Белки – строительный материал для живых организмов

XVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке. Летняя площадка 2022

Белки – строительный материал для живых организмов

Бахтерев М.Р. 1
1 МОБУ гимназии №16 г. Сочи
Танцура М.Г. 1
1МДОУ д/с №67 г. Сочи
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение.

Установлено, что человеческий организм на 19,6% состоит из белков, на 14,7% – из жиров, на 1% – из углеводов и на 4,9% – из минеральных веществ. Остальные 59,8% приходятся на воду. Поддержание нормальной жизнедеятельности нашего организма напрямую зависит от соотношения важнейших питательных веществ, а именно: в ежедневном рационе необходимо присутствие белков, жиров и углеводов в пропорции 1:3:5. Белки являются главным строительным материалом нашего организма, без их участия невозможны процессы роста, пищеварения и иммунной защиты.

Жир – это источник энергии, поэтому регулировать жировой обмен очень важно. В нашем организме жир содержится в структурной форме – входит в состав протоплазмы клеток, и в запасной форме – откладывается в тканях, в том числе и под кожей. Излишнее потребление жиров ведет к накоплению лишнего веса. Недостаток жиров может вызвать заболевания печени, почек, кожи.[1]

Углеводы служат основным источником энергии, обеспечивая 58% потребности человеческого организма. Продукты растительного происхождения содержат углеводы в виде моно-, ди- и полисахаридов. Очень важно, что при недостаточном поступлении углеводов в организме энергия образуется из запаса жиров и даже белков. А вот избыток углеводов приводит к превращению их в жиры, к развитию ожирения.[2]

В этом году объектом для исследования мы выбрали белки - важный строительный материал всего живого.

Цель: изучение различных белков - незаменимого строительного материала живых организмов.

Задачи: знакомимся с белками их строением; учимся находить белки, проба на белок; белки в продуктах питания; исследуем шерсть и волосы; паутину и шелк; кости и ногти; оформление результатов; формулировка выводов.

Гипотеза: предположим, что белки – неотъемлемая составляющая всего живого.

I. Знакомство с литературой.

1.1. Белки: разнообразие, строение, функции.

Белки составляют примерно 15–20% массы тела человека, что при весе в 70 кг дает около 12 кг. Основные задачи белков – обеспечение роста, построения и развития организма. Белки активно участвуют в производстве антител и обеспечивают крепость и активность иммунной системы, а также участвуют в транспортировке многих соединений. Белки состоят из аминокислот, подразделяемых на незаменимые, которые нужно получать с пищей, и заменимые, которые организм способен синтезировать самостоятельно. Разные продукты содержат разные сочетания и количества аминокислот.

Лучшими источниками белков животного происхождения являются яйца, молочные продукты (например, творог, сыр, зернистый творог), рыба, птица, мясо. Лучшими источниками белков растительного происхождения являются бобовые, орехи, семена и зерновые продукты. Серьезный недостаток белка приводит к отекам и мышечной слабости, изменениям волос и кожи. Белковый дефицит часто возникает вместе с дефицитом энергии, обусловленным недостатком белков и других питательных веществ в результате общего дефицита питательных веществ.

Длительное питание продуктами с чрезмерным содержанием белка вредно, поскольку нагружает почки и печень, может вызвать подагру и повышает риск возникновения аллергии. Энергия, получаемая с белками, в долгосрочной перспективе не должна превышать 20 % суточной пищевой энергии.[3]

Белки состоят из аминокислот.

Первичная структура белка - цепочка из аминокислот, связанных пептидной связью. Чередуя 20 аминокислот в разном порядке, можно получать миллионы разных белков. Если поменять в цепочке хотя бы одну аминокислоту, строение и функции белка изменятся, поэтому первичная структура считается самой главной в белке.

Вторичная структура – спираль. Удерживается водородными связями (слабыми).

Третичная структура – глобула (шарик).

Четвертичная структура – имеется не у всех белков. Состоит из нескольких глобул, соединенных между собой теми же связями, что и в третичной структуре. (Например, гемоглобин.)

Денатурация - это изменение формы глобулы белка, вызванное внешними воздействиями (температура, кислотность, соленость, присоединение других веществ и т.п.). Если воздействия на белок слабые (изменение температуры на 1°), то происходит обратимая денатурация. Если воздействие сильное (100°), то денатурация необратимая. При этом разрушаются все структуры белка.[4]

1.2. Во́лосы, шерсть, перья.

  Волосы и шерсть - нитевидный белок волосяных фолликулов в коже млекопитающих. У животных густой волосяной покров называется мехом или шерстью. Основным компонентом волос является кератин. Кератины - это белки, длинные цепочки аминокислот. Типичная толщина человеческого волоса примерно равна 0,08 мм.

Внешняя оболочка волоса образована накладывающимися друг на друга кератиновыми чешуйками. Видимая часть волоса называется стержнем. Часть волоса, находящаяся под кожей, называется волосяной луковицей. Луковица окружена волосяным мешочком — фолликулом. От формы фолликула зависит тип волос: прямые волосы растут из круглого фолликула, слегка вьющиеся — из овального, а кудрявые — из почкообразного.

Каждый волос состоит из трёх слоёв. Наружный слой, или кутикула, выполняет защитную функцию и образован тонкими клетками вроде чешуек, которые перекрывают друг друга подобно черепице крыши. Под кутикулой находится кортекс — корковое вещество, состоящее из удлинённых мёртвых клеток, которые придают волосу прочность и эластичность. Кортекс содержит пигмент меланин, определяющий естественный цвет волос. В центре каждого волоса есть мозговое вещество, оно состоит из мягких кератиновых клеток и воздушных полостей. Назначение этого слоя неизвестно, но предполагается, что по нему поступают питательные вещества к кортексу и кутикуле. Этим можно объяснить быстрое изменение волос при заболевании.[5]

Перо – прочная, но очень лёгкая конструкция, состоит из крепкого и гибкого белка кератина. Как правило, один раз в год практически все птицы “скидывают” свои перья, этот процесс называется линькой.

1.3. Кости.

Кость (лат. os)— твёрдый орган людей и позвоночных животных. Состоит из нескольких тканей, важнейшей из которых является костная. Кость выполняет опорно-механическую и защитную функции, является составной частью эндоскелета позвоночных, производит красные и белые кровяные клетки, сохраняет минералы.

В человеческом теле при рождении более 270 костей, но многие из них срастаются в процессе роста, оставляя в общей сложности 206 отдельных костей во взрослом организме. Бедренная кость — самая большая кость в теле человека, самая маленькая — стремя в среднем ухе.

Костное вещество состоит из органических (белок - оссеин) — 1/3 и неорганических (2/3) (главным образом солей кальция, 95%) веществ. количество первых тем больше, чем моложе организм; в связи с этим кости молодых животных отличаются гибкостью и мягкостью, а кости взрослых — твёрдостью.

При прокаливании кость теряет органическое вещество, но сохраняет свою форму и строение; подвергая кость действию кислоты (например, соляной), можно растворить минеральные вещества и получить гибкий органический (коллагеновый) остов кости.

Но́гти [unguis (PNA); ungues (JNA, BNA)] — придатки кожи в виде плотных роговых пластинок на тыльной поверхности концов пальцев верхних и нижних конечностей человека и большинства приматов. Ногти являются производными эпидермиса. Ногти на руках и ногах состоят из прочного защитного белка, называемого альфа-кератином, который представляет собой полимер . Альфа-кератин содержится в копытах, когтях и рогах позвоночных.

Онихология — официальная наука, занимающаяся диагностикой состояния ногтей.

1.4. Шелк и паутина.

Шёлк — мягкая ткань из нитей, добываемых из кокона тутового шелкопряда. Изначально шёлк происходил из Китая и был важным товаром, который доставлялся в Европу по Шёлковому пути. Толщина волокна — 20—30 микрометров. Длина шёлковой нити из одного кокона достигает 400—1500 м. Нить имеет треугольное сечение и, подобно призме, преломляет свет, что вызывает красивое переливание и блеск.

В настоящее время крупнейшим производителем шёлка является Китай (около 50 % всего мирового производства). Традиция шелководства на территории Китая зародилась ещё в неолите (VIII тысячелетии до н. э.). Как рассказывает старинная китайская легенда, искусством изготовления шёлка Китай обязан жене Жёлтого императора, мифического основателя китайского государства, потому что именно она научила свой народ разводить гусениц. Самый древний кокон шелкопряда, обнаруженный археологами, был найден в неолитическом поселении северной провинции Шаньси (ок. 22001700 гг. до н. э.), а первые фрагменты шёлковой ткани — в одной из гробниц южного Китая времён Борющихся царств (475221 гг. до н. э.). Волокно шёлка состоит на 75 % из белков: фиброина и на 25 % из серицина. Если рассмотреть волокно под микроскопом, то будут заметны две параллельно идущие нити фиброина с комкообразными налётами серицина на них. Помимо фиброина и серицина в шёлке присутствуют воски и жиры, а также минеральные вещества.[6]

Паути́на — секрет паутинных желёз, который вскоре после выделения застывает в форме нитей. По химической природе белок, обогащённый глициномаланином и серином, близкий по составу к шёлку насекомых. Паутину способны выделять представители ряда групп паукообразных и губоногие многоножки. Членистоногие используют её для построения яйцевых коконовсперматофоровловчих сетей и укрытий на время линьки или неблагоприятных условий. Ловчую сеть пауков также называют паутиной.

При выделении через многочисленные прядильные трубочки, открывающиеся на поверхности паутинных бородавок, происходит изменение структуры белка, вследствие чего он затвердевает в форме тонких микрометровых нитей. В дальнейшем паук переплетает эти первичные нити в более толстое паутинное волокно. Паутина сохраняет своё натяжение как при растяжении, так и при сжатии нитей.[7]

1.5. Белки в молоке.

В составе молока содержится два основных вида белка. Это сывороточный белок и казеин. Количество последнего преобладает, так как он занимает 80%-90% от общей массы продукта. Относительно сывороточных белков (альбумина и глобулина) можно сказать, что их количество значительно возрастает в концентратах, которые используются для приготовления ряда кисломолочных продуктов. Благодаря особенностям состава, молочные белки отлично сочетаются с белками другой структуры – мясными и растительными. [8]

1.6. Белки в фасоли и горохе.

Бобовые – это общее название растений из семейства бобовых. В зависимости от вида они различаются по форме, вкусу и свойствам – всего их более 18 000 тысяч, но только часть из них считается съедобной.

В бобовых содержится много питательных веществ – белок, железо, клетчатка, цинк, фолиевая кислота, калий, кальций, фосфор, магний, витамины группы B. [9]

1.7. Пищевые добавки и восстановленные продукты.

В некоторые продукты для улучшения вкуса или лучшей сохранности добавляют особые вещества - пищевые добавки. Это красители, антиокислители (антиоксиданты), добавки, влияющие на аромат, вкус или консистенцию продукта. Все они должны быть перечислены на упаковке, так как в больших количествах они не полезны. Часто цвет продукта улучшают безвредными добавками, которые называются пищевыми красителями.

Восстановленные продукты питания - это те, чей состав искусственно изменили. Например, можно продлить срок годности продукта или добавить в дорогой продукт дешёвых веществ так, что их внешний вид не изменится. Часто это проделывают с колбасой, в которую добавляют картофельный крахмал и жиры. Обезжиренное молоко - тоже восстановленный продукт: из него удалена часть питательных веществ. Восстановление с помощью красителей и консервантов проводят для улучшения внешнего вида продукта.

Чтобы продукты питания не нанесли вред здоровью, необходимо строго соблюдать нормы гигиены, а именно:

мыть руки перед едой и приготовлением пищи

хорошенько очищать свежие фрукты, а зелень и овощи мыть проточной водой

закрывать рот и нос перед тем, как кашлянуть или чихнуть

если ты порезался, надо сразу обработать и забинтовать рану.

Нужно выбирать только те кафе и закусочные, где соблюдаются санитарно-гигиенические нормы.[10]

II. Методика работы.

Исследования мы проводили в лаборатории. В процессе работы нам помогали журналы - «Тело человека», энциклопедии и практикумы с опытами и экспериментами. Изучив литературу, узнали, что белки – это незаменимый строительный материал, из них построены ткани и органы живых организмов. Белков большое разнообразие. Определить, есть ли белки в яйцах, в мясе, в мясных продуктах и в бобовых, нам помогла биуретовая реакция. Протестировать на наличие белка волосы, перья, шёлк, ногти, паутину, хитин насекомых, хлопчатобумажную ткань и бумагу нам помогала спиртовка лабораторная.

Приборы и оборудование: пинцет, спиртовка, пробирки, пипетки, чашки Петри, держатель, ложки лабораторные, воронки.

Методы исследования: теоретические, проведение опытов и экспериментов, анализ результатов.

III. Результаты исследований.

3.1. Исследуем яйцо. Яйцо состоит из желтка и белка. Белок в сыром яйце имеет вид слизистой массы, которая при нагревании становится белой и сравнительно твердой. Разбили сырое яйцо, отделили слизистую массу, разлили ее в две пробирки. Одну пробирку нагрели на огне, слизистая масса стала белой и твердой. Об этом явлении говорят так: белок свернулся. Произошло явление, которое называется денатурация (разрушение естественной структуры белка). Белок во второй пробирке разбавили водой и хорошо встряхнули. Белковый раствор нагрели. Нагретая часть жидкости помутнела, что говорит о свертывании белка при нагревании.

Теперь понятно, почему шерстяные вещи (шерсть содержит разнообразные белки) нельзя стирать в очень горячей воде.

Закрепили на металлической проволоке крошку свернувшегося белка и нагрели ее в пламени спиртовки, а потом понюхали ее. По характерному запаху, который напоминает запах жженого рога, можно всегда узнать белок.

3.2. Проба на белок. Часто химикам нужно определить, имеется ли в пробирке то или иное вещество. Для того, чтобы быстро ответить на этот вопрос, они проводят так называемые качественные реакции.

Разбили скорлупу куриного яйца, и отделили желток от белка. Поместили небольшое количество прозрачного белка в пробирку и добавили в неё столовую ложку воды. Тщательно размешали белок с водой, пока не получится однородный раствор.

Приготовили раствор стиральной соды, который затем нагрели до кипения и остудили. Несколько кристаллов медного купороса растворили в 1/4 стакана воды. Затем добавили немного раствора стиральной соды в пробирку с раствором белка и небольшое количество бледно-синего раствора медного купороса. Следили за тем, что произошло.

Если в пробирке действительно есть белок, то раствор приобретает цвет от синего до темно-синего (в зависимости от концентрации медного купороса). Почему так происходит?

В условиях реакции медь образует с белком новое химическое соединение фиолетового цвета. Такая реакция называется биуретовой. Её используют для того, чтобы определить, имеется ли в растворе белок или нет.

3.3. Проверка продуктов на белок.

Продукты

Цвет продукта после реакции

Яйцо варёное

Курица

Колбаса салями

Карбонат

Сыр

Горох

Фасоль

Тёмно-синий

Синий

Светло-голубой

Синий

Синий

Синий

Синий

Проведя эксперименты, мы пришли к выводу: яйцо варёное, курица, карбонат, сыр, горох и фасоль - в них есть белок. Настораживает реакция, которую показала колбаса салями. Продукт окрасился в светло-голубой цвет, следовательно, белка там мало.

3.4. Исследуем перья, волосы и шерсть.Из яиц курица выводит цыплят. Шерсть получают из волосяного покрова овец, коз и других животных. Подготовили для эксперимента птичье перо, волос и шерстяную нитку. С помощью пинцета подержали на огне спиртовки птичье перо, наш волос и шерсть и сразу почувствовали запах жженого рога. Это говорит о том, что перо и волосы содержат белки. Белок, из которого построены волосы, называется кератин.

3.5. Ноготь с пальца. Подержали с помощью пинцета кусочек срезанного ногтя в пламени спиртовки, понюхали его. Мы почувствовали тот же запах жженого рога. Ноготь состоит их рогового вещества, в котором содержится один из видов белка. Один из белков, который входит в состав ногтей - коллаген.

3.6. Шёлк натуральный или искусственный? Натуральный шёлк ткут из шёлковых нитей, которые разматывают из коконов тутового шелкопряда. Шелковые нити животного происхождения, они содержат белки. Искусственный шелк получают из древесины, как бумагу. Поэтому при сжигании искусственный шёлк пахнет горелой бумагой, а настоящий шёлк пахнет, как жженый белок. Чтобы отличить настоящий шёлк от искусственного, достаточно выдернуть из ткани нитку, и испытать её в пламени спиртовки. Шелк мы нашли в папином галстуке. [11]

3.7. Белок в молоке. Если молоко закипает, оно убегает, и мы ощущаем характерный для жженого белка запах. Мы решили проверить молоко. Взяли несколько капель молока, капнули на блинную сковороду и нагрели. Ощутили характерный запах. В нашем молоке есть белок! Молочный белок называется казеин.

3.8. Белок в паутине и хитине насекомых.Собрали паутину, взяли хитин насекомых, подержали их в пламени спиртовки до обугливания. Ощутили запах: паутина пахла жженым рогом, а хитин – жженой бумагой. Из книг узнали - хитин — это аналог целлюлозы в животном мире. По химическому строению, физико-химическим свойствам и выполняемым функциям хитин близок к целлюлозе.  Паути́на — секрет паутинных желёз, который вскоре после выделения застывает в форме нитей. По химической природе белок, близкий по составу к шёлку насекомых. Паутину способны выделять представители ряда групп паукообразных.[12]

3.9. Мягкие кости.Хорошо вымыли и высушили куриную косточку. Налили в баночку 10% соляную кислоту. Погрузили в нее косточку. Закрыли банку крышкой. Через неделю достали косточку из кислоты. Она стала мягкой, ее легко можно было согнуть. Подвергая кость действию кислоты, мы растворили минеральные вещества и получили гибкий органический (коллагеновый) остов кости.

IV. Выводы.

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

Белки состоят из аминокислот. Учёным известно порядка 500 аминокислот. Около 240 из них в природе бывают в свободном виде, а остальные - в промежуточном - как продукты обмена веществ. На сегодняшний день в организме человека обнаружено 26 аминокислот. Мы научились находить белки в продуктах питания с помощью биуретовой реакции. Спрятать белки в продуктах помогают пищевые добавки и пищевые красители. Производители добавляют эти вещества для удешевления продукта. Колбаса салями показала незначительное содержание белков. Человеку без белковой пищи не прожить.

Белки в волосах, шелке, шерсти, паутине, ногтях, перьях и костях помогала обнаружить спиртовка. Мы познакомились с кератином, оссеином, коллагеном, казеином, серицином и фиброином. В заключении важно отметить: «Где белок – там и жизнь!

Литература

https://www.passion.ru/health/vitaminy-i-mikroelementy/znachenie-belkov-zhirov-i-uglevodov-dlya-organizma-86280.htm

https://www.passion.ru/health/vitaminy-i-mikroelementy/znachenie-belkov-zhirov-i-uglevodov-dlya-organizma-86280.htm

https://toitumine.ee/ru/energiya-i-potrebnost-v-pitatelnyh-veshhestvah/osnovnye-pitatelnye-veshhestva/belki

https://www.biofaq.ru/zubr/zubr048.html#:~:text=Белки

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D1%81%D1%8B

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A8%D1%91%D0%BB%D0%BA

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B0%D1%83%D1%82%D0%B8%D0%BD%D0%B0

https://www.binasport.com/nutritionresearch/belki-i-zdorove/molochnyy-belok-eto-chto-takoe/

https://fcpsr.ru/events-overview/4923-chem-polezny-bobovye-produkty-i-chto-eto-takoe-pochemu-sredi-fasoli-goroshka-i-chechevitsy-okazalis-orekhi.html

Журнал «Как устроено тело человека». Еженедельное издание.Deagostin

Груздева Н.В.,ЛавроваВ.Н.,Муравьев А.Г. «Юный химик, или занимательные опыты с веществами вокруг нас-Изд.2-е, перераб. И доп. – СПБ.: Крисмас+,2006.-120с.

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B0%D1%83%D1%82%D0%B8%D0%BD%D0%B0

Приложение

3.1 Исследуем яйцо

         

3.3 Проверка продуктов на белок

         
           

3.4

Волосы, шерсть, перо

         

3.5

Ноготь

         

3.6

Шёлк

         

3.7

Белки в молоке

         

3.8

Белки в паутине и хитине насекомых

         

3.9

Мягкие кости

         
Просмотров работы: 17