"Биологическая функция белков"

«МОУ «Гавриловская средняя школа»

ПРОЕКТ

на тему «Биологическая функция белков»

ученицы 9 класса

Бобыкиной Татьяны Александровны

Руководитель проекта: Кириллова Людмила Михайловна, учитель химии

Гавриловка

2019г.

Оглавление

1.Введение………………………………………………………………….3

1.1.Актуальность…………………………………………………………...3

1.2.Тема проекта……………………………………………………………3

1.3.Цель и задачи проекта………………………………………………….3

1.4.Этапы исследования……………………………………………………4

2.Основная часть………………………………………………………….5

2.1 Исторические сведения………………………………………………...5

2.2 .Белки и их классификация…………………………………………….5

2.3 .Строение и структура белков…………………………………………6

2.4.Функции белков ………………………………………………………..7

2.5 .Исследование ……………………………………………………….....9

2.6. Результаты исследования……………………………………………11

3.Заключение……………………………………………………………..11

4.Литература……………………………………………………………...12

1.Введение

1.1Актуальность

Белки играют важнейшую роль из всех органических веществ, входящих в живую клетку. На долю белков в животных клетках приходится около 40- 50%, а в клетках растений – 20-35% их сухой массы.

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 лежат в основе структуры любого организма и всех протекающих в нем жизненных реакций. Любые нарушения этих белков приводят к изменению самочувствия и нашего здоровья. Необходимость изучения строения, свойств и видов белков кроется в многообразии их функций.

С белками связано возникновение самой жизни на Земле.

Как говорил немецкий философ Ф. Энгельс: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней средой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и сама жизнь, что приводит к разложению белка». Данное определение Ф.Энгельса до сих пор, по прошествии полутора веков, не потеряло своей правильности и актуальности.

Биохимический синтез белка в промышленных целях однозначно важен для человечества, это позволяет создавать искусственные препараты, продукты питания и средства индивидуальной защиты.

Тема биологической роли белков заинтересовала меня давно, я считаю её достаточно актуальной.

1.2.Тема проекта

«Биологическая функция белков»

1.3. Цель и задачи проекта

Цель: Выяснить роль белков в органическом мире, в жизни человека.

Задачи:

1. Изучить состав и строение белков.

2. Определить функции белков как основы жизнедеятельности

организма на Земле.

3.Опытным путем провести исследование наличия белков в колбасных изделий, реализуемых в торговых точках нашего населенного пункта.

4.Расширить сведения сверстников о белках и их роли в нашей жизни.

Объект наблюдения: белки как биохимические комплексы.

Предмет наблюдения: история исследований белков, их структура, свойства, функции, значение в исследованиях и практической жизнедеятельности человека.

Методы исследований: теоретический анализ и синтез исследуемого материала, логический метод, метод наблюдения, сравнительный метод, метод изучения источников информации (научная литература, ресурсы Интернета)

1.4.Этапы исследования

Сначала я продумала этапы своего проекта и структуру, информацию искала в интернете, биологической, химической и медицинской литературе, сделала опыт.

2. Основная часть

2.1 Исторические сведения

Свое название белки получили от яичного белка, который с незапамятных времен использовался человеком как составная часть пищи. Согласно описаниям Плиния Старшего, уже в Древнем Риме яичный белок применялся и как лечебное средство. Однако подлинная история белковых веществ начинается тогда, когда появляются первые сведения о свойствах белков как химических соединений (свертываемость при нагревании, разложение кислотами и крепкими щелочами)

Впервые термин белковый (albumineise) применительно ко всем жидкостям животного организма использовал французский физиолог Ф. Кене в 1747 г., и именно в таком толковании термин вошел в 1751 г. в «Энциклопедию» Д. Дидро и Ж. Д'Аламбера.С этого периода исследования, связанные с получением белков, приобретают систематический характер.

Белок (протеины) – protos – предшествующий всему, первичный, определяющий всё остальное.Белки – это высокомолекулярные азотсодержащие органические вещества, состоящие из аминокислот, соединённых в цепи с помощью пептидных связей и имеющих сложную структурную организацию.

Отличительные признаки: содержат азота больше, чем другие вещества (16%). Так, 1г азота содержится в 6,25г белка; состоят из альфа-аминокислот L-ряда; наличие пептидных связей; большая молекулярная масса (от 4-5 тыс. дальтон до нескольких млн.); имеют сложную структурную организацию; белки составляют 25% сырой ткани и 45-50% сухой ткани.

2.2 Белки и их классификация

Из-за относительно больших размеров белковых молекул, сложности их строения и отсутствия достаточно точных данных о структуре большинства белков еще нет рациональной химической классификации белков. Существующая классификация в значительной мере условна и построена главным образом на основании физико-химических свойств белков, источников их получения, биологической активности и других, нередко случайных, признаков.

Есть простые белки (протеины). Состоят только из остатков аминокислот.По пространственному строению и по растворимости простые белки разделяют на: глобулярные: альбумины, гистоны, глобулины, протамин и фибриллярные белки растворимые: актин, миозин, фибриноген; нерастворимые: кератины, эластины, коллаген.   И есть сложные белки (протеиды). Они кроме полипептидных цепей, содержат в своем составе небелковую часть. К белку небелковая часть присоединяется при помощи ковалентных связей. Небелковая часть сложных белков может быть представлена как ионами металлов, так и какими-либо органическими молекулами, имеющими высокую или низкую молекулярную массу. Небелковая часть носит название простетической группы. Эта группа может быть представлена веществами разной природы: нуклеопротеидами, мукопротеидами,фосфопротеидами, металлопротеидами

По источнику получения белки подразделяют на животные, растительные и бактериальные; на белки мышечные, нервной ткани, кровяной сыворотки и т.п.

2.3 Строение и структура белков

Выделяют четыре уровня структуры белка:

1)Первичная структура белка представляет собой последовательность расположения аминокислотных остатков в полипептидной цепи, которая образует молекулу белка. Аминокислоты соединяются между собой: ковалентной, пептидной связью. В состав белков может входить 20 различных аминокислот. Их чередование в полипептидной цепи дает возможность получать большое количество разных белков.

2)Вторичная структура  представляет собой упорядоченное свертывание полипептидной цепи в спираль. Витки спирали удерживаются водородными связями, возникающими между карбоксильными группами и аминогруппами, которые расположены на соседних витках. Водородные связи слабее пептидных, но, повторяясь многократно, придают данной конфигурации устойчивость. На уровне вторичной структуры существуют белки: фиброин –это шелк, паутина; кератин – это ногти, волосы; коллаген – это сухожилия ;

3)Третичная структура белка представляет собой трехмерное образование шаровидной формы-глобулу. Она стабилизируется: водородными связями; ионными связями; ковалентными дисульфидными связями, образующимися между атомами серы, которые входят в состав аминокислоты цистеин; Важную роль в образовании третичной структуры играют гидрофобные взаимодействия. При этом белок свертывается следующим образом: его гидрофобные боковые цепи скрыты внутри молекулы (защищены от соприкосновения с водой), гидрофильные боковые цепи, наоборот, выставлены наружу. На уровне третичной структуры существуют:антитела, ферменты,некоторые гормоны.

4)Четвертичная структура  образуетсяу сложных белков, молекулы которых образованы двумя и более глобулами. Субъединицы удерживаются в молекуле благодаря: ионным связям; водородным связям; гидрофобным и электростатическим взаимодействиям. Иногда могут возникать дисульфидные связи. Примером белка, имеющим четвертичную структуру, является гемоглобин. Его молекула состоит из четырех субъединиц: двумя α-субъединицами (141 аминокислотный остаток) и двумя β-субъединицами (146 аминокислотных остатков). С каждой субъединицей связана молекула гема, содержащая железо. Именно в такой структуре гемоглобин способен выполнять свою транспортную функцию.

2.4 Функции белков в организме

По функциональному принципу белков выделяют: ферменты; белки-регуляторы активности генома; белки – гормоны; защитные белки; антитела; транспортные белки; белки – ингибиторы ферментов; рецепторные белки; мембранне белки; сократительные белки; таксические белки; белки вирусной оболочки.

Белки выполняют чрезвычайно важные и многообразные функции в организме.

1.Структурная. Одна из основных функций белков. Белки входят в состав клеточных мембран, формируют вещество соединительной ткани – коллаген, эластин, кератин. Так белок кератин образует волосы и ногти, а белки коллаген и эластин – хрящи и сухожилия.

2.Сократительная.  Обеспечивается сократительными белками – актином, миозином, тубулином. Функция этих белков заключается в изменении формы клетки, движения самой клетки или ее органелл.

3.Транспортная. Белки обеспечивают активный транспорт ионов через клеточные мембраны, транспорт кислорода и углекислого газа. Например:глобулины крови транспортирую металлы и гормоны;гемоглобин крови осуществляет транспорт кислорода и углекислого газа.

4.Защитная. Еёвыполняютиммуноглобулиныилиантитела крови. Они обеспечивают иммунную защиту организма, так как обладают способностью распознавать чужеродные клетки (бактерии или вирусы,а также чужеродные для организма белки) и прочно связываться с ними.

5. Сигнальная. Белки осуществляют прием сигналов из внешней среды и передают его в клетку за счет изменения третичной структуры встроенных в мембрану белков в ответ на действие факторов внешней среды

6.Энергетическая. Белки являются одним из источников энергии в клетке. При полном расщеплении 1г белка до конечных продуктов выделяется 17,6 кДж энергии. Но в качестве источника энергии белки используются очень редко.

7.Регуляторная. Обеспечивается белками-гормонами, которые оказывают влияние на обмен веществ, т. е. обеспечивают гомеостаз. Кроме того, они регулируют размножение, рост, развитие и другие жизненно важные процессы. Например, гормон поджелудочной железы инсулин регулирует уровень глюкозы в крови;

8.Резервная функция. Резервные белки накапливаются в запас для питания развивающихся организмов. Например, альбумин (яйца) накапливает воду, казеин находится в молоке, белки семян – источник питания для зародыша.

9.Каталитическая (ферментативная). Самая важная функция белков в организме. Белки—двигатели всех химических реакций, слаженно и последовательно протекающих в организме. Главное свойство ферментов - ускорять химические реакции в организме, не под­вергаясь при этом никаким изменениям.

Вывод: Таким образом, ффункции белков в организме разнообразны. Они зависят от состава, сложности строения и происхождения белков.

2.5. Исследовательская часть

Белки поступают в организм человека и животных с различными пищевыми продуктами, в которых содержание белка колеблется в широких пределах. Основными источниками белков для человека являются: мясо, яйца, рыба, фасоль, горох и бобы. В отличие от углеводов и жиров в организме не происходит накапливания и запасания белков.

Приведем таблицу, дающую представление о содержании белка в некоторых продуктах питания.

Таблица 1

Содержание белка в некоторых продуктах питания

Белки необходимо получать с пищей, поэтому я решила выяснить, а есть ли белок в продукте любимом всеми – колбасе. Обнаружив его, мы можем быть уверены, что в сырье для его изготовления использовался материал животного происхождении.

Качественные реакции на белки

Цветные реакции применяются для установления белковой природы веществ, идентификации белков и определение их аминокислотного состава в различных биологических жидкостях. В клинической лабораторной практике эти методы используются для определения количества белка в плазме крови, аминокислот в моче и крови, для выявления наследственных и приобретенных патологий обмена у новорожденных.

Ксантопротеиновая реакция

Цветная качественная реакция на белки. Для ее осуществления к раствору белка прибавляют концентрированную HNO3 до тех пор, пока не прекратится образование осадка, который при нагревании окрашивается в желтый цвет. При добавлении к охлажденной жидкости избытка щелочи появляется оранжевое окрашивание.

Биуретовая реакция

Цветная реакция (появление фиолетового окрашивания), которую дают при взаимодействии с сульфатом меди в щелочной среде органические вещества, имеющие в молекуле группировку —СО—NH—. Широко используется для качественного и количественного определения белков.

Я проводила свои исследования при помощи Биуретовой реакция. Список необходимых веществ: медный купорос, гидроксид натрия, колбаса.

Опыт 1:Сначала я решила исследовать на наличие белка более дешевый образец (стоимость – 275 руб.): вареная колбаса «Молочная Стародворская» «Вязанка». Изготовитель: ЗАО «Стародворские колбасы», г. Владимир. Состав: свинина, масо птицы, говидина, вода, мясо ципленка-бройлера механической обвалки и т.д. (добавки). Пищевая ценность: белки – 10,0г., жиры – 14,0г. ТУ 9213-003-14709788-08

1)Взяла небольшой кусочек колбасы, хорошо растерла его в пальцах и протолкнула на дно чистой пробирки при помощи стеклянной палочки для размешивания. Продукт должен заполнить примерно 1 сантиметр пробирки.

2)Залила пробирку на треть горячей водой. Добавила в неё 2 гр.гидроксида натрия и перемешала.

3) Добавила 1 гр. медного купороса. Два-три раза перевернула закрытую пробкой пробирку вверх- вниз,немного подождала.

Вывод: интенсивность сине-фиолетового окрашивания очень слабая.

Опыт 2: Все те же самые действия я провела с дорогим образцом (стоимость – 365 рубл.): вареная колбаса «Докторская Стародворская» «Стародворье». Изготовитель: ЗАО «Стародворские колбасы», г. Владимир. Состав: мясо птицы, свинина, говядина, вода, белковый стабилизатор и т.д. Пищевая ценность: белки -11,0 г., жиры – 12г.ТУ 9213-003-14709788-08.

Вывод: интенсивность сине-фиолетового окрашивания выше.

Опыт 3 (контрольный): для сравнения и точности выводов, я провела аналогичный опыт с яичным белком.

Вывод: наблюдается яркое сине-фиолетового окрашивание.

Общий вывод: белки были обнаружены в обоих образцах колбасных изделий. Сравнение результатов опытов позволяет утверждать, что содержание белка в колбасах незначительно. На это указывает интенсивность сине-фиолетового окрашивания. Но более дорогой образец показал большее содержание белка.

Ели не проводить качественную реакцию на белок, то информацию о наличие белка в продукте можно взять из этикетки с составом.

2.6. Результаты исследования.

По количеству белка лидером является животная пища. Продукты питания животного происхождения должны быть изготовлены из натурального сырья с минимальным количеством добавок. Мой опыт показал, что дешевое не значит качественное. Производитель данных образцов колбасы честно заявляет о составе продукта (в более дешёвом - белка меньше)

Но возможно ли отказаться от растительных белка и есть мясо вместо каш?

Животные и растительные белки усваиваются организмом неодинаково. Если белки молока, молочных продуктов, яиц усваиваются на 96%, мяса и рыбы – на 93–95%, то белки хлеба – на 62–86%, овощей – на 80%, картофеля и некоторых бобовых – на 70%. Однако смесь этих продуктов биологически болееполноценная. 

Важное значение имеет также кулинарная обработка продуктов. При умеренном нагревании пищевых продуктов, особенно растительного происхождения, усвояемость белков несколько возрастает. При интенсивной тепловой обработке усвояемость снижается. 

3. Заключение

В ходе написания работы я убедилась в том, что белки играют важней­шую роль в жизнедеятельности всех организмов. При пищеварении белковые молекулы перевариваются до аминокислот, которые, будучи хорошо растворимы в водной среде, проникают в кровь и поступают во все ткани и клетки организма. Здесь наи­большая часть аминокислот расходуется на синтез белков различ­ных органов и тканей, часть — на синтез гормонов, ферментов и других биологически важных веществ, а остальные служат как энергетический материал. Около 30% всех белков человеческого тела находится в мышцах, около 20% - в костях и сухожилиях и около 10% - в коже. Их синтез идёт непрерывно.

Таким образом, белки — важнейшие компоненты пищи человека и корма животных. Совокупность протекающих химический превращений белков зани­мает ведущее место в обмене веществ орга­низмов. Скорость обновления белков у живых организмов зависит от содержания белков в пище, а также его биологической ценности, которая определяется наличием и соотношением незаменимых аминокислот.

Белки растений беднее белков животного происхождения по содержа­нию незаменимых аминокислот, особен­но лизина, метионина, триптофана.

Таким образом, белковый обмен координирует, регулирует процессы обмена веществ в организме. Любые отклонения от нормального физиологического состояния организма отражаются на белковом обмене. Поэтому нужно правильно сбалансировано питаться и следить за своим здоровьем.

4. Литература

Биохимические основы жизнедеятельности человека: А. С. Коничев, Н. М. Кутузова, Г. А. Севастьянова, Ю. Б. Филиппо — Санкт-Петербург, Владос, 2015 г.- 408 с.

Габриелян О.С., Остроумов И.Т. «Настольная книга учителя химии-10». М.: «Дрофа» 2014 год.

Мак-Мюррей У. Обмен веществ у человека / Под ред. Н.Е. Беляевой. – М.: Мир, 2014. – 366 с.

Наумов С.П. Белки и их свойства / Наумов С.П. – М.: Академический проект, 2015. – 298с.

Нестурх М.Ф. Методы химии белков / Нестурх М.Ф. – М.: Высшая школа, 2016. – 422с.

Огнев С.И. Аминокислоты, пептиды и белки / Огнев С.И. – М.: Высшая школа, 2015. – 365с.

Робертис Э. Строение и свойства белков / Робертис Э., Новинский В., Саза Ф. – М.: Мир, 2015. – 305с.

Родман Л.С. Исследование белков / Родман Л.С. – М.: Колос, 2016. – 340с.

Служинская З.А. Функции белков в организме / Служинская З.А., Калынюк П.П. – Львов, 2014. – 278с.

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B5%D0%BB%D0%BA%D0%B8#Функции_белков_в_организме

Индивидуальный план выполнения проекта