Исследовательская работа на тему " Жизнь есть способ существование белковых тел..."

              Министерство образования республики Башкортостан

                               МБОУ «ШИС (П) ОО с. Арлан»

Тема: « Жизнь есть способ существования белковых тел…..»

                                                        Выполнила:    Гилязова Алсу    Ринатовна                                                                  Научный руководитель: учитель биологии                                                                                                Р.Ш. Камалова.

                                                    с. Арлан    РБ    

                                                        2015г.

Тема: « Жизнь есть способ существования белковых тел…..»

Цель: выяснить наличие белков в живых организмах и их влияние на здоровье человека

Объект исследования: вещества содержащие белки

Актуальность темы: Жизнь человека, здоровье и состав пищи зависит от присутствия белковых веществ.

Задачи исследования:

1.     Исследовать состав белковых молекул 2.  Воздействие химических веществ на структуры белка.

а) Цветные реакции на белки

          б) Вредное действие алкоголя на кровь.

           в) Вредное  действие табакокурения на эритроциты крови

2.Выяснить, что изменение состава и свойств белков ведет к нарушению работы живой системы.

                                      Содержание

I.Введение

II. Основная часть

2.1 Химический состав и строение белков------------------------------3

2.2 Структура белка-------------------------------------------------------------- 4

2.3 Синтез белков в клетке---------------------------------------------------- 5-6

2.4 Белки и их роль в организме---------------------------------------------7-10

III. Практическая часть

3.1 Цветные реакции на белки------------------------------------------------11-12

3.2 Вредное действие алкоголя на кровь-----------------------------------13

3.3 Вредное действие алкоголя на белки------------------------------------14

3.4 Воздействия табакокурения на гемоглобин крови-------------------15

IV. Выводы--------------------------------------------------------------------------------16

Литература--------------------------------------------------------------------------------17

Приложения -----------------------------------------------------------------------------18-20

  1.Введение

Белки основные вещества, самые сложные из встречающихся в природе веществ. Белки входят в состав клеточной мембраны, ядра, органоидов. Выполняет в клетке структурную функцию. В клетке происходит огромное количество химических реакций, которым требуются ускорители -  ферменты. Ими являются белки. Ферменты ускоряют реакции в сотни миллионов раз.

Растения синтезируют белки из углекислого газа и воды за счет фотосинтеза, усваивая остальные элементы белков (азот, фосфор, серу, железо, магний) из растворимых солей находящихся, в почве.

Животные организмы в основном получают готовые аминокислоты с пищей и на их базе строят белки своего организма.

Волосы, ногти, шерсть, перья, кожа состоят из белка – кератина. А белок – пепсин, содержащийся в желудочном соке, сам способен разрушать другие белки при пищеварении. Белок интерферон применяется при лечении насморка и гриппа, так как убивает вирусы, вызывающие эти болезни.

Уникальность белков заключается в том, что белки синтезируются в основном из готовых аминокислот, поступивших с пищей и при распаде,  могут использоваться для синтеза углеводов и жиров. В то время, как последние не способны участвовать в биосинтезе белка.

В результате данной работы я хотела выяснить:

 1.Как действуют различные факторы живой и неживой природы на белки т.к. белки  необходимая составная часть всего живого.

2. Как зависит наше здоровье от присутствия белков в нашей пище.

1.1 Химический состав и строение белков.

Белки- это азотосодержащие высокомолекулярные органические вещества со сложным составом и строением молекул. Белки – это биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Все белки живых организмов построены из 20 аминокислот. В состав белков входят химические элементы С, Н,О,N, а так же S,P,Fe.

Общая формула аминокислот            HCOO-CH₂-NH₂

СООН- карбоксильная группа обладает кислотными свойствами, NH₂-амногруппа основными свойствами. Наличие двух групп  обусловливает высокую реактивность аминокислот.

Белков содержится 10-18% от общей массы клетки(50-80% от сухой массы)

Белки входят в состав всех живых организмов, которые состоят из тех или иных форм белков (мышцы, покровные ткани, внутренние органы, хрящи, кровь).

Характерной особенностью белков является их многообразие, связанное с количеством, свойствами и способами соединения входящих в их молекулу аминокислот.

Первый белок, с которым мы знакомимся в своей жизни,- это белок куриного яйца, альбумин. Он хорошо растворим в воде. А при нагревании сворачивается.

Опыт 1  все белки - это азотосодержащие вещества. Берем немного раствора(1:5) куриного белка добавили 2 мл. раствора щелочи. Осторожно нагреваем и налили раствор фенолфталеина, приобретает малиновую окраску.

Вывод. В процессе опыта выявили наличие NH₂ группы аминокислоты. Фенолфталеин - малиновый и характерному запаху аммиака.

Особый характер белка каждого вида связан не только с длиной, составом и строением входящих в его состав молекулу полипептидных цепей. Ни с тем, как эти цепи ориентируются.

В структуре любого белка существует несколько степеней организации:

Первичная структура.

Различные свойства и функции белковых молекул определяются последовательностью соединения аминокислот, которая закодировано в ДНК.

Посредством образования водородных связей между остатками карбоксильной и аминогрупп разных аминокислот белковая молекула принимает вид спирали. Это вторичная структура белка. К ним относятся, например, сократительные белки. Но в большинстве случаев только молекула, обладающая третичной структурой, может выполнять биологическую роль. Третичная структура белка - реальная трехмерная конфигурация закрученной спирали полипептидной цепи в пространстве.

Четвертичная структура белка - тип взаимодействия между несколькими полипептидными цепями. Например, гемоглобин – представляет собой комплекс из четырех макромолекул белка.

2.2 Синтез белков в клетке.

Схема главных этапов в процессе белкового синтеза.

                                             Клеточная мембрана.

Важнейшим процессом ассимиляции в клетке является синтез присущих ей белков. Каждая клетка содержит тысячи белков. Клетка должна непрерывно синтезировать белки для восстановления своих мембран. Многие клетки «изготовляют» белки для нужд всего организма. Синтез белка требует больших затрат энергии. Источником энергии, как и для всех клеточных процессов, является АТФ. Информация о первичной структуре белка заключена в последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК. Участок ДНК, в котором содержится информация о первичной структуре одного белка, называется геном.

                                               Генетический код.

Генетический код- зависимость между основаниями в нуклеотидах ДНК и аминокислотами белковой молекулы.

Свойства генетического кода: а) триплетность; б) однозначность; в) вырожденность г)непрерывность; д )универсальность.

                  Транскрипция ( синтез и - РНК по матрице ДНК).

Ход образования и - РНК в ядре называется транскрипцией (переписыванием) и является первым этапом в биосинтезе белков, переносит её к месту сборки белковой молекулы. (Приложение А)

                  Транспортные  РНК.

Для переноса каждого вида аминокислот в рибосомы нужен отдельный вид т- РНК. Своеобразные структуры, напоминающие по форме лист клевера.

                   Трансляция (сборка белка).

Сборка белка (трансляция) происходит в рибосомах. К рибосомам направляется и - РНК. Во время синтеза белка на одной молекуле и - РНК располагается несколько рибосом. Из цитоплазмы  т- РНК с «навешенными» аминокислотами подходят к рибосомам и попадает  в место «сборки» белка.

Средний белок состоит из 500 аминокислот, затрачивается энергия 500КДж АТФ. (Приложение В)

      2.3 Белки и их роль в организме.

            Структурная функция.

Структурные – коллаген, компонент  соединительной ткани,  костей, сухожилий,  хряща. Белок - склеротин входит в наружный скелет насекомых. Белки мукопротеины – в состав синоввиальной жидкости, которая выделяется в суставные сумки. Белки входят в состав оболочек, мембран, органоидов, тканей органов. Примеры: оксин – белок, входящий в состав светочувствительного пигмента родопсина, находящегося в клетках сетчатки глаза. Кератин – белок с волокнистой структуры, находящийся в чешуе. Ногтях , рогах и копытах. Коллаген – белок, входящий в состав волокнистой структуры, находящийся в тканях кожи, сухожилий и связок.

            Транспортная.

Пример: гемоглобин - белок переносит кислород и некоторых биологически активных  веществ к клеткам и углекислый газ из клеток.

           Защитная.

Белки- средства защиты. При попадании бактерий и вирусов в кровь организмов происходит выработка специальных защитных белков – антител. На каждый чужеродный белок организм вырабатывает специальные « анти- белки « - антитела. Антитела «узнаю» только чужеродный белок и реагируют на него. Такой механизм сопротивления возбудителям заболеваний называют иммунитетом. Защитный белок протромбин и фибриноген участвует в свертывания крови. Пример: в крови возникает комплекс антиген – антитело я9 протромбин и фибриноген) белковой природы. Белки необходимые для свертывания крови.

Защитная функция белка приносит человеку не только пользу. Могут возникнуть серьезные проблемы при пересадке органов и тканей от одного человека другому. Пересаженный орган воспринимается иммунной системой нового «хозяина» этого органа как чужеродный белок. Воздействие антител приводит к отторжению пересаженного органа со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Аналогичные  проблемы могут возникнуть при беременности. В том случае, если мать будущего ребенка  является резус – отрицательный, а отец имеет резус- положительную кровь. В этом случае может возникнуть серьезный конфликт между материнским организмом и организмом развивающего плода.

Напомним, что ген резус- положительный доминирует над геном резус – отрицательности.

Следствиями указанного выше конфликта является задержка и нарушение процесса развития плода, в ряде случаев – его гибель. В связи с ответным воздействием антител плода на чужеродный белок материнского организма женщина испытывает симптомы обостренно протекающего токсикоза беременности.

Защитные функции могут быть ослаблены либо с помощью медицинских средств, либо агрессия вируса СПИДА.

Вирус  СПИДА – проникновение  РНК вируса  СПИДА внутрь  клеток крови – лейкоцитов, отвечающих за иммунитет человека. Размножение  вируса внутри лейкоцитов, истощение внутренних ресурсов этих клеток и их гибель. Уменьшение количества нормально функционирующих лейкоцитов в крови, ослабление иммунитета. Гибель человека от различных инфекций.

           Двигательная.

Пример: передвижение тел зависит от деятельности двух белков. Способствующих сокращению мышц, - актина и миозина.

         Рецепторная.

Рецепторная  функция осуществляется белками благодаря способности их молекул изменять свою структуру под влиянием многих химических и физических факторов, вследствие чего клетка или организм воспринимает эти изменения.

          Ферментативная.

Ферменты - биокатализаторы - ускорители химических реакций, протекающих в клетке и организме.

Напомним некоторые особенности функционирования ферментов:

а) ферменты ускоряют протекание реакций только одного вида, то есть обладают специфичностью действия;

б) ферменты конкретного организма действуют в узких температурных пределах;

в) ферменты эффективно работают при строго определенных показателях среды. Например, в разных участках пищеварительного тракта она может быть слабощелочной или кислой.

Каждая молекула фермента способна осуществлять до нескольких тысяч операций расщепления веществ в минуту. В ходе этих реакций ферментативный белок не расходуется. Пример: пепсин и липаза -  пищеварительные ферменты кишечника, расщепляющие белок, и липидов соответственно.

         Токсическая.

Пример: белки в яде грибов, насекомых, змей. Яд кобры -  токсический белок, который убивает, блокируя нервов.

          Регуляторная.

Регуляторные белки. Часть гормонов животных и человека являются белками. Гормон поджелудочной железы инсулин – регулирует обмен глюкозы. Известна большая группа белковых  факторов роста, которые активируют ферменты синтеза ДНК в клетках и, таким образом, усиливает деление клеток.

Избыточный синтез факторов роста может приводить к интенсивному делению клеток – к их злокачественному росту. Это происходит из -за изменений в структуре генов, ответственных за факторы роста, под действием изменения среды. Белки – гормоны влияют на обмен веществ. Пример: инсулин – повышает проницаемость мембран для глюкозы. Если нет инсулина, то возникает заболевание – сахарный диабет; вазопрессин -  гормон, который контролирует кровяное давление.

            Запасающая.

Пример: ферритин – накапливающий белок, который удерживает железо в яичной клетке; селезенке и печени; альбумин – белок, который может действовать как водозапасающий белок в яичном белке.

           Энергетическая.

При полном расщеплении 1г. белка выделяется 17,6 кДж энергии. Однако в качестве источника энергии белки используются крайне редко, в случае истощения организма.

3 Практическая часть работы.

3.1 Цветные реакции на белки.

а) биуротовая реакция.

Цель: доказать наличие белков в исследуемых веществах.

Методика проведения исследования.

В 9-и пробирках заполняем растворами  различных белков.

1-ый – раствором белка куриного яйца раб. 1:10 с водой;

2-ой - молоко ( содержится белки казеин, глобулин, альбумин);

3-ей - мелко растертым сыром, в змученном в воде;

4-ой - творог раз.  водой 1:10;

5-ой - свекольный сок;

6-ой – кровь;

7-ой – инсулин - гормон поджелудочной железы, регулирующий содержание глюкозы в крови;

8-ой – глицин - аминокислота;

9 –ой - шерстяная нить.

Во все пробирки добавим  10% – го раствора щелочи и 3 мл. 1% - го раствора сульфата меди. Жидкость во всех пробирках окрасится в фиолетовый цвет. Окраска возникает в результате образования комплексных соединений ионов меди с белком, причем она одинакова для всех белков.

б) ксантопротеиновая реакция

во все пробирки добавим  по каплям конц. азотную кислоту до появления белого осадка от свернувшегося действием кислоты белка. При нагревании в пламени спиртовки растворы и осадки окрашиваются в ярко – желтый цвет т.е   это доказывает наличие белка.

                                                                                                       Таблица 1

                                       Цветные реакции на белки.

Реактив, сод.                ионы. Исслед. вещества		Конц. HNO3	Температура			NH4NO3	CuSO4,NaOH
1.     Белок куриного яйца		Белый  осадок	Ярко- желтый			Ярко- оранжевый	Фиолетовый
2.Молоко		Белый	Ярко- желтый			Ярко- оранжевый	Фиолетовый
3.Растертый сыр		Белый осадок	Ярко- желтый			Ярко- оранжевый	Фиолетовый
4.Свекольный сок		Белый осадок	Ярко-желтый			Ярко- оранжевый	Фиолетовый
5.Дом. творог		Белый осадок	Ярко - желтый			Ярко - оранжевый	Фиолетовый
6.Кровь		Белый осадок	Ярко - желтый			Ярко - оранжевый	Фиолетовый
7.Инсулин		Белый осадок	Ярко - желтый			Ярко - оранжевый	Фиолетовый
8. Глицин	Белый осадок			Ярко - желтый	Ярко - оранжевый		Фиолетовый
9. Шерстяная нить	Белый осадок			Ярко - желтый	Ярко - оранжевый		Фиолетовый

Вывод. Исследуемые нами вещества под воздействием химических веществ (азотная кислота, соли тяжелых металлов, спирт) и физических ( высокая температура и давление , ионизирующие излучения и другие) ведут к разрушению структуры белков.  В начале разрушается очень слабая – четвертичная структура ( гемоглобин крови). Затем третичная – альбумины, глобулины  ( белок молока). Вторичная - фибриноген – белок участвующий в свертывании крови, миозин и актин, сократительные мышцы, а при более жестких условиях и первичная структура, при возвращении белковых молекул в нормальные условия среды их структура полностью восстанавливаются, то есть происходит ренатурация.

3.2 Вредное действие алкоголя на кровь

Цель: исследовать вредное влияние алкоголя на кровь  (гемоглобин крови).

Методика проведения опыта.

В две пробирки налили по 5 мл цитратной крови, (в которой добавили лимонную кислоту). В одну прилили 5мл. физиологического раствора (0,85%- ый раствор поваренной соли), а в другую 50 мл. 30% - го раствора этилового спирта. Взболтали содержимое пробирок.

Вывод. В пробирке с физиологическим раствором содержимое становится мутным, так как эритроциты (красные кровяные тельца) не разрушаются.       В пробирке со спиртом содержимое становится прозрачным. Это означает, что эритроциты под действием спирта разрушаются, то есть четвертичная структура белка. А разрушение эритроцитов нарушает в организме газообмен.

3.3 Изменение свойств белков при действии на них алкоголя.

Цель: исследовать изменение свойств белков при действии на них алкоголя.

Методика проведения опыта.

В две пробирки налили по 2 мл яичного белка. В одну из них добавили 8 мл воды, а в другую столько же 80-90%- го раствора этилового спирта и взболтать.

Вывод. В первой пробирке яичный белок легко растворяется ( поэтому он хорошо усваивается организмом). Во второй пробирке образуется белый плотный осадок, так как в спирте белки не растворяются. Спирт отнимает от белков их водную оболочку. В результате этого нарушается структура  и свойства белков.

                             Вредное действие алкоголя на  белки               Таблица 2

Исследуемые вещества	Спирт этиловый	Физиологический раствор	Вода
Кровь	Обесцвечивается	Без изменении	Без изменении
Яичный белок	Свертывается	Без изменении	Без изменении

3.3 Воздействие табакокурения на гемоглобин крови

Эритроциты – красные кровяные тельца, транспортирующие кислород к тканям и углекислый газ к легким. Красный цвет эритроцита зависит от особого вещества – гемоглобина.

В легких он присоединяет к себе кислород и становится оксигемоглобином.

Hb + 4O₂=4HbO₈.

В тканях это соединение распадается на кислород и гемоглобин, присоединив к себе углекислый газ. Возвращается в легкие. Отдает углекислый газ и вновь присоединяет кислород.

HbO₈= 4O₂ + Hb            Hb + CO₂ = HbCO₂

У курящего человека  Hb присоединяет вместо кислорода угарный газ, который содержится в табачном дыме Hb + CO =HbCO – карбоксигемоглобин в легких, а в тканях HbCO  не распадается, так как образует стойкое соединение, значит, вместо кислорода клетки получают HbCO. Угарный газ разрушает гемоглобин крови, происходит кислородное голодание, в итоге клетка может погибнуть.

                                                      Вывод

В результате данной работы я пришла к следующим результатам:

1. Фиолетовое окрашивание при обработке с солями меди в щелочной среде дают все исследуемые белки;

2. Желтое окрашивание при действии азотной кислотой, переходящее в оранжевое окрашивание под действием аммиака дают все исследуемые белки;

3.Сворачивание белков происходит  при действии алкогольных напитков, при высокой температуре;

4.Разрушение гемоглобина крови под действием табачного дыма в составе, которого имеется угарный газ образующий стойкое соединение карбоксигемоглобин.

По определению  Ф. Энгельса: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой. Причем с прекращением этого обмена веществ, прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка».

М.В. Волькенштейн считает « Живые тела существующие на Земле открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот.

Состояние живого организма и его здоровье определяют по наличию белков в анализах крови, мочи и т.д.

Присутствие белка:

- билирубина судят о работе печени, почек (гепатит, инфекционные болезни) – альбумина о работе печени, почек, кишечника ( сахарный диабет, аллергия)

- холестерина о работе кровеносной системы ( ишемическая болезнь, атероскелероз, инсульты)

 Здоровье – одна из важнейших ценностей человека. Здоровье – не только отсутствие болезней, но и состояние полного телесного, душевного и социального благополучия. Здоровье человека более 50% определяется здоровым образом жизни самого человека. Остальными факторами, определяющими здоровье, является наследственность, качество окружающей среды, состояния здравоохранения, но главном образом самого человека.

      Литература

1.Р.Г. Заяц, И.В. Рачковская « Пособие по биологии для абитуриентов» Минск, 1966г.

2.И.Н. Чертков, П.Н. Жуков «химический эксперимент с малыми количествами реактивов» М., Просвещение, 1989г.

3.А.а. Каменский, Е.А.криксунов, В.В. пасечник «Введение в общую биологию» М., 2001г.

4. С.Р. Иванова «Занимательные опыты по органической химии» М.,1988г.

5.В.И. «Занимательные опыты по химии» М., Просвещение 1980г.

 Тезисы к исследовательской работе « Жизнь есть способ существования белковых тел…..»

Исследовав  нами белковых молекул живого организма, доказали высказывание о белках Ф. Энгельса: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой. Причем с прекращением этого обмена веществ, прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка».

Белки основные вещества, самые сложные из встречающихся в природе веществ. Белки входят в состав клеточной мембраны, ядра, органоидов. Выполняет в клетке структурную функцию. В клетке происходит огромное количество химических реакций, которым требуются ускорители -  ферменты. Ими являются белки. Ферменты ускоряют реакции в сотни миллионов раз.

Волосы, ногти, шерсть, перья, кожа состоят из белка – кератина. А белок – пепсин, содержащийся в желудочном соке, сам способен разрушать другие белки при пищеварении. Белок интерферон применяется при лечении насморка и гриппа, так как убивает вирусы, вызывающие эти болезни.

Проделав практическую часть работы доказали качественные реакции на белки:

Биуротвая реакция: фиолетовое окрашивание при обработке с солями меди в щелочной среде(дают все белки);

Ксантопротеиновая реакция: желтое окрашивание при действии азотной кислотой, переходящее в оранжевое окрашивание под действием аммиака;

Сворачивание белков при действии алкогольных напитков, при высокой температуре;

Разрушение гемоглобина крови под действием табачного дыма в составе, которого имеется угарный газ образующий стойкое соединение карбоксигемоглобин.

Подводя итог работы, белки не являются источником энергии и не откладываются в запас, а сразу же выполняют одну из функций: структурную. Биологическую роль, которую играют белки в живой клетке и организме, трудно переоценить. Вероятно, жизнь на нашей планете действительно можно рассматривать как способ существования белковых тел, осуществляемых обмен веществом и энергией с внешней средой.