Żelatyna, aminokwasy i wodorotlenek miedzi

Żelatyna, aminokwasy i wodorotlenek miedzi

Kuchnia jest domowym kącikiem laboratoryjnym, więc ponownie do niej zerkniemy. Ponownie, bo opisywałem już hodowle kryształów ksylitolu czy witaminy C, a także pokazywałem efekt wspólnego jonu na przykładzie sody oczyszczonej oraz chlorku sodu. Dziś jednak zajmę się nieco inną sprawą – przyjrzymy się żelatynie, ale nie po to, by hodować z niej kryształy, co zresztą byłoby osiągnięciem, tylko po to, by sobie kilka spraw wyjaśnić i jeśli dysponujemy warunkami – również i kilka doświadczeń.  Czym jest żelatyna, która służy do otrzymywania galaretek?

Choć często nie zdajemy sobie z tego sprawy, często mamy ludzi żyjących setki lat temu za głupich, to jednak takie wynalazki jak mydło czy biały cukier buraczany – znane były ludzkości już na długo przed Chrystusem. Nie inaczej jest w przypadku żelatyny – odkryto, że już jaskiniowcy potrafili wytwarzać produkty takie jak klej kostny. Starożytni Egipcjanie wytwarzali klej kostny już 4000 lat p.n.e. a więc ok. 1000 lat przed zawiązaniem pierwszej państwowości i władzy królewskiej na świecie. Klej kostny o żelatyna otrzymywane są podobnie: przez hydrolizę kolagenu, jednego z najbardziej rozpowszechnionego białka zwierzęcego. Hydroliza ta może następować zarówno w środowisku kwasowym jak i zasadowym. Zarówno żelatyna jak i klej kostny są polipeptydami – produktami częściowej hydrolizy kolagenu, w której długie łańcuchy tego białka budulcowego zostają pocięte na krótsze w reakcji niektórych wiązań peptydowych z wodą. Wyobraźmy sobie łańcuch zbudowany z 1000 reszt aminokwasowych – zawiera on 999 wiązań peptydowych. Jeśli przed hydrolizę pęknie 10 z nich, to otrzymamy 10 krótszych polipeptydów o średniej długości 100 reszt aminokwasowych. Oczywiście byłoby to zbyt wyidealizowane, żeby pękały akurat te wiązania, by dać 10 łańcuchów o równej długości, zatem będą to łańcuchy i dłuższe i krótsze od 100 reszt aminokwasowych. Ale wróćmy do rzeczy. Nasza żelatyna jest polipeptydem. Jeśli posiadamy odpowiednie odczynniki, to możemy sprawdzić, czy ulega ona reakcji biuretowej. Nie powinniśmy być zaskoczeni, bo ulega. Czy jednak żelatynę można poddać hydrolizie aż do pojedynczych aminokwasów? Można. Schematyczne równanie hydrolizy wiązań peptydowych widzimy poniżej.

hydroliza

Oczywiście jest to równanie mocno uproszczone: w zależności od środowiska będzie powstawać forma kationowa lub anionowa aminokwasu, jedynie w hydrolizie prowadzonej w środowisku obojętnym powstaną jony obojnacze.  W tym celu wykonania hydrolizy rozpuszczamy żelatynę w gorącej wodzie i po przestygnięciu zadajemy st. kwasem siarkowym do uzyskania stężenia ok. 10%  i ogrzewamy niemal do wrzenia przez około 30 min – 60 min. Jeśli wszystko poszło dobrze, to po godzinie nasz roztwór nie zawiera już peptydów, ale też nie wolne aminokwasy, tylko ich postać kationową ze względu na silnie kwasowe środowisko – otrzymujemy roztwór soli aminokwasów. Co zrobić, by pozbyć się jonów siarczanowych? Najlepiej je wytrącić. W tym celu celu musimy do mieszaniny dodać stechiometrycznej ilości wodorotlenku wapnia lub wodorotlenku baru. Ponieważ rozpuszczalność BaSO4 w wodzie jest znikoma, bo uznajemy ten związek za praktycznie nierozpuszczalny, to możemy uznać, że otrzymaliśmy roztwór aminokwasów. Niestety, w przypadku użycia Ca(OH)2 w roztworze pozostanie trochę rozpuszczonego siarczanu wapnia, bo rozpuszczalność tego związku jest większa. Do opisanych doświadczeń nie potrzebujemy jednak czystego roztworu aminokwasów, gdyż do badania reakcji z osadem Cu(OH)2 wystarczy zobojętnić roztwór w reakcji z KOH lub NaOH.

Pełna hydroliza żelatyny daje aż 18 aminokwasów, które mają się do siebie masowo:

diagram

Jeśli wszystko poszło zgodnie z planem, to nasz roztwór zawiera mniej więcej taki stosunek aminokwasów do siebie. Wykonajmy teraz reakcję biuretową. Jeśli nie usuwaliśmy jonów siarczanowych, to musimy użyć nadmiaru zasady by najpierw zobojętnić kwas, a potem przeprowadzić właściwą próbę. I tutaj mała niespodzianka, bo choć roztwór nie zawiera peptydów i wiązań peptydowych, to jednak Cu(OH)2 ulega roztworzeniu i daje granatowy roztwór! Cóż więc się stało? Czy pamiętamy, że związki polihydroksylowe roztwarzają dają szafirowe lub granatowe roztwory w reakcji z tym związkiem? Nie inaczej jest tutaj – miedź daje związki z ∝-aminokwasami. Na fotografii widzimy od lewej: hydrolizat żelatyny, pozytywny wynik reakcji biuretowej dla roztworu żelatyny, oraz negatywny dla hydrolizatu – w obu przypadkach osad Cu(OH)2 uległ roztworzeniu.

biuretowa

Co więcej – jeden aminokwas może dać aż dwa związki, bowiem ze względu na tworzenie wiązań przez kation Cu2+ na narożach kwadratu mamy tutaj izomerię cis-trans:

cis-trans

Kation miedzi można opisać modelem hybrydyzacji dsp2 (bo atomy nie posiadają hybrydyzacji, tylko można ich geometrię opisać modelem hybrydyzacji lub stwierdzić, że atom zachowuje się jak gdyby miał dany typ hybrydyzacji, czego niestety większość autorów szkolnych opracowań nie respektuje i opisuje hybrydyzację jak zachodzące w sensie rzeczywistym zjawisko). Często spotykanym pytaniem jest, czy aminokwasy białkowe ulegają reakcji biuretowej – nie ulegają. Nie posiadają wiązań peptydowych, które są odpowiedzialne z pozytywny wynik reakcji biuretowej. Kolor granatowy odczytujemy jako wynik negatywny. Ale musimy pamiętać, że także tworzą dobrze rozpuszczalne związki kompleksowe z wodorotlenkiem miedzi.

Print Friendly, PDF & Email

Kategorie: Artykuły chemiczne,Bez kategorii,Chemia,Chemia Matura,Doświadczenia chemiczne

Pozostaw odpowiedź