Белки: строение, структуры, свойства, качественные реакции

1. Определение

Определение

Белки (полипептиды) — биополимеры, построенные из остатков α-аминокислот, соединённых пептидными (амидными) связями $-CO-NH-$.

Мономеры — α-аминокислоты (20 основных)
Образуются реакцией поликонденсации
Макромолекулы имеют стереорегулярное строение
Содержат C, H, O, N, иногда S

2. Пептидная связь

Фрагмент полипептидной цепи (трипептид глицилаланилглицин):

Gly–Ala–Gly (трипептид)

пептидные связи -CO-NH-

Образование дипептида из двух аминокислот:

глицин

+

аланин

глицилаланин
пептидная связь -CO-NH-

+ H₂O

Запомни!

Пептидная связь $\mathbf{-CO-NH-}$ — плоская, частично двойная (сопряжение). Именно её обнаруживает биуретовая реакция.

3. Структуры белковой молекулы

1

Первичная

Последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Определяется ковалентными пептидными связями.

2

Вторичная

Закручивание цепи в α-спираль или складывание в β-лист. Удерживается водородными связями между C=O и N—H.

3

Третичная

Пространственная укладка спирали в глобулу (клубок). Связи: дисульфидные (S—S), ионные, гидрофобные, водородные.

4

Четвертичная

Объединение нескольких глобул (субъединиц) в единый комплекс. Пример — гемоглобин (4 субъединицы).

4. Физические свойства

Глобулярные (шарообразные) — растворимы в воде (альбумины крови, ферменты)
Фибриллярные (нитевидные) — нерастворимы (кератин волос, коллаген, шёлк)
При растворении образуют коллоидные растворы

5. Качественные реакции на белки

🟣 Биуретовая реакция

Белок + $CuSO_4$ + $NaOH$ (свежеосаждённый $Cu(OH)_2$)

→ фиолетовое окрашивание

Обнаруживает пептидные связи $-CO-NH-$

🟡 Ксантопротеиновая реакция

Белок + конц. $HNO_3$

→ жёлтое окрашивание

Обнаруживает ароматические остатки (фенилаланин, тирозин)

⭐ Для ЕГЭ — запомни цвета!

Биуретовая = фиолетовый (пептидные связи).
Ксантопротеиновая = жёлтый (бензольные кольца в белке).

6. Денатурация

Денатурация

Денатурация — разрушение пространственной структуры белка (вторичной, третичной, четвертичной) под воздействием внешних факторов.

Факторы денатурации:

Нагревание (свёртывание яичного белка при варке)
Кислоты и щёлочи
Соли тяжёлых металлов ($Pb^{2+}$, $Hg^{2+}$, $Cu^{2+}$) — необратимая!
Органические растворители (спирт, ацетон)
Радиация

Обратимая vs необратимая

Обратимая: первичная структура сохраняется, при восстановлении условий белок «складывается» обратно.
Необратимая: разрушается первичная структура (гидролиз) или белок выпадает в нерастворимый осадок (соли тяж. металлов).

7. Гидролиз белков

Полный гидролиз белка — разрыв всех пептидных связей → смесь α-аминокислот:

$\text{Белок} + nH_2O \xrightarrow{H^+ \text{ или } OH^-} $ смесь α-аминокислот

Ферментативный гидролиз

Происходит в живых организмах: пепсин (желудок), трипсин (кишечник), при температуре тела.

Кислотный/щелочной

В лаборатории — при нагревании с кислотой или щелочью. Анализируя продукты, можно определить аминокислотный состав белка.

8. Горение

Белки горят с характерным запахом жжёного пера (рога):

Белок $+ O_2 \to CO_2 + H_2O + N_2 + SO_2$ (если содержит S)

Запах горения

Запах жжёного пера/рога — простейший способ отличить белок (шерсть, натуральный шёлк) от синтетики.

9. Биологические функции белков

Функция	Пример
Каталитическая (ферменты)	Пепсин, амилаза, каталаза
Структурная	Коллаген, кератин
Транспортная	Гемоглобин (перенос O₂)
Защитная	Антитела (иммуноглобулины)
Двигательная	Актин, миозин (мышцы)
Гормональная	Инсулин, гормон роста
Энергетическая	1 г белка ≈ 17,6 кДж

Практические задания

Задача 1. Качественные реакции

Решение

Как отличить шерстяную нить от капроновой?

Решение:

1) Поджечь — шерсть (белок) даёт запах жжёного пера, капрон (полиамид) плавится.

2) Ксантопротеиновая: шёлк/шерсть + конц. HNO₃ → жёлтое окрашивание. Капрон — нет.

Задача 2. Структуры белка

Решение

Какие химические связи поддерживают вторичную и третичную структуры белка?

Вторичная: водородные связи между C=O и N—H соседних витков спирали.

Третичная: дисульфидные мостики (—S—S—), ионные, гидрофобные взаимодействия, водородные связи.

Задача 3. Денатурация

Решение

Является ли денатурация белка при добавлении $CuSO_4$ обратимой?

Нет — денатурация солями тяжёлых металлов ($Cu^{2+}$, $Pb^{2+}$, $Hg^{2+}$) необратима. Ионы связывают полипептидную цепь, образуя нерастворимые комплексы.

Задача 4. Гидролиз

Решение

Какие вещества образуются при полном гидролизе белка?

α-Аминокислоты — мономеры белка.

При кислотном гидролизе с избытком кислоты → гидрохлориды аминокислот.

При щелочном — натриевые соли аминокислот.

Задача 5. Биуретовая реакция

Решение

Какую связь обнаруживает биуретовая реакция? Почему глицин не даёт биуретовую реакцию?

Биуретовая реакция обнаруживает пептидную связь $-CO-NH-$.

Глицин ($NH_2CH_2COOH$) — отдельная аминокислота, не содержит пептидных связей. Нужен минимум дипептид.