●備資料
一、蛋白質(zhì)的變性是物理變化還是化學變化
蛋白質(zhì)的變性是蛋白質(zhì)的一條重要性質(zhì)。這條性質(zhì)在日常生活、醫(yī)療、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中都有著重要的用途。那么,蛋白質(zhì)的變性是物理變化還是化學變化呢?在此做一簡單的討論。
判斷一個變化是物理變化還是化學變化的依據(jù)就是看在這個變化中有無新物質(zhì)生成。在物理變化過程中因無新物質(zhì)生成,也就沒有化學鍵的斷裂和生成;在化學變化中因有新物質(zhì)的生成,所以一定有化學鍵的斷裂和生成。因此,判斷蛋白質(zhì)的變性是物理變化還是化學變化,一定要從蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)上分析,看在變化過程中有無化學鍵的斷裂和生成。
蛋白質(zhì)是由α—氨基酸通過肽鍵構(gòu)成的高分子化合物,在蛋白質(zhì)分子中各氨基酸的結(jié)合順序稱為一級結(jié)構(gòu);蛋白質(zhì)的同一多肽鏈中的氨基和;g可以形成氫鏈,使得這一多肽鏈具有一定的構(gòu)象,這些稱為蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu);多肽鏈之間又可互相扭曲折疊起構(gòu)成特定形狀的排列稱為三級結(jié)構(gòu),三級結(jié)構(gòu)是與二硫鍵、氫鍵等聯(lián)系著的。
變性作用是蛋白質(zhì)受物理或化學因素的影響,改變其分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的作用。一般認為蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)有了改變或遭到破壞,都是變性的結(jié)果。能使蛋白質(zhì)變性的化學方法有加強酸、強堿、重金屬鹽、尿素、乙醇、丙酮等;能使蛋白質(zhì)變性的物理方法有加熱、紫外線照射、劇烈振蕩等。
重金屬鹽使蛋白質(zhì)變性,是因為重金屬陽離子可以和蛋白質(zhì)中游離的羧基形成不溶性的鹽,在變性過程中有化學鍵的斷裂和生成,因此是一個化學變化。
強酸、強堿使蛋白質(zhì)變性,是因為強酸、強堿可以使蛋白質(zhì)中的氫鍵斷裂。也可以和游離的氨基或羧基形成鹽,在變化過程中也有化學鍵的斷裂和生成,因此,可以看作是一個化學變化。
尿素、乙醇、丙酮等,它們可以提供自己的羥基或羰基上的氫或氧去形成氫鍵,從而破壞了蛋白質(zhì)中原有的氫鍵,使蛋白質(zhì)變性。但氫鍵不是化學鍵,因此在變化過程中沒有化學鍵的斷裂和生成,所以是一個物理變化。
加熱、紫外線照射、劇烈振蕩等物理方法使蛋白質(zhì)變性,主要是破壞了蛋白質(zhì)分子中的氫鍵,在變化過程中也沒有化學鍵的斷裂和生成,沒有新物質(zhì)生成,因此是物理變化。否則,雞蛋煮熟后就不是蛋白質(zhì)了。
從以上分析可以看出,蛋白質(zhì)的變性既有物理變化,也有化學變化。但蛋白質(zhì)的變性是很復(fù)雜的,要判斷變性是物理變化還是化學變化,要視具體情況而定。如果有化學鍵的斷裂和生成就是化學變化;如果沒有化學鍵的斷裂和生成就是物理變化。
(/楊國明,載《中學化學》2000年第4期)
二、蛋白質(zhì)鹽析實驗成功的關(guān)鍵
(1)試劑配制要求
①蛋白質(zhì)的配制。取一個鮮雞蛋的蛋白置于裝有50 mL蒸餾水的燒杯中,用玻璃棒攪拌,讓雞蛋白充分溶解,再用雙層紗布過濾雞蛋白液,濾液待用。
②對電解質(zhì)的要求。做蛋白質(zhì)鹽析實驗時,要保持蛋白質(zhì)的活性,因此選用的電解質(zhì)必須是一些輕金屬鹽、銨鹽等。
經(jīng)過實驗,能使雞蛋白從其水溶液中沉淀析出,且現(xiàn)象又明顯,對電解質(zhì)溶液有兩方面的要求:
a.電解質(zhì)溶液比較濃,最好達到飽和;
b.電解質(zhì)溶液pH在1~3之間。
實驗得出:
a.對Al(NO3)3、Al2(SO4)3、AlCl3等鹽的飽和溶液直接用于實驗即可,現(xiàn)象明顯。
b.(NH4)2SO4、NH4Cl、NH4NO3、2SO4、Cl、NO3、Na2SO4、NaNO3、NaCl、gSO4、gCl2、g(NO3)2、Ca(NO3)2、CaCl2等鹽的飽和溶液,應(yīng)用對應(yīng)的酸把pH調(diào)到1~3之間,實驗現(xiàn)象同樣很明顯。
(2)操作過程及實驗效果
取3 mL~4 mL雞蛋白液于試管中,用滴管取上述電解質(zhì)中的一種,沿試管壁慢慢加入1 mL~2 mL,不要振蕩,很快就可以看到試管中有白色沉淀析出。在該試管中,加入少量蒸餾水,振蕩,溶液又變回原狀,白色絮狀物質(zhì)又溶解。再滴入電解質(zhì)溶液,還可以形成沉淀,這樣就可以反復(fù)做二、三次。 (/黎茂堅,載《中學化學》2001年第5期)
三、關(guān)于蛋白質(zhì)的變性
蛋白質(zhì)是由氨基酸首尾相連而成的肽鏈組成的。肽鏈具有一定的空間結(jié)構(gòu),它可以形成螺旋形,也可以是折疊形等。在蛋白質(zhì)中既包括肽鍵,也包括氫鍵、二硫鍵,以及由帶電荷的羧基和氨基之間相互作用的鹽橋。
蛋白質(zhì)的這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)不太穩(wěn)定,受到物理因素(如加熱、紫外線等)和化學因素(如酒精、重金屬鹽等)的作用,其結(jié)構(gòu)會發(fā)生或多或少的改變,性質(zhì)也會改變,這種作用稱為蛋白質(zhì)的變性。
加熱可使蛋白質(zhì)分子熱騷動增加,使其氫鍵和鹽橋等破壞,有規(guī)則的空間構(gòu)型松散,藏于空間構(gòu)型內(nèi)的疏水基團因裸露于外,削弱蛋白質(zhì)的水化作用,結(jié)果使蛋白質(zhì)聚沉凝固。如我們可用加熱的辦法把生雞蛋變成熟雞蛋,同樣可用蒸的辦法使微生物蛋白質(zhì)凝固,例如對醫(yī)療器械消毒。
醫(yī)生常用酒精殺菌消毒,是因為酒精能與水形成氫鍵,有很強的吸水能力,同時它還可以影響蛋白質(zhì)中的氫鍵,結(jié)果使菌體蛋白脫水、變性沉淀。菌體蛋白質(zhì)是構(gòu)成細菌的主要成分,一旦被破壞,細菌就失去活力。至于為何用70~75%的酒精而不用95%的酒精,是因為濃度高的酒精能迅速使菌體表面的蛋白質(zhì)變性,阻礙酒精滲入細菌內(nèi)部發(fā)揮作用,結(jié)果細菌只是暫時失去活力,但并不死亡。而濃度較低的酒精,使菌體蛋白變性慢,酒精可滲入菌體內(nèi)部發(fā)揮作用,最后殺死細菌。
重金屬鹽能夠破壞蛋白質(zhì)的鹽橋,重金屬離子還能與氫硫基結(jié)合,破壞蛋白質(zhì)的二硫鍵,使蛋白質(zhì)變性。因此,重金屬鹽對人體是有害的。重金屬鹽中毒后,可服用大量牛奶、蛋清、豆?jié){等高蛋白物質(zhì),以減少重金屬鹽對人體蛋白的作用。
人的頭發(fā)也是蛋白質(zhì),女士燙發(fā)實際上也是蛋白質(zhì)變性的過程。理發(fā)師經(jīng)常先用還原劑減少和破壞頭發(fā)中的二硫鍵,當頭發(fā)卷曲后再施用氧化劑,在不同位置重新形成二硫鍵,以保持卷曲的發(fā)型。
生物體的衰老也與蛋白質(zhì)緩慢變性密切相關(guān),如陳種子會失去發(fā)芽能力,人的機體會逐漸衰老等。目前科學工作者積極開展如何防衰老、保青春的研究,實際也是在研究如何防止蛋白質(zhì)變性。
(/牛蹄,載《中學生化學報》1991年12月16日)
四、為什么用加酶洗衣粉?
加酶洗衣粉是近年市場上出現(xiàn)的新品種。它除了含有洗衣粉中的一般化學成分外,還含有一種堿性蛋白酶。
人分泌的皮脂中含有蛋白質(zhì),在易臟的袖、領(lǐng)口等處蛋白質(zhì)含量可高達10%~30%,這些蛋白質(zhì)與脂質(zhì)絡(luò)合,附著在衣物上比較牢固,由于這種蛋白質(zhì)是變了性的,不溶于水,用普通洗衣粉不容易洗掉,又因它不是油類,所以也不能被洗衣粉中表面活性劑增溶、乳化除去。酶是一種生物催化劑,它存在于動、植物的活細胞內(nèi)。動、植物機體內(nèi)的合成和消化等反應(yīng)由于酶的參加才能順利地進行。酶催化具有選擇性。加酶洗衣粉就是利用這個原理,選擇、培養(yǎng)具有特殊功能的酶配入洗衣粉中。酶的作用大小是以酶的活力衡量的,活力越高所起的作用也就越大,國產(chǎn)酶一般活力在2萬個單位左右。荷蘭、丹麥所產(chǎn)的酶可高達30萬個單位以上。
洗衣粉中的酶應(yīng)該是穩(wěn)定的,最好在常溫下也有較好的活性,荷蘭所生產(chǎn)的堿性蛋白酶在20~70℃時就具有良好的活性,國產(chǎn)的酶在40~50℃較佳,超過70℃時活性下降直至全部失效。堿性蛋白酶一般在pH為10的情況下洗滌去污效果最好,這與洗衣粉的性質(zhì)正好相近。
使用加酶洗衣粉時,最好把要洗的衣服先在水中浸泡一下(0.5~1小時),用40℃左右的溫水洗滌,其效果尤為明顯。
加酶洗衣粉不適宜存放在高溫、高濕的環(huán)境中,也不適宜久存,因為酶的壽命是有一定的時間性的,存放一年以后大部分失效。
●綜合能力訓練題
1.用一種化學試劑鑒別NaAlO2溶液、Na2SiO3溶液、雞蛋白溶液、純堿溶液、蔗糖溶液等五種無色溶液,可用________作化學試劑。
答案:濃硝酸
2.化合物A是天然蛋白質(zhì)的最終水解產(chǎn)物,化合物B是一種含有醛基的硝酸酯,A、B兩物質(zhì)的分子式都可用CaHbOcNd(且a+c=b,a-c=d)表示。試回答:
(1)A、B兩物質(zhì)的分子式是________。
(2)光譜測定顯示A的分子結(jié)構(gòu)中不存在甲基(—CH3),則A的結(jié)構(gòu)簡式是:________。
(3)光譜測定顯示為B的烴基部分不存在支鏈,則B的結(jié)構(gòu)簡式是________。
答案:(1)C5H9O4N
3.某有機物的相對分子質(zhì)量為75,元素的質(zhì)量分數(shù)為碳32%、氫6.67%、氮18.79%,其余為氧。
(1)求該有機物的分子式。
(2)該有機物與酸發(fā)生酯化反應(yīng)、與無機酸反應(yīng)生成鹽。寫出該有機物的結(jié)構(gòu)簡式。
(3)寫出該有機物的一種同分異構(gòu)體。
答案:(1)C2H5NO2 (2) (3)CH3CH2—NO2
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