9 клас. Хімія. Тема: "Вуглеводи. Глюкоза і сахароза"

Склад і класифікація вуглеводів

Теорія:

Вуглеводи — природні оксигеновмісні сполуки. До їх складу входять три елементи: Карбон, Гідроген і Оксиген. Співвідношення числа атомів Гідрогену і Оксигену таке ж саме, як у воді — 2 : 1. Звідси і пішла назва «вуглеводи».

 

У загальному вигляді склад більшості вуглеводів можна виразити формулою Cn(H2O)m.

 

Вуглеводи входять до складу клітин всіх живих організмів.

Особливо високий вміст вуглеводів у рослинах. Клітинні стінки рослин утворені целюлозою. Вона є основною складовою частиною деревини. Майже чистою целюлозою є вата.

 

 

Найважливіша запасна речовина рослин — крохмаль. Він у великих кількостях міститься в насінні злаків, в бульбах картоплі. Солодкий смак фруктам і овочам надають глюкоза, фруктоза, сахароза.

Сумішшю вуглеводів є мед.

 

 

Запасною речовиною в клітинах грибів і тварин є глікоген (тваринний крохмаль). У крові тварин і людини міститься глюкоза, яка служить основним джерелом енергії для всіх процесів, що протікають в організмі.

Вуглеводи поділяють на три групи: моносахариди, дисахариди і полісахариди. В основі такого поділу лежить здатність молекул вуглеводів піддаватися гідролізу.

Молекули моносахаридів у водних розчинах гідролізу не піддаються і не змінюються.

Молекули дисахаридів розкладаються водою на дві молекули моносахаридів.

 

При гідролізі полісахаридів з однієї молекули утворюється багато молекул моносахаридів.

Моносахариди

Теорія:

Прості вуглеводи відносяться до групи моносахаридів. Моносахариди відрізняються від інших груп вуглеводів відсутністю реакції гідролізу. Вони не реагують з водою і не розкладаються на простіші речовини.

Згадаємо властивості двох шестикарбонових моносахаридів: глюкози і фруктози. Склад молекул цих речовин однаковий і виражається формулою: C6H12O6.

Глюкоза

Глюкоза — найпоширеніший у природі моносахарид. Вона утворюється рослинами в процесі фотосинтезу з вуглекислого газу і води:

 

.

 

Глюкоза зустрічається у всіх органах рослин, в стиглих фруктах і ягодах. Багато її міститься у винограді, тому глюкозу називають ще виноградним цукром.

Глюкоза знаходиться і в організмах тварин. У крові людини її міститься приблизно 0,1%.

 

Глюкоза є білою кристалічною речовиною, добре розчинна у воді, солодка на смак.

Встановлено, що в природі глюкоза існує в лінійній і циклічній формах, які здатні до взаємоперетворення. Тому її будову виражають не одною, а трьома структурними формулами.

 

Циклічні форми глюкози відрізняються розташуванням гідроксильних груп у першого атому Карбону (виділені на малюнку).

 

 

Молекула глюкози в лінійній формі містить п'ять гідроксильних груп і одну альдегідну групу. Функціональні групи визначають характерні хімічні властивості глюкози: для неї характерні як реакції багатоатомних спиртів, так і реакції альдегідів.

 

 

Одна з властивостей глюкози — взаємодія з купрум(II) гідроксидом. При кімнатній температурі глюкоза зі свіжоприготованим гідроксидом утворює прозорий яскраво-синій розчин (реакція багатоатомних спиртів).

 

 

При нагріванні глюкози з аміачним розчином аргентум оксиду на стінках пробірки з'являється блискучий наліт — «срібне дзеркало» (реакція альдегідів).

 

 

Для глюкози характерні також особливі реакції, які протікають в клітинах живих організмів. Це реакції бродіння. В результаті бродіння, в залежності від умов протікання, можуть утворюватися різні продукти.

Під впливом ферментів дріжджів відбувається спиртове бродіння. Утворюються етиловий спирт і вуглекислий газ:

 

.

 

Цей процес використовується у приготуванні дріжджового тіста, у виноробстві, пивоварінні.

Під впливом ферментів молочнокислих бактерій глюкоза перетворюється у молочну кислоту:

 

.

 

Молочнокисле бродіння використовується для отримання кислого молока, кефіру, сиру, сметани.

У клітинах живих організмів глюкоза є головним джерелом енергії для всіх життєвих процесів. В живому організмі відбувається повільне окиснення глюкози з утворенням вуглекислого газу і води. При цьому виділяється енергія:

 

.

 

Глюкоза використовується у медицині як поживна речовина і складова частина протишокових рідин. Застосовується вона для отримання лимонної кислоти, вітамінів С і Н.

Знаходить глюкоза застосування і у кондитерській промисловості при виготовленні мармеладу, пряників, карамелі; у виробництві молочної кислоти, етанолу.

Отримують глюкозу гідролізом полісахаридів: крохмалю або целюлози.

Сахароза

Теорія:

Дисахариди — вуглеводи, при гідролізі яких їх молекула розпадається на дві молекули моносахаридів.

Загальна формула дисахаридів — C12H22O11. Найвідоміший дисахарид — сахароза, чи буряковий цукор.

 

Сахароза широко поширена в рослинному світі. Вона міститься в соку всіх рослин. Особливо багато її в коренеплодах цукрового буряка, в стеблах цукрової тростини, в соку цукрового клена. Ці рослини спеціально вирощують, щоб отримувати з них сахарозу.

 

Цукрова тростина

  

Цукровий буряк

 

Сахароза — кристалічна речовина, добре розчинна у воді, солодка на смак.

Вона піддається гідролізу, тобто розкладанню водою. Якщо до розчину сахарози додати розчин сульфатної кислоти і суміш прокип'ятити, то утворюється суміш двох моносахаридів — глюкози і фруктози. Тому сахарозу відносять до дисахаридів.

 

C12H22O11+H2O→C6H12O6+C6H12O6.

 

При нагріванні сахароза легко плавиться, обвуглюється, але не горить. Проте, суміш  цукрового пилу з повітрям може вибухати.

Використовується сахароза в харчуванні для надання продуктам солодкого смаку. В організмі вона розщеплюється на глюкозу і фруктозу і в такому вигляді потім засвоюється.

 

 

Вживання занадто великої кількості цукру може привести до серйозних порушень обміну речовин і викликати цукровий діабет.

10 клас. Тема "Білки. Властивості білків"

Будова білків

Теорія:

Білки є обов'язковою складовою частиною будь-якого живого організму і відіграють найважливішу роль в забезпеченні процесів життєдіяльності.

До складу білків обов'язково входять чотири хімічні елементи: Карбон, Гідроген, Оксиген і Нітроген. Багато білків містять Сульфур. До складу деяких входить Фосфор. Є білки, що містять атоми металів.

Білки — природні високомолекулярні речовини (полімери), що складаються із залишків амінокислот.

Амінокислотні залишки сполучені в макромолекулах білків пептидною групою −NH−CO−, тому білки відносять до поліпептидів.

До складу білків входять двадцять амінокислот будови NH2−C|H−COOHR.
Амінокислотні залишки сполучаються у макромолекули білків у різній послідовності. Число амінокислотних залишків в молекулах теж може бути різним. Тому різноманіття білків практично безмежно. Кожен організм на Землі має свій власний неповторний набір білків.

Білкові молекули можуть містити від одного до декількох сотень і навіть тисяч амінокислотних залишків, тому їх відносні молекулярні маси змінюються від десятків тисяч до декількох мільйонів. Так, відносна молекулярна маса гемоглобіну дорівнює: 68000, яєчного білка — 44000, а вірусу грипу — 32000000.

Властивості білка в першу чергу визначаються порядком сполучення амінокислотних залишків у поліпептидному ланцюгу.

Послідовність амінокислотних залишків в макромолекулі називається первинною структурою білка.

Первинна структура

  

Існують вторинна (спіраль) і третинна (клубок) структури білкових молекул. Вони утворюються в результаті внутрішньомолекулярної взаємодії частин поліпептидного ланцюга.

Вторинна структура

  

Третинна структура

  

Кілька білкових молекул можуть сполучатися одна з одною і утворювати четвертинну структуру.

Четвертинна структура

Властивості і функції білків

Теорія:

Властивості білків

Розчиність

За здатністю розчинятися білки діляться на розчинні і нерозчинні. До розчинних відноситься білок курячого яйця. Не можуть розчинятися білки вовни, пір'я, нігтів.

Гідроліз

При дії води в присутності кислоти або ферментів білки піддаються гідролізу. В результаті розщеплення білкових молекул водою утворюється суміш амінокислот. Такий процес відбувається в органах травлення при перетравленні білкової їжі. Утворені амінокислоти всмоктуються в кров і використовуються організмом для синтезу власних білків.

Денатурація

Денатурація — руйнування просторової структури білка.

Вона відбувається при нагріванні білків, під дією радіоактивного випромінювання, деяких хімічних речовин (кислот, лугів, солей важких металів). При денатурації білки змінюють свої властивості і втрачають біологічну активність, незважаючи на те, що їх первинна структура зберігається.

Прикладом денатурації служить зміна яєчного білка при нагріванні.

Розклад при нагріванні

При сильному нагріванні білки горять. При цьому утворюються речовини зі своєрідним запахом паленого пір'я. По запаху можна легко відрізнити вовняні або шовкові волокна від синтетичних.

Кольорові реакції

Присутність білка у розчині можна виявити за допомогою якісних реакцій, в результаті яких утворюються забарвлені продукти.

Якщо до розчину білка додати розчин лугу і кілька крапель розчину солі купрум(II), то з'являється червоно-фіолетове забарвлення. Ця реакція називається біуретовою.

Інша кольорова реакція на білки — ксантопротеїнова. Для її проведення до розчину білка при нагріванні треба додати концентровану нітратну кислоту. Утворюється жовтий осад. Якщо після охолодження в пробірку долити розчин лугу або концентрований розчин аміаку, то з'явиться оранжеве забарвлення.

Функції білків

У кожному живому організмі міститься велика кількість білків, які виконують ряд найважливіших функцій.

Білки входять до складу цитоплазматичної мембрани, цитоплазми, органоїдів і тим самим виконують будівельну функцію в живих організмах.

Всі біохімічні реакції в організмах протікають за участю ферментів. Ферменти — це білки-каталізатори. Отже, білки в живих організмах виконують каталітичну функцію. Прикладами таких каталізаторів можуть бути травні ферменти, що беруть участь в перетравленні їжі: пепсин, ліпаза, амілаза, мальтаза.

Найважливіша функція білків — захисна. Особливі білки — антитіла і антитоксини — беруть участь у формуванні імунітету. Антитіла знешкоджують бактерії, що проникли в організм, а антитоксини нейтралізують їх отрути.

Білок гемоглобін виконує транспортну функцію. Він переносить кисень від органів дихання до тканин.

Рухова функція деяких білків забезпечує скорочення м'язів і всі рухи живих організмів.

При нестачі їжі білки можуть виконувати енергетичну функцію. При розщепленні 1 г білка виділяється 17,6 кДж енергії.

Білки виконують сигнальну, рецепторну, регуляторну та інші функції.

Лабораторна робота 6. Кольорові реакції білків

Мета роботи: дослідити денатурацію білка під впливом різних чинників,

ознайомитися з кольоровими реакціями білків, які є якісними реакціями.

Хід роботи

Дослід 1. Денатурація білка.

У п'ять пробірок налийте по 1 мл розчину білка курячого яйця.

У першу пробірку додайте 1 мл етилового спирту, у другу — 1 мл розчину

купрум(ІІ) сульфату, у третю — 1 мл розчину лугу або кислоти,

вміст четвертої пробірки нагрійте у полум'ї спиртівки, вміст п'ятої

пробірки енергійно збовтайте. Які спільні ознаки змін, що відбуваються

у кожній з пробірок? У яких випадках денатурація відбувається більш, а

у яких менш інтенсивно? Чим відрізняється зворотна денатурація від

незворотної?

Дослід 2. Біуретова реакція. Виявлення пептидного зв'язку у молекулах

 білка.

• Біуретова реакція використовується для виявлення пептидного зв'язку
•  в молекулах білків.

У дві пробірки налийте 1 мл розчину натрій гідроксиду та додайте у кожну 

по 2 краплі розчину купрум(II) сульфату. Що спостерігаєте?

 Поясніть спостереження, напишіть рівняння реакції. У першу пробірку 

додайте 1 мл води, у другу — 1 мл розчину білка курячого яйця. 

Обидві пробірки енергійно збовтайте. Що спостерігаєте? Зробіть висновок.

Дослід 3. Ксантопротеїнова реакція.

• Ксантопротеїнова реакція дозволяє виявити в молекулах білків циклічні
•  амінокислоти, які містять ароматичне ядро.

Налийте в пробірку розчин білка курячого яйця об'ємом 1 мл, добавте 0,5 мл 

концентрованої нітратної кислоти і обережно нагрійте. Що спостерігаєте? є

Охолодіть вміст пробірки, по краплях додайте розчин амоніаку до зміни забарвлення.