Magdalena Bihun, Bożenna Białecka
Uniwersytet SzczecińskiCentrum Biologii Molekularnej i Biotechnologii
Laboratorium Badań Środowiskowych z Centrum Edukacji Środowiskowej w Małkocinie
14. SKŁADNIKI ORGANICZNE W MATERIALE ROŚLINNYM
Wprowadzenie
Każdy materiał roślinny, pomijając makro- i mikroelementy, zawiera kilka rodzajów związków chemicznych o różnej strukturze i odmiennych właściwościach. Zawartość tych związków może być różna u poszczególnych grup roślin, w zależności od organu, odmiany, gatunku czy siedliska. Głównymi składnikami organicznymi w materiale roślinnym są białka, węglowodany i tłuszcze.
Skład chemiczny organizmów
makro
i mikroelementy
związki nieorganiczne związki organiczne
woda sole mineralne białka węglowodany tłuszcze
Białka (proteiny) to wielocząsteczkowe biopolimery zbudowane przeciętnie z kilkunastu tysięcy reszt aminokwasowych połączonych ze sobą wiązaniami peptydowymi −CONH−. Ze względu na przestrzenność cząsteczki białka określana jest jego struktura I-rzędowa, czyli kolejność ułożenia aminokwasów, II-rzędowa – sposób ułożenia łańcucha w przestrzeni, III-rzędowa to ostateczny kształt cząsteczki, a IV-rzędowa struktura określa układy cząsteczek tworzących białko.
144 Wśród białek wyróżniamy:
1. Białka proste, w skład których wchodzą wyłącznie aminokwasy;
2. Białka złożone, które zawierają dodatkowo inne związki chemiczne lub pierwiastki:
a. glikoproteiny, zawierające cukry; b. lipoproteiny, zawierające lipidy;
c. metaloproteiny, posiadające w cząsteczce jon metalu.
Białka pełnią różne funkcje w organizmie roślinnym, począwszy od funkcji budulcowej, poprzez katalityczną, transportową, regulacyjną aż do spichrzowej.
Węglowodany to związki organiczne składające się z atomów węgla, wodoru i tlenu o ogólnym wzorze sumarycznym: Cn(H2O)n. Zaliczamy do nich między innymi:
I. Cukry posiadające właściwości redukujące, np.:
1. aldozy – deoksyryboza, ryboza, glukoza, galaktoza, 2. ketozy – rybuloza, fruktoza.
II. Cukry niewykazujące właściwości redukujących, np. skrobia, glikogen, celuloza.
Węglowodany w organizmach roślinnych pełnią funkcję budulcową, zapasową i transportową. Węgiel u roślin w 60–95% transportowany jest właśnie w postaci cukru.
Tłuszcze to zwyczajowa nazwa lipidów, estrów glicerolu i kwasów tłuszczowych, zawierających od 12 do 18 atomów węgla. Większość tłuszczów jest dobrze rozpuszczalna
w rozpuszczalnikach apolarnych, a nierozpuszczalna w rozpuszczalnikach polarnych i wodzie. Tłuszcze nie mają zapachu i są lżejsze od wody. Ich stan skupienia zależy od rodzaju reszt kwasowych, które tworzą cząsteczkę. Tłuszcze ciekłe zawierają nienasycone reszty kwasowe lub reszty kwasowe o krótkich łańcuchach węglowych. Tłuszcze stałe zawierają nasycone reszty kwasowe o długich łańcuchach węglowych. Tłuszcze naturalne nigdy nie są jednorodne, są mieszaninami. W temperaturze pokojowej tłuszcze roślinne są cieczami, z wyjątkiem masła kakaowego i oleju kokosowego.
145
INSTRUKCJE DO ZADAŃ
Zadanie: Wykrywanie cukrów redukujących w cebuli i roztworze sacharozy
Cukry redukujące to cukry, które w reakcjach redox redukują inne cząsteczki/jony, a same się utleniają (np. glukoza do kwasu glukonowego). Do wykrywania cukrów redukujących wykorzystywana jest próba Trommera, czyli reakcja chemiczna stosowana do jakościowego oznaczania aldehydów. W środowisku zasadowym aldehydy ulegają utlenieniu do kwasów aldonowych, miedź z II stopnia utlenienia redukuje się do Cu (I).
Materiały: 1. łaźnia wodna; 2. 2 szklane probówki; 3. zakraplacze; 4. sacharoza; 5. 7% CuSO4; 6. 10% NaOH. Wykonanie:
1. Kawałek cebuli pokroić na drobne kawałki i umieścić w probówce. 2. Do drugiej probówki wsypać 1/3 łyżeczki cukru i wlać 1 cm3 wody.
3. Do obydwu probówek wlać po ok. 1 cm3 roztworu CuSO4 i roztworu NaOH. 4. Probówki z zawartością wstawić do łaźni wodnej. Ogrzewać do zmiany
zabarwienia.
5. Wyciągnąć i zapisać wnioski. Oczekiwany rezultat:
Mieszanina w probówce zawierającej cukry redukujące przyjmuje barwę ceglastoczerwoną.
Zadanie: Wykrywanie skrobi
Skrobia to polisacharyd roślinny, który składa się wyłącznie z merów glukozy połączonych wiązaniami α-glikozydowymi. W roślinach pełni rolę magazynu energii, a w diecie człowieka jest głównym węglowodanem. Obecność skrobi w danym produkcie można wykryć stosując próbę jodową, która polega na powstawaniu przebarwień pomiędzy cząsteczkami jodu i anionami polijodkowymi, a przestrzenną strukturą łańcucha skrobi, który jest zbudowany z cząsteczek D-glukozy.
Materiały:
1. mikroskop optyczny;
2. szkiełka mikroskopowe podstawowe; 3. zakraplacz;
4. jodyna lub płyn Lugola; 5. bulwa ziemniaka; 6. jogurt naturalny.
146 Wykonanie:
1. Na oddzielnych szkiełkach podstawowych zrobić rozmaz z ziemniaka i jogurtu (rozmazy muszą być bardzo delikatne).
2. Za pomocą zakraplacza na każdy preparat nanieść kroplę jodyny. 3. Odczekać chwilę, zanotować zmiany barwy w tabeli.
4. Preparaty obejrzeć pod mikroskopem, narysować ziarna skrobi. 5. Wyciągnąć i zapisać wnioski.
Oczekiwany rezultat:
Zabarwione na kolor ciemnogranatowy, niebieski aż do czerwonawego ziarna skrobi.
Zadanie: Wykrywanie białek
Wykrywanie białek można przeprowadzić z zastosowaniem:
1) reakcji ksantoproteinowej, która jest charakterystyczna dla białek zawierających aminokwasy z pierścieniami aromatycznymi (np. tryptofan, tyrozyna, fenyloamina) ze stężonym kwasem azotowym.
2) reakcji biuretowej; atomy azotu wiązań peptydowych w środowisku zasadowym oddziałują z jonami Cu2+, tworząc barwny niebiesko-fioletowy kompleks.
Materiały: 1. 2 szalki Petriego; 2. zakraplacze; 3. stężony HNO3; 4. 7 % roztwór CuSO4; 5. 10 % roztwór NaOH; 6. spęczniałe ziarna fasoli; 7. jogurt naturalny.
Wykonanie:
1. Na szalce Petriego nr 1 i 2 umieścić po połowie spęczniałego ziarna fasoli i kilka kropli jogurtu.
2. Na poszczególne produkty na szalce nr 1 nanieść kilka kropli stężonego HNO3. 3. Na produkty z szalki nr 2 nanieść po kilka kropli CuSO4 i w to samo miejsce kilka
kropli NaOH.
4. Zmiany barwy zapisać w tabeli. 5. Wyciągnąć i zapisać wnioski. Oczekiwany rezultat:
1) W wyniku znitrowania aromatycznych ugrupowań powstaje trwałe, żółte zabarwienie.
147
Zadanie: Wykrywanie tłuszczów
Sudan III to barwnik azotowy, który barwi substancje liofilowe. Materiały:
1. bibuła filtracyjna; 2. tłuczek do moździerza;
3. alkoholowy roztwór Sudanu III; 4. nasiona dyni i ryżu.
Wykonanie:
1. Poszczególne nasiona umieścić oddzielnie, pomiędzy złożone na pół kawałki bibuły filtracyjnej. Rozgnieść tłuczkiem.
2. Zapisać obserwacje w tabeli.
3. Na rozgniecione nasiona nanieść kroplę odczynnika Sudan III. 4. Obserwacje zanotować w tabeli.
5. Wyciągnąć i zapisać wnioski. Oczekiwany rezultat:
Obserwujemy tłuste plamy na bibule oraz tłuszcze zabarwione na czerwono pod wpływem Sudanu III.
148
KARTA PRACY UCZNIA
Zadanie: Wykrywanie cukrów redukujących w cebuli i roztworze sacharozy
Po wykonaniu doświadczenia zanotować wyniki w poniższej tabeli. Wyniki:
Materiał Barwa roztworu przed ogrzewaniem Barwa roztworu po ogrzewaniu Cebula
Roztwór sacharozy
Wniosek:………
Zadanie: Wykrywanie skrobi
1. Po wykonaniu doświadczenia zanotować zmiany barwy w tabeli. 2. Preparaty obejrzeć pod mikroskopem, narysować ziarna skrobi. Wyniki:
Materiał Barwa po dodaniu jodyny Rysunek ziaren skrobiowych Ziemniak
Jogurt
149
Zadanie: Wykrywanie białek
Po wykonaniu doświadczenia zmiany barwy zapisać w tabeli: Wyniki:
Materiał Barwa po dodaniu HNO3 Barwa po dodaniu CuSO4
i NaOH Ziarno fasoli
Jogurt
Wniosek:………
Zadanie: Wykrywanie tłuszczów
Po wykonaniu doświadczenia zanotować obserwacje w tabeli: Wyniki:
Materiał Obserwacje po rozgnieceniu odczynnika Sudan III Barwa po dodaniu Nasiona dyni
Ryż
150
Literatura
1. Gubernator J. i in., Lipidy. Laboratorium z biochemii dla studentów biologii, biotechnologii i ochrony środowiska, red. A. Polanowski, 2005.
2. Kopcewicz J., Lewak S., Fizjologia roślin, PWN, 2002.
3. Kowalska J. i in., Białka. Laboratorium z biochemii dla studentów biologii, biotechnologii i ochrony środowiska, red. A. Polanowski, 2005.
4. Olczak T., Wróblewski Z., Cukry. Laboratorium z biochemii dla studentów biologii, biotechnologii i ochrony środowiska, red. A. Polanowski, 2005.
Podstawa
programowa SZKOŁA
PODSTAWOWA
SZKOŁA PONADPODSTAWOWA ZAKRES
PODSTAWOWY ROZSZERZONY ZAKRES CELE KSZTAŁCENIA II (1–4); IV (1–2) III (1–5); V (1–2) I (2); II (1–6); IV (1–2) TREŚCI NAUCZANIA I (3) I 2 (1–3) I 2 (1–3)