Утоляем жажду , или губим организм?

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

"Многопрофильная языковая гимназия № 4 г Чита"

Научно – практическая конференция «Шаг в науку»

 

 

 

 

Секция химии

 

 

Утоляем жажду, или губим организм?

 

                                                                               Работу выполнила: Селина Екатерина,

                                                                                                  ученица 10 а класса,

                                                       МБОУ «МЯГ № 4 г Чита», Россия, Забайкальский край

                                                                  Руководитель: Олифирова Ольга Владимировна,

                                                                                                  учитель химии,

                                                         МБОУ «МЯГ № 4 г Чита», Россия, Забайкальский край

 

                                               

 

 

 

 

 

 

 

                                                                   г Чита, 2019 г

Утоляем жажду, или губим организм?

Селина Екатерина, ученица 10 а класса,

МБОУ "Многопрофильная языковая гимназия №4"  г. Чита

Краткая аннотация

  В последнее время люди все больше стали уделять внимание своему здоровью, следить за питанием и фигурой.  А задумывались ли вы когда-нибудь над тем, что вы пьете?

   В знойную погоду многие наши соотечественники предпочитают употреблять различные напитки, они приятные на вкус, освежают и способствуют утолению жажды. Мы разучились пить обычную воду... Производители напитков пытаются привить молодежи вкус к употреблению их продукции вместо воды, необходимой молодым организмам для естественного и нормального развития. А есть ли польза от современных напитков?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   Утоляем жажду, или губим организм?

Селина Екатерина, ученица 10 а класса,

МБОУ "Многопрофильная языковая гимназия №4"  г. Чита

Аннотация   

      Почему нужно пить воду, а не приятные на вкус напитки, ставшие символом современного общества, ведь их делают из воды, и кажется, что они прекрасно утоляют жажду? Однако многие проблемы со здоровьем являются следствием этого заблуждения, поскольку вода и напитки – это не одно и то же. В повседневной жизни разнообразные вещества оказывают всестороннее влияние на белок, не всегда положительное. Популярные искусственные напитки содержат вещества, изменяющие химический состав организма.  Именно поэтому мы решили заняться изучением белков и наглядно увидеть, к каким последствиям может привести взаимодействие белков с различными известными нам консервированными, газированными и пастерилизованными напитками.

Цель работы: изучить особенности влияния различных безалкогольных напитков на живой организм.

Объект исследования: яичный белок

Предмет исследования: влияние популярных безалкогольных напитков на белок

Гипотеза: мы предполагаем, что часто употребляемые безалкогольные напитки отрицательно влияет на живой организм

В связи с поставленной целью нами были сформулированы следующие задачи.
Задачи:

1. Изучить теоретический материал о строении белка;
2. Провести опрос школьников, выбрать напитки, пользующиеся популярностью для утоления жажды;

3. Изучить состав выбранных напитков;
4. Экспериментально проверить влияние выбранных напитков на белок;

5. Сделать выводы о пользе и вреде потребления данных напитков
6. Проинформировать учащихся школы о влиянии различных искусственных напитков на живой организм.

Методы исследования:                                   

1. Теоретические (изучение, анализ научной и учебной литературы по проблеме).
2. Практические (приготовление необходимых реактивов и проведение реакций взаимодействия спирта на живые клетки и объекты, микроскопическое исследование препаратов).
3. Статистические (составление таблиц по результатам исследования).

 Практическое значение работы состоит в том, что мы увидим, как именно различные,   часто употребляемые напитки  влияют на организм, и сделаем соответствующие выводы.

    Разрушение четвертичной, третичной и вторичной структуры белка называется денатурацией, которая ведет к потере белком растворимости, гидрофильности и функциональных, биологических свойств белков. Денатурация белка происходит под действием химических веществ (кислоты, соли тяжелых металлов, органические растворители и др.). Но белок разрушается не только под действием концентрированных реагентов, но и действием их растворов. Все современные напитки имеют кислую реакцию, поэтому широкое потребление напитков с низким значением рН может привести к потере биологических свойств белков.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Утоляем жажду, или губим организм?

Селина Екатерина, ученица 10 а класса,

МБОУ "Многопрофильная языковая гимназия №4"  г. Чита

Научная статья

        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.                                                                                                        

                                                                                                                           Фридрих Энгельс

      Белки – это природные полимеры, играющие важнейшую роль в жизнедеятельности любого живого существа.
        Белки являются одними из четырех основных органических веществ живой материи (белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры), но по своему значению и биологическим функциям они занимают в ней особое место. 

     Белки – сложные органические соединения (биополимеры), в состав молекул которых входят углерод, водород, кислород и азот (иногда сера). Их мономеры - аминокислоты. Белки играют первостепенное значение в жизни всех организмов. Они характеризуются неисчерпаемым разнообразием, которое одновременно очень специфично. Белки и нуклеиновые кислоты являются материальной основой всего богатства организмов окружающей среды. Их доля составляет 50 – 80% сухой массы клетки. Так, мышцы  содержат  до  80% белка, селезенка, кровь,  легкие – 72%,  кожа – 63%, печень – 57%, мозг – 15%,  жировая   ткань, костная  и  ткань зубов – 14–28%.

      Молекулы белков похожи на длинные цепи, состоящие из 50 – 1500 остатков аминокислот, соединённых крепкой ковалентной азотно-углеродной (пептидной) связью. В результате образуется первичная структура белка - полипептидная цепь. Молекула белка - это полипептид, молекулярная масса которого составляет от 5 тыс. до 150 тыс. Бывает и больше. Простые белки состоят лишь из аминокислот, а сложные белки, кроме аминокислот, могут содержать нуклеиновые кислоты (нуклеопротеиды), липиды (липопротеиды), углеводы (гликопротеиды), окрашенные химические соединения (хромопротеиды) и т.п.

   Все свойства клетки (химические, морфологические, функциональные) зависят от специфических белков, содержащихся в ней. Именно набор аминокислот, их количество и последовательность расположения в полипептидной цепи и определяет специфичность белка. Замена лишь одной аминокислоты в составе белковой молекулы или изменение последовательности расположения аминокислот может привести к изменению функций белка. Этим и объясняется большое разнообразие в строении белковой молекулы первичной структуры. Потому не удивительно, что живой организм, чтобы иметь возможность выполнять свои функции, использует особенные виды белков и его возможности в этом отношении неограниченные. Пространственное расположение полипептидных цепей также определяет свойства белков. В живой клетке полипептидные цепи скрученные или согнутые, имеют вторичную или третичную структуру. Вторичная структура представлена спирально закрученной белковой цепочкой. Витки спирали удерживаются благодаря водородным связям, образующимся между расположенными на соседних витках СО – и NH – группами. В результате дальнейшего закручивания спирали возникает специфическая конфигурация каждого белка - третичная структура. Образуется она благодаря связям между белковыми радикалами аминокислотных остатков: ковалентным дисульфидным (S – S-связям) между остатками цистеина, водородным, ионными. гидрофобным взаимодействиям. В количественном соотношении наиболее важными являются гидрофобные взаимодействия, вызванные тем, что неполярные боковые цепи аминокислот стремятся объединиться друг с другом, не смешиваясь с водной средой. Белок при этом свёртывается так, чтобы его гидрофобные боковые цепи были спрятаны внутри молекулы, то есть защищены от контакта с водой, а наружу, наоборот, выставлены боковые гидрофильные цепи. Для каждого белка специфичны количество молекул аминокислот с гидрофобными радикалами и количество молекул цистеина и характер их взаимного расположения в полипептидной цепи. Взаимное расположение групп атомов, обходимое для проявления активности белка как катализатора, его гормональных функций и др. обеспечивается сохранением определённой формы молекулы. Потому стойкость макромолекул – не случайное свойство, а один из важнейших способов стабилизации организма. Биологическая активность белка может проявляться лишь когда он имеет третичную структуру, потому при замене в полипептидной цепи даже одной аминокислоты могут возникнуть изменения в конфигурации белка, а его биологическая активность снизится или же исчезнет совсем. Иногда две, три, и больше белковых молекул с третичной структурой могут объединиться в единый комплекс. Подобные образования являются четвертичной структурой белка.

 Примером такого сложного белка является гемоглобин, который состоит из четырёх субединиц и небелковой части – гема. Он способен выполнять свои функции только в такой форме. В четвертичной структуре белковые субединицы не связаны химически, однако вся структура достаточно крепкая благодаря действию слабых межмолекулярных сил.

    Под влиянием разнообразных физических и химических факторов (обработка щелочами, кислотами, спиртом, ацетоном, влияние высоких температур и давления и пр.) третичная и четвертичная структуры белка изменяются, потому что разрываются водородные и ионные связи.

    Денатурация – нарушение естественной (нативной) структуры белка. При денатурации уменьшается растворимость белков, изменяется форма и размеры молекул, теряется ферментативная активность и т.п. Процесс денатурации оборотный, то есть возвращение нормальных условий сопровождается непроизвольным обновлением естественной (природной) структуры белка. Этот процесс называют ренатурацией. В некоторых случаях денатурация белка может быть обратимой, но чаще всего этот процесс необратим. Именно разрушением структуры белков объясняется губительное действие многих ядовитых веществ. Денатурирующие факторы делятся на химические, физические и биологические. Наиболее обширны группы химических факторов (концентрированные минеральные и органические кислоты, соли тяжёлых металлов, алкалоиды, поверхностно-активные вещества и т. д.) и физических факторов (высокая температура, различные виды ионизирующего излучения – УФ-, γ-, рентгеновские лучи, потоки α- и β-частиц, ускоренных электронов, протонов, продукты деления тяжёлых ядер ит.д., лазерные излучения, действие СВЧ – полей, ультразвук, вибрация, шум и т.д.). Биологическую денатурацию осуществляют протеолитические ферменты, которые разрушают высшие уровни организации молекулы белка перед тем, как гидролизовать пептидные связи.

    Все особенности строения и функционирования белковой макромолекулы зависят от его первичной структуры.

 Функции белков в клетке:

·      Строительная (пластическая) функция белковых молекул является одной из важнейших. Они являются составным компонентом клеточных мембран и органелл. Стенки кровеносных сосудов, сухожилия, хрящи высших животных также состоят в основном из белка.

·    Двигательная функция обеспечивается особенными сократительными белками, благодаря которым осуществляются движения жгутиков и ресничек, перемещение хромосом во время деления клеток, сокращение мускулатуры, движения органов растений и т.п., пространственные изменения положения различных структур организма.

·    Транспортная функция белков обеспечивается их способностью связывать и переносить с течением крови химические соединения. Например, Белок крови гемоглобин переносит кислород из лёгких в клетки других органов и тканей (аналогичную функцию в мышцах выполняет миоглобин). Белки сыворотки крови переносят липиды и жирные кислоты, различные биологически активные вещества. Молекулы белков, входящих в состав плазматической мембраны, берут участие в транспорте веществ как в клетку, так и из неё.

·     Белки выполняют и защитную функцию. Как ответ на проникновение внутрь чужеродных веществ (антигенов – белков или высокомолекулярных полисахаридов бактерий, вирусов) в клетке вырабатываются особенные белки – иммуноглобулины (антитела), которые нейтрализуют чужеродные вещества и осуществляют иммунную защиту организма. Внешнюю защитную функцию могут выполнять также и белки, токсические для других организмов ( белок яда змей).

·    Белкам свойственна также сигнальная функция. В поверхность клеточной мембранны встроены молекулы белков, которые в ответ на действия факторов внешней среды способны к изменению свей третичной структуры. Так происходит восприятие сигналов из внешней среды и передача команд в клетку.

·    Регуляторная функция свойственна белкам-гормонам, которые влияют на обмен веществ. Гормоны поддерживают постоянную концентрацию веществ в крови, учувствуют в росте, размножении и других жизненно важных процессах.

·     Главными регуляторами биохимических процессов в организме могут быть и многочисленные белки-ферменты (каталитическая функция).

Ферменты (энзимы) – это специфические белки, присутствующие во всех организмах и выполняющие функцию биологических катализаторов. Химические реакции в живой клетке происходят при умеренной температуре нормальном давлении и в нейтральной среде. При таких условиях течение реакций синтеза или распада веществ в клетке был бы очень медленным, если бы не действие ферментов. Ферменты ускоряют реакции за счёт снижения энергии активации не изменяя их общего результата, то есть при их наличии для придания молекулам, вступающим в реакцию, реакционной способности, необходимо значительно меньше энергии. Все процессы в живом организме прямо или косвенно происходят с участием ферментов. Под действием ферментов составляющие компоненты пищи (белки, липиды, углеводы и др.) расщепляются до простейших соединений, а из них позже синтезируются новые, свойственные данному виду макромолекулы. Потому нарушение образования и активности ферментов часто становятся причиной тяжёлых заболеваний. Фермент катализирует только одну реакцию или действует лишь на один тип связи. Этим обеспечивается тонкое регулирование всех жизненно важных процессов (дыхание, пищеварение, фотосинтез и т. п.), происходящих в клетке и организме.

·    Белки являются и энергетическим материалом. При расщеплении 1 г белка до конечных продуктов выделяется 17,6 кДж энергии, необходимой для большинства жизненно важных процессов в клетке.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   Утоляем жажду, или губим организм?

Селина Екатерина, ученица 10 а класса,

МБОУ "Многопрофильная языковая гимназия №4"  г. Чита

                                            План исследований.

1. Чтобы проверить, каким напиткам отдается предпочтение, был проведен социологический опрос школьников 14-17 лет МБОУ "МЯГ № 4" г. Читы. Было опрошено 83 человека. Для опроса были предложены напитки, продаваемые в магазинах г Читы

Результаты опроса  (выбрать наиболее значимых напитка)

Употребление воды или напитков	Число школьников, отдающих предпочтение данному напитку, %
"Кока-Кола"	52
"Пепси"	75
"Спрайт"	58
"Лимонад" (Дюшес, Буратино) "Читинские ключи"	60
Холодный чай "Липтон"	48
Минеральная газированная вода	84
Минеральная  негазированная вода	16
Аква - минерале с добавлением сока (газированная)	34
Аква - минерале с добавлением сока (негазированная)	68

 

2. Мы отобрали пять напитков, для того чтобы проверить, пройдет ли денатурация белка под действием данных напитков.

Для проведения опыта приготовили раствор белка. В колбу помещаем белок 1 куриного яйца, добавляем 150 мл воды, перемешиваем. Моделируя условия живого организма, нагреваем раствор белка на водяной бане до 36 ⁰С. (приложение 1)

 Для образца провела денатурацию белка под действием  раствора сульфата меди (II). Яичный белок стал белым с примесью голубоватого цвета: от контакта сульфатом меди (II) началась денатурация (приложение 2)

Образец №1 – газированный напиток "Пепси"

Образец №2 – газированный напиток "Лимонад" (Читинские ключи)

Образец №3 – газированный напиток "Аква - минерале" с добавлением яблочного сока.

Образец №4 – газированный напиток "Спрайт"

            Образец №5 - холодный чай "Липтон"

Результаты исследования (приложение 3):

Напиток	Наличие денатурации	Количество выпавшего осадка (после отстаивания)
газированный напиток "Пепси"	Обильное помутнение	Выпал небольшой осадок
газированный напиток "Лимонад" (Читинские ключи)	Слегка заметное помутнение	Чуть заметное количество осадка
газированный напиток "Аква - минерале" с добавлением яблочного сока.	Слегка заметное помутнение	Чуть заметное количество осадка
газированный напиток "Спрайт"	Обильное помутнение	Остался хорошо заметный осадок
холодный чай "Липтон"	Хорошо заметное помутнение	Остался осадок в небольшом количестве

 

Таким образом, в изучаемых объектах, прошла денатурация белка. Белок теряет свою структуру под действием газированного напитка "Пепси", газированного напитка "Спрайт" и холодного чая "Липтон".

 

3. Проверим  рН напитков.

Вид напитка	рН
газированный напиток "Пепси"	4
газированный напиток "Лимонад" (Читинские ключи)	6
газированный напиток "Аква - минерале" с добавлением яблочного сока.	6
газированный напиток "Спрайт"	3
холодный чай "Липтон"	5

 

Все современные напитки имеют кислую реакцию. Денатурация белка может проходить не только под действием сильных, но и слабых кислот.

4. Изучим состав данных напитков и определим, какие вещества могут вызывать денатурацию белка.

Напиток безалкогольный негазированный "Холодный чай "ЛИПТОН"

На растительном сырье, пастеризованный

Состав: вода, сахар, фруктоза, экстракт заленого чая, регулятор кислотности (лимонная кислота, цитрат натрия 3-замещенный), ароматизаторы, антиокислитель, аскорбиновая кислота.

Напиток безалкогольный среднегазированный "Аква минерале"

Состав: вода, сахар, мультифруктовый концентрированный сок, регулятор кислотности (лимонная кислота), консерванты (калиевая соль сорбиновой кислоты, натриевая соль бензойной кислоты), ароматизатор, краситель (карамельный колер)

Напиток безалкогольный сильногазированный "Лимонад"

Состав: вода, сахар, регулятор кислотности (лимонная кислота), консерванты (натриевая соль бензойной кислоты), ароматизатор, краситель (карамельный колер)

Газированный безалкогольный напиток, со вкусом лайма и лимона "Спрайт"

Состав: подготовленная ​​артезианская вода, сахар, диоксид углерода, регуляторы кислотности лимонная кислота и цитрат натрия, ароматизаторы натуральные, подсластители: ацесульфам-К и сахаринат натрия.

Газированный напиток "Пепси"

Состав: питьевая вода, сахар, диоксид углерода, натуральный краситель сахарный колер, регулятор кислотности: ортофосфорная кислота, кофеин, стабилизатор гуммиарабик, натуральный ароматизатор.

Вывод. Состав напитков почти один и тот же.

 

Заключение.

В результате проведенных исследований установлено, что:

- почти все современные газированные воды и лимонады имеют кислую среду, что увеличивает денатурацию белка, тем самым нарушают функции белковой молекулы;

- напитки имеют почти одинаковый химический состав, большинство веществ получено синтетическим или искусственным путем;

- для удаления жажды полезна чистая свежая вода;

- многие проблемы со здоровьем в нашем обществе ответственна в первую очередь рекламная тактика индустрии напитков: производители пытаются привить молодежы вкус к употреблению их продукции вместо воды, необходимой молодым организмам для естественного и нормального развития;

- данный материал можно использовать при проведении классных часов, на уроках биологии, факультативных занятиях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Используемая литература.

1. Биоорганическая химия. – М., Просвещение, 1987.

2. Ланина С.Р. Кливер О.Г. Методические указания: Здоровый образ жизни. Ч 1. Вода и напитки. Мурманск: МГТУ, 2002 г

3. Лысенко И.В., Биология. 10 класс: поурочные планы по учебнику [текст]/ А. А. Каменский, Е. А. Криксунов, В.В. Пасечник /авт.-сост. И.В. Лысенко.- Волгоград: Учитель, 2009. С.153 – 157;

4. Реутов О.А., Курц А.Л., Бутин К.П. Органическая химия (часть 1). М: БИНОМ, 2012 г

5.is-it-good.info (Пищевые Е добавки)

6. ru.wikipedia.org ( Википедия)

7 http://www.klbviktoria.com/news/18-02-2011-15.html (Опасный состав напитков)

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                          Приложение 1

 

 

 

 

                                                                                                                Приложение 2.

 

 

 

                                                                                                                    Приложение 3

 

 

 

 

 

Скачано с www.znanio.ru