Белки, как важнейшие питательные вещества в организме человека.

15

Конкурс учебно-исследовательских проектов школьников

«Эврика» Малой академии наук учащихся Кубани.

Белки, как важнейшие питательные вещества в организме человека.

Выполнила Щербакова Дарья Романовна

ученица 11 класса

МБОУ СОШ № 9 ст. Бородинская

Приморско-Ахтарского района

Научный руководитель:

учитель химии и биологии

Свавицкая Любовь Константиновна

ст. Бородинская

2014 г.

Содержание

Введение ……………………………………………………………………………… 3

Основная часть

Теоретическая часть …………………………………………………………………. 4

1. Белки - основная группа веществ в пищевых продуктах………………………… 4-7

2. Состав и строение белков…………………………………………………………... 8-9

3. Свойства белков…………………………………………………………………….. 10

Экспериментальная часть ………………………………………………………….. 11-12

Заключение ………………………………………………………………………….. 14

Список литературных источников…………………………………………………… 15

Приложения…………………………………………………………………………… 16-20

Введение

Актуальность: На сегодняшний день актуально знать основы биологии и химии, чтобы элементарно ориентироваться в окружающем нас мире синтетических продуктов, биотехнологий и различных теорий о раздельном питании, вегетарианстве, диете. Чтобы не запутаться человек должен знать и повышать уровень знаний о строении и функциях веществ в организме. Начиная исследование я провела диалог с одноклассниками и учащимися школ, что они знают о белках, в каких продуктах они содержаться, какой состав и строение белков, какие функции в организме выполняют белки. Могут ли белки менять структуру под воздействием других веществ. По ответам составила таблицу (Приложение 1) и определила цель работы. Цель работы: Изучить белки, как основную группу веществ пищевых продуктов в организме человека. Для достижения цели были поставлены следующие задачи. Задачи работы: 1. Изучить учебную литературу по данной теме, работать с информацией. 2. Выяснить состав и строение белков, их влияние на функции организма человека. 3. Провести эксперимент по изучению влияния некоторых веществ на структуру белков. Методы исследования: Анализ литературы по проблеме исследования, социалогический опрос, эксперименты. Рабочая гипотеза. Материалы данного проекта могут быть использованы в целях пропаганды оздоровления человека посредством здорового и сбалансированного питания. Результаты исследования и предложенные рекомендации будут интересны учителям, учащимся и их родителям, а также тем, кто заботится о своём здоровье и интересуется науками естественного направления.

1. Белки-основная группа веществ в пищевых продуктах.

Для нормального функционирования организма человек должен употреблять сбалансированное количество разнообразных веществ. Одним из важнейших, из этого набора веществ является белок. Не задумываясь, мы каждый день потребляем белки, но достаточно ли их количество? В каких продуктах содержится белок? Для чего необходимы белки в наших организмах? Возможно ли существование живого организма без белков? Достаточно ли организму белков только растительного происхождения? Задумываемся ли какое огромное влияние на нашу жизнь и здоровье оказывает удивительный мир органических молекул белков. Ведь жизнь есть способ существования белковых тел.

Белки- сложные органические соединения, построенные из аминокислот. Белки являются незаменимой частью пищевых продуктов. они необходимы для построения тканей тела и восстановления отмирающих клеток, образования ферментов, витаминов, гормонов и иммунных тел. Без белков невозможно существование живого организма. Более 50% сухого веса клеток приходится на долю белков. Под влиянием ферментов белки пищи расщепляются до аминокислот, из которых синтезируются белки, необходимые для построения тканей организма человека. В продуктах расщепления белков постоянно встречаются 20 аминокислот, восемь из которых не образуется в организме и должны поступать с пищей. Их называют незаменимыми. Другие аминокислоты могут заменяться или синтезироваться в организме. Белки, содержащие все незаменимые аминокислоты называются полноценными. Они содержаться в мясе, рыбе, молоке, яйцах. Белки не имеющие в своём составе хотя бы одной незаменимой аминокислоты, относятся к неполноценным. По составу белки делятся на:

простые-протеины (при гидролизе образуются только аминокислоты и аммиак) и сложные-протеиды (при гидролизе образуются ещё и небелковые вещества липоиды, глюкоза, красящие вещества и др.) К протеинам относятся: альбумины (молока, яиц, крови); глобулины (фибриноген крови, миазм мяса, глобулин яиц, туберин картофеля и др.); глютелины (пшеницы и ржи); проламины (глиадин пшеницы); склеропротеины (коллаген костей, эластин соединительной ткани, кератин волос). К протеидам относятся: фосфопротеиды (казеин молока, вителлин куриного яйца, ихтулин икры рыб), состоящие из белка и фосфорной кислоты; хромопротеиды (гемоглобин крови, миоглобин мышечной ткани мяса), представляющие собой соединение белка глобина и красящего вещества; глюкопротеиды (белки хрящей, слизистых оболочек), состоящие из простых белков и глюкозы; липопротеиды (белки, содержащие фосфатид), входящие в состав протоплазмы и хлорофилловых зёрен; нуклеопротеиды, содержащие нуклеиновые кислоты.

Белки находятся в растениях и в организмах животных в трёх состояниях жидком (в молоке, крови), полужидком (в яйцах), твёрдом (в шерсти, ногтях). По растворимости белки делятся на растворимые в воде и слабых растворах солей и нерастворимые (коллаген, кератин волос). К протеинам

Содержание белков в пищевых продуктах составляет:

— в мясе — 11,4 - 21,4 %,

— рыбе — 14 - 22,9 %,

— молоке — 2,8 %,

— твороге – 14 - 18 %,

— яйцах — 12,7 %,

— хлебе — 5,3 - 8,3 %,

— крупах — 7,0 - 13,1 %,

— картофеле — 2 %,

— плодах — 0,4 - 2,5 %,

— овощах — 0,6 - 6,5 %.

Роль белков в организме человека и животных разнообразна: Биологическая роль белков в организме человека

Белки, называемые также протеинами (греч. протос — первый}, в клетках животных и растений выполняют многообразные и очень важные функции, к которым можно отнести следующие.

Каталитическая (ферментативная).  Природные катализаторы — ферменты представляют собой полностью или почти полностью белки. Благодаря ферментам химические процессы в живых тканях ускоряются в сотни тысяч или в миллионы раз. Под их действием все процессы идут мгновенно в «мягких» условиях: при нормальной температуре тела, в нейтральной для живой ткани среде. Быстродействие, точность и избирательность ферментов несопоставимы ни с одним из искусственных катализаторов. Например, одна молекула фермента за одну минуту осуществляет реакцию распада 5 млн. молекул пероксида водорода (Н202). Ферментам характерна избирательность. Так, жиры расщепляются специальным ферментом, который не действует на белки и полисахариды (крахмал, гликоген). В свою очередь, фермент, расщепляющий только крахмал или гликоген, не действует на жиры.

Процесс расщепления или синтеза любого вещества в клетке, как правило, разделен на ряд химических операций. Каждую операцию выполняет отдельный фермент. Группа таких ферментов составляет биохимический конвейер.

Считают, что каталитическая функция белков зависит от их третичной структуры, при ее разрушении каталитическая активность фермента исчезает.

Защитная. Некоторые виды белков защищают клетку и в целом организм от попадания в них болезнетворных микроорганизмов и чужеродных тел. Такие белки носят название антител. Антитела связываются с чужеродными для организма белками бактерий и вирусов, что подавляет их размножение. На каждый чужеродный белок организм вырабатывает специальные «антибелки» — антитела. Такой механизм сопротивления возбудителям заболеваний называется иммунитетом.

Чтобы предупредить заболевание, людям и животным вводят ослабленные или убитые возбудители (вакцины), которые не вызывают болезнь, но заставляют специальные клетки организма производить антитела против этих возбудителей. Если через некоторое время болезнетворные вирусы и бактерии попадают в такой организм, они встречают прочный защитный барьер из антител.

Гормональная. Многие гормоны также представляют собой белки. Наряду с нервной системой гормоны управляют работой разных органов (и всего организма) через систему химических реакций.

Отражательная. Белки клетки осуществляют прием сигналов, идущих извне. При этом различные факторы среды (температурный, химический, механический и др.) вызывают изменения в структуре белков — обратимую денатурацию, которая, в свою очередь, способствует возникновению химических реакций, обеспечивающих ответ клетки на внешнее раздражение. Эта способность белков лежит в основе работы нервной системы, мозга.

Двигательная. Все виды движений клетки и организма: мерцание ресничек у простейших, сокращение мышц у высших животных и другие двигательные процессы — производятся особым видом белков.

Энергетическая. Белки могут служить источником энергии для клетки. При недостатке углеводов или жиров окисляются молекулы аминокислот. Освободившаяся при этом энергия используется на поддержание процессов жизнедеятельности организма.

Транспортная. Белок гемоглобин крови способен связывать кислород воздуха и транспортировать его по всему телу. Эта важнейшая функция свойственна и некоторым другим белкам.

Пластическая. Белки — основной строительный материал клеток (их мембран) и организмов (их кровеносных сосудов, нервов, пищеварительного тракта и др.). При этом белки обладают индивидуальной специфичностью, т. е. в организмах отдельных людей содержатся некоторые, характерные лишь для него, белки.

Таким образом, белки — эти важнейший компонент клетки, без которого невозможно проявление свойств жизни. Их молекулы высокоспециализированы ввиду того, что для каждого белка характерны определенная последовательность аминокислот и их число.

Энергетическая ценность белков равна 16,7 кДж, или 4,0 ккал (при окислении 1 г.). Человеку для нормальной жизнедеятельности ежедневно необходимо потребление 80—100 г. белков, в том числе 50 г. животных. Потребность взрослого организма в белке составляет около 100 г в сутки (при больших физических нагрузках – 120 – 170 г). Особенно важны полноценные белки растущему организму.

2. Состав и строение белков.

Состав белков

Белки представляют собой большие молекулы, состоящие из сотен и тысяч элементарных звеньев - аминокислот. Такие вещества, состоящие из повторяющихся элементарных звеньев — мономеров, называются полимерами. Соответственно белки можно назвать полимерами, мономерами которых служат аминокислоты.

Всего в живой клетке известно 20 видов аминокислот. Название аминокислоты получили из-за содержания в своем составе аминной группы NHy, обладающей основными свойствами, и карбоксильной группы СООН, имеющей кислотные свойства. Все аминокислоты имеют одинаковую группу NH2—СН—СООН и отличаются друг от друга химической группой, называемой радикалом - R. Соединение аминокислот в полимерную цепь происходит благодаря образованию пептидной связи (СО - NH) между карбоксильной группой одной аминокислоты и аминогруппой другой аминокислоты. При этом выделяется молекула воды. Если образовавшаяся полимерная цепь короткая, она называется олигопептидной, если длинная - полипептидной.

Строение белков

При рассмотрении строения белков выделяют первичную, вторичную, третичную структуры.

Первичная структура (Приложение 2)определяется порядком чередования аминокислот в цепи. Изменение в расположении даже одной аминокислоты ведет к образованию совершенно новой молекулы белка. Число белковых молекул, которое образуется при сочетании 20 разных аминокислот, достигает астрономической цифры.

Если бы большие молекулы (макромолекулы) белка располагались в клетке в вытянутом состоянии, они занимали бы в ней слишком много места, что затруднило бы жизнедеятельность клетки. В связи с этим молекулы белка скручиваются, изгибаются, свертываются в самые различные конфигурации. Так на основе первичной структуры возникает вторичная структура (Приложение 3) — белковая цепь укладывается в спираль, состоящую из равномерных витков. Соседние витки соединены между собой слабыми водородными связями, которые при многократном повторении придают устойчивость молекулам белков с этой структурой.

Спираль вторичной структуры укладывается в клубок, образуя третичную структуру (Приложение 4) Форма клубка у каждого вида белков строго специфична и полностью зависит от первичной структуры, т. е. от порядка расположения аминокислот в цепи. Третичная структура удерживается благодаря множеству слабых электростатических связей: положительно и отрицательно заряженные группы аминокислот притягиваются и сближают даже далеко отстоящие друг от друга участки белковой цепи. Сближаются и иные участки белковой молекулы, несущие, например, гидрофобные (водоотталкивающие) группы.

Некоторые белки, например гемоглобин, состоят из нескольких цепей, различающихся по первичной структуре. Объединяясь вместе, они создают сложный белок, обладающий не только третичной, но и четвертичной структурой (Приложение 5).

В структурах белковых молекул наблюдается следующая закономерность: чем выше структурный уровень, тем слабее поддерживающие их химические связи. Связи, образующие четвертичную, третичную, вторичную структуру, крайне чувствительны к физико-химическим условиям среды, температуре, радиации и т. д. Под их воздействием структуры молекул белков разрушаются до первичной — исходной структуры. Такое нарушение природной структуры белковых молекул называется денатурацией. При удалении денатурирующего агента многие белки способны самопроизвольно восстанавливать исходную структуру. Если же природный белок подвергается действию вьюокой температуры или интенсивному действию других факторов, то он необратимо денатурируется. Именно фактом наличия необратимой денатурации белков клеток объясняется невозможность жизни в условиях очень высокой температуры.

3. Свойства белков.

Растворимые белки при нагревании до 70-80⁰С свёртываются (денатурируют). При этом их способность связывать воду снижается, они теряют часть влаги. Этим объясняется уменьшение массы и объёма мяса, рыбы при варке и жарке. Денатурация белков может быть термической, под действием тяжелых металлов и спиртов. Процесс денатурации белков является необратимым. Высаливание белков. Важнейшее свойство белков-их способность образовывать гели (образуются при набухании белков в воде). Набухание белков имеет большое значение при производстве хлеба. Макаронных и других изделий. При «старении» гель отдаёт воду сморщиваясь и уменьшаясь при этом в объёме. Явление обратное набуханию, называется синерозисом. Под действием ферментов, кислот, щелочей белки гидролизуются до аминокислот. Это наблюдается при созревании сыров, длительном кипячении соусов, содержащих кислоты. При неправильном хранении белковых продуктов может происходить более глубокое разложение белков с выделением продуктов распада аминокислот – аммиака и углекислого газа. Белки, содержащие серу, выделяют сероводород. Такой процесс называют гниением белков. По количеству продуктов гнилостного распада белков определяют свежесть мяса.

Экспериментальная часть.

Суть проводимых экспериментов заключается в исследовании состава белков, изучении некоторых химических свойств и действии спиртов и тяжёлых металлов на структуру белков.

Цель: исследовать действие некоторых веществ на структуру белка

Проделаем следующие опыты с белками:

Опыт №1.Приготовим раствор куриного белка.

1)Готовится раствор яичного белка или желатина. К 20-25 мл. яичного белка (примерно столько содержится в одном яйце) прилейте 100 мл. воды и добавьте немного поваренной соли. Раствор размешайте стеклянной палочкой.

Вывод: Белок куриного яйца относится к простым растворимым белкам альбуминам.

Опыт №2.Денатурация белка:

2)Нагреем раствор куриного белка на спиртовке или газовой горелке.

Вывод: Белок под воздействием высокой температуры необратимо сворачивается.

3)Рассмотрим действие фермента картофеля (пероксидазы) на пероксид водорода. Приготовим срез свежего картофеля и срез отварного картофеля. Капнем 2 мл. пероксида водорода на приготовленные срезы картофеля.

Вывод: Фермент пероксидаза в сыром картофеле работает - разлагает пероксид водорода на кислород и воду:

Н₂О₂₌О₂₊Н₂О₂

В варёном картофеле фермент не работает.

4) К раствору яичного белка прильём 2-3 мл. этилового спирта. Наблюдаем выпадение белого осадка.

Вывод: если спиртом подействовать на раствор куриного белка, белок необратимо сворачивается, происходит денатурация (разрушение).

Спирт используют как антисептик.

5)Добавим в пробирку с раствором куриного белка 0,5 мл раствора сульфата меди(II), голубой образуется осадок. Прильём при взбалтывании 1 мл. воды-белок не растворяется. Вывод: таким образом соли тяжелых металлов уже в малых концентрациях осаждают белки, образуя с ними в воде нерастворимые соединения. Поэтому соли тяжёлых металлов являются ядом для живого организма.

Опыт №3.Высаливание белка.

В пробирку нальём 1 мл. раствора яичного белка и добавим такой же объём хлорида натрия. Жидкость взболтаем и заметим небольшое помутнение. Прильём 1 мл. воды – помутнение исчезает.

Вывод: таким образом, соли щелочных металлов и аммонийные соли обратимо осаждают многие белки.

Опыт №4.Цветные реакции на белки.

А) Взаимодействие раствора белка с азотной кислотой. К 5 каплям раствора яичного белка в пробирке добавьте 5 капель раствора азотной кислоты. Образовавшийся осадок нагреть: он принимает жёлтую окраску. Эта качественная реакция на белки называется ксантопротеиновой.

Вывод: качественная реакция позволяет доказать наличие в первичной структуре молекулы белка аминокислот с бензольным кольцом.

Б) Взаимодействие раствора белка с гидроксидом меди (II). В пробирку внесём 5 капель раствора яичного белка, каплю раствора соли меди и добавим несколько капель раствора гидроксида натрия до появления фиолетового окрашивания. Эта качественная реакция на белки называется биуретовой.

Вывод: качественная реакция позволяет обнаружить в молекуле белка пептидные группировки-СО-NH-/

Заключение по экспериментальной части.

1. Белки денатурируют от действия на них солей тяжелых металлов, спирта, нагревания. Денатурация необратима от их действия.

2. После денатурации белки не выполняют свои биологические функции

3. Поваренная соль вызывает обратимую денатурацию - ренатурацию после разбавления водой.

4. Качественные реакции на белки позволяют экспериментально доказать строение белковых молекул из последовательности аминокислот, соединяющихся между собой группировками -СО-NH-(пептидными связями)

«Белки, как важнейшие питательные вещества в организме человека»

Щербакова Дарья Романовна

Приморско-Ахтарский район, станица Бородинская,

муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 9, 11 класс.

Заключение

Подводя итог исследовательской работы, следует отметить, что мы познали белки, как основную группу веществ пищевых продуктов в организме человека. Выяснили состав и строение белков, их влияние на функции организма человека. Провели эксперимент по изучению влияния некоторых веществ на структуру белков. Выяснили какие реакции вызывают необратимое изменение структуры молекулы белка. Завершая работу над исследованием денатурации белка, я могу сделать следующее ное заключение: 
Выполняя работу, при этом сталкиваясь с различными видами заданий и экспериментами, я поняла, что все опыты, которые я проводила во время исследования денатурации белка, связаны с жизнью человека. Например, эксперимент, когда я исследовала влияние температуры на денатурацию белка. В заключение этого эксперимента я выяснила, что чем выше температура, тем быстрее проходит денатурация белка. Всё что я исследовала в своей работе, проводя опыты, я могу доказать реальными примерами из жизни человека. Например, когда человек болеет, у него поднимается температура и чем выше она становится, тем больше вероятности того, что в организме этого человека начнёт происходить денатурация белка. А когда в организме человека температура увеличивается до того состояния, когда начинается денатурация, белки прекращают выполнять свои функции, от чего человек умирает. 
Второй эксперимент, посвящённый изучению влияния спирта на денатурацию белка, помогает нам увидеть, что на самом деле происходит с организмом человека, употребляющего алкоголь. Явным примером этого является эксперимент, когда я добавила в раствор альбумина 90% спирт. Во время третьего опыта, я изучала влияние солей таких тяжёлых металлов, как и на денатурацию белка. К моему удивлению во время выполнения опытов, я поняла, что даже при совсем маленькой концентрации солей денатурация белка всё-таки происходит.

Список литературных источников:

1. А.С. Батуев, И.Д. Кузьмина, Человек: Учебник для 9 кл. общеобразоват. учебных заведений, Москва: Просвещение, 1994г.

3. А.М. Цузмер, О.Л. Петришина, Биология: Человек и его здоровье: Учебник для 9 кл. общеобразоват. учреждений, 25-е изд., Москва: Просвещение, 2000г.

4. В.Н. Ягодинский Школьнику о вреде алкоголя, Москва: Просвещение 1985г

5. АГ. Хрипкова, Д.В. Колесов, Мальчик-подросток-юноша, Москва: Просвещение, 1982г.

6. И.Д. Зверев, Книга для чтения по анатомии, физиологии и гигиене человека, 4-е изд., Москва: Просвещение, 1989 г.

7.Т.П. Рындина, Беседа на тему "Ты и алкоголь" газета Последний звонок,4/2003 г стр 12

8. О.С. Габриелян, Ф.Н. Маскаев, Химия 10кл.: учебник для общеобразоват. учреждений, Москва: Дрофа, 2003г.

9. Белок и всё о нём в биологии и химии

http://belok-s.narod.ru

10.Занимательная химия

http://all-met.narod.ru

11.Химия для школьников: сайт Дмитрия Болотова

http://chemistry.r2.ru

Приложение №1

Приложение №2

Первичная структура белка

Приложение №3

Спираль вторичной структуры молекулы белка, удерживаемая водородными связями.

Приложение № 4

Третичная структура молекулы белка.

Приложение № 5

Четвертичная структура молекулы белка.