рослин із різними біологічними та іншими природними науками, а також прикладними науками й напрямками. Особливу увагу слід звернути на взаємозв’язок біохімії рослин із агрохімією та ґрунтознавством, з’ясувати в чому він проявляється. При вивченні матеріалу про практичне значення біохімії необхідно звернути увагу на ті прикладні науки, напрямки та галузі виробничої сфери, що безпосередньо або опосередковано використовують знання та досягнення біохімічної науки, що саме біохімія рослин для них дає. Слід знати основні завдання, що стоять перед сучасною біохімією в теоретичному, та, особливо, в практичному відношеннях, зокрема в сфері сільськогосподарського виробництва, переробки його сировини та зберігання отриманого врожаю. Щодо засвоєння матеріалу про методи біохімічних досліджень, то потрібно знати перелік найважливіших класичних і сучасних інструментальних методів, їх конкретне застосування. При вивченні матеріалу про історію виникнення та розвитку біохімії рослин слід знати коротку характеристику кожного з чотирьох періодів, які в ній виділяють. При цьому звертають увагу на найважливіші досягнення в кожному з періодів і пов’язують їх із науковою діяльністю конкретних учених. Слід знати прізвища вітчизняних учених і їх внесок у розвиток біохімічної науки.

При вивченні елементного та речовинного складу рослин спочатку слід з’ясувати предмет вивчення таких синтетичних наук як біогеохімія та біонеорганічна хімія, що більш детально займаються вивченням елементного складу живих організмів, з’ясуванням ролі конкретних хімічних елементів і їх неорганічних форм у життєдіяльності організмів, встановленням шляхів їх надходження в живі системи. Необхідно проаналізувати поширення хімічних елементів у рослинному світі, окремо виділивши біофільні елементи й звернути увагу на 18 елементів, які найчастіше зустрічаються в тілі рослин і мають для них винятково важливе значення (слід знати коротку характеристику цих елементів). Необхідно дати визначення та навести приклади органогенних і зольних елементів. Далі слід навести та проаналізувати схему поділу хімічних елементів на групи Б. Полинова за їх присутністю в рослинах. Потрібно знати відносний уміст у тілі рослин найважливіших хімічних елементів, а також коротку характеристику трьох груп хімічних елементів за їх умістом у рослинах. Потім слід навести формулу та визначення коефіцієнта біологічного поглинання, його зміст при різних значеннях (коли він більший одиниці та коли він менший одиниці). Необхідно також проаналізувати залежність елементного та речовинного складу від різних внутрішніх і зовнішніх чинників. Потім потрібно з’ясувати в чому проявляється різноманітність речовинного складу рослин і назвати основні групи речовин, які зустрічаються в рослинних організмах. При вивченні зазначеної теми слід більш детально зупинитися на неорганічних речовинах. Зокрема, потрібно знати вміст води, її характерні та специфічні (аномальні) властивості в зв’язку з будовою молекули, форми знаходження та біологічну роль води в рослинних організмах. При характеристиці мінеральних солей необхідно звернути увагу на їх уміст, форми знаходження, а також слід з’ясувати загальну біологічну роль мінеральних солей у життєдіяльності рослин.

Тема 2. Вуглеводи.

При вивченні цієї теми, насамперед, слід з’ясувати походження назв “вуглеводи” та “гліциди”. Необхідно знати, що представляють собою за хімічною природою вуглеводи. Далі слід вивчити вміст і біологічну роль вуглеводів в організмі рослин. Потім необхідно з’ясувати, на які групи поділяються вуглеводи й що кожна з них собою представляє. Особливу увагу при вивченні теми потрібно звернути на моносахариди, оскільки на їх прикладі розглядаються основні теоретичні питання структури не лише всіх вуглеводів, але й інших класів речовин. Крім того, з залишків моносахаридів побудовані речовини інших груп вуглеводів. При цьому необхідно з’ясувати поділ моносахаридів на групи за наявністю альдегідної або кетонної груп, за числом атомів вуглецю, за наявністю різних додаткових функціональних груп. Потрібно звернути увагу на номенклатуру моносахаридів і засвоїти правила нумерації атомів вуглецю в їх формулах. Для розуміння структури вуглеводів слід знати які атоми називаються хіральними, вміти їх розпізнавати в формулах і пов’язувати з ними оптичну активність та стереоізомерію вуглеводів. Необхідно знати, що представляють собою D- і L-форми моносахаридів, їх поширення в живих організмах, уміти розпізнавати ці форми за приведеними формулами, писати L-форми за приведеними D-формами й навпаки. Потрібно знати, що представляють собою енантіомери та суть явища мутаротації. При вивченні будови моносахаридів слід уміти розрізняти структурні формули Фішера, якими зображають їх відкриті або ациклічні форми, та проекційні формули Хеуорса, якими зображають їх циклічні форми. Потрібно добре засвоїти правила складання фуранозних і піранозних циклічних форм вуглеводів на основі відомих відкритих форм. При цьому необхідно розуміти сам механізм утворення циклічних форм і появу глікозидної групи ОН. Потрібно знати чим відрізняються між собою α- та β-циклічні форми вуглеводів і які форми називаються аномерами. Слід вивчити загальні фізичні та основні хімічні (здатність до відновлення, окислення з утворенням трьох рядів кислот, дегідратація) властивості моносахаридів. Для характеристики окремих представників моносахаридів потрібно знати формули відкритих форм і знаходження в рослинних організмах таких речовин, як гліцеральдегід, дигідроксиацетон, еритроза, арабіноза, рибоза, 2-дезоксирибоза, рибулоза, глюкоза, манноза, галактоза, фруктоза, седогептулоза. Для характеристики полісахаридів першого та другого порядків (для речовин: мальтоза, целобіоза, сахароза, рафіноза, крохмаль, целюлоза, геміцелюлоза, пектини, ага-агар) слід знати їх загальні фізичні властивості, поділ на окремі групи, коротку характеристику, знаходження в рослинних організмах, структурні формули, з залишків яких моносахаридів утворені, назви мономерних залишків у складі молекул полісахаридів першого порядку, якими зв’язками залишки сполучені. Потрібно також знати принципи методів лабораторного якісного визначення моносахаридів (реакція Троммера, реакція Фелінга, реакція відновлення аміачного розчину гідроксиду срібла, реакція Мілиша, реакція на пентози), сахарози, крохмалю та кількісного визначення глюкози й сахарози в цукровому буряку мікрометодом М. Дюбуа.

Тема 3. Ліпіди.

При вивченні цієї теми, необхідно засвоїти матеріал про вміст, поширення та біологічну роль ліпідів у рослинних організмах. Необхідно знати хімічну природу ліпідів і їх загальні фізичні властивості. Потім потрібно вивчити перелік основних груп ліпідів. При характеристиці нейтральних жирів слід знати їх хімічну природу, загальну формулу та формули основних складових компонентів жирів (вищих жирних насичених і ненасичених кислот, вищих спиртів), суть жирових чисел або констант. Необхідно засвоїти написання формул нейтральних жирів за приведеними назвами. При характеристиці гліколіпідів слід знати їх хімічну природу, поділ на групи, поширення в рослинних організмах, приклади формул окремих представників. При характеристиці фосфоліпідів слід знати їх поділ на групи та хімічну природу, їх біологічну роль, загальну формулу гліцерофосфоліпідів, формули окремих представників (фосфатидилетаноламіну, фосфатидилсерину, фосфатидилхоліну, 1-фосфатидилміоінозит-3,4-дифосфату). При характеристиці стероїдів слід знати їх хімічну природу, представленість у рослинних організмах, біологічну роль, загальну структурну формулу пергідроциклопентанфенантрену, що є основою стероїдів. При характеристиці восків слід знати їх загальний склад і поширення в рослинних організмах. Необхідно також знати лабораторні методи дослідження розчинності жирів і стабілізації жирових емульсій, омилення жирів, отримання вільних жирних кислот і нерозчинних кальцієвих мил, принципи методів визначення жирових чисел.

Тема 4. Фізіологічно активні рослинні речовини та речовини вторинного синтезу.

При вивченні цієї теми, насамперед слід з’ясувати, що представляють собою фізіологічно активні речовини та речовини вторинного синтезу й які основні групи речовин до них відносяться. При вивченні органічних кислот слід знати формули окремих найбільш розповсюджених карбонових кислот із різних їх груп (одно-, двох- і трикарбонових, насичених і ненасичених, гідрокси-, альдегідо- та кетокислот), їх біологічну роль, форми знаходження та представленість у рослинних органах. При вивчені фенольних сполук слід знати їх загальну біологічну роль, формули окремих представників різних типів (гідрохінону, С₆-С₁-типу, С₆-С₃-типу, С₆-С₃-С₆-типу). При вивченні рослинних алкалоїдів слід засвоїти загальне поняття про ці речовини, їх хімічну природу, загальні властивості, представленість в рослинних організмах, практичне використання, знати назви окремих представників і, як приклад, формулу одного з них. При вивченні рослинних глікозидів слід засвоїти загальне поняття про їх хімічну природу, представленість у рослинних організмах, практичне використання, знати назви окремих представників і, як приклад, формулу одного з них. При вивченні фотосинтезуючих пігментів необхідно з’ясувати, які групи пігментів до них належать, де вони локалізовані в клітині, представленість у рослинах, якими загальними властивостями володіють, біологічну роль кожної з них. Для характеристики хлорофілів слід знати, які види хлорофілів зустрічаються в рослинних організмах, їх хімічну природу, загальну формулу хлорофілів а та в, структурну формулу хлорофілу а. Для характеристики каротиноїдів слід знати їх поділ на групи, хімічну природу цих груп, назви окремих представників, загальну формулу каротинів і ксантофілів, структурну формулу β-каротину. Для характеристики фікобілінів слід знати їх поділ на групи та хімічну природу. При вивченні вітамінів потрібно з’ясувати їх загальну біологічну роль як фізіологічно активних речовин, поділ на групи, представленість у рослинних організмах. Слід розуміти, що представляють собою рослинні провітаміни. При характеристиці жиро- (вітаміни групи A, D, E, K) і водорозчинних (вітаміни B₁, B₂, B₆, C, H) необхідно знати їх назви, хімічну природу, найбільш важливі представники кожної з груп, структурну формулу одного з них, загальну біохімічну роль, знаходження в рослинах. Для вітаміну B₁₂потрібно знати його коротку загальну характеристику. При вивченні фітогормонів слід знати їх поділ на групи, конкретну фізіологічну роль кожної з груп, загальну хімічну природу, місце синтезу в рослинах, окремі представники для кожної з груп, а також структурні формули ß-індолілоцтової кислоти, кумарину, кумарової кислоти. Необхідно також знати лабораторні методи отримання витяжки фотосинтезуючих пігментів, їх розділення, принципи методів вивчення властивостей цих пігментів, принципи лабораторних методів якісного визначення вітамінів групи А, К, Е, вітаміну В₂, В₅, С, кількісного визначення щавлевої кислоти, вітаміну С і Р.

Тема 5-6. Білки.

При вивченні цієї теми необхідно ознайомитись із історією відкриття та вивчення білків і походженням назви цього важливого класу речовин. Потім необхідно з’ясувати присутність і вміст білкових речовин у рослинних організмах, у чому проявляється їх величезна різноманітність, життєво важливі та різноманітні функції білків. Слід також з’ясувати загальну хімічну природу білків, встановити природу їх мономерів, поділ на справжні білки та поліпептиди. При вивченні амінокислот, як складових компонентів білків, необхідно знати визначення терміну “α-амінокислоти”, їх загальну формулу, стереоізомерію, принцип поділу на протеїногенні та вільні, класифікацію протеїногенних амінокислот залежно від обраних ознак. Необхідно вивчити структурні формули всіх основних протеїногенних амінокислот і їх форм (22 формули), знати приклади назв вільних амінокислот. При характеристиці фізико-хімічних властивостей α-амінокислот необхідно зазначити зовнішній вигляд їх кристалічних форм, здатність до розчинності та йонізації, знати схему їх дисоціації, визначення термінів “ізоелектрична точка” та “ізойонна точка”. Для характеристики чотирьох структурних рівнів організації білкових речовин необхідно знати, що представляє собою кожен із структурних рівнів, якими типами зв’язків він підтримується й особливості цих зв’язків (особливу увагу слід звернути на особливості пептидного зв’язку), якими видами або формами він представлений, уміти схематично зображати різні види вторинної та третинної структури білків, писати рівняння утворення поліпептиду з окремих амінокислот. Необхідно знати, що приймається за початок і кінець поліпептидного ланцюга, визначення термінів, які використовуються для опису структурних рівнів білків, що представляють собою домени та аморфні ділянки макромолекул, приклади білків для яких встановлена первинна структура й білків із четвертинною структурою, а також взаємний зв’язок структурних рівнів. Для характеристики фізико-хімічних властивостей білків необхідно звернути увагу на їх високу відносну молекулярну масу, на розчинність, колоїдні властивості й проникність, на заряд і здатність до йонізації й чим вони обумовлені, на денатурацію й денатуруючі фактори, на загальні типи хімічних реакцій для білків; слід знати визначення термінів “ізоелектрична точка білка”, “ізойонна точка білка”. Для характеристики груп білків необхідно навести приклади ознак, за якими можна класифікувати білки, з’ясувати відмінність між простими й складними білками, вміти давати коротку характеристику найважливішим групам простих і складних білків. Необхідно також знати принципи лабораторних методів проведення кольорових реакцій на окремі групи амінокислот і білки, реакцій осадження білків, принципи мікрометоду кількісного визначення вмісту амінного азоту мідним способом, методів розподілу амінокислот на хроматографічному папері та визначення ізоелектричної точки білків.

Тема 7 . Ферменти.

При вивченні цієї теми необхідно з’ясувати, що представляють собою ферменти, їх роль в обміні речовин, характерні властивості ферментів і суть механізму прискорення ними біохімічних реакцій із його графічним зображенням. Потім слід вивчити хімічну природу ферментів, визначення термінів “апофермент”, “простетична група”, “кофермент (кофактор)”, “субстрат”, знати приклади найбільш поширених коферментів і простетичних груп. Слід чітко засвоїти, що представляє собою активний центр ферменту, його функцію та природу. При характеристиці кінетики ферментативних реакцій необхідно вміти записувати схему протікання ферментативного процесу, графічно зображати та пояснювати хід ферментативної реакції, залежність її швидкості від концентрації субстрату та температури, а також зображати константу Міхаеліса; знати, яка зі стадій ферментативного процесу є найповільнішою, а яка є найшвидшою, що представляє собою фермент-субстратний комплекс і за яким механізмом він утворюється, що представляють собою інгібітори та типи інгібування, знати визначення терміну “константа Міхаеліса” та її зв’язок із конкретною реакцією. Далі необхідно вивчити, які одиниці використовуються для вираження активності ферментів і їх зміст, за якими ознаками можна класифікувати ферменти, на яких критеріях побудована сучасна класифікація ферментів і її суть, назви всіх класів ферментів і які загальні перетворення речовин вони каталізують, приклади ферментів кожного класу. Потрібно також знати лабораторні методи вивчення загальних властивостей ферментів, принципи методів визначення активності каталази та тирозинази.

Тема 8 . Нуклеїнові кислоти.

При вивченні цієї теми спочатку слід ознайомитись із історією відкриття та вивчення нуклеїнових кислот, їх знаходженням у різних органелах, знати походження назви цієї важливої групи речовин. Потім необхідно з’ясувати загальну хімічну природу нуклеїнових кислот. Для характеристики нуклеотидів як мономерних одиниць нуклеїнових кислот потрібно знати з яких частин складається нуклеотид, як ці частини сполучені між собою, форми представленості в ньому пентоз. При характеристиці азотистих основ нуклеотидів потрібно з’ясувати, на які дві групи вони поділяються, яка хімічна природа кожної з груп, які азотисті основи до кожної групи належать; потрібно знати формулу, біохімічну та хімічну назву кожної з п’яти азотистих основ, що представляють собою мінорні азотисті основи й приклади таких основ. Потрібно також знати, що представляють собою нуклеозиди, самостійну біохімічну роль нуклеозидів і нуклеотидів. Для характеристики ДНК необхідно з’ясувати її біологічну роль, із яких нуклеотидів вона складається, що представляє собою первинна структура ДНК, як відбувається сполучення нуклеотидних залишків у полінуклеотидний ланцюг, що приймається за початок і кінець цього ланцюга, що представляє собою вторинна структура ДНК, якими формами вона представлена та їх коротка характеристика, на якому принципі вона побудована та як він реалізується на хімічному рівні, особливості утворення третинної та вищих структур організації ДНК, їх коротку характеристику; уміти формулювати та записувати правило Чаргаффа, знати загальні фізико-хімічні властивості ДНК (величина молекулярної маси, заряд молекули, поведінка при нагріванні та температура плавлення, денатурація та основні денатуруючі фактори). Для характеристики РНК і різних її типів необхідно з’ясувати, з яких нуклеотидів вона складається, особливості її вторинної структури, поділ на типи, біологічну роль, місце локалізації в клітині, особливості нуклеотидного складу, вторинної та вищих структур різних її типів. Потрібно також знати лабораторні методи виділення нуклеопротеїдів, принципи методів якісного визначення складових компонентів нуклеопротеїдів, якісного визначення ДНК методом Діше та кількісного визначення ДНК методом Броді.

Змістовний модуль 2. ДИНАМІЧНА БІОХІМІЯ

Тема 9. Метаболізм. Біохімія анаеробного перетворення вуглеводів.

При вивченні цієї теми слід з’ясувати, що представляє собою метаболізм, на які частини він поділяється, які реакції лежать в їх основі та що вони собою представляють, фізико-хімічні основи та функції метаболізму. Для характеристики анаеробного перетворення вуглеводів необхідно вивчити суть такого перетворення, де та при яких умовах воно відбувається, якими процесами представлене. Потрібно знати загальну суть і схему перетворення при гліколізі, детальну біохімічну характеристику обох етапів гліколізу (послідовність речовинних перетворень і їх особливості, назви ферментів, які каталізують кожне перетворення), поняття про субстратне фосфорилювання, енергетичну характеристику та біологічну роль гліколізу, загальне поняття про бродіння, його види, якими організмами здійснюється, детальну біохімічну характеристику молочнокислого та спиртового бродінь.

Тема 10. Біохімія аеробного перетворення вуглеводів.

При вивченні цієї теми насамперед слід з’ясувати суть аеробного перетворення вуглеводів, де та при яких умовах воно відбувається. Потім потрібно вивчити загальний зміст підготовчого етапу аеробного перетворення, вміти писати його біохімічну характеристику. Для характеристики циклу трикарбонових кислот потрібно знати його суть, загальне рівняння, детальну біохімічну характеристику (послідовність речовинних перетворень і їх особливості, назви ферментів, які каталізують кожне перетворення), енергетичну характеристику та біологічну роль аеробного окислення вуглеводів. Для характеристики дихального ланцюга слід знати, що він собою представляє та де він локалізований, його складові компоненти, їх природу та функції, вміти писати схему дихального ланцюга. Необхідно з’ясувати також, що представляє собою окислювальне фосфорилювання, біохімічне значення та механізм його здійснення згідно хеміоосмотичної теорії, процеси синтезу АТФ як результат функціонування дихального ланцюга.

Тема 11. Біохімія фотосинтезу та хемосинтезу.

При вивченні цієї теми насамперед слід з’ясувати, що представляє собою процес фотосинтезу, де й при яких умовах він відбувається, анатомічну будову хлоропластів як органел фотосинтезу, роль різних пігментів у ньому, склад, локалізацію та функції обох фотосистем, поділ процесу на фази, біологічну роль фотосинтезу. Необхідно вміти записувати та пояснювати загальне рівняння фотосинтезу, знати визначення цього процесу. Для характеристики світлової фази фотосинтезу потрібно знати її суть і функціональну роль, при яких умовах вона відбувається, вміти зображати та коротко характеризувати Z-схему світлової фази та її компоненти, розуміти суть циклічного та нециклічного фотосинтетичного фосфорилювання, роль у цьому води. Для характеристики темнової фази фотосинтезу потрібно знати її суть і функціональну роль, при яких умовах вона відбувається, які біохімічні механізми фіксації СО₂у рослин відомі. При характеристиці механізмів фіксації СО₂слід знати особливості цих механізмів у рослин С₃- та С₄-типу, для яких груп рослин вони характерні й як пов’язані з умовами їх зростання, від чого отримали свою назву, їх детальну біохімічну характеристику (послідовність речовинних перетворень і їх особливості, назви ферментів, які каталізують кожне перетворення), ефективність фотосинтезу для різних механізмів. При вивченні хемосинтезу необхідно засвоїти суть і визначення цього процесу, його особливості, для яких груп організмів він характерний, знати приклади таких організмів, вміти для прикладу записувати початкові етапи окисно-відновних перетворень при хемосинтезі для окремих груп мікроорганізмів (за вибором), знати шляхи фіксації СО₂в цьому процесі.

Тема 12. Білковий обмін. Обмін нуклеїнових кислот.

При вивченні цієї теми перш за все слід з’ясувати, які процеси відбуваються з білковими речовинами при їх розкладі в ґрунті, суть цих процесів, проміжні та кінцеві речовини розкладу, якими групами організмів вони здійснюються, їх конкретні приклади. Потім необхідно вивчити, де й під дією яких речовин відбувається розщеплення білків у рослинних клітинах. У подальшому потрібно з’ясувати шляхи перетворення амінокислот – за участю аміногрупи (трансамінування, відновне, гідролізне, окислювальне та внутрішньомолекулярне дезамінування), за участю карбоксильної групи (декарбоксилювання), за участю бічних радикалів, розуміти їх суть, уміти писати схеми перетворення або конкретні приклади перетворень, знати кінцеві продукти розкладу амінокислот. При вивченні шляхів біосинтезу амінокислот насамперед необхідно з’ясувати їх загальну особливість у рослин і вихідні сполуки для синтезу. Потім слід розглянути схеми шляхів первинного засвоєння NH₃ із утворенням трьох головних сполук. Потрібно знати три основні шляхи біосинтезу амінокислот, для прикладу – загальні схеми біосинтезу окремих протеїногенних амінокислот.

При вивченні біосинтезу білка слід знати визначення терміну “трансляція”, місце локалізації та основні компоненти, що необхідні для проходження біосинтезу, етапи трансляції. Для короткої характеристики етапів трансляції потрібно з’ясувати суть кожного з них, процеси, що відбуваються при цьому, й роль конкретних компонентів. Особливу увагу слід звернути на процеси активації амінокислот, їх розпізнавання та приєднання до т-РНК, на суть кодон-антикодонової взаємодії, на роль сайтів А та Р, роль ініціюючих і термінуючих кодонів.

При вивченні біосинтезу нуклеїнових кислот, спочатку потрібно засвоїти перелік процесів, які ведуть до утворення нових молекул ДНК або РНК, знати їх суть, місце проходження та коротеньку характеристику. В подальшому слід з’ясувати особливості синтезу будівельних блоків для побудови нуклеїнових кислот. При цьому основна увага повинна бути звернута на синтез пуринових і піримідинових азотистих основ. Потрібно засвоїти схему порядку синтезу різних нуклеотидів, знати формули інозинової та оротової кислот, а також схему, що відображає походження різних атомів у гетероциклах азотистих основ.

Лабораторний практикум

Лабораторне заняття № 1

Тема: Якісне та кількісне визначення різних груп вуглеводів. Визначення вмісту сахарози в коренеплодах цукрових буряків

Мета заняття: Засвоїти методи якісного та кількісного визначення вмісту різних груп вуглеводів у рослинному матеріалі

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Вуглеводи є важливою складовою частиною живих організмів. Основна маса органічного вуглецю в біосфері знаходиться саме в складі вуглеводів. У рослинних тканинах їх вміст становить понад 80 % від сухої маси. Вуглеводи є тими речовинами, які первинно утворюються в зелених рослинах у процесі фотосинтезу та дають початок іншим органічним речовинам.

Вуглеводи як запасні речовини нагромаджуються в коренях, бульбах, плодах, насінні багатьох дикорослих і культурних рослин. Значна маса вуглеводів зосереджена в клітинних оболонках у вигляді целюлози, геміцелюлоз, пектинів. Усередині протопласта вуглеводи можуть нагромаджуватись у вигляді включень крохмалю, інуліну та інших форм. У гіалоплазмі вуглеводи знаходяться у вільній формі або в формі похідних сполук вуглеводів, а їх залишки входять до складу більш складних речовин і надмолекулярних комплексів (наприклад, рибоза й дезоксирибоза входять до складу нуклеотидів, різні олігосахариди входять до складу плазмалеми).

У різних органах і тканинах рослин співвідношення між окремими групами вуглеводів має свої особливості. Так, у плодових і овочевих культурах переважають моносахариди та сахароза, в насінні зернових і бобових культур, а також у бульбах картоплі – крохмаль, у деревині та соломі злаків – целюлоза, геміцелюлози та пентозани. В плодах, як правило, переважають розчинні форми вуглеводів.

В організмі рослин вуглеводи виконують ряд важливих функцій – енергетичну (при окисленні 1 г вуглеводів виділяється біля 16,9 кДж енергії), будівельну (використовуються для синтезу багатьох важливих речовин), захисну (є основними компонентами клітинних оболонок, утворюють різні слизи й рослинні клеї, камеді), опорну (складають основу цитоскелету рослин), регуляторну (різні групи вуглеводів регулюють величину продихових щілин, осмотичний тиск), запасаючу (в рослинах органічні речовини найчастіше відкладаються в формі різних вуглеводів). Крім названих функцій, вуглеводи можуть виконувати й деякі специфічні функції.

За хімічною природою вуглеводи представляють собою альдегіди та кетони багатоатомних спиртів, їх похідні та полімери цих сполук.

За складністю будови вуглеводи, як правило, поділяють на моносахариди (сюди відносяться вуглеводи та їх похідні, що не здатні розщеплюватись без втрати своїх характерних властивостей), полісахариди І порядку або олігосахариди (сюди відносяться вуглеводи, що гідролізуються з утворенням 2-10 моносахаридів) і полісахариди ІІ порядку або глікани (сюди відносяться високомолекулярні полімерні вуглеводи, що складаються від 11 до декількох тисяч залишків моносахаридів або їх похідних).

У рослинних організмах із моносахаридів найчастіше зустрічаються – арабіноза, ксилоза, рибоза й дезоксирибоза, глюкоза, манноза, галактоза, рибулоза, фруктоза; з олігосахаридів – мальтоза, целобіоза, сахароза, трегалоза, рафіноза, стахіоза; з гліканів – крохмаль, целюлоза, геміцелюлоза, пектини, агар-агар.

Кожній із груп вуглеводів притаманні свої характерні фізичні та хімічні властивості, що лежать в основі методів їх якісного й кількісного визначення в рослинному матеріалі.

ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА

1. Якісна реакція на глюкозу (реакція Троммера)

Принцип методу . Розчини гексоз, наприклад, глюкози та фруктози в лужному середовищі відновлюють при нагріванні оксид міді (ІІ) в оксид міді (І), а самі окислюються до альдонових кислот. Цю реакцію для глюкози в загальному вигляді можна зобразити рівнянням

CH₂—CH—CH—CH—CH—C + 2CuSO₄ + 5NaOH

OH OH OH OH OH O

ONa

CH₂—CH—CH—CH—CH—C + 2CuOH | + 2Na₂SO₄ +

OH OH OH OH OH O

+ 2H₂O.

2CuOH Cu₂O | + H₂O.

Обладнання та реактиви : Штатив із пробірками, скляні палички, піпетки градуйовані, крапельниця, нагрівач, пробіркотримач, 5 %-ий розчин глюкози, 5 %-ий розчин гідроксиду натрію, 5 %-ий розчин сульфату міді (ІІ).

Хід роботи . В пробірку внести 3 мл розчину глюкози, додати 1 мл розчину гідроксиду натрію, 5 крапель розчину сульфату міді (ІІ) і суміш перемішати. При цьому спостерігається випадання осаду гідроксиду міді (ІІ), який при перемішуванні або струшуванні пробірки розчиняється й розчин набуває синього кольору. Потім вміст пробірки обережно нагріти до кипіння. При цьому спостерігається випадання жовтого осаду гідроксиду міді (І) або червоного осаду оксиду міді (І).

2. Якісна реакція на глюкозу (реакція Фелінга)

Принцип методу. В реактиві Фелінга присутні йони міді, що перебувають у вигляді комплексної сполуки з тартратами (солями винної кислоти). Механізм реакції гексоз (і всіх редукуючих вуглеводів) із реактивом Фелінга такий, як і в реакції Троммера. Перевагою реактиву Фелінга є те, що мідь при надлишку реактиву не випадає у вигляді оксиду міді (ІІ). Дисахариди та полісахариди взаємодіють із реактивом Фелінга після кип’ятіння з мінеральними кислотами.

Обладнання та реактиви: Штатив із пробірками, скляні палички, піпетки градуйовані, нагрівач, пробіркотримач, 5 %-ий розчин глюкози, реактив Фелінга (для його приготування змішати однакові об’єми двох розчинів безпосередньо перед роботою; для приготування першого розчину 200 г сегнетової солі та 150 г гідроксиду натрію розчинити в дистильованій воді й довести об’єм до 1 л; для приготування другого – 40 г перекристалізованого сульфату міді (ІІ) розчинити в дистильованій воді об’ємом 1 л).

Хід роботи . В пробірку внести 1 мл розчину глюкози й 1 мл реактиву Фелінга. Суміш перемішати та нагріти до кипіння. При цьому спостерігається випадання червоного осаду оксиду міді (І).

OH OH OH OH OH O

ONH₄

CH₂—CH—CH—CH—CH—C + 2Ag | + 3NH₃ + H₂O.

OH OH OH OH OH O

Обладнання та реактиви : Штатив із пробірками, скляні палички, піпетки градуйовані, крапельниця, нагрівач, пробіркотримач, 5 %-ий розчин нітрату срібла, 5 %-ий розчин гідроксиду натрію, 10 %-ий водний розчин аміаку, 5 %-ий розчин глюкози.

Хід роботи . В пробірку внести 1 мл розчину нітрату срібла, 1 мл розчину гідроксиду натрію та краплями водний розчин аміаку до розчинення сірого осаду, що утворюється. Потім до вмісту пробірки додати 3 мл розчину глюкози, перемішати та обережно нагріти до появи бурого забарвлення. Далі реакція відбувається без нагрівання. При цьому спостерігається випадання металічного срібла у вигляді чорного осаду або його осадження на стінках пробірки у вигляді блискучого дзеркального нальоту.

4. Реакція з α-нафтолом (реакція Мілиша)

Принцип методу . При взаємодії концентрованих сірчаної або соляної кислот із вуглеводами та їх похідними відбувається дегідратація й утворення з них фурфуролу або оксиметилфурфуролу. Ці сполуки, вступаючи в реакцію з α-нафтолом, утворюють продукти конденсації фіолетового кольору.

Обладнання та реактиви : Штатив із пробірками, піпетки градуйовані, концентрована сірчана кислота, 1 %-ий розчин глюкози, 3 %-ий розчин сахарози, 1 %-ий спиртовий розчин α-нафтолу.

Хід роботи. В дві пробірки внести відповідно по 1 мл розчину глюкози та розчину сахарози. В кожну з них додати 1 мл розчину α-нафтолу. Потім в обидві пробірки обережно по стінках пробірки додати по 1 мл концентрованої сірчаної кислоти, яка опускається на дно пробірок. На дні або на межі розділу рідин спостерігається утворення фіолетового або фіолетово-червоного кільця.

Реакція на пентози

Принцип методу . Всі пентози при їх кип’ятінні в кислому середовищі в присутності бензидину дають червоне забарвлення, що з’являється внаслідок взаємодії бензидину з фурфуролом. Останній утворюється внаслідок дегідратації пентоз під впливом концентрованих кислот.

Обладнання та реактиви: Штатив із пробірками, піпетки градуйовані, крапельниця, водяна баня, годинник, 5 %-ий розчин арабінози, 4 %-ий розчин бензидину в оцтовій кислоті.

Хід роботи. В пробірку внести 0,5 мл розчину бензидину в оцтовій кислоті та додати сюди 1-2 краплі розчину арабінози. Пробірку кип’ятити на водяній бані впродовж 5 хв. При цьому з’являється червоне забарвлення.

Реакція на сахарозу

Принцип методу . При додаванні до розчину сахарози в лужному середовищі нітрату кобальту утворюється комплексна сполука фіолетового кольору. Ця реакція є специфічною та характерна лише для сахарози.

Обладнання та реактиви : Штатив із пробірками, піпетки градуйовані, крапельниця, 3 %-ий розчин сахарози, 2 %-ий розчин нітрату кобальту, 5 %-ий розчин гідроксиду натрію.

Хід роботи. В пробірку внести 2 мл розчину сахарози, 1 мл розчину гідроксиду натрію та декілька крапель нітрату кобальту. При цьому спостерігається поява фіолетового забарвлення.

Реакція крохмалю з йодом

Принцип методу. При взаємодії крохмалю з йодом утворюються комплексні адсорбційні сполуки, що забарвлені в синій колір. При нагріванні забарвлення зникає, однак з’являється знову при охолодженні, що свідчить про утворення нестійкого комплексу крохмалю з йодом. Знебарвлення відбувається також при додаванні гідроксидів натрію або калію. Зникнення забарвлення при нагріванні й додаванні лугу, обумовлене тим, що в утворенні комплексів приймає участь молекулярний йод, але не йодид-йони.

Обладнання та реактиви : Штатив із пробірками, піпетки градуйовані, крапельниця, скляні палички, водяна баня, реактив Люголя (1 г йоду та 2 г йодиду калію розчинити в 15 мл дистильованої води й потім довести розчин водою до об’єму 300 мл), 1,0 %-ий розчин крохмалю, 10 %-ий розчин гідроксиду натрію.

Хід роботи. В пробірку внести 2 мл розчину крохмалю. Потім сюди додати 1-2 краплі розчину Люголя. Вміст пробірки перемішати. При цьому спостерігається утворення синього забарвлення. З цієї пробірки перенести 1 мл рідини в іншу пробірку та долити в неї 1 мл розчину гідроксиду натрію. При цьому спостерігається знебарвлення вмісту пробірки. Суміш, яка залишилась у попередній пробірці, нагріти на водяній бані. При цьому також спостерігається зникнення забарвлення, що знову з’являється при охолодженні.

Гідроліз крохмалю

Принцип методу. При нагріванні розчину крохмалю з мінеральними кислотами відбувається гідроліз крохмалю з утворенням глюкози, яку можна виявити характерними реакціями на моносахариди, а саме реакцією Троммера (реакція 1).

Обладнання та реактиви: Штатив із пробірками, піпетки градуйовані, крапельниця, скляні палички, водяна баня, нагрівач, пробіркотримач, годинник, концентрована соляна кислота, 1 %-ий розчин крохмалю, 15 %-ий розчин гідроксиду натрію, 1 %-ий розчин сульфату міді (ІІ).

Хід роботи. В дві пробірки внести по 5 мл розчину крохмалю. В одну з них додати 2-3 краплі концентрованої соляної кислоти та кип’ятити на водяній бані 15 хв. Друга пробірка є контрольною. Потім в обидві пробірки прилити 2 мл розчину гідроксиду натрію та 5 крапель розчину сульфату міді (ІІ) й нагріти (проробити реакцію Троммера). В пробірці, де проводився гідроліз крохмалю соляною кислотою, при нагріванні спостерігається утворення червоного осаду оксиду міді (І) (реакція Троммера позитивна), а в контрольній пробірці такий осад не утворюється (реакція Троммера від’ємна).

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Вміст, поширення та біологічна роль вуглеводів у рослинних організмах.

2. Поняття про вуглеводи, їх класифікація.

3. Моносахариди, їх класифікація та загальні властивості.

4. Стереоізомери моносахаридів, їх циклічні форми.

5. Будова та поширення найважливіших рослинних моносахаридів.

6. Будова, загальні властивості та поширення найважливіших рослинних полісахаридів І і ІІ порядків.

7. Якісні реакції на окремі групи вуглеводів.

8. Принцип кількісного визначення вмісту глюкози.

9. Принцип кількісного визначення вмісту сахарози в коренеплодах методом М. Дюбуа.

Лабораторне заняття № 2

Тема: Фізико-хімічні властивості ліпідів. Визначення жирових чисел

Мета заняття: З’ясувати основні фізико-хімічні властивості ліпідів, засвоїти методику визначення окремих констант жиру

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Ліпіди об’єднують неоднорідні за хімічним складом речовини, до яких відносять жири та жироподібні речовини або ліпоїди. За своєю будовою ліпіди переважно представляють собою складні ефіри вищих жирних кислот із гліцеролом або деякими іншими спиртами специфічної будови. З вищих жирних кислот у складі ліпідів найчастіше зустрічаються насичені (пальмітинова, стеаринова, арахінова, бегенова) та ненасичені (олеїнова, ерукова, лінолева, ліноленова) кислоти. Зі спиртів, крім гліцеролу, в складі ліпідів зустрічаються миристиновий, цитиловий, стеариновий, олеїновий, нервоновий спирти, а також циклічний шестиатомний спирт міоінозитол.

Вміст ліпідів у клітинах листків, коренів і плодів становить 0,1-0,5 % від сирої маси рослин. Однак, у насінні рослин вміст ліпідів може складати десятки відсотків (наприклад, у насінні сої – 20-30 %, соняшника – 30-50 %, маку та рицини – 50-60 %). Дослідження показали, що приблизно в 90 % видового складу вищих рослин основною запасаючою речовиною в насінні є саме ліпіди. Рослинні жири або олії є головним запасним продуктом у насінні більшості рослин. В окремих видів рослин олії можуть становити до 30-40 % від загальної маси насінини.

Загальною властивістю, що об’єднує всі ліпідні речовини, є їх добра розчинність у неполярних органічних розчинниках (ефір, ацетон, хлороформ, бензол та ін.) і нерозчинність у воді. Всі вони мають добре виражені гідрофобні властивості, оскільки містять у своєму складі багато гідрофобних радикалів і груп.

Компоненти, що входять до складу ліпідів, містять різне число атомів вуглецю, можуть мати один або декілька ненасичених зв’язків. Саме від складу та хімічної будови залежать їх фізичні та хімічні властивості.

У рослинних організмах ліпіди виконують ряд важливих функцій – енергетичну (при окисленні 1 г жиру виділяється 39 кДж енергії), запасаючу (відкладаються в клітинах у вигляді ліпідних крапель), захисну (восковий наліт на поверхні листків, плодів, бруньок та інших органів захищає від надлишкового випаровування й проникнення мікроорганізмів), структурну (в комплексі з білками є основними структурними компонентами різного типу мембран), регуляторну (впливають на активність ферментів).

Враховуючи значну різноманітність ліпідних речовин, їх поділяють на декілька груп: 1) нейтральні жири та вільні жирні кислоти; 2) фосфоліпіди; 3) гліколіпіди; 4) стероїди; 5) воски; 6) терпени.

Нейтральні жири або триацилгліцерини є однією з найбільш поширених груп ліпідів і представляють собою складні ефіри триатомного спирту гліцеролу та вищих жирних кислот. В організмі рослин нейтральні жири мають переважно рідку консистенцію й називаються оліями. Це пов’язано з тим, що в їх складі багато ненасичених жирних кислот. Властивості нейтральних жирів можна характеризувати так званими константами або жировими числами – кислотним, йодним, перекисним, ефірним, числом омилення та ін.

Фосфоліпіди містяться переважно в складі клітинних мембран. Із цієї групи в рослинах зустрічаються фосфатидилхоліни, фосфатидилінозити, фосфатидилгліцерини, цераміди. В основі їх будови знаходиться фосфатидна кислота, що представляє собою гліцерол, у якого дві спиртові групи етерифіковані жирними кислотами, а третя – ортофосфорною кислотою. Залишок ортофосфорної кислоти в складі фосфатидної кислоти часто утворює складноефірний зв’язок із різними полярними угрупованнями.

Із гліколіпідів у рослинах найчастіше зустрічаються глікозил-диацилгліцерини, молекула яких складається з гліцеролу, етерифікованого двома залишками жирних кислот, і однієї або двох молекул моносахаридів (найчастіше D-галактози), що зв’язані з гліцеролом β-глікозидним зв’язком.

Із стероїдів, які є похідними пергідроциклопентанфенантрену, в рослинах поширені фітостероли (найчастіше ситостерол і стигмастерол) та екдізони, що відіграють роль гормонів комах.

Воски представляють собою складні ефіри вищих моноатомних спиртів і вищих жирних кислот. У своєму складі вони також містять вільні вищі спирти, вільні вищі жирні кислоти з довгим ланцюгом, насичені вуглеводні, пахучі та фарбуючі речовини.

Терпени представляють собою сполуки, що утворені ізопреновими залишками. До терпенів відносять різні ефірні олії, смоляні кислоти та каучук, різні рослинні пігменти, а також вітамін А.

ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА

Омилення жиру

Принцип методу . Жири під впливом лугів гідролізуються з утворенням мила та гліцеролу

CH₂—O—OC—(CH₂)₇—CH==CH—(CH₂)₇—CH₃

CH—O—OC—(CH₂)₁₆—CH₃ + 3KOH

CH₂—O—OC—(CH₂)₁₄—CH₃

CH₂—OH KOOC—(CH₂)₇—CH==CH—(CH₂)₇—CH₃

CH—OH + KOOC—(CH₂)₁₆—CH₃

CH₂—OH KOOC—(CH₂)₁₄—CH_{3 .}

Обладнання та реактиви: Колба об’ємом 50 мл, піпетки градуйовані, мірний циліндр, водяна баня, годинник, олія, 0,5 моль/л спиртовий розчин гідроксиду калію (для приготування цього реактиву розчинити 40 г КОН у 30 мл води; залежно від концентрації спиртового розчину взяти відповідний об’єм водного розчину КОН і розбавити перегнаним у присутності NаОН (на 100 г спирту 5 г NаОН) спиртом. Спирт із таким співвідношенням NаОН кип’ятити зі зворотнім холодильником упродовж години, а потім перегнати. Спиртовий розчин КОН відстояти добу, відфільтрувати та зберігати в скляній посудині з темного скла, добре закупоривши (щоб захистити від попадання вуглекислого газу повітря)).

Хід роботи. В колбу з 1 мл олії додати 20 мл спиртового розчину гідроксиду калію, вміст колби перемішати, поставити на водяну баню та кип'ятити впродовж 60 хв. Після омилення розчин розвести до об’єму 20 мл дистильованою водою й у такий спосіб одержати розчин калієвого або натрієвого мила (калієвих або натрієвих солей жирних кислот).

Щавлева кислота

Органічні кислоти є проміжними продуктами метаболізму. Вони містяться в усіх рослинах і утворюються в результаті численних біохімічних реакцій, серед яких основними слід вважати реакції ди- й трикарбонових кислот і гліоксилатного циклу. Багато органічних кислот є вихідними сполуками для біосинтезу амінокислот, вуглеводів, ліпідів, вітамінів і деяких інших біологічно активних речовин. Кислоти можуть використовуватись як енергетичний матеріал при диханні рослин.

Органічні кислоти знаходяться в рослинах у вільному стані (переважно в плодах, а також у листках деяких рослин – щавлі, ревені, бегонії та ін.) та в формі кислих і нейтральних солей. Вміст їх в організмі рослин не є сталим і залежить від виду, сорту, віку, фізіологічного стану та від умов зростання й вирощування.

Найбільший вміст щавлевої кислоти (НОOС – COOH) виявлений у плодах малини (0,05 %), смородини (0,03 %), груші (0,02 %). На відміну від інших органічних кислот, вміст щавлевої кислоти в плодах та інших органах незначний, але в деяких рослинах (наприклад, у старих сухих листках щавлю, буряка, черешках ревеню) її вміст може сягати до 10-16 % від сухої маси органу. В формі слаборозчинних солей кальцію, а також інших розчинних солей щавлева кислота широко поширена в плодах. Підвищений вміст її спостерігається в листках рослин із родів Лобода, Щириця, Квасениця. Багато щавлевої кислоти міститься в коренеплодах. Щавлева кислота токсична для тварин і, крім того, перешкоджає засвоєнню кальцію з корму. В окремих видів рослин щавлева кислота утворює солі з алкалоїдами.

Щавлева кислота, на відміну від інших органічних кислот, більш сильна та токсична. В багатьох рослинах вона знаходиться у вигляді кислої та середньої калієвої й кальцієвої солей. Часто щавлева кислота відкладається в тканинах рослин у вигляді кристалів оксалату кальцію, видимих під мікроскопом.

Пігменти листка

Пігментна система хлоропластів вищих рослин представлена двома типами пігментів: зеленими – хлорофіли а і b та жовтими – каротиноїди.

Основний функціонуючий пігмент – хлорофіл а виявлений, за винятком бактерій, у всіх фотосинтезуючих організмів. Цей пігмент служить безпосереднім донором енергії для фотосинтетичних реакцій, інші пігменти лише передають йому поглинену ними енергію. В більшості надземних вищих рослин вміст хлорофілу а в два-три з половиною рази вищий, ніж вміст хлорофілу b.

За хімічною природою хлорофіли а і b є складними ефірами дикарбонової кислоти хлорофіліну та двох спиртів – метилового й одноатомного ненасиченого спирту фітолу. Тому за хімічною номенклатурою хлорофіли можна розглядати як фітилметилхлорофіліди:

COOC₂₀H₃₉

хлорофіл а MgN₄OH₃₀C₃₂

COOCH₃

COOC₂₀H₃₉

хлорофіл b MgN₄O₂H₂₈C₃₂

COOCH₃

Структурною основою молекули хлорофілу є порфіринове ядро, що утворене чотирма пірольними кільцями, які зв’язані одне з одним метиновими містками. В центрі ядра знаходиться атом магнію, що утримується в цьому положенні за рахунок зв’язків із атомами азоту. Чотири атоми азоту надають ядру гідрофільного характеру. Істотною структурною особливістю хлорофілу є наявність у його молекулі ізоциклічного угруповання – циклопентану. Таким чином, асиметрична молекула хлорофілу включає гідрофільну “головку” та ліпофільний “хвіст”, який представлений довгим ланцюгом фітолу.

Завдяки наявності кон’югованих подвійних зв’язків молекули хлорофілів беруть участь у первинному поглинанні та зв’язуванні світлової енергії.

Каротиноїди – це спряжені полієнові сполуки з 40 атомами вуглецю в ланцюзі, які можна розглядати як похідні п’ятивуглецевої сполуки ізопрену. Хроматофорну систему каротиноїдів також складають кон’юговані подвійні зв’язки. Каротиноїди поділяють на каротини та ксантофіли.

Каротини – це ненасичені вуглеводні з емпіричною формулою С₄₀Н₅₆. За хімічною структурою вони можуть бути ациклічними, моноциклічними та біциклічними сполуками. В циклічних каротинах шестичленні кільця представлені двома типами: α-іононовими й β-іононовими. У фотосинтезуючих організмів група жовтих каротинових пігментів представлена лікопіном, α-каротином, β-каротином і γ-каротином. У вищих рослин переважає β-каротин. Його молекула утворена двома симетрично розташованими іононовими кільцями, сполученими довгим вуглецевим ланцюгом із системою подвійних зв’язків, які регулярно чергуються.

Ксантофіли – кисневмісні похідні каротинів, які в рослинах представлені лютеїном (С₄₀Н₅₆О₂), зеаксантином (С₄₀Н₅₆О₂), віолаксантином (С₄₀Н₅₆О₄) і неоксантином (С₄₀Н₅₆О₄). Однак, переважає лютеїн, який за хімічною структурою близький до α-каротину, але, на відміну від останнього, представляє собою двоатомний спирт, тобто в кожному його іононовому кільці один атом водню заміщений на гідроксильну групу. Завдяки присутності гідроксильних та інших кисневмісних груп ксантофіли легко розчиняються в спирті та трохи гірше (на відміну від каротинів) – у неполярних розчинниках.

Каротиноїди також поглинають сонячну енергію й біля 50 % поглинутої енергії передають хлорофілу, тобто вони виконують роль світлозбирачів, виступаючи додатковими пігментами. Одночасно, каротиноїди захищають хлорофіл від його фотодинамічного пошкодження досить активною формою кисню – синглетним киснем, який виникає при взаємодії зі збудженими хлорофілами під впливом сонячного випромінювання.

Фотосинтезуючі пігменти разом із спеціальними білками та іншими речовинами згруповані в дві фотосистеми, що є безпосередніми функціональними одиницями процесів фотосинтезу.

Рослинні пігменти характеризуються відповідними фізико-хімічними властивостями, що дозволяє проводити їх якісне та кількісне визначення.

ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА

Омилення хлорофілу лугом

Принцип методу. Діючи на хлорофіл лугом, можна викликати омилення ефірних груп, тобто відщеплення залишків метилового спирту та фітолу

COOC₂₀H₃₉

MgN₄OH₃₀C₃₂+ 2 NaOH

СООСН₃

COONa

MgN₄OH₃₀C₃₂+ C₂₀H₃₉OH + СН₃OH.

СООNa

Сіль хлорофілінової кислоти, що утвориться при цьому, зберігає зелене забарвлення та оптичні властивості хлорофілу, однак відрізняється від нього більшою гідрофільністю.

Обладнання та реактиви : Штатив із пробірками, піпетки градуйовані, крапельниця, корок, водяна баня, 20 %-ий розчин гідроксиду натрію, бензин, дистильована вода.

Хід роботи. В пробірку з 2-3 мл спиртового розчину пігментів долити 1 мл розчину гідроксиду натрію та збовтати вміст пробірки. Після змішування екстракту з лугом пробірку поставити на киплячу водяну баню. Як тільки розчин закипить, пробірку вийняти та охолодити. До охолодженого розчину додати 3-4 мл бензину та декілька крапель води для кращого розподілу суміші. Потім вміст пробірки різко струсити та дати відстоятися. При цьому в бензиновий шар переходять каротин і ксантофіл, а в спиртовий – натрієва сіль хлорофілінової кислоти.

Лабораторне заняття № 4

Тема: Визначення вмісту вітамінів у рослинному матеріалі

Мета заняття: Засвоїти методику якісного та кількісного визначення вмісту окремих груп вітамінів у рослинному матеріалі

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Вітаміни розглядають як низькомолекулярні, фізіологічно активні органічні сполуки, що є невід’ємними компонентами організму та забезпечують нормальне протікання біохімічних і фізіологічних процесів шляхом участі в регуляції метаболізму.

Багато вітамінів представляють собою вихідний матеріал для біосинтезу коферментів і простетичних груп ферментів. У цьому полягає одна з головних причин необхідності вітамінів для нормального протікання обмінних процесів.

Структура кожного коферментного вітаміну унікальна та, як правило, характеризується наявністю спряжених зв’язків, чітко вираженими електронодонорними або електроноакцепторними властивостями. Ці властивості значно підсилюються, коли вітамін стає коферментом, сполучаючись із металом або апоферментом при входженні в активний центр ферменту. Ряд вітамінів самостійно володіє регуляторними функціями, зокрема, бере участь у регуляції проникності мембран, транспорту через них катіонів.

Згідно положень Міжнародної біохімічної номенклатури (1956 р.) вітаміни поділяють на три групи: 1) розчинні у воді; 2) розчинні в жирах; 3) вітаміноподібні сполуки.

В організмі вищих рослин присутні вітаміни в готовій формі або в формі, що легко перетворюється у відповідний вітамін, тобто в формі провітаміну. Нижчі рослини потребують надходження деяких вітамінів із середовища існування.

Із жиророзчинних вітамінів у рослинах знаходяться: провітаміни А, що представляють собою різні каротиноїди (їх особливо багато в коренеплодах моркви, в плодах помідорів і перцю, в листках шпинату); провітаміни D, які представляють собою ергостерин і 7-дегідрохолестерин; вітаміни групи Е або токофероли (найбільше їх міститься в рослинних оліях, особливо в кукурудзяній, бавовниковій, соняшниковій, в олії з пшеничних зародків); вітаміни групи К або хінони (найбільше їх міститься в хлоропластах рослин, особливо в шпинаті, капусті, гарбузі).

Із водорозчинних вітамінів у рослинах знаходяться: вітамін В₁ або тіамін (особливо багато його в бобових рослинах – квасолі, горосі, сочевиці, сої); коферментні форми вітаміну В₂ або рибофлавіну у вигляді ФМН і ФАД (переважають у зернах злаків, в овочах і фруктах); вітамін В₃ або пантотенова кислота (досить багаті на цей вітамін кольорова капуста, картопля, помідори); вітамін В₅ (РР, нікотинова кислота, нікотинамід, ніацин) (цей вітамін досить часто зустрічається в рослинах, особливо багато його в зернових культурах); вітамін В₆ (піридоксин, піридоксаль, піридоксамін) (досить багаті на цей вітамін плодові оболонки зерен злаків); вітамін В_с або фолацин (основним джерелом цього вітаміну є латук посівний, шпинат, капуста, морква, помідори, зелена цибуля); вітамін Н або біотин (найбільше міститься в кінських бобах, оболонці рисових зерен, пшеничному борошні, кольоровій капусті); вітамін С або аскорбінова кислота (є одним із найбільш поширених вітамінів у рослинному світі, особливо багато його в листках і плодах); вітамін Р, що представляє собою різні біофлавоноїди – катехіни, лейкоантоціани, флавонони, флавоноли, флавони, антоціани (він широко представлений у рослинах, особливо багато його в чорноплідній горобині, чорній смородині, щавлі, аґрусі, темній черешні, персиках); інозитол (представляє собою циклічний шестиатомний спирт циклогексану, що утворюється при циклізації молекули глюкози, часто зустрічається в рослинах, особливо багато його в кукурудзі, картоплі, зеленому горосі, яблуках, динях, а також у грибах). Із вітаміноподібних речовин у рослинах зустрічаються: вітамін В₁₅ або пангамова кислота, параамінобензойна кислота, вітамін N або ліпоєва кислота, вітамін U або метилметіонін, вітамін F, який представляє собою ессенціальні поліненасичені жирні кислоти.

ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА

Якісні реакції на вітамін A

Принцип методу. Хлороформний розчин вітаміну А утворює з хлоридом сурми (ІІІ) продукт реакції, що забарвлений у синій колір. Із концентрованою сірчаною кислотою цей розчин дає продукт реакції червоно-бурого кольору.

Обладнання та реактиви : Штатив із пробірками, піпетки градуйовані, крапельниці, скляні палички, олійний розчин вітаміну А, хлороформ, 33 %-ий хлороформний розчин хлориду сурми (ІІІ) (SbCl₃), концентрована сірчана кислота.

Хід роботи:

А. Реакція з трихлористою сурмою. В суху пробірку внести 3 краплі олійного розчину вітаміну А та додати сюди 3 краплі хлороформного розчину хлориду сурми (ІІІ). Вміст пробірки перемішати. При цьому спостерігається поява синього кольору, що поступово переходить у рожево-фіолетовий.

Б. Реакція з сірчаною кислотою (реакція Друммонда). В суху пробірку внести 3 краплі олійного розчину вітаміну А та додати 1-2 мл хлороформу. Вміст пробірки перемішати та додати 5-6 крапель сірчаної кислоти. Вміст пробірки при цьому забарвлюється в червоно-бурий колір.

Якісні реакції на вітамін К

Принцип методу. Спиртовий розчин вітаміну К у лужному середовищі з діетилмалоновим ефіром дає червоно-фіолетове забарвлення, а в присутності діетилдитіокарбомату в цих умовах утворює сполуку, забарвлену в блакитний колір. При наявності аніліну спиртовий розчин вітаміну К забарвлюється в червоний колір внаслідок утворення 1-метил-2-феніламінонафтохінону.

Обладнання та реактиви : Штатив із пробірками, піпетки градуйовані, крапельниця, скляні палички, спиртовий розчин вітаміну К, 0,05 %-ий спиртовий розчин вікасолу, 1 %-ий розчин діетилмалонового ефіру, 1 %-ий розчин гідроксиду калію, 5 %-ий розчин діетилдитіокарбомату, 4 %-ий спиртовий розчин гідроксиду натрію, розчин аніліну.

Хід роботи:

А. Реакція з діетилмалоновим ефіром. У пробірку з 2 мл спиртового розчину вітаміну К додати 0,5 мл розчину діетилмалонового ефіру та 0,1 мл розчину гідроксиду калію. При цьому спостерігається поява червоно-фіолетового забарвлення.

Б. Реакція з діетилдитіокарбоматом. У пробірку з 2 мл спиртового розчину вітаміну К додати 2 мл розчину діетилдитіокарбомату та 0,5 мл розчину гідроксиду натрію в етанолі. При цьому розчин набуває блакитного забарвлення.

В. Реакція з аніліном. У пробірку з 1 мл спиртового розчину вікасолу додати 2 краплі аніліну. Після перемішування вміст пробірки забарвлюється в червоний колір.

Якісні реакції на вітамін Е

Принцип методу . Взаємодія α-токоферолу з концентрованою азотною кислотою зумовлює забарвлювання реакційної суміші в червоний колір. Це обумовлено тим, що продукт окислення α-токоферолу має хіноїдну структуру. При взаємодії з хлоридом заліза (ІІІ) α-токоферол окислюється до α-токоферилхінону – сполуки, забарвленої в червоний колір.

Обладнання та реактиви: Штатив із пробірками, крапельниця, піпетки градуйовані, скляна паличка, 0,1 %-ий спиртовий розчин α-токоферолу, концентрована азотна кислота, 1 %-ий розчин хлориду заліза (ІІІ).

Хід роботи:

А. Реакція з азотною кислотою. В суху пробірку внести 5 крапель спиртового розчину α-токоферолу й додати 1 мл концентрованої азотної кислоти. Пробірку інтенсивно струсити. При цьому спостерігається поява червоного забарвлення.

Б. Реакція з хлоридом заліза (ІІІ). У суху пробірку внести 0,5 мл спиртового розчину α-токоферолу та 0,5 мл хлориду заліза (ІІІ). Вміст пробірки добре перемішати скляною паличкою. При цьому спостерігається поява червоного забарвлення.

4. Реакція відновлення вітаміну В₂ (рибофлавіну)

Принцип методу . Водень, який утворюється при додаванні металічного цинку до концентрованої соляної кислоти, відновлює жовтий рибофлавін спочатку до родофлавіну (проміжної сполуки) червоного кольору, а потім до безбарвного лейкофлавіну.

Обладнання та реактиви: Штатив із пробірками, піпетки градуйовані, 0,025 %-ий розчин вітаміну В₂(завись рибофлавіну), концентрована соляна кислота, металічний цинк.

Хід роботи . В пробірку внести 1 мл розчину вітаміну В₂, 0,5 мл концентрованої соляної кислоти та опустити в неї шматок металічного цинку. Водень, який виділяється при цьому, реагує з рибофлавіном і відновлює його. При цьому вміст пробірки поступово забарвлюється в рожевий колір, а потім знебарвлюється. При збовтуванні знебарвленого розчину лейкофлавін знову окислюється киснем повітря в рибофлавін.

Якісні реакції на вітамін С

Принцип методу . Аскорбінова кислота здатна легко вступати в окисно-відновні реакції та відновлювати 2,6-дихлорфеноліндофенол, гексоціано-(III) феррат калію, нітрат срібла, метиленовий синій. При цьому окислена форма 2,6-дихлорфеноліндофенолу (синій колір) і метиленовий синій відновлюються в безбарвні лейкосполуки, а K₃Fe(CN)₆ відновлюється до K₄Fe(CN)₆, який із йонами валентного заліза дає сіль Fe₄[Fe(CN)₆]₃ синього або зеленого забарвлення.

Обладнання та реактиви: Штатив із пробірками, крапельниці, піпетки градуйовані, термостат, 0,4 %-ий розчин аскорбінової кислоти, 0,1 %-ий розчин 2,6-дихлорфеноліндофенолу, 10 %-ий розчин соляної кислоти, 0,01 %-ий розчин метиленового синього, 10 %-ий розчин карбонату натрію, 1 %-ий розчин гексоціано-(III) феррат калію (K₃Fe(CN)₆), 1 %-ий розчин хлориду заліза (ІІІ), дистильована вода.

Хід роботи:

А. Реакція з 2,6-дихлорфеноліндофенолом. У пробірку внести 0,5 мл розчину 2,6-дихлорфеноліндофенолу, 1-2 краплі розчину соляної кислоти та краплями розчин аскорбінової кислоти. При цьому розчин 2,6-дихлорфеноліндофенолу знебарвлюється.

Б. Реакція з метиленовим синім. У дві пробірки внести по одній краплі розчину метиленового синього та по одній краплі розчину карбонату натрію. В першу пробірку прилити 5 крапель розчину аскорбінової кислоти, в другу – 5 крапель води та обидві пробірки поставити в термостат при температурі 37-40º С. Через деякий час рідина в пробірці з розчином аскорбінової кислоти знебарвиться.

В. Реакція з гексоціано-(III) ферратом калію. До 1 мл розчину аскорбінової кислоти додати 1 мл розчину K₃Fe(CN)₆і 0,5 мл розчину хлориду заліза (ІІІ). При цьому спостерігається утворення синьо-зеленого забарвлення.

6. Якісні реакції на вітамін В₅або РР

Принцип методу . Вітамін В₅при нагріванні з розчином ацетату міді утворює погано розчинний синій осад мідної солі. Цей вітамін також відновлює гідросульфіт натрію з утворенням сполуки жовтого кольору. При нагріванні його з 2,4-динітрохлорбензолом у присутності лугу утворюється забарвлена сполука.

Обладнання та реактиви: Ваги технохімічні, штатив із пробірками, крапельниці, піпетки градуйовані, скляні палички, водяна баня, фарфорова чашка, годинник, порошок вітаміну В₅, 0,1 %-ий спиртовий розчин нікотинової кислоти або нікотинаміду, 10 %-ий розчин оцтової кислоти, 5 %-ий розчин ацетату міді, 10 %-ий розчин карбонату натрію, 5 %-ий розчин гідросульфіту натрію (NaHSO₃), 1 %-ий спиртовий розчин 2,4-динітрохлорбензолу, 4 %-ий спиртовий розчин гідроксиду натрію.

Хід роботи:

А. Реакція з ацетатом міді. В пробірку внести 5-10 мг вітаміну В₅і розчинити його при нагріванні в 1-2 мл оцтової кислоти. До цього розчину, доведеного до кипіння, додати такий же об’єм розчину ацетату міді. Рідина при цьому стає мутною та забарвлюється в голубий колір. При відстоюванні випадає синій осад мідної солі нікотинової кислоти.

Б. Реакція з гідросульфітом натрію. В пробірку внести 5-10 мг вітаміну В₅, додати сюди 1,5 мл розчину карбонату натрію, перемішати та додати 1,5 мл свіжоприготовленого розчину гідросульфіту натрію. Рідина при цьому забарвлюється в жовтий колір.

В. Реакція з 2,4-динітрохлорбензолом. У фарфорову чашку для випарювання налити 1 мл спиртового розчину нікотинової кислоти або нікотинаміду. Розчин випарити до сухого на водяній бані. До сухого залишку додати 1 мл спиртового розчину 2,4-динітрохлорбензолу та добре перемішати скляною паличкою. Отриманий розчин знову випарити на водяній бані до сухого під витяжною шафою. Після цього ще продовжити нагрівання впродовж 10-15 хв. Чашку охолодити до кімнатної температури та до осаду додати 5 мл спиртового розчину гідроксиду натрію. При цьому з’являється червоне забарвлення, яке при стоянні суміші світлішає та поступово зникає.

Лабораторне заняття № 5

Тема: Якісні реакції на амінокислоти. Визначення вмісту амінного азоту

Мета заняття: Провести якісні реакції на присутність амінокислот; засвоїти методику кількісного визначення вмісту амінного азоту мідним способом у рослинному матеріалі

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Амінокислоти можна розглядати як похідні карбонових кислот, у яких один із атомів водню вуглецевого ланцюга заміщений на групу NH₂. У більшості природних амінокислот аміногрупа знаходиться в α-положенні відносно карбоксильної групи

HOOC — C — NH₂.

Значно рідше в рослинних організмах зустрічаються амінокислоти з β- або γ-положенням аміногрупи (наприклад, β-амінопропіонова, γ-аміномасляна).

Залежно від природи бічних ланцюгів (R-радикалу) амінокислоти можна розділити на ациклічні або аліфатичні та циклічні (гомо- та гетероциклічні).

За числом амінних і карбоксильних груп у молекулі амінокислоти поділяють на: 1) моноаміномонокарбонові (наприклад, гліцин, аланін, серин, тирозин); 2) диаміномонокарбонові (наприклад, лізин, цитрулін); 3) моноамінодикарбонові (наприклад, аспарагінова та глутамінова кислоти); 4) диамінодикарбонові (наприклад, цистин).

За характером зарядів бічних радикалів і їх полярністю виділяють групи амінокислот: 1) неполярні гідрофобні (наприклад, гліцин, пролін, фенілаланін); 2) полярні, але незаряджені (наприклад, серин, треонін, глутамін); 3) полярні з від’ємним зарядом (наприклад, аспарагінова кислота, тирозин); 4) полярні з додатнім зарядом (наприклад, лізин, гістидин).

Усі амінокислоти, за винятком гліцину, оптично активні та можуть існувати у вигляді пари енантіомерів – D- і L-форм, оскільки вуглецевий атом, у якого водень заміщений на аміногрупу, є хіральним. У живих організмах найчастіше зустрічаються L-форми амінокислот, зокрема, вони входять до складу білків. D-форми зустрічаються зрідка в складі клітинної стінки мікроорганізмів, дуже рідко виявляються в рослинах.

За деяким винятком, амінокислоти добре розчинні у воді. Зі збільшенням вуглеводневого бічного ланцюга їх розчинність у воді зменшується, а в спирті зростає.

Усі α-амінокислоти існують у водних розчинах переважно у вигляді біполярних йонів або цвіттерйонів із дисоційованою карбоксильною групою та протонованою аміногрупою

H H

HOOC — C — NH₂ ^-OOC — C — NH₃⁺

R R

Біполярність молекул амінокислот обумовлює цілий ряд їх властивостей, зокрема, добру розчинність більшості амінокислот у воді та порівняно погану в органічних розчинниках, великі дипольні моменти їх молекул, високі значення діелектричної сталої та температури плавлення. Залежно від значення pH середовища амінокислоти можуть бути в формі аніонів, катіонів, електронейтральних біполярних йонів або у вигляді суміші цих форм із домінуванням однієї з них. У сильнокислих розчинах амінокислоти представлені позитивними йонами, а в лужних – негативними йонами, тобто амінокислоти представляють собою амфотерні електроліти. Значення pH, при якому сумарний заряд амінокислоти дорівнює нулю, тобто молекула є електронейтральною, називається ізоелектричною точкою.

У відповідності зі своєю амфотерною природою амінокислоти залежно від складу розчину можуть утворювати різні солі, реагуючи як із кислотами, так із основами.

Для амінокислот характерні як загальні, що обумовлені наявністю аміногрупи та карбоксильної групи, так і специфічні, що обумовлені бічними ланцюгами, хімічні властивості. Однією з характерних реакцій α-амінокислот є їх взаємодія з нінгідрином, яка супроводжується виділенням вуглекислого газу. Амінокислоти реагують також із азотистою кислотою та формальдегідом. Радикали бічного ланцюга амінокислот виключно різноманітні, що дає можливість для виявлення більшості амінокислот використовувати кольорові реакції. Окремі з них досить чутливі та специфічні, що дозволяє визначати мізерний вміст тієї або іншої індивідуальної амінокислоти в складі складних сумішей і в біологічних рідинах. Деякі кольорові реакції знаходять застосування для кількісного визначення амінокислот і білків.

У складі рослинних організмів виявлено біля 250 різних амінокислот, які можна розділити на дві групи: 1) білокутворюючі або протеїногенні, що входять до складу білків (сюди належить 20 основних амінокислот і їх форм); 2) амінокислоти, що зустрічаються у вільному стані (сюди належить понад 200 амінокислот, що представляє собою унікальну особливість амінокислотного обміну в рослинах). Із вільних амінокислот часто зустрічаються такі, як β-аланін, орнітин, цитрулін, γ-аміномасляна кислота та інші.

ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА

Нінгідринова реакція

Принцип методу. В результаті взаємодії α-амінокислоти з нінгідрином (трикетогідриндегідратом) при нагріванні утворюється забарвлена комплексна сполука. При температурі 70⁰ С α-амінокислоти окислюються нінгідрином і піддаються окислювальному дезамінуванню з утворенням аміаку та декарбоксилюванню з утворенням альдегіду й вуглекислого газу, а нінгідрин при цьому відновлюється. Відновлений нінгідрин, конденсуючись із аміаком і окисленим нінгідрином, утворює сполуку, яка енолізується та переходить у забарвлену форму, що має синьо-фіолетовий колір.

У присутності органічних розчинників, на основі яких приготовлюють розчин нінгідрину (ацетон, етанол), можливе протікання побічних реакцій із утворенням сполуки, що містить у своєму складі радикал (R) амінокислоти. Наявність радикалу амінокислоти в складі цієї сполуки обумовлює різне забарвлення (червоне, жовте, голубе) сполук, які виникають при реакції амінокислот із нінгідрином.

Реакція з нінгідрином є специфічною для амінокислот, які містять α-аміногрупу, та характерна як для ациклічних карбонових, так і для циклічних амінокислот. У реакції гліцину з нінгідрином утворюється комплексна сполука, що має синьо-фіолетове забарвлення.

Обладнання та реактиви: Штатив із пробірками, скляна паличка, крапельниця, водяна баня, термометр лабораторний, годинник, 1 %-ий водний розчин гліцину, 0,1 %-ий розчин нінгідрину в 95 %-му розчині ацетону.

Хід роботи . В пробірку внести 5 крапель розчину гліцину та дві краплі розчину нінгідрину. Пробірку поставити на водяну баню й, добре перемішуючи, нагрівати на водяній бані при температурі 70⁰ С упродовж 5 хв. При цьому вміст пробірки забарвлюється в синьо-фіолетовий колір.

Ксантопротеїнова реакція

Принцип методу. В ароматичних амінокислотах, які містять бензольні кільця (тирозин, триптофан, фенілаланін), під дією азотної кислоти відбувається реакція нітрування бензольного кільця з утворенням забарвленої в жовтий колір нітросполуки.

У реакції гідроксиду натрію з хіноїдною формою динітротирозину утворюється натрієва сіль динітротирозину, що має оранжевий колір.

Обладнання та реактиви : Штатив із пробірками, піпетки градуйовані, спиртівка, пробіркотримач, 1 %-ий водний розчин тирозину, концентрована азотна кислота, 10 %-ий розчин гідроксиду натрію.

Хід роботи . В пробірку внести 3 мл розчину тирозину та 1 мл концентрованої азотної кислоти. Суміш обережно нагріти в полум’ї спиртівки до появи жовтого забарвлення. Після охолодження в пробірку додати розчину гідроксиду натрію до появи оранжевого забарвлення.

Лабораторне заняття № 6

Тема: Розподіл амінокислот методом хроматографії на папері. Якісні реакції на білки та їх фізико-хімічні властивості

Мета заняття: Засвоїти методику якісного визначення амінокислот методом хроматографії на папері; проробити якісні реакції на білки та з’ясувати їх характерні фізико-хімічні властивості

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Білки разом із нуклеїновими кислотами є обов’язковими компонентами організмів. Вони входять до складу всіх без винятку живих тіл – починаючи від найпростіших вірусів і закінчуючи людиною. В організмі рослин білки складають 20-25 % у перерахунку на суху масу.

У тілі рослин білки виконують ряд важливих функцій: 1) будівельну або структурну (входять до складу клітинної мембрани, становлять основу гіалоплазми протопласта, беруть участь у побудові всіх його органел); 2) каталітичну (всі ферменти є простими або складними білками); 3) рухову (забезпечують рух джгутиків у статевих клітинах та зооспорах, рух цитоплазми в клітині, переміщення хромосом під час поділу клітини); 4) транспортну (здійснюють перенесення речовин через клітинну оболонку та мембрани, транспортують фітогормони); 5) захисну (отруйні та токсичні речовини, що забезпечують захист рослин від інших організмів, можуть мати білкову природу); 6) запасаючу (можуть відкладатися в рослинних клітинах як запасні речовини); 7) рецепторну (окремі групи білків, насамперед глікопротеїни, вибірково впізнають і зв’язують інші речовини); 8) регуляторну (спеціальні білки впливають на активність генів, можуть бути активаторами або інгібіторами ферментів).

Білки представляють собою високомолекулярні гетерополімерні сполуки, що побудовані з залишків α-амінокислот, які сполучені між собою пептидними (амідними) зв’язками. До складу білків входить, як правило, 20 протеїногенних амінокислот або їх форм. Порядок сполучення конкретних амінокислот у поліпептидному ланцюгу білка визначає його первинну будову. В свою чергу вона задає його вторинну та третинну, а для окремих білків – і четвертинну будови. Прості білки складаються лише з амінокислот, а складні білки містять ще й інші компоненти – вуглеводи, ліпіди, ортофосфорну кислоту, йони металів і ін.

Фізико-хімічні та хімічні властивості конкретного білка визначаються як наявністю багатьох пептидних зв’язків, так і природою амінокислот, які входять до його складу.

Білки представляють собою поліелектроліти й тому здатні рухатись в електричному полі. Сумарний заряд білкової макромолекули залежить, насамперед, від її амінокислотного складу та значення pH середовища. Значення pH, при якому сумарний заряд макромолекули дорівнює нулю й вона не здатна до руху в електричному полі, називається ізоелектричною точкою.

Кислотно-основні властивості білків визначаються, головним чином, бічними радикалами амінокислот, здатними до йонізації. Внесок кінцевих NH₂- і COOH-груп досить невеликий. Білки, маючи амфотерні властивості, виконують роль буферів.

Переважна більшість білків є гідрофільними речовинами та розчинними у водних розчинах. Розчинність їх, як і інших високомолекулярних речовин, визначається природою тих груп, які опиняються на поверхні молекули при її просторовій укладці. Більша частина білкової макромолекули утворена групами, здатними до гідратації. Розчинність білків у воді зростає при додаванні невеликих кількостей нейтральних солей (Na₂SO₄, MgSO₄, (NH₄)₂SO₄ та ін.); цей ефект називають сольовим розчиненням. Високі концентрації нейтральних солей, навпаки, осаджують (висалюють) білки з водних розчинів і найбільш активно це відбувається в ізоелектричній точці білка. Розчинність білків залежить також від величини рH розчинника, його складу, температури.

У розчинах білки проявляють колоїдні властивості: вони повільно дифундують, не проходять через напівпроникний бар’єр, розсіюють світло, характеризуються високою в’язкістю. Завдяки гідрофільним і гідрофобним групам, білки можуть впливати на розчинність інших речовин, виступаючи в ролі емульгаторів.

Білки піддаються денатурації. Під денатурацією розуміють порушення нативної просторової структури білкової молекули, що зумовлює зменшення або повну втрату її розчинності, зміну інших фізико-хімічних властивостей білка, втрату специфічної біологічної активності. В результаті денатурації порушуються нативна третинна та, в значній мірі, й вторинна структури. Денатурацію білкових молекул викликають як деякі хімічні речовини (формамід, органічні речовини, йони важких металів, йонні детергенти та ін.), так і фізичні (нагрівання, високий тиск, різні види випромінювань) фактори.

Усі білки, як правило, поглинають ультрафіолетове світло. Вони є оптично активними речовинами та повертають при пропусканні через них плоскополяризоване світло.

При нагріванні з концентрованими кислотами білки піддаються гідролізу, внаслідок чого розриваються пептидні зв’язки та утворюється суміш амінокислот. Подібно до вільних амінокислот білки дають специфічні кольорові реакції, що обумовлені присутністю в їх складі відповідних амінокислот.

ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА

Реакції осадження білків

Принцип методу . Під впливом різноманітних факторів білки втрачають свою нативну структуру, денатурують і внаслідок цього переходять у нерозчинний стан. Осадження білків спостерігається, наприклад, при їх нагріванні, при дії органічних розчинників, алкалоїдних речовин, нейтральних солей високої концентрації, солей важких металів, мінеральних та органічних кислот і інших факторів.

Обладнання та реактиви: Штатив із пробірками, піпетки градуйовані, крапельниці, шпатель, 1 %-ий розчин яєчного білка, 5 %-ий розчин ацетату свинцю, 5 %-ий розчин сульфату міді (ІІ), 3 %-ий розчин нітрату срібла, кристалічний хлорид натрію, 96 %-ий етиловий спирт, 95 %-ий ацетон, концентрована соляна кислота, концентрована сірчана кислота, концентрована азотна кислота, 20 %-ий розчин сульфосаліцилової кислоти, 5 %-ий розчин трихлороцтової кислоти.

Хід роботи :

А. Осадження білків солями важких металів. У три пробірки внести по 3 мл розчину яєчного білка. В першу з них краплями додати розчин ацетату свинцю, в другу – розчин сульфату міді (ІІ), в третю – розчин нітрату срібла. При цьому спостерігається випадання осаду білка. В першу та другу пробірки додати надлишок відповідно розчину ацетату свинцю та розчину сульфату міді (ІІ). При цьому осад зникає.

Б. Осадження білків органічними розчинниками. В пробірку внести 2 мл розчину яєчного білка, додати декілька кристаликів хлориду натрію та 2 мл етилового спирту. Вміст пробірки добре збовтати. При цьому спостерігається випадання осаду білка. Аналогічну реакцію проробити з ацетоном.

В. Осадження білків мінеральними кислотами. В три пробірки обережно налити по 1 мл, відповідно, концентрованих соляної, сірчаної та азотної кислот. Нахиливши пробірки, по їх стінці долити 1 мл розчину яєчного білка. На межі двох рідин спостерігається поява осаду білка у вигляді мутнобілого кільця. Вміст кожної з пробірок обережно струсити. При цьому відбувається розчинення осаду в надлишку кислот.

Г. Осадження білків органічними кислотами. В дві пробірки внести по 1 мл розчину яєчного білка. В одну з них додати 2 мл розчину сульфосаліцилової кислоти, в іншу – 1 мл розчину трихлороцтової кислоти. При цьому спостерігається випадання осаду білка.

Лабораторне заняття № 7-8

Тема: Вивчення властивостей ферментів і визначення їх активності

Мета заняття: З’ясувати загальні фізико-хімічні властивості ферментів; засвоїти методику визначення активності окремих груп ферментів у рослинному матеріалі

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Ферменти або ензими є біологічними каталізаторами, що забезпечують протікання біохімічних реакцій у живих організмах. Завдяки ферментам швидкість протікання біохімічних процесів зростає в сотні та десятки тисяч раз. Через ферментативний апарат, регуляцію його активності відбувається й регуляція швидкості обміну речовин у цілому та їх спрямованості.

За хімічною природою всі ферменти є простими або складними білками. Вони володіють вузькою специфічністю, вибірково діючи лише на певні субстрати (речовини, що піддаються каталітичному перетворенню).

У випадку ферментів, які представляють собою складні білки, білкова частина називається апоферментом; небілковий компонент таких ферментів називають коферментом або кофактором, якщо він слабо зв’язаний із білковою частиною та легко дисоціює з такого комплексу, або простетичною групою, якщо небілковий компонент міцно зв’язаний із білком і в циклі біохімічних реакцій не від’єднується від нього.

Як правило, каталітичною активністю володіє не вся молекула ферменту, а лише певна його частина, найчастіше досить невелика, що називається активним центром. Саме в активному центрі відбувається контакт між ферментом і субстратом, зв’язування останнього, утворення проміжного фермент-субстратного комплексу та повне перетворення субстрату. Активний центр створюється певними бічними радикалами амінокислотних залишків поліпептидного ланцюга, а у випадку складних білків до складу активного центру можуть входити групи небілкової частини. Активні центри ферментів розміщені в заглибинах на поверхні білкової макромолекули. Мікросередовище активного центру відрізняється від решти оточення ферменту більш низькою діелектричною провідністю, що близька до такої для деяких органічних розчинників.

Із коферментів і простетичних груп до складу ферментів найчастіше входять: НАД⁺(нікотинамідаденіндинуклеотид), НАДФ⁺ (нікотинамідаденіндинуклеотидфосфат), ФМН (флавінмононукле-отид), ФАД (флавінаденіндинуклеотид), АТФ та інші нуклеозид-трифосфати (ГТФ, УТФ, ЦТФ), кофермент ацетилування – коензим А (КоА-SH).

Завдяки утворенню фермент-субстратного комплексу значно понижується енергія активації взаємодіючих молекул, що й зумовлює зростання швидкості реакції під впливом ферменту.

Ферментативний каталіз має ознаки як гомогенного, так і гетерогенного каталізу, котрий відбувається на межі розподілу двох фаз. У каталітичній дії ферментів можна виділити 3 основні стадії: 1) приєднання молекул субстрату (S) до ферменту (E); 2) перетворення субстрату; 3) від’єднання кінцевих продуктів реакції (P) від ферменту. В найпростішому випадку схема ферментативної реакції буде мати вигляд:

E+S ↔ E'S' ↔ E''P' → E+P

проміжний фермент-

субстратний комплекс

Як правило, найшвидшою є перша стадія реакції, повільною – друга. Утворення проміжного фермент-субстратного комплексу є можливим завдяки певній спорідненості ферменту до свого субстрату. В утворенні цього комплексу беруть участь йонні, водневі зв’язки та гідрофобні взаємодії. При цьому молекули ферменту та субстрату не тільки зближуються, але й певним чином взаємно зорієнтовуються. Між структурою субстрату та структурою активного центру ферменту крім стеричної відповідності існує й топохімічна, при якій забезпечується взаємодія впізнаваючих груп ферменту та груп субстрату, що розпізнаються. Важливою особливістю ферментативних реакцій є те, що перетворення субстрату протікає як поліфункціональний каталіз, який забезпечується різноманітністю амінокислотних залишків білкової частини ферменту та функціональних груп кофакторів у активному центрі.

Для оцінки ферментативної активності згідно останньої міжнародної угоди використовують одиницю, що називається катал (кат). 1 катал – це така кількість ферменту, яка в певних умовах каталізує перетворення субстрату зі швидкістю 1 моль/с. За стандартну одиницю активності (Е) будь-якого ферменту приймається така його кількість, яка каталізує перетворення 1 мікромоль даного субстрату за 1 хв. при оптимальних умовах (звичайно при температурі 30⁰С, оптимальних для даного ферменту значеннях рН і концентрації субстрату). Якщо реакцію проводять не при температурі 30⁰С, то слід зазначити фактичну температуру реакції. Чистоту ферментного препарату характеризують величиною питомої активності, що виражається числом одиниць ферменту на 1 мг стандартного зразка. Концентрацію ферменту в розчині виражають числом одиниць активності, що припадають на 1 мл розчину. Іноді використовують й інші вираження одиниць активності ферментів.

Активність ферментів у рослинах непостійна й залежить від виду та органу рослини, часу доби, температури й вологості, при яких вирощується рослина, живлення та від ряду інших чинників. Залежно від зміни активності ферментів змінюється інтенсивність і спрямованість біохімічних процесів, що в кінцевому підсумку призводить до зміни величини врожаю та його хімічного складу.

Для впорядкування значного числа ферментів, які виявлені в живих організмах, у 1961 р. Міжнародна комісія з ферментів прийняла їх класифікацію, згідно якої всі ферменти розподілені на 6 класів у відповідності з характером реакції, що каталізується. Ці класи поділенні на підкласи, а вони, в свою чергу, – на підпідкласи або групи, в межах яких ферментам присвоюється порядковий номер. Таким чином, кожен фермент має свій індивідуальний чотиризначний шифр (наприклад, глюкооксидаза – КФ. 1.1.3.4).

Згідно прийнятої класифікації виділено 6 наступних класів ферментів:

1) оксидоредуктази (каталізують окисно-відновні реакції);

2) трансферази (каталізують реакції переносу груп з однієї речовини на іншу);

3) гідролази (каталізують реакції гідролітичного розщеплення речовин);

4) ліази (каталізують реакції негідролітичного розщеплення речовин із утворенням подвійних зв’язків або з приєднанням за місцем подвійних зв’язків);

5) ізомерази (каталізують реакції ізомеризації речовин);

6) лігази або синтетази (каталізують реакції синтезу нових речовин).

Для вивчення дії ферментів і визначення їхньої активності звичайно використовують якісні або кількісні реакції, що супроводжуються використанням речовин, на які діє фермент (субстратів), або появою продуктів реакції, що утворюються в результаті дії ферменту. Для одержання препаратів ферментів використовують витяжки з рослинних тканин, у яких ферменти знаходяться в розчиненому стані. Для більш детального вивчення дії ферментів їх вилучають із тканин рослин, очищують шляхом фракціонування екстрактів нейтральними солями або органічними розчинниками, йонообмінною хроматографією, гель-фільтрацією або іншими методами. При поєднанні різноманітних методів очищення можна одержати ферменти в кристалічному стані.

ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА

Специфічність дії ферментів

Принцип методу. Ферменти характеризуються строгою специфічністю дії на субстрати. Вони здатні перетворювати лише певну речовину або невелику групу близьких за хімічною природою речовин. Так, наприклад, амілаза каталізує гідролітичне розщеплення глікозидних зв’язків крохмалю та нездатна гідролізувати дисахариди (сахарозу, мальтозу).

Обладнання та реактиви. Штатив із пробірками, піпетки градуйовані, скляна паличка, водяна баня, термометр лабораторний, годинник, 1 %-ий розчин крохмалю, розведена слина (1:10), препарат сахарази, реактив Фелінга.

Хід роботи: В дві пробірки внести по 3 мл розчину крохмалю. В одну з пробірок додати 1 мл розведеної слини, що містить у собі амілазу, а в другу – 1 мл препарату сахарази. Вміст пробірок перемішати й поставити на водяну баню з температурою 37⁰С на 10 хв. для гідролізу. Після проведення гідролізу вміст пробірок перевірити за допомогою реактиву Фелінга (див. лабор. заняття № 1) на наявність у ньому продуктів гідролізу крохмалю. За результатами реакцій зробити відповідні висновки про специфічність дії амілази.

V V

де V – об’єм розчину метилоранжу, затраченого на титрування 10 мл 0,03 н розчину бромат-броміду, мл.

Хід роботи. На технохімічних вагах відважити 2-5 г свіжого рослинного матеріалу та перенести його в фарфорову ступку й ретельно розтерти з невеликою кількістю дистильованої води. Якщо матеріал розтирається погано, то в ступку додати невелику кількість прожареного піску. Після розтирання суспензію перенести в мірну колбу на 50 мл, споліскуючи ступку невеликою кількістю води. Вміст колби довести водою до мітки, ретельно перемішати й дати осаду осісти, а потім відфільтрувати. Якщо осад осаджується погано, то його відцентрифугувати впродовж 15 хв. при 5 тис. оберт./хв. Відібрати піпеткою 10 мл прозорої рідини над осадом або 10 мл фільтрату та перенести в конічну колбу на 250 мл. У колбу додати 10 мл розчину тирозину, 2-3 краплі толуолу, поставити колбу в попередньо нагрітий до 40⁰С термостат і витримати при цій температурі 2 год. За час інкубації під дією тирозинази, що міститься в рослинному матеріалі, проходить окислення частини внесеного тирозину в меланіни.

Після закінчення інкубації в колбу додати 1 мл розчину карбонату натрію, 3 мл розчину хлориду барію, нагріти до кипіння й відфільтрувати через паперовий фільтр у колбу для титрування. Колбу, де проводилось осадження, та осад на фільтрі промити 3 рази гарячою водою порціями по 8-10 мл. Фільтрат охолодити, додати 10 мл бромат-бромідного розчину та 4 мл розчину соляної кислоти, накрити колбу годинниковим склом, перемішати та залишити на 10 хв. Надлишок брому відтитрувати розчином метилоранжу до появи червоного забарвлення, що не зникає. Щоб уникнути втрат брому при титруванні, після додавання наступної порції метилоранжу перемішувати вміст колби коловими рухами без енергійного збовтування.

Паралельно провести контрольний дослід. Для цього 10 мл досліджуваного розчину, отриманого при фільтруванні або центрифугуванні, перенести в колбу для титрування, додати 25 мл дистильованої води та кип’ятити 5 хв. для інактивації ферменту. Після охолодження в колбу додати 10 мл розчину тирозину, 10 мл бромат- бромідного розчину, 4 мл розчину соляної кислоти, накрити колбу годинниковим склом, перемішати вміст колби й залишити на 10 хв. Після цього вміст колби відтитрувати розчином метилоранжу до появи червоного забарвлення, що не зникає.

Активність тирозинази розрахувати за формулою

166,8 · 50 · N · (V_e – V_k) 417,0 · N · (V_e – V_k)

E = ——————————— = ————————— ,

10 · m · 2 m

де Е – активність тирозинази, мкмоль окисленого тирозину за 1 год. на 1 г досліджуваного матеріалу; 50 – загальний об’єм досліджуваного розчину, мл; 10 – об’єм досліджуваного розчину, що взятий для визначення активності ферменту, мл; 2 – час взаємодії ферменту з тирозином, год.; V_e – об’єм розчину метилоранжу, витраченого на титрування дослідного розчину, мл; V_k – об’єм розчину метилоранжу, витраченого на титрування контрольного розчину, мл; N – нормальність титрованого розчину метилоранжу; m – наважка досліджуваного матеріалу, г; 166,8 – коефіцієнт перерахунку мг нормального розчину тирозину в мікромолі (30 200 : 181,2 = 166,8).

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

Роль ферментів в обміні речовин у рослинних організмах.
Поняття про ферменти, їх природа та загальні властивості.
Механізм дії ферментів. Фермент-субстратний комплекс.
Вплив різних факторів на швидкість ферментативних реакцій.
Одиниці активності ферментів.
Класифікація ферментів.
Принцип методу визначення активності каталази методом О.М. Баха та А.І. Опаріна в рослинному матеріалі.
Принцип методу визначення активності тирозинази в рослинному матеріалі.

Лабораторне заняття № 9

Тема: Якісне та кількісне визначення нуклеїнових кислот

Мета заняття: Засвоїти методики виділення нуклеопротеїнів, їх якісного та кількісного визначення.

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Нуклеїнові кислоти, як і білки, є обов’язковими речовинами всіх живих організмів. Не зважаючи на те, що вони були відкриті ще в 1868 р. (швейцарський дослідник Ф. Мішер виділив їх уперше з ядер лейкоцитів людини), їх біологічна роль остаточно була з’ясована лише в 40-50-х роках минулого століття.

Відомо два типи нуклеїнових кислот – дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) та рибонуклеїнова кислота (РНК). Функцією ДНК є зберігання та відтворення спадкової інформації. РНК забезпечує безпосередню реалізацію цієї інформації у процесі росту та розвитку організму. При цьому виділяють декілька типів РНК, які відрізняються функціями, розміром, складом і локалізацією: матрична або інформаційна РНК (переносить інформацію від ДНК до білоксинтезуючого комплексу); транспортна РНК (транспортує амінокислоти до білоксинтезуючого комплексу); рибосомальна РНК (входить до складу рибосом).

За хімічною природою нуклеїнові кислоти представляють собою гетерополімери, мономерами яких є нуклеотиди. В свою чергу нуклеотид складається з трьох компонентів – залишків пентози, азотистої основи та ортофосфорної кислоти. Пентоза представлена рибозою (в РНК) або 2'-дезоксирибозою (в ДНК) у β-D-фуранозній формі. Азотисті основи представлені п’ятьма різними сполуками, з яких тимін, цитозин і урацил належать до піримідинів, а гуанін і аденін – до пуринів. Гуанін, аденін, цитозин входять до складу як ДНК, так і РНК. Тимін зустрічається лише в складі ДНК, а урацил – лише в складі РНК. Крім названих азотистих основ у складі нуклеїнових кислот зрідка у невеликих кількостях зустрічаються деякі інші азотисті основи, що називаються мінорними, наприклад, 5-метилцитозин, тіоурацил, гіпоксантин та ін. У складі нуклеїнових кислот усі оксопохідні азотисті основи присутні в формі лактамів.

У молекулі нуклеотиду пуринові азотисті основи через 9-й атом, а піримідинові – через 1-й утворюють N-глікозидний зв’язок із рибозою або 2'-дезоксирибозою.

Для нуклеїнових кислот, як і для білків, виділяють первинну, вторинну й третинну структури. Первинна структура представляє собою послідовність чергування нуклеотидів у полінуклеотидному ланцюгу. Нуклеотиди сполучаються в макромолекулу нуклеїнової кислоти за рахунок 3',5'-фосфодиефірного зв’язку, що з’єднує C-3' атом D-рибози (або 2'-дезоксирибози) одного нуклеотиду з С-5' атомом іншого. 5'-ОН кінцева група нуклеотиду вважається початком молекули, а 3'-ОН кінцева група – її кінцем.

Вторинна структура ДНК утворює подвійну спіраль із двох антипаралельних полінуклеотидних ланцюгів. При цьому ланцюги закручені один навколо іншого, їх вуглецево-фосфатні групи розміщуються зовні, а азотисті основи – всередині. Азотиста основа одного з ланцюгів утворює комплементарну пару з азотистою основою іншого ланцюга. Така комплементарність забезпечується за рахунок виникнення водневих зв’язків між парою нуклеотидів. При цьому між гуаніном і цитозином виникає три водневих зв’язки, а між аденіном і тиміном – два водневі зв’язки.

Залежно від особливостей вторинної структури відомі декілька форм ДНК – правозакручені (В-, А-, С-форма), лівозакручена (Z-форма), незакручена (SBS-форма). З цих форм найчастіше зустрічається В-форма, в якій на один виток спіралі припадає 10 пар нуклеотидів, крок спіралі становить 3,4 нм, діаметр 2,0 нм.

Вторинна структура РНК виникає внаслідок закручування полінуклеотидного ланцюга на себе та утворення в полінуклеотидних ділянках коротких двоспіральних “шпильок”, у яких азотисті основи утворюють комплементарні пари.

Третинна структура ДНК виражається в багаторазовій суперспіралізації молекули, однак в евкаріотичних організмів вона підтримується в комплексі з гістоновими та негістоновими білками. Такі комплекси зумовлюють утворення хромосом. В організації хромосом виділяють декілька рівнів – нуклеосомний, соленоїдний і петлеподібний.

Молекули РНК також мають складну просторову структуру. Так, усі транспортні РНК нагадують “листок конюшини”. Рибосомні РНК мають V- або Y-подібну форму.

Полінуклеотидний ланцюг несе багато фосфатних груп, які легко дисоціюють, унаслідок чого він набуває від’ємного заряду. Тому нуклеїнові кислоти в клітині найчастіше сполучені з основними білками й утворюють нуклеопротеїни.

Нуклеїнові кислоти є речовинами білого кольору, погано розчинними у воді. Однак, вони розчинні в розчинах солей. Для нуклеїнових кислот характерна висока оптична активність і їх розчини здатні обертати площину поляризованого світла. Всі нуклеїнові кислоти мають здатність поглинати світло в ультрафіолетовій області з максимум 260 нм. Нуклеїнові кислоти також піддаються денатурації, при якій відбувається розрив водневих зв’язків і порушення вандерваальсових взаємодій. Унаслідок цього деспіралізуються й розходяться полінуклеотидні ланцюги ДНК і двоспіральних ділянок РНК.

У зв’язку з наявністю азотистих основ і пентоз у складі нуклеїнових кислот, які містять різні функціональні групи, вони можуть вступати в різні хімічні реакції. Нуклеїнові кислоти під впливом кислот піддаються гідролізу.

Якісні реакції на нуклеїнові кислоти та методи кількісного визначення вмісту їх окремих типів ґрунтуються на хімічних властивостях складових компонентів цих сполук.

ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА

Виділення нуклеопротеїнів

Принцип методу. Дезоксирибонуклеопротеїни добре розчи-няються в лужних та сольових розчинах і осаджуються після нейтралізації розчинів або при розбавленні розчинів солей. Рибонуклеопротеїни також розчиняються в лужних розчинах і можуть бути осаджені в ізоелектричній точці шляхом додавання кислот (наприклад, оцтової кислоти).

Обладнання та реактиви: Технохімічні ваги, центрифужні пробірки, порцелянова ступка з товкачиком, піпетка, мірні циліндри, колба конічна на 100 мл, центрифуга, 0,4 %-ий і 0,02 моль/л розчини гідроксиду натрію, 5 %-ий розчин оцтової кислоти, сухі дріжджі.

Хід роботи . Для одержання рибонуклеопротеїнів наважку 10 г сухих дріжджів ретельно розтерти в порцеляновій ступці впродовж 15 хв. із 50 мл 0,4 %-ого розчину гідроксиду натрію, котрий додавати невеликими порціями. Одержаний гомогенат відцентрифугувати впродовж 10 хв. при 2 тис. оберт./хв. До відібраної надосадової рідини долити при помішуванні 15-20 мл розчину оцтової кислоти й осад, який випав, відокремити центрифугуванням упродовж 15 хв. при 5000 оберт./хв. Осад після центрифугування розчинити в 15-20 мл 0,02 моль/л розчину гідроксиду натрію. Отриманий розчин нуклео-протеїнів надалі використати для якісних реакцій.

Контрольні тестові завдання

Пропоновані студентам дворівневі тестові завдання призначені для перевірки засвоєння теоретичних знань лекційного курсу та знань методик якісного та кількісного аналізу зі статичної біохімії в обсязі, передбаченому програмою дисципліни. Перший рівень завдань передбачає вибір однієї правильної відповіді з приведеного переліку. Другий рівень завдань передбачає вибір трьох і більше правильних відповідей із запропонованого переліку.

Тема: ВУГЛЕВОДИ

І-ий рівень

1. За хімічною природою вуглеводи – це органічні речовини: а) що є похідними гліцеролу; б) що є похідними багатоатомних спиртів; в) що є похідними альдегідів; г) що є похідними кетонів; д) що є альдегідами й кетонами багатоатомних спиртів; е) що є альдегідами й кетонами багатоатомних спиртів і полімерами цих сполук; є) що завжди відповідають загальній формулі С_n(Н₂О)_n; ж) що є похідними органічних кислот.

2. Існування D- та L-форм моносахаридів пов’язане з присутністю в їх молекулі: а) глікозидних груп ОН; б) альдегідних груп; в) кетонних груп; г) хіральних атомів вуглецю; д) циклічних угруповань; е) кратних зв’язків; є) карбоксильних груп.

3. α- та ß-форми вуглеводів характерні: а) лише для лінійних молекул; б) лише для циклічних молекул; в) для лінійних і циклічних молекул; г) лише для L-стереоізомерів; д) лише для D-стереоізомерів; е) лише для фуранозних ізомерів; є) лише для піранозних ізомерів.

4. Внаслідок відновлення моносахаридів утворюються: а) гідроксикислоти; б) кетокислоти; в) амінокислоти; г) вуглекислий газ і вода; д) альдегідоспирти; е) одноатомні спирти; є) багатоатомні спирти.

5. Специфічною якісною реакцією на сахарозу є: а) реакція Фелінга; б) реакція “срібного дзеркала”; в) реакція з йодом; г) реакція Троммера; д) реакція з сульфатом міді (ІІ); е) реакція з оксидом міді (І); є) реакція з нітратом кобальту.

6. В результаті реакцій Троммера та Фелінга молекули гексоз зазнають: а) відновлення; б) окислення; в) дегідратації; г) утворення кратних зв’язків; д) циклізації; е) розкладання; є) декарбоксилування.

ІІ-ий рівень

1. Із перерахованих органічних речовин рослинного організму вказати ті, що є моносахаридами: а) гліцерол; б) рибоза; в) целюлоза; г) віск; д) глюкоза; е) манноза; є) аланін; ж) сахароза; з) фруктоза; и) цитозин.

2. Із перерахованих органічних речовин рослинного організму вказати ті, що є олігосахаридами: а) фосфатидилхолін; б) рибоза; в) целобіоза; г) галактоза; д) мальтоза; е) гліцин; є) сахароза; ж) лактоза; з) рафіноза; и) целюлоза.

3. Із перерахованих органічних речовин рослинного організму вказати ті, що є гліканами: а) мальтоза; б) крохмаль; в) целюлоза; г) віск; д) тирозин; е) манноза; є) агар-агар; ж) дезоксирибоза; з) геміцелюлоза; и) тимін.

4. Моносахариди характеризуються такими загальними властивостями: а) складаються з залишків декількох простіших речовин; б) складаються з залишків великого числа відносно простих речовин і є полімерами; в) входять до складу полісахаридів; г) при розкладанні втрачають основні вуглеводні властивості; д) при розкладанні своїх вуглеводних властивостей не втрачають; е) солодкі на смак; є) не мають солодкого смаку; ж) добре розчинні в воді; з) у воді не розчинні.

5. Олігосахариди характеризуються такими загальними властивостями: а) складаються з 2-10 залишків моносахаридів; б) складаються з великого числа залишків моносахаридів; в) складаються з 2-10 залишків амінокислот; г) при розкладанні втрачають основні вуглеводні властивості; д) при розкладанні своїх вуглеводних властивостей не втрачають, бо утворюють при цьому моносахариди; е) як правило, солодкі на смак; є) не мають солодкого смаку; ж) переважно добре розчинні в воді; з) у воді не розчинні.

6. Глікани характеризуються такими загальними властивостями: а) складаються з 2-10 залишків нуклеотидів; б) складаються з великого числа залишків моносахаридів; в) складаються з 2-10 залишків моносахаридів; г) при розкладанні втрачають основні вуглеводні властивості; д) при розкладанні своїх вуглеводних властивостей не втрачають, бо утворюють при цьому моносахариди; е) як правило, солодкі на смак; є) не мають солодкого смаку; ж) переважно добре розчинні в воді; з) у воді не розчинні, можуть лише набухати.

Тема: ЛІПІДИ

І-ий рівень

1. Ліпіди за хімічною природою переважно є: а) гомополімерами; б) гетерополімерами; в) одноатомними спиртами; г) багатоатомними спиртами; д) вищими спиртами; е) жирними кислотами; є) складними ефірами багатоатомних спиртів і вищих жирних кислот; ж) простими ефірами одноатомних спиртів.

2. З приведеного переліку груп ліпідів вказати ту, представники якої є похідними пергідроциклопентанфенантрену: а) нейтральні жири; б) стероїди; в) гліколіпіди; г) фосфоліпіди; д) воски; е) терпени; є) ацилгліцерини; ж) сфінголіпіди.

3. Для отримання нерозчинного мила до його розчину слід додати: а) розчин соляної кислоти; б) розчин гідроксиду калію; в) розчин хлориду кальцію; г) розчин хлориду натрію; д) діетиловий ефір; е) бензин; є) розчин карбонату натрію.

4. Число міліграмів їдкого калію, що необхідне для нейтралізації всіх, як вільних, так і тих, які входять до складу триацилгліцеринів, жирних кислот, що містяться в 1 г жиру, називається: а) числом омилення; б) кислотним числом; в) йодним числом; г) ефірним числом; д) величиною ізоелектричної точки; е) величиною константи дисоціації; є) перекисним числом.

5. Число міліграмів їдкого калію, що необхідне для нейтралізації вільних жирних кислот, які містяться в 1 г жиру, називається: а) числом омилення; б) кислотним числом; в) йодним числом; г) ефірним числом; д) величиною ізоелектричної точки; е) величиною константи дисоціації; є) перекисним числом.

ІІ-ий рівень

1. Ліпіди характеризуються такими загальними властивостями: а) нерозчинні у воді; б) розчинні у воді; в) розчинні в неполярних органічних розчинниках; г) за хімічною природою є переважно альдегідами та кетонами багатоатомних спиртів; д) за хімічною природою є переважно складними ефірами багатоатомних спиртів і вищих жирних кислот; е) проявляють гідрофільні властивості; є) проявляють гідрофобні властивості.

2. Із перерахованих органічних речовин рослинного організму вказати ті, що є ліпідами: а) фосфатидилхолін; б) рибоза; в) віск; г) галактоза; д) мальтоза; е) ситостерол; є) фосфатидилсерин; ж) лактоза; з) тристеариногліцерол; и) целюлоза.

3. До складу нейтральних жирів входять: а) спирт гліцерол; б) спирт сфінгозин; в) етиловий спирт; г) лінолева кислота; д) щавлева кислота; е) вищі жирні кислоти; є) пальмітинова кислота; ж) оцтова кислота; з) амінокислота.

4. Фосфоліпіди характеризуються такими загальними властивостями: а) до їх складу входить гліцерол; б) до їх складу входить метанол; в) до їх складу входить етиленгліколь; г) до їх складу входять вищі жирні кислоти; д) до їх складу входить залишок ортофосфорної кислоти; е) до їх складу входить залишок азотної кислоти; є) переважно містяться в клітинних мембранах; ж) переважно містяться в клітинних рибосомах.

Тема: ОРГАНІЧНІ КИСЛОТИ. РОСЛИННІ ПІГМЕНТИ

І-ий рівень

1. Із запропонованих формул речовин вказати формулу щавлевої кислоти: а) H – COOH; б) H – COH; в) CH₃ – COOH; г) HOC – COOH; д) HOOC – COOH; е) HOOC – CH₂ – COOH; є) HOCH₂ – COOH; ж) CH₃ – CO – COOH.

2. За хімічною природою каротиноїди є похідними: а) ізопрену; б) бутадієну; в) хлорофілінової кислоти; г) фітолу; д) пергідроциклопентанфенантрену; е) фенолів; є) ацилгліцеринів; ж) пуринів.

3. Визначення вмісту щавлевої кислоти в рослинному матеріалі ґрунтується на її здатності утворювати нерозчинну сполуку з: а) каротинами; б) діетиловим ефіром; в) солями натрію; г) солями калію; д) солями кальцію; е) гідроксидом натрію; є) соляною кислотою; ж) етанолом.

4. При обережній дії на хлорофіл сильних мінеральних кислот утворюється: а) сіль хлорофілінової кислоти; б) метанол; в) етанол; г) фітол; д) каротин; е) ксантофіл; є) феофітин; ж) пірол.

ІІ-ий рівень

1. Із приведених кислот вибрати ті, що є двоосновними органічними кислотами: а) оцтова; б) мурашина; в) яблучна; г) лимонна; д) щавлева; е) малонова; є) масляна; ж) янтарна; е) фумарова.

2. Із приведених груп органічних речовин вказати основні фотосинтезуючі пігменти рослин: а) антоціани; б) глікозиди; в) хлорофіли; г) ксантофіли; д) стероли; е) фікобіліни; є) феноли; ж) органічні кислоти; з) каротини.

3. Із приведених речовин вказати ті, залишки яких є складовими компонентами хлорофілів: а) порфірин; б) метанол; в) бутанол; г) каротин; д) фітол; е) Fe³⁺; є) Fe²⁺; ж) Mg²⁺; з) хлорофілінова кислота.

4. Особливостями структури молекули хлорофілів є: а) відсутність кратних зв’язків; б) наявність декількох подвійних зв’язків; в) наявність багатьох спряжених подвійних зв’язків; г) наявність потрійного зв’язку; д) наявність координаційних зв’язків; е) наявність складного неорганічного йона; є) наявність йона металу; ж) наявність піранозних кілець; з) наявність пірольних кілець.

5. Фотосенсибілізуюча дія хлорофілу на модельних реакціях за участю виділених із рослин пігментів може проявитися при обов’язковому використанні таких компонентів: а) аскорбінова кислота; б) оцтова кислота; в) щавлева кислота; г) етиловий спирт; д) гліцерол; е) метиленовий синій; є) метиленовий червоний; ж) темнота; з) світло.

Тема: ВІТАМІНИ

І-ий рівень

1. Провітаміном вітаміну А в рослинах виступають: а) феноли; б) стероли; в) ненасичені жирні кислоти; г) глікозиди; д) азотовмістні сполуки; е) нафтохінони; є) каротиноїди.

2. Провітаміном вітаміну D в рослинах виступають: а) феноли; б) стероли; в) ненасичені жирні кислоти; г) глікозиди; д) азотовмісні сполуки; е) нафтохінони; є) каротиноїди.

3. Для якісного визначення вітаміну К використовують: а) трихлористу сурму; б) метиленовий синій; в) концентровану сірчану кислоту; г) ацетат міді; д) діетилмалоновий ефір; е) гексаціано-(ІІІ) феррат калію; є) 2,4-динітрохлорбензол.

4. Для якісного визначення вітаміну B₂ використовують: а) діетилдитіокарбомат; б) металічний цинк і соляну кислоту; в) концентровану сірчану кислоту; г) ацетат міді; д) діетилмалоновий ефір; е) гексаціано-(ІІІ) феррат калію; є) анілін.

5. Для якісного визначення вітаміну B₅ використовують: а) металічний цинк і соляну кислоту; б) метиленовий синій; в) концентровану сірчану кислоту; г) ацетат міді; д) діетилмалоновий ефір; е) гексаціано-(ІІІ) феррат калію; є) анілін.

6. Для якісного визначення вітаміну С використовують: а) трихлористу сурму; б) метиленовий синій; в) концентровану сірчану кислоту; г) ацетат міді; д) діетилмалоновий ефір; е) 2,4-динітрохлорбензол; є) діетилдитіокарбомат.

ІІ-ий рівень

1. Біологічна роль вітамінів полягає в тому, що вони: а) є добрими розчинниками; б) є фізіологічно активними речовинами; в) входять до складу клітинних оболонок рослин; г) виступають коферментами або простетичними групами ферментів; д) беруть участь у багатьох окисно-відновних процесах; е) підтримують осмотичний тиск у клітинах; є) є мономерними одиницями білків.

2. Із приведеного переліку вітамінів вказати жиророзчинні вітаміни: а) біотин; б) аскорбінова кислота; в) ергокальциферол; г) токоферол; д) рибофлавін; е) ретинол; є) філлохінон; ж) тіамін.

3. Із приведеного переліку вітамінів вказати водорозчинні вітаміни: а) біотин; б) аскорбінова кислота; в) ергокальциферол; г) токоферол; д) рибофлавін; е) ретинол; є) філлохінон; ж) тіамін.

4. Вітамін С характеризується такими загальними властивостями: а) має назву – нікотинова кислота; б) має назву – аскорбінова кислота; в) жиророзчинний вітамін; г) водорозчинний вітамін; д) за хімічною природою є азотовмісною сполукою; е) за хімічною природою є похідним вуглеводів; є) в рослинах знаходиться в готовому вигляді; ж) в рослинах знаходиться у вигляді провітаміну – каротину.

5. Вітамін B₂ характеризується такими загальними властивостями: а) має назву – тіамін; б) має назву – рибофлавін; в) жиророзчинний вітамін; г) водорозчинний вітамін; д) за хімічною природою є азотовмісною гетероциклічною сполукою; е) за хімічною природою є похідним амінокислот; є) входить до складу коферменту ФАД; ж) входить до складу коферменту НАД⁺.

6. Вітамін К характеризується такими загальними властивостями: а) має назву – α-токоферол; б) має назву – філлохінон; в) жиророзчинний вітамін; г) водорозчинний вітамін; д) за хімічною природою є азотовмісною сполукою; е) за хімічною природою є похідним хінонів; є) в рослинах знаходиться в готовому вигляді; ж) у рослинах знаходиться у вигляді провітаміну – стеролу; з) приймає участь в окислювальному фосфорилюванні; й) приймає участь в обміні ліпідів.

Тема: АМІНОКИСЛОТИ

І-ий рівень

1. Із приведених речовин вказати протеїногенну амінокислоту: а) фосфатидилсерин; б) тіамін; в) лізин; г) нікотинова кислота; д) орнітин; е) каротин; є) біотин; ж) гуанін; з) гліцерин.

2. Значення рН, при якому сумарний заряд молекули амінокислоти дорівнює нулю, називається: а) константою седиментації; б) константою дисоціації; в) константою Міхаеліса; г) константою інгібування; д) ізойонною точкою; е) ізоелектричною точкою; є) коефіцієнтом розподілу.

3. Реакція Фоля дозволяє виявити: а) всі α-амінокислоти; б) аланін; в) цистеїн; г) аскорбінову кислоту; д) аргінін; е) тирозин; є) гліцин.

4. Ксантопротеїнова реакція дозволяє виявити: а) лізин; б) пролін; в) фенілаланін; г) валін; д) аланін; е) метіонін; є) аргінін.

5. Для якісного визначення тирозину слід скористатися: а) нінгідриновою реакцією; б) реакцією з азотистою кислотою; в) реакцією з карбонатом міді (ІІ); г) реакцією Фоля; д) біуретовою реакцією; е) реакцією Паулі.

ІІ-ий рівень

1. Із приведених амінокислот вибрати нециклічні моноаміномонокарбонові протеїногенні амінокислоти: а) пролін; б) серин; в) лізин; г) гліцин; д) орнітин; е) гістидин; є) аргінін; ж) цитрулін; з) лейцин.

2. Із приведених амінокислот вибрати циклічні протеїногенні амінокислоти: а) тирозин; б) серин; в) лізин; г) триптофан; д) орнітин; е) гістидин; є) аргінін; ж) фенілаланін; з) лейцин.

3. Загальними властивостями протеїногенних амінокислот є: а) входять до складу білкових макромолекул; б) присутні в організмі лише у вільному стані; в) у водних розчинах присутні лише в недисоційованому стані; г) у водних розчинах присутні у вигляді йонів; д) у білках сполучені між собою пептидними зв’язками; е) у білках сполучені між собою йонними зв’язками; є) у переважній більшості у воді нерозчинні; ж) у переважній більшості добре розчинні у воді.

4. Нінгідринова реакція є якісною реакцією на: а) α-амінокислоти; б) γ-амінокислоти; в) тирозин; г) гідроксикислоти; д) лізин; е) насичені карбонові кислоти; є) β-аланін; ж) цистеїн.

Тема: БІЛКИ

І-ий рівень

1. Мономерними одиницями білкових макромолекул є: а) моносахариди; б) амінокислоти; в) аміни; г) карбонові кислоти; д) нуклеотиди; е) азотисті основи; є) фосфоліпіди.

2. Порядок розміщення амінокислотних залишків, які сполучені пептидними зв’язками, та положення дисульфідних зв’язків у макромолекулі білків називається: а) поліпептидом; б) доменом; в) первинною структурою; г) вторинною структурою; д) третинною структурою; е) четвертинною структурою; є) конформацією.

3. Впорядковане просторове розміщення окремих ділянок макромолекули білка без врахування розміщення бічних радикалів називається: а) поліпептидом; б) доменом; в) первинною структурою; г) вторинною структурою; д) третинною структурою; е) четвертинною структурою; є) денатурацією.

4. Просторове розміщення впорядкованих і аморфних ділянок у молекулі білка в цілому з врахуванням розміщення бічних радикалів називається: а) поліпептидом; б) доменом; в) первинною структурою; г) вторинною структурою; д) третинною структурою; е) четвертинною структурою; є) денатурацією.

5. Структура з декількох окремих, взаємно розміщених і поєднаних макромолекул білка, називається: а) поліпептидом; б) доменом; в) первинною структурою; г) вторинною структурою; д) третинною структурою; е) четвертинною структурою; є) денатурацією.

6. Основним зв’язком первинної структури білка є: а) пептидний зв’язок; б) йонний зв’язок; в) гідрофобний зв’язок; г) дисульфідний зв’язок; д) водневий зв’язок; е) складноефірний зв’язок.

7. Вторинна структура білків підтримується за рахунок виникнення: а) пептидних зв’язків; б) ковалентних зв’язків; в) гідрофобних зв’язків; г) дисульфідних зв’язків; д) водневих зв’язків; е) складноефірних зв’язків.

8. Окремий поліпептидний ланцюг із третинною структурою в складі білків, які мають четвертинну структуру, називається: а) мономером; б) протомером; в) доменом; г) протеїном; д) шарніром; е) фібрилою.

9. Видовжені макромолекули білків, які мають ступінь асиметрії 80 і більше, називаються: а) аморфними; б) протомерними; в) доменними; г) глобулярними; д) фібрилярними; е) простими.

10. За своїми фізико-хімічними властивостями білки є: а) малодисоційованими сполуками; б) сполуками, нездатними до дисоціації; в) сполуками, що піддаються у водних розчинах гідролізу; г) амфотерними поліелектролітами; д) виключно кислотними електролітами; е) виключно лужними електролітами.

11. Значення рН середовища, при якому білкова макромолекула містить однакове число позитивно та негативно заряджених груп, називається: а) константою седиментації; б) константою дисоціації; в) константою Міхаеліса; г) константою інгібування; д) ізойонною точкою; е) ізоелектричною точкою; є) коефіцієнтом розподілу.

12. Втрата білком своїх нативних властивостей під впливом різних факторів, називається: а) інгібуванням; б) активацією; в) йонізацією; г) висалюванням; д) гідратацією; е) денатурацією.

13. У результаті денатурації білки: а) розпадаються на окремі амінокислоти; б) розпадаються на короткі поліпептиди; в) розпадаються на окремі мономери; г) втрачають первинну структуру; д) втрачають вторинну, третинну та четвертинну структури; е) стають більш розчинними; є) набувають каталітичних властивостей.

ІІ-ий рівень

1. Білки як речовини рослинного організму характеризуються такими загальними особливостями: а) є низькомолекулярними сполуками; б) є гомополімерами; в) є гетерополімерами; г) складаються з залишків амінокислот; д) складаються з залишків нуклеотидів; е) можуть виконувати каталітичні функції; є) є обов’язковими компонентами всіх живих організмів; ж) входять до складу лише окремих груп організмів; з) є виключно нерозчинними сполуками.

2. Пептидний зв’язок у білкових макромолекулах характеризується такими особливостями: а) є проміжним між одинарним і подвійним; б) є одинарним; в) є подвійним; г) є планарним; д) утворюється за рахунок –СООН групи однієї амінокислоти та –NН₂ групи іншої амінокислоти; е) утворюється за рахунок –СООН групи однієї амінокислоти та –SН₂ групи іншої амінокислоти; є) утворюється за рахунок –СОН групи однієї амінокислоти та –ОН групи іншої амінокислоти; ж) переважно представлений цис-формою; з) переважно представлений транс-формою.

3. Основними типами вторинної структури білків є: а) паралельні ß-складчасті шари; б) антипаралельні ß-складчасті шари; в) поліпептидні ланцюги; г) правозакручені α-спіралі; д) лівозакручені α-спіралі; е) фібрилярні структури; є) глобулярні структури; ж) протомери; з) ß-згин.

4. Денатурацію білка може викликати: а) додавання води; б) високі температури; в) низькі температури; г) розведені розчини йонів Na⁺, K⁺; д) розчини важких металів; е) помірне освітлення; є) йонізуюче випромінювання; ж) розчин глюкози; з) розчин алкалоїдів.

5. Із приведеного переліку вибрати групи простих білків: а) фосфопротеїни; б) гістони; в) провітаміни; г) глікозиди; д) альбуміни; е) протаміни; є) каротини; ж) хромопротеїни; з) порфірини; й) глобуліни.

6. Біуретова реакція дозволяє виявити в білках: а) вільні аміногрупи; б) SH-групи; в) вільні ОН-групи; г) вільні карбоксильні групи; д) пептидні зв’язки; е) водневі зв’язки; є) основні зв’язки первинної структури; ж) зв’язки типу O H .

С N

7. Реакція Паулі дозволяє виявити в білках: а) всі α-амінокислоти; б) циклічні амінокислоти; в) сірковмісні амінокислоти; г) тирозин; д) аспарагінову кислоту; е) гістидин.

Тема: ФЕРМЕНТИ

І-ий рівень

1. Ферменти за хімічною природою є: а) похідними полісахаридів; б) фосфоліпідами; в) пігментами; г) лише простими білками; д) лише складними білками; е) простими та складними білками; є) похідними нуклеотидів.

2. Механізм прискорення ферментами біохімічних реакцій ґрунтується на: а) збільшенні розчинності субстратів; б) зменшенні розчинності субстратів; в) підвищенні температури реакційного середовища; г) зниженні температури реакційного середовища; д) зміні значення рН реакційного середовища; е) підвищенні енергії активації молекул субстрату; є) зниженні енергії активації молекул субстрату.

3. Білкова частина ферменту називається: а) коферментом; б) апоферментом; в) інгібітором; г) активним центром; д) простетичною групою; е) мономером; є) каталізатором; ж) активатором.

4. Субстрат – це речовина, яка: а) збільшує швидкість ферментативної реакції; б) зменшує швидкість ферментативної реакції; в) стабілізує структуру ферменту; г) входить до складу активного центру ферменту; д) зазнає перетворення під дією ферменту; е) знижує енергію активації ферментативної реакції.

5. Активним центром ферменту є: а) його білкова частина; б) його небілкова частина; г) протомер; д) лише кофермент; е) лише простетична група; є) частина молекули ферменту, де відбувається безпосереднє зв’язування й перетворення субстрату.

6. Із поступовим збільшенням концентрації субстрату швидкість ферментативної реакції: а) залишається незмінною; б) поступово збільшується; в) поступово зменшується; г) реакція припиняється; д) спочатку поступово збільшується, а потім залишається незмінною; е) спочатку поступово збільшується, а потім різко зменшується.

ІІ-ий рівень

1. Ферменти характеризуються такими особливостями: а) за своєю природою є простими або складними білками; б) за своєю природою є гомо- та гетерополісахаридами; в) володіють широкою специфічністю до субстратів; г) володіють вузькою специфічністю до субстратів; д) при перетворенні речовин часто утворюють побічні продукти; е) при перетворенні речовин не утворюють побічних продуктів; є) володіють такою властивістю як регульованість; ж) важко піддаються регулюванню в організмі.

2. Субстрат під час ферментативної реакції: а) стабілізує структуру ферменту; б) входить до складу активного центру ферменту; в) приймає участь у формуванні перехідного комплексу ферментативної реакції; г) піддається перетворенню за участю ферменту; д) зменшує швидкість ферментативної реакції; е) збільшує швидкість ферментативної реакції; є) є одним із факторів, який впливає на кінетику ферментативної реакції.

3. Із приведеного переліку компонентів вибрати ті, що можуть виступати коферментами в молекулах ферментів: а) білкова частина; б) небілкова частина, що міцно зв’язана з білковою; в) небілкова частина, що легко від’єднується від білкової; г) НАД⁺; д) похідні вітамінів; е) протомери; є) йони металів.

4. В утворенні фермент-субстратного комплексу беруть участь: а) міцні ковалентні зв’язки; б) водневі зв’язки; в) йонні зв’язки; г) дисульфідні зв’язки; д) пептидні зв’язки; е) металічні зв’язки; є) координаційні зв’язки.

5. Константа Міхаеліса є величиною, яка: а) дорівнює концентрації субстрату, при якій швидкість ферментативної реакції складає 1/3 від максимальної; б) дорівнює концентрації субстрату, при якій швидкість ферментативної реакції складає 1/2 від максимальної; в) дорівнює концентрації субстрату, при якій швидкість ферментативної реакції є максимальною; г) залежить від температури; д) є одиницею ферментативної активності; е) виражає спорідненість ферменту до субстрату; є) є специфічною для конкретної ферментативної реакції.

6. При класифікації ферментів згідно діючої нині номенклатури враховують такі ознаки: а) швидкість каталізованої ферментом реакції; б) тип і характер каталізованої реакції; в) природу субстрату; г) відносну молекулярну масу ферменту; д) джерело виділення ферменту; е) практичне використання ферменту; є) природу продуктів ферментативної реакції.

7. Із приведеного переліку вибрати класи ферментів: а) альдози; б) оксидоредуктази; в) гідролази; г) амілази; д) кетози; е) фосфорилази; є) нуклеази; ж) ізомерази; з) трансферази.

Тема: НУКЛЕЇНОВІ КИСЛОТИ

І-ий рівень

1. Мономерними одиницями нуклеїнових кислот є: а) моносахариди; б) амінокислоти; в) аміни; г) карбонові кислоти; д) нуклеотиди; е) азотисті основи; є) фосфоліпіди.

2. Із приведених речовин вибрати пуринову азотисту основу: а) урацил; б) аланін; в) тимін; г) глюкованілін; д) лейцин; е) гуанін; є) глутамін.

3. Із приведених речовин вибрати піримідинову азотисту основу: а) аденін; б) аланін; в) глутамін; г) глюкованілін; д) лейцин; е) гуанін; є) цитозин.

4. Із приведених речовин вибрати мінорну азотисту основу: а) аденін; б) метилцитозин; в) глутамін; г) аланін; д) лейцин; е) гуанін; є) етаноламін.

5. Сполуки азотистих основ із рибозою або дезоксирибозою називаються: а) нуклеозидами; б) нуклеотидами; в) нуклеопротеїнами; г) полінуклеотидами; д) глікозидами; е) нуклеосомами; є) нуклеїнами.

6. Порядок розміщення залишків нуклеотидів у макромолекулах нуклеїнових кислот, які сполучені фосфодиефірними зв’язками, називається: а) поліпептидом; б) доменом; в) первинною структурою; г) вторинною структурою; д) третинною структурою; е) четвертинною структурою; є) конформацією.

7. Вторинна структура ДНК представляє собою: а) одинарний полінуклеотидний ланцюг; б) одинарний поліпептидний ланцюг; в) два паралельні полінуклеотидні ланцюги; г) два антипаралельні полінуклеотидні ланцюги; д) два антипаралельні поліпептидні ланцюги; е) нуклеосому; є) соленоїд.

8. Комплементарні азотисті основи в дволанцюговій молекулі ДНК сполучені між собою: а) пептидним зв’язком; б) дисульфідним зв’язком; в) ковалентним зв’язком; г) йонним зв’язком; д) координаційним зв’язком; е) водневим зв’язком.

9. Прикладом третинної структури ДНК у рослин є: а) одинарний полінуклеотидний ланцюг; б) одинарний поліпептидний ланцюг; в) два паралельні полінуклеотидні ланцюги; г) два антипаралельні полінуклеотидні ланцюги; д) два антипаралельні поліпептидні ланцюги; е) нуклеосома; є) нуклеотид.

10. Біологічна роль молекули ДНК полягає в тому, що вона: а) забезпечує захист рослинного організму від мікроорганізмів; б) входить до складу рибосом; в) виконує каталітичні функції; г) забезпечує зберігання та відтворення спадкової інформації організму; д) передає спадкову інформацію від ядра до рибосом; е) переносить амінокислоти; є) входить до складу клітинних оболонок рослин.

11. Біологічна роль молекули транспортної РНК полягає в тому, що вона: а) забезпечує захист рослинного організму від мікроорганізмів; б) входить до складу рибосом; в) виконує каталітичні функції; г) забезпечує зберігання та відтворення спадкової інформації організму; д) передає спадкову інформацію від ядра до рибосом; е) переносить амінокислоти; є) входить до складу клітинних оболонок рослин.

12. Біологічна роль молекули інформаційної РНК полягає в тому, що вона: а) забезпечує захист рослинного організму від мікроорганізмів; б) входить до складу рибосом; в) виконує каталітичні функції; г) забезпечує зберігання та відтворення спадкової інформації організму; д) передає спадкову інформацію від ядра до рибосом; е) переносить амінокислоти; є) входить до складу клітинних оболонок рослин.

13. Пуринові азотисті основи в складі нуклеопротеїнів можна виявити за допомогою реакції з: а) солями міді; б) солями срібла; в) солями барію; г) фосфорним реактивом; д) орциновим реактивом; е) солянокислим цистеїном.

14. Наявність залишку ортофосфорної кислоти в складі нуклеїнових кислот можна виявити за допомогою реакції з: а) солями міді; б) солями срібла; в) солями барію; г) фосфорним реактивом; д) орциновим реактивом; е) солянокислим цистеїном.

15. Якісне визначення вмісту ДНК за Діше ґрунтується на використанні реакції з: а) солями міді; б) солями срібла; в) солями барію; г) фосфорним реактивом; д) орциновим реактивом; е) солянокислим цистеїном.

ІІ-ий рівень

1. Нуклеїнові кислоти як речовини рослинного організму характеризуються такими загальними особливостями: а) є низькомолекулярними сполуками; б) є гомополімерами; в) є гетерополімерами; г) складаються з залишків амінокислот; д) складаються з залишків нуклеотидів; е) виконують каталітичні функції; є) виконують функції, що пов’язані зі зберіганням, відтворенням і реалізацією спадкової інформації організму; ж) є обов’язковими компонентами всіх живих організмів; ж) входять до складу лише окремих груп організмів; з) можуть піддаватись денатурації.

2. Із приведених речовин вибрати ті, залишки яких можуть входити до складу нуклеотиду: а) рибоза; б) рибулоза; в) дезоксирибоза; г) галактоза; д) ортофосфорна кислота; е) азотна кислота; є) фумарова кислота; ж) урацил; з) тимін; и) аланін; і) аденін.

3. Мінорними азотистими основами є: а) урацил; б) аденін; в) азотисті основи, що часто входять до складу нуклеїнових кислот; г) ксантин; д) гуанін; е) метилцитозин; є) β-D-рибофураноза; ж) азотисті основи, що зрідка входять до складу нуклеїнових кислот; з) тіоурацил.

4. До складу РНК входять: а) урацил; б) аденін; в) β-D-рибо-фураноза; г) β-D-2^'-дезоксирибофураноза; д) гуанін; е) тимін; є) ортофосфорна кислота; ж) цитозин; з) β-D-2^'-дезокси-галактопіраноза.

5. До складу ДНК входять: а) урацил; б) аденін; в) β-D-рибо-фураноза; г) β-D-2^'-дезоксирибофураноза; д) гуанін; е) тимін; є) ортофосфорна кислота; ж) цитозин; з) цистеїн.

6. Подвійна спіраль ДНК характеризується такими особливостями: а) представлена антипаралельними ланцюгами; б) представлена паралельними ланцюгами; в) переважно правозакручена; г) переважно лівозакручена; д) утворена комплементарними азотистими основами, що сполучені складноефірними зв’язками; е) утворена компле-ментарними азотистими основами, що сполучені водневими зв’язками; ж) при денатурації вона розділяється на окремі ланцюги; з) при денатурації вона розпадається на нуклеотиди.

7. Третинна структура ДНК представляє собою: а) комплекс ДНК із РНК; б) комплекс ДНК із гістоновими білками; в) комплекс ДНК із проламіновими білками; г) фібрилярну витягнуту структуру у вигляді соленоїда; д) суперспіралізовану компактну структуру; е) подвійну спіраль; є) одинарну спіраль; ж) нуклеосому.

Тема: ОБМІН РЕЧОВИН

І-ий рівень

1. Субстратне фосфорилювання відбувається за рахунок: а) енергії світла; б) електрохімічного потенціалу; в) окислення багатих на енергію речовин; г) синтезу спеціальних фітогормонів; д) активації ферментів; е) інгібування ферментів.

2. Окислювальне фосфорилювання відбувається за рахунок: а) енергії світла; б) електрохімічного потенціалу; в) окислення багатих на енергію речовин; г) синтезу спеціальних фітогормонів; д) активації ферментів; е) інгібування ферментів.

3. У результаті відновного дезамінування амінокислоти утворюється: а) нова амінокислота; б) амін; в) насичена карбонова кислота; г) ненасичена карбонова кислота; д) кетокислота; е) гідроксикислота; є) складний ефір.

4. У результаті гідролізного дезамінування амінокислоти утворюється: а) нова амінокислота; б) амін; в) насичена карбонова кислота; г) ненасичена карбонова кислота; д) кетокислота; е) гідроксикислота; є) складний ефір.

5. У результаті активації амінокислоти під час ініціації трансляції до неї приєднується: а) інша амінокислота; б) карбонова кислота; в) вітамін; г) АТФ; д) хлорофіл; е) моносахарид.

6. Утворення води як кінцевого продукту при аеробному перетворенні вуглеводів відбувається: а) під час функціонування дихального ланцюга; б) в процесі здійснення ЦТК; в) під час утворення оксалоацетату; г) під час субстратного фосфорилювання; д) під час циклічного фотофосфорилювання; е) під час нециклічного фотофосфорилювання.

ІІ-ий рівень

1. Особливостями С-3 шляху асиміляції вуглекислого газу в темновій фазі фотосинтезу є: а) першою речовиною після приєднання СО₂тут є піруват-3-фосфат; б) першою речовиною після приєднання СО₂тут є гліцерат-3-фосфат; в) першою речовиною після приєднання СО₂тут є оксалоацетат; г) він характерний для переважної більшості звичайних рослин; д) він характерний переважно для тропічних теплолюбних рослин; є) вихідною речовиною, до якої приєднується СО₂, є фосфоенолпіруват; ж) вихідною речовиною, до якої приєднується СО₂, є рибулозо-1,5-дифосфат; з) цей шлях носить назву цикл Кребса; і) цей шлях носить назву цикл Кальвіна.

2. Біосинтез нуклеїнових кислот: а) відбувається в результаті трансляції; б) відбувається в результаті редуплікації; в) відбувається в результаті транскрипції; г) мономерами для їх біосинтезу є амінокислоти; д) мономерами для їх біосинтезу є нуклеозид-трифосфати; е) вихідною речовиною для біосинтезу пуринових азотистих основ є оротова кислота; є) вихідною речовиною для біосинтезу пуринових азотистих основ є інозинова кислота; ж) вихідною речовиною для біосинтезу піримідинових азотистих сполук є інозинова кислота; з) вихідною речовиною для біосинтезу піримідинових азотистих сполук є оротова кислота.

3. Особливостями окислювального фосфорилювання є: а) відбувається лише на мембранах хлоропластів; б) відбувається лише в гіалоплазмі клітини; в) відбувається лише на мембранах мітохондрій; г) кінцевим результатом його є синтез НАДФ(Н)Н⁺; д) кінцевим результатом його є синтез АТФ; е) його рушійною силою є електрохімічний потенціал; є) його рушійною силою є фотони світла; ж) головним ферментом при цьому є цитратсинтетаза; з) головним ферментом при цьому є АТФ-синтетаза.

4. Особливостями гліколізу є: а) відбувається лише на мембранах хлоропластів; б) відбувається лише в гіалоплазмі клітини; в) відбувається лише на мембранах мітохондрій; г) кінцевим продуктом його є вода та вуглекислий газ; д) кінцевим продуктом його є молочна кислота; е) кінцевим продуктом його є гліцеральдегід-3-фосфат; є) відбувається при обов’язковій участі кисню; ж) відбувається без участі кисню; з) синтез АТФ тут відбувається в результаті субстратного фосфорилювання; і) синтез АТФ тут відбувається в результаті окислювального фосфорилювання.

5. Особливостями С-4 шляху асиміляції вуглекислого газу в темновій фазі фотосинтезу є: а) першою речовиною після приєднання СО₂тут є піруват-3-фосфат; б) першою речовиною після приєднання СО₂тут є гліцерат-3-фосфат; в) першою речовиною після приєднання СО₂тут є оксалоацетат; г) він характерний для переважної більшості звичайних рослин; д) він характерний переважно для тропічних теплолюбних рослин; е) вихідною речовиною, до якої приєднується СО₂, є фосфоенолпіруват; є) вихідною речовиною, до якої приєднується СО₂, є рибулозо-1,5-дифосфат; ж) цей шлях носить назву цикл Кребса; з) цей шлях носить назву цикл Кальвіна.

6. Особливостями світлової фази фотосинтезу є: а) відбувається всередині хлоропластів; б) відбувається в гіалоплазмі клітини; в) відбувається всередині мітохондрій; г) відбувається лише на світлі; д) відбувається і в темноті й на світлі; е) під час цієї фази відбувається циклічне фотофосфорилювання; є) під час цієї фази відбувається окисне фосфорилювання; ж) на відновлення хлорофілу використовується глюкоза й виділяється СО₂; з) на відновлення хлорофілу використовується вода й виділяється О₂; і) головним результатом її є отримання піровиноградної кислоти та води; ї) головним результатом її є отримання АТФ та відновних еквівалентів.

7. Особливостями біосинтезу білка є: а) цей процес називається транскрипцією; б) цей процес називається трансляцією; в) цей процес називається редуплікацією; г) відбувається на рибосомах; д) відбувається на лізосомах; е) поділяється на три етапи; є) поділяється на два етапи; ж) мономерами для синтезу білка є активовані амінокислоти; з) мономерами для синтезу білка є звичайні амінокислоти; і) матрицею для синтезу білка є і-РНК.

8. Особливостями темнової фази фотосинтезу є: а) відбувається всередині хлоропластів; б) відбувається в гіалоплазмі клітини; в) відбувається всередині мітохондрій; г) відбувається лише на світлі; д) відбувається і в темноті й на світлі; е) під час цієї фази відбувається поглинання та відновлення Н₂О; є) під час цієї фази відбувається поглинання та відновлення СО₂; ж) тут використовується синтезована в світловій фазі АТФ; з) тут використовується синтезована в світловій фазі молочна кислота; і) головним результатом її є отримання глюкози та інших вуглеводів; ї) головним результатом її є отримання АТФ.

9. Особливостями дихального ланцюга є: а) представляє собою початковий етап аеробного перетворення вуглеводів; б) представляє собою проміжний етап аеробного перетворення вуглеводів; в) представляє собою кінцевий етап аеробного перетворення вуглеводів; г) представляє собою послідовний ланцюг перенесення електронів; д) представляє собою послідовний ланцюг перетворення азотистих основ; е) до його складу входять ацетил-SКoA, рибулозо-1,5-дифосфат, піровиноградна кислота; є) до його складу входять білки цитохроми, кофермент Q, флавопротеїни; ж) під час його функціонування відбувається циклічне фотофосфорилювання; з) під час його функціонування відбувається окислювальне фосфорилювання.

10. Особливостями циклу трикарбонових кислот є: а) відбувається всередині хлоропластів; б) відбувається в гіалоплазмі клітини; в) відбувається всередині мітохондрій; г) кінцевим продуктом його за участю дихального ланцюга є вода та вуглекислий газ; д) кінцевим продуктом його є молочна кислота; е) кінцевим продуктом його є гліцеральдегід-3-фосфат; є) відбувається при безпосередній участі кисню; ж) кисень у цьому процесі безпосередньої участі не приймає; з) головним результатом його є отримання відновних еквівалентів – ФАД·Н₂ та НАД(Н)Н⁺; і) головним результатом його є отримання піровиноградної кислоти та води.

ВАРІАНТ-І

1. Запропоновані речовини організму рослини розподілити за трьома групами: А) моносахариди; Б) діаміномокарбонові амінокислоти; В) піримідинові азотисті основи – лізин; рибоза; аргінін; тимін; манноза; цитозин; урацил; глюкоза; ксилоза. Написати структурну формулу однієї з речовин, віднесених вами до групи А.

2. Вкажіть найбільш важливі ознаки рослинних речовин, які відносяться до ферментів: а) за своєю природою є простими або складними білками; б) за своєю природою є нуклеїновими кислотами; в) володіють широкою специфічністю й діють на різні субстрати; г) володіють вузькою специфічністю й діють лише на свої субстрати; д) при перетворенні речовин часто утворюють побічні продукти; е) при перетворенні речовин не утворюють побічних продуктів; є) основною функціональною частиною ферментів є активний центр; ж) основною функціональною частиною ферментів є нуклеосома.

3. Для вказаних термінів знайти відповідні їм визначення:

А. Метаболізм. Б. Цикл трикар-бонових кислот. В. Редуплікація.

а) сукупність реакцій послідовного окислення оксалоацетату з утворенням відновних еквівалентів і СО₂; б) сукупність усіх реакцій, які відбуваються в організмі; в) сукупність реакцій, які зумовлюють самоподвоєння молекули ДНК.

4. Дайте загальну характеристику процесові темнової фази фотосинтезу за С-4 шляхом, для прикладу наведіть 2-3 конкретні реакції біохімічних перетворень, які відбуваються в цьому процесі. Покажіть взаємозв’язок темнової фази фотосинтезу з анаеробним перетворенням вуглеводів.

ВАРІАНТ- II

1. Запропоновані речовини організму рослини розподілити за трьома групами: А) ліпіди; Б) моноаміномокарбонові амінокислоти; В) вітаміни – біотин; фосфатидилсерин; валін; триацилгліцерол; лейцин; цистеїн; стероїди; треонін; ергокальциферол. Написати структурну формулу однієї з речовин, віднесених вами до групи Б.

2. Вкажіть найбільш важливі ознаки рослинних речовин, які відносяться до білків: а) є гомополімерами; б) є гетерополімерами; в) складаються з залишків моносахаридів; г) складаються з залишків амінокислот; д) можуть виконувати функцію регуляції різних процесів; е) можуть виконувати функцію зберігання спадкової інформації; є) основним зв’язком їх первинної будови є пептидний зв’язок; ж) основним зв’язком їх первинної будови є водневий зв’язок.

3. Для вказаних термінів знайти відповідні їм визначення:

А. Анаболізм. Б. Хемосинтез. В. Трансляція.

а) сукупність реакцій, які зумовлюють синтез органічних речовин за рахунок енергії окислення неорганічних речовин; б) сукупність усіх реакцій, які забезпечують синтез білків; в) сукупність реакцій синтезу з простих речовин більш складних речовин.

4. Дайте загальну характеристику процесові темнової фази фотосинтезу за С-3 шляхом, для прикладу наведіть 2-3 конкретні реакції біохімічних перетворень, які відбуваються в цьому процесі. Покажіть взаємозв’язок темнової фази фотосинтезу з аеробним перетворенням вуглеводів.

ВАРІАНТ- III

1. Запропоновані речовини організму рослини розподілити за трьома групами: А) фотосинтезуючі пігменти; Б) моноаміно-дикарбонові амінокислоти; В) пуринові азотисті основи – каротини; гуанін; аспарагінова кислота; ксантофіли; фікобіліни; аденін; хлорофіли; глутамінова кислота. Написати структурну формулу однієї з речовин, віднесених вами до групи В.

2. Вкажіть найбільш важливі ознаки рослинних речовин, які відносяться до вуглеводів: а) є альдегідами й кетонами одноатомних ароматичних спиртів; б) є альдегідами й кетонами багатоатомних спиртів і полімерами цих сполук; в) можуть виконувати структурну та енергетичну функції; г) можуть виконувати генетичну та каталітичну функції; д) існують лише в циклічних формах; е) існують і в циклічних і у відкритих формах; є) не містять хіральних атомів вуглецю; ж) містять хіральні атоми вуглецю.

3. Для вказаних термінів знайти відповідні їм визначення:

А. Гліколіз. Б. Фотофосфо-рилювання. В. Транскрипція.

а) сукупність реакцій послідовного окислення в анаеробних умовах вуглеводів із утворенням лактату; б) сукупність реакцій, які зумовлюють синтез молекули іРНК на матриці ДНК; в) сукупність реакцій, які зумовлюють синтез АТФ за рахунок енергії світлового випромінювання.

4. Дайте загальну характеристику процесові циклу трикарбонових кислот, для прикладу наведіть 2-3 конкретні реакції біохімічних перетворень, які відбуваються в цьому процесі. Покажіть взаємозв’язок циклу трикарбонових кислот із гліколізом.

ВАРІАНТ- IV

1. Запропоновані речовини організму рослини розподілити за трьома групами: А) дикарбонові кислоти; Б) циклічні амінокислоти; В) олігосахариди – мальтоза; тирозин; лактоза; янтарна кислота; сахароза; щавлева кислота; глутарова кислота; рафіноза; гістидин. Написати структурну формулу однієї з речовин, віднесених вами до групи Б.

2. Вкажіть найбільш важливі ознаки рослинних речовин, які відносяться до нуклеїнових кислот: а) є гомополімерами; б) є гетерополімерами; в) складаються з залишків нуклеотидів; г) складаються з залишків фосфоліпідів; д) виконують енергетичну функцію; е) виконують функцію, що пов’язана зі зберіганням, відтворенням і реалізацією спадкової інформації організму; є) до їх складу обов’язково входить залишок ортофосфорної кислоти; ж) до їх складу обов’язково входить залишок глюкози.

3. Для вказаних термінів знайти відповідні їм визначення:

А. Катаболізм. Б. Окислювальне фосфорилювання. В. Елонгація трансляції.

а) сукупність процесів послідовного сполучення амінокислот у поліпептидний ланцюг на рибосомі; б) сукупність процесів, які зумовлюють синтез АТФ на мембранах мітохондрій за рахунок електрохімічного потенціалу; в) сукупність реакцій розщеплення складних речовин на більш прості з виділенням енергії.

4. Дайте загальну характеристику процесові гліколізу, для прикладу наведіть 2-3 конкретні реакції біохімічних перетворень, які відбуваються в цьому процесі. Покажіть взаємозв’язок гліколізу з аеробним перетворенням вуглеводів.

ВАРІАНТ- V

1. Запропоновані речовини організму рослини розподілити за трьома групами: А) глікани; Б) вітаміни; В) прості білки – целюлоза; альбуміни; амілопектини; гістони; агар-агар; аскорбінова кислота; ретинол; глобуліни; тіамін. Написати структурну формулу однієї з речовин, віднесених вами до групи Б.

2. Вкажіть найбільш важливі ознаки рослинних речовин, які відносяться до ліпідів: а) розчинні у воді; б) розчинні в неполярних органічних розчинниках; в) за хімічною природою є переважно складними ефірами багатоатомних спиртів і вищих жирних кислот; г) за хімічною природою є переважно полімерами моносахаридів; д) виконують переважно енергетичну та структурну функції; е) виконують переважно каталітичну та генетичну функції; є) до їх складу обов’язково входить залишок ортофосфорної кислоти; ж) до їх складу часто входить залишок гліцеролу.

3. Для вказаних термінів знайти відповідні їм визначення:

А. Дихальний ланцюг. Б. Цикл Кальвіна В. Ініціація трансляції.

а) сукупність реакцій поступового відновлення CO₂ з утворенням різних моносахаридів під час темнової фази фотосинтезу; б) сукупність процесів послідовного окислення та відновлення спеціальних білків під час переміщення електронів на мембранах мітохондрій; в) сукупність процесів активації амінокислот, їх транспортування та формування білоксинте-зуючого комплексу.

4. Дайте загальну характеристику процесам перетворення амінокислот, для прикладу наведіть 2-3 конкретні реакції біохімічних перетворень, які відбуваються в цих процесах. Покажіть взаємозв’язок перетворення амінокислот із аеробним або анаеробним перетворенням вуглеводів.

Рекомендована література

Артамонов В. И. Зеленая лаборатория планеты. – М.: Агропромиздат, 1987.

Березин И. В., Савин Ю. В. Основы биохимии. – М.: Изд-во МГУ, 1990.

Биологическая химия. Практикум / Под. ред. Ю. Е. Хмелевского /. – К.: Выща школа, 1985.

Биохимический справочник / Н. Е. Кучеренко и др. /. – К.: Выща школа, 1979.

Биохимия / Н. Е. Кучеренко и др. /. – К.: Выща школа, 1988.

Биохимия. Практикум / Н. Е. Кучеренко и др. /. – К.: Выща школа,

1988.

Біохімія: еволюційна і порівняльна / М. Є. Кучеренко та ін. /. – Львів: Либідь, 1996.

Боєчко Ф. Ф. Біологічна хімія. – К.: Вища школа, 1995.

Гребинский С. О. Биохимия растений. – Львов: Выща школа, 1975.

Губський Ю. І. Біологічна хімія. – Київ-Тернопіль, 2000.

Гудвин Т. и др. Введение в биохимию растений. – М.: Мир, 1986. – Т. 1, 2.

Злобін Ю. А. Курс фізіології і біохімії рослин. – Суми: Універ. книга, 2004.

Кольман Я. Наглядная биохимия. – М.: Мир, 2000.

Кретович В. Л. Биохимия растений. – М.: Высш. школа, 1986.

Кушманова О. Д., Ивченко Г. М. Руководство к лабораторным занятиям по биологической химии. – М.: Высш. школа, 1983.

Ленинджер А. Основы биохимии. – М.: Мир, 1985. – Т. 1-3.

Методы биохимического исследования растений / А. И. Ермаков и др. / – Л.: Колос. Ленингр. отд-ние, 1987.

Мецлер Д. Биохимия.– М.: Мир, 1980. – Т. 1-2.

Мусил Я., Новокова О., Кунц Е. Современная биохимия в схемах. – М.: Мир, 1984.

Николаев Л. А. Химия жизни. – М.: Просвещение, 1977.

Плешков Б. П. Биохимия сельскохозяйственных растений. – М.: Агропромиздат, 1987

Плешков Б. П. Практикум по биохимии растений. – М.: Колос, 1985.

Проскурина И. К. Биохимия. – Москва-Владивосток: Пресс,

2001.

Филиппович Ю. Б., Егорова Т. А., Севастьянова Г. А. Практикум по общей биохимии. – М.: Высш. школа, 1982.

Шевряков М. В. Практикум з біологічної хімії. – Суми: Універ. книга, 2003.

Явоненко О. Ф. Біохімія. – Суми: Універ. книга, 2002.

Журнал “Биохимический журнал”

Журнал ”Физиология и биохимия растений”

Навчальне видання

Віталій Олександрович Володимирець

БІОХІМІЯ РОСЛИН.

Міністерство освіти і науки України

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Последнее изменение этой страницы: 2019-03-31; Просмотров: 297; Нарушение авторского права страницы