Зертханалық жұмыс. Ақуыздың құрылымына әртүрлі факторлардың (температура, pH) әсері. Биология, 10 сынып, дидактикалық материал.

Ақуыз денатурациясы деген не?

Ақуыз денатурациясы — ақуыз молекуласының әртүрлі факторлар әсерінен туындайтын өзгерісі. Ақуыздың молекуласының өзгерісі егер бар болса төртінші реттік, үшінші реттік,кейде екінші реттік және сирек жағдайда бірінші реттік құрылымының өзгерісі.

Денатурация – ақуыз құрылымының кең спектрде өзгеруі, сонымен қатар дара ақуызға  әр түрлі жағдайлардың әсері. Барлық денатурациялайтын агенттер табиғи ақуыздың ковалентсіз (ковалентті емес) құрылымын аз мөлшерде бұзады. Кейбір ақуыздардың  конформациясындағы аздаған құрылымдык, өзгерістер оның биологиялық активтігінің жойылуына әкеледі, ал басқа ақуыздардың конформациясындағы аздаған өзгерістер ақуыздың әдеттегі әдістерді қолданғанда байқалмайтын толық инактивтенуіне әкеліп соғады. Кең таралған денатурациялаушы агенттер - гуанидингидрохлорид және мочевина. Көптеген  ақуыздарды   гуанидинхлоридтің 6-8  М судағы  ерітіндісі  және мочевинаның 8-10 М ерітіндісі толық денатурацияға түсіреді. Осы жағдайда ақуыз молекуласының табиғи конформациясы толық бұзылады және ретсіз домалақ күйге келеді, ондағы атомдар мен топтар арасындағы ковалентсіз әрекеттесулер жойылады. Сусыз ерітінділер ақуыз молекуласындағы гидрофобтық байланыстарды бұза отырып, оларды денатурациялайды.   Әдетте еріген ақуыздың денатурациялануы 50-60° температурада жүреді. Бірақ конформацияны өзгертетін температураның нақтылы мәні әр түрлі ақуыздарда кең аралыкта ауытқиды. Ақуыздың денатурациялануына рН-тың өзгеруі де себеп болуы мүмкін. Ақуыздың полипептид тізбегіндегі электростатикалық әрекеттесулер рН мәніне елеулі түрде тәуелді болады. Көптеген ақуыздар рН-тың едәуір тар аралығында тұрақты. Тірі организмдерде ақуыздардың түрі өте көп. Мысалы, E.coli деген бак-териялардың клеткаларында 3000-нан астам түрлі ақуыздар қызмет атқарады. Қазіргі уакытта ақуыздарды топтастыруға мына жағдайлар негіз болады:

Ақуыз молекуласының пішіні;

Ақуыз молекуласының  құрамы;

Ақуыздардың  организмде атқаратын қызметі.

Ақуыз молекуласын пішіні жағынан қарастырғанда, оларды екі топқа бөлуге болады: глобулярлы жене фибриллярлы (талшық тәрізді) ақуыздар.

Ақуыздардың коллоидтылығы - оның макромолекулалық құрылысына тәуелді. Ақуыздардың судағы ерітіндісі гидрофильді коллоидтық қасиет көрсетеді және олардың ерітіндісіне Тиндаль конусын беретін "сәулені шашырату" құбылысы байқалады. Ақуыздар жартылай өткізгіштік қабілеті бар мембраналардан өте алмайды. Ақуыздардың  бұл қасиетін, оларды төменгі молекулалы қоспалардан тазарту үшін медицинада (бүйректің қызметі) кеңінен қолданады. Бұл әдісті диализ деп атайды. Ақуыздар кілегей тәрізді ерітінділер түзуге бейім. Олардың ісініп, тұтқырлығы күшті ерітінді түзе алатын қасиеттері бар.

Ақуыздардың ерігіштігі. Акуыздардың құрамында (-ОН, -СООН, NH₂-және т.б.) гидрофильдік топтар болғандықтан, олар суда жақсы ериді. Акуыз молекулаларының сыртында, олардың гидрофильді топтарына дипольдік қасиеті бар су молекуласы байланысып, гидратты қабат түзеді. Сондықтан, ақуыз суда жақсы еріп, коллоидтық ерітінді түзеді. Бірақ, бұл коллоидтық ерітінді молекулалы-дисперстік жүйелерге жатады. Көптеген гидратты қабаттағы судың молекуласын өзіне қосып алатын факторлар (t, рН, кышкылдар, сілтілер және т.б.), ақуыздарды тұнбаға түсіріп, олардың ерітінділерінің тұрақсыздығын күшейтеді. Кейбір жағдайларда тұнбаға түскен акуыз молекуласы суды өзіне кайтадан қосып алып, бастапқы қалпына келе алады. Ақуыздардың мұндай жолмен тұнбаға түсуін «тұздардың көмегімен тұнбаға түсіру» деп атайды. Ақуыздарды тұздардың көмегімен тұнбаға түсіру, оларды кристалды түрде бөліп алуға мүмкіндік береді. Сонымен, ғылыми және практикалық жұмыстарда орын алатын диализ, тұздардың көмегімен тұнбаға түсіру сияқты ақуыздардың қасиеттері, оларды қоспадан тазартуға, бірінен-бірін ажыратып алуға мүмкіндік береді.

Денатурация түрлері

Ақуыздың қайтымды денатурациясы (ренатурация) барлық денатурациялаушы заттардың жойылуынан денатурацияланған ақуыздың бастапқы қалпына келуі болып саналады.

Бұл жағдайда толығымен биологиялық белсенділігі қалыпқа келеді.

Қайтымсыз денатурация молекулалардың толығымен зақымдалып, денатурациялаушы реагенттер жойылса да физиологиялық белсенділігі қалыпқа келмейді.

Өте жоғарғы температура, күшті қышқылдар, тұнбаның суды сіңіргіш қасиеті күшті заттармен ұзақ уақыт бірге болуы, ақуыздардың денатурациясына, яғни олардың ерігіштік қасиетінің қайтып қалпына келмеуіне, биологиялық қасиеттерінің жойылуына әкеліп соктырады. Ақуыздың нативтік құрылысы бұзылып, конформациясы өзгереді. Денатурацияланған акуыз өзінің биологиялық белсенділігін, ерігіштігін, оптикалық тығыздығының өзгеруіне, гидрофобты радикалдардың молекуланың бетіне шығуына жене т.б. өзгерістерге ұшыратады. Бірақ, ақуыздардың бірінші реттік құрылысы сақталады. Бұл ақуыздардағы пептидтік байланыстардың мықтылығын көрсетеді. Кейбір жағдайларда (мысалы, біртіндеп суыту сияқты) денатурацияланған ақуыз молекуласы қайтадан өзінің бастапқы қалпына, биологиялық белсенді күйіне келуіне мүмкіндік береді. Бұл процесс -денатурация біртіндеп, жайлап жүрген кезде немесе денатурацияның аяғына дейін жүрмей қалған кезінде болуы мүмкін. Барлық денатурацияланған акуыздардың ренатурацияға ұшырауы мүмкін. Бірақ, ол өте баяу жүретін болғандықтан, өте көп уақыт қажет етеді. Ренатурацияланған ақуыз жаңа қасиетке ие болмай, сол өзінің бүрынғы биологиялық қасиеттерін көрсетеді. Мұның өзі, акуыздың қасиетінде, белсенділігінде, оның бірінші реттік құрылысының алатын орнын көрсетеді.

Жұмыс барысындағы қауіпсіздік талаптары

1.  Биология кабинетінде зертханалық жұмыс жасау кезінде міндетті түрде тазалық, тыныштық пен жинақылық болуы керек.

2. зерттеуге алынып отырған заттың дәмін көруге, иіскеуге болмайды. Тек қолмен ғана аздап өзіне қарай жеңіл бағыттау арқылы иісін білуге болады.

3.  Жұмыс барысында заттар мен ерітінділер қол, бет терісіне жанаспауын қадағалау керек, себебі олар терінің зақымдануына әкеледі.

4.  Тәжірибелерді тек таза ыдыста жасау керек.

5.    Химиялық заттар құйылған ыдыстарды екі қолмен мойыны мен табанынан ұстау қажет.

8. Қатты заттарды, ұнтақ рекативтерді қасық немесе қалақшамен алған дұрыс.

9. Пробиркадағы сұйық немесе қатты затты қыздыру кезінде пробирканың немесе колбаның ауызын өзіне немесе қасында тұрған басқа да адамдарға бағыттауға болмайды. Химиялық реакция кезіндегі ыдыстардың үстінен де қарау өте қауіпті.

10. Барлық қалған қалдықтарды қақпағы бар шыны ыдысқа қауіпсіздік мақсатында құю керек.