ПРОЕКТНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА «ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ЖЕВАТЕЛЬНЫХ РЕЗИНОК НА ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ α-АМИЛАЗЫ СЛЮНЫ»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ
МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«ОСНОВНАЯ ШКОЛА №24 ГОРОДА МАКЕЕВКИ»

ПРОЕКТНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

«ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ЖЕВАТЕЛЬНЫХ РЕЗИНОК НА ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ α-АМИЛАЗЫ СЛЮНЫ»

Автор работы: Стрельцова Дарина Андреевна,

учащаяся 9 класса МОУ «Основная школа №24

города Макеевки»

Научный руководитель: Малюта Анна Михайловна,

учитель биологи и химии

МОУ «Основная школа №24 города Макеевки»

г. Макеевка-2020

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ .................................................................................3

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ .............................................................5

1.1. Химический состав  слюны………………………………........…………….......5

1.2. Физико-химические свойства слюны……………………...………….…......6

1.3 Строение, физико-химические свойства α-амилазы слюны….....…7

1.4. Механизм действия α-амилазы слюны………………………………...........8

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ…………………….…........9

2.1. Методика исследования α-амилазы слюны…………………..............11

3. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ……..12

3.1.Определение влияния различных видов жевательных резинок на ферментативную активность α-амилазы слюны…………………………............................……12

ВЫВОДЫ……………………………………………………………………….....14

РЕКОМЕНДАЦИИ…………………………………………………………........14

ИНТЕРНЕТ РЕСУРСЫ……………………………………………………….....15

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Сегодня жевательная резинка активно выпускается пищевой промышленностью и пользуется огромной популярностью у широких слоев населения. Этому способствует ее широкий ассортимент продукции, а также повсеместная реклама. По некоторым данным, за год подростки «съедают» до трех тонн резиновой жвачки[1].

В  состав жевательной резинки входят ароматические, вкусовые добавки, антиоксиданты, стабилизаторы, формообразующие компоненты, сахарозаменители и фториды, которые очищают и освежают полость рта, а также стимулируют слюноотделение. Одним из компонентов жевательной резинки являются полисахариды, которые оказывают влияние на ферментативный гидролиз α-амилазы слюны. Согласно статистическим данным, изменения активности α-амилазы слюны приводят к заболеваниям органов пищеварения. Поэтому знание механизмов активности α-амилазы слюны поможет стоматологам скорректировать и включить назначение жевательной резинки в индивидуальный план профилактики заболеваний органов ротовой полости[2,3].

Данные литературы о влиянии жевательных резинок на активность α-амилазы слюны неоднозначны и противоречивы, что и послужило основанием для выполнения данной работы.

Анализ состояния проблемы позволил сформулировать цель исследования: определение влияния различных видов жевательных резинок на ферментативную активность α-амилазы слюны.

Для реализации поставленной цели решали следующие задачи:

проводили анализ научной литературы по проблеме исследования;

изучали химический состав  слюны  и ее физико-химические свойства;

исследовали строение, физико-химические свойства и механизм действия α-амилазы;

определяли влияния различных видов жевательных резинок на ферментативную активность α-амилазы слюны;

разработали рекомендации по целесообразному использованию жевательных резинок.

Объект исследования: жевательные резинки: «Cyclone сочный арбуз», «Trident spearmint», «Extra sweet watermelon».

Предмет исследования: определение ферментативной активности α-амилазы слюны.

Методы исследования: теоретические (анализ литературы, сравнение, синтез), экспериментальные (количественное определение ферментативной активности α-амилазы слюны по Вольгемуту), анкетирование (социологический опрос).

Гипотеза: проявлением влияния различных видов жевательных резинок на секрет слюны является повышение гиперсаливации и снижение гидролиза полисахаридов в ротовой полости.

Научная новизна результатов исследования заключается в систематизации сведений о влиянии изменений активности α-амилазы слюны при употреблении жевательных резинок на органы пищеварения и здоровье человека в целом.

Практическая значимость работы состоит в том, что полученные результаты могут с успехом применяться в разработке профилактических мероприятий при заболеваниях органов ротовой полости, а также использоваться при составлении рекомендаций по целесообразному использованию жевательных резинок.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Химический состав  слюны  

Слюна –  сложная биологическая жидкость, продуцируемая и секретируемая в полость рта околоушной, подчелюстной и подъязычной слюнными железами, а также мелкими слюнными железами  языка, дна полости рта и неба, обеспечивая гомеостаз организма (рис. 1).

Рис. 1 Строение слюнных желез

Слюна, находящаяся в ротовой полости, является смешанной. Она представляет собой вязкую, мутноватую жидкость с относительной плотностью 1,001 - 1,007, вязкость ее 1,10 - 1,32 пуаза. рН смешанной слюны 5,8 - 7,4. У взрослого человека за сутки образуется 0,5-2 л слюны. Обеспечивает смазку органов и тканей рта, увлажняет сухую пищу, участвует в пищеварительном процессе, осуществляет трофическую и защитную функции[4].

1.2. Физико-химические свойства слюны

Слюна (лат. saliva)  состоит из неорганических веществ (98-99%), а также из органических веществ (1-2%) (рис. 2).

Рис. 2 Химический состав слюны

К неорганическим веществам относятся вода и минеральные соли (соли натрия, калия, кальция, фосфаты, карбонаты, хлориды и фториды (табл. 1).

Таблица 1

Минеральные компоненты слюны

К органическим веществам относятся белки (альбумины, глобулины, иммуно-глобулины, муцин) (табл. 2), азотсодержащие соединения (мочевина, аммиак), ферменты (амилаза, мальтаза, протеаза, липаза, фосфотаза), бактерицидное вещество (лизоцим).

Таблица 2

Белки слюны (по Тарасенко Л.М., Непорада К.С., 2008)

Белковое слизистое вещество муцин склеивает отдельные частицы пищи и формирует пищевой комок. Основными ферментами слюны являются амилаза и мальтаза, которые действуют только в слабощелочной среде. Амилаза расщепляет полисахариды (крахмал, гликоген) до мальтозы (дисахарида). Мальтаза действует на мальтозу и расщепляет ее до глюкозы. В слюне содержится белковое вещество лизоцим (мурамидаза), обладающее бактерицидным действием. К буферным системам слюны, участвующим в регуляции кислотно-основного равновесия, относят бикарбонатный (80%), фосфатный и белковый буферы[5].

1.3 Строение, физико-химические свойства α-амилазы слюны

α-Амилаза (1,4-α-D-глюкан-глюканогидролаза) представляет собой полипептидную цепь, которая активизируется ионами Cl- и  содержит в своих  активных центрах ионы Са2+, необходимые для ферментативной  активности (рис. 3).

Рис. 3 Структура амилазы слюнных желез. Катион  кальция показан желтым цветом, анион  хлора — зеленым.

α-Амилаза хорошо растворяются в воде или в сильно разбавленных растворах солей и растворах этилового спирта. Белок амилаз обладает слабокислыми свойствами; изоэлектрическая точка ферментов колеблется в пределах рН 4,2 - 5,7. Молекулярная масса солодовой амилазы 60000, амилаз микроскопических грибов - 45000-50000[6]. 

1.4. Механизм действия α-амилазы слюны

Фермент α-амилаза обладают очень высокой специфичностью. Эта специфичность обусловлена особой формой молекулы фермента, точно соответствующей форме молекулы субстрата. Взаимодействие субстрата (S) (крахмала) c ферментом (F) (α-амилаза) впервые изучил немецкий ученый Эмиль Фишер. Он высказал гипотезу (1880), согласно которой субстрат подходит активному центру фермента как «ключ к замку» (рис. 4).

Рис. 4 Специфичность действия ферментов

В составе ферментов выделяют области: активный и аллостерический центры, выполняющие различную функцию.

Активный центр представляет собой комбинацию аминокислотных остатков (12-16 остатков), обеспечивая катализ через непосредственное связывание с молекулой субстрата.

В активном центре выделяют 2 участка:

якорный - отвечает за связывание и ориентацию субстрата в активном центре;

каталитический - непосредственно отвечает за осуществление реакции, катализ.

Аллостерический центр – регуляторный центр фермента, который взаимодействует с эффекторами (например, хлор) (рис. 5)[7].

Рис. 5 Схема каталитического действия фермента
с образованием фермент-субстратного комплекса

Фермент α-амилаза относится к эндоамилазам. Оптимум действия амилазы слюны при рН 6,8 – 7,0.  Действует на -1,4 -гликозидные связи, расщепляют крахмал амилозу внутри ее цепи, в результате чего с большой скоростью образуются низкомолекулярные продукты гидролиза - нормальные декстрины. Их дальнейший гидролиз дает мальтозу, мальтотриозу и глюкозу[8].

Схема гидролиза крахмала α-амилазой слюны :

(С6Н10О5)n крахмал (С6Н10О5)m амилодекстрины (С6Н10О5)k эритродекстрины (С6Н10О5)l ахродекстрины

(С6Н10О5)x мальтодекстрины С12Н22О22 мальтоза.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для решения поставленных задач был проведен социологический опрос с помощью анкеты. В ходе социологического исследования было опрошено 110 респондентов. Респондентам был задан вопрос: «Какую жевательную резинку вы предпочитаете?». Ответы на вопрос распределились следующим образом (табл. 3).

Таблица 3

Распределения ответов на вопрос: «Какую жевательную резинку вы предпочитаете?»

Выбор был сделан на следующих видах жевательной резинки: «Cyclone сочный арбуз», «Trident spearmint», «Extra sweet watermelon», которые оказались наиболее предпочитаемые респондентами.

Для определения влияния различных видов жевательных резинок на ферментативную активность α-амилазы слюны применяли метод количественного определения активности α-амилазы слюны по Вольгемуту. Принцип метода  Вольгемута основан на определении наибольшего разведения слюны, в котором полностью расщепляется добавленный крахмал через промежуточные продукты распада (декстрины) до мальтозы.

Амилазная активность слюны выражается количеством 0,1% раствора крахмала в мл, которое может расщепляться 1 мл слюны при температуре 37ºC в течении 30 мин.

В норме амилазная активность слюны составляет 160-320 единиц[9].

2.1. Методика исследования α-амилазы слюны

В 10 пронумерованных пробирок наливают по 1 мл воды. В первую пробирку вносят
1 мл раствора слюны и перемешивают путем трехкратного втягивания и выпускания жидкости из пипетки. Затем 1 мл жидкости из первой пробирки переносят во вторую пробирку, перемешивая содержимое, как указано выше. 1 мл жидкости из второй пробирки переносят в третью и т. д. Из десятой пробирки после перемешивания 1 мл жидкости удаляют.

Во все пробирки, начиная с десятой, добавляют по 2 мл 0,1 % раствора крахмала, содержимое перемешивают. Пробирки помещают в термостат при 37 °С на 30 минут.

Через 30 минут пробирки охлаждают под краном и добавляют в каждую по 1 капле раствора йода. Наблюдают окрашивание жидкости. При полном расщеплении крахмала амилазой  жидкость в пробирке будет бесцветной или слабо желтоватой, если расщепления не произошло — жидкость окрашена в синий цвет. В промежуточных пробирках наблюдается гамма переходных оттенков цвета — от синевато-фиолетового до буровато-красного. Чем больше концентрация фермента, тем выше скорость химической реакции и более эффективно осуществляется гидролиз. Полученные данные заносят в таблицу[9].

3. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

3.1.Определение влияния различных видов жевательных резинок на ферментативную активность α-амилазы слюны

В результате определения ферментативной активности α-амилазы слюны по Вольгемуту были получены следующие результаты (табл. 4).

Таблица 4

Определение ферментативной активности α-амилазы слюны по Вольгемуту

*Примечание: С-синий, СФ – сине-фиолетовый, БК – буро-красный, Ж – желтый.

Ферментативная активность α-амилазы слюны без жевательных резинок составила: А37°/30' =320 единиц.

Ферментативная активность α-амилазы слюны с жевательной резинкой «Trident spearmint» составила: А37°/30'=320 единиц, с жевательной резинкой «Extra sweet watermelon»: А37°/30'=1280 единиц, с жевательной резинкой «Cyclone сочный арбуз»: А37°/30'=640 единиц.

Динамика ферментативной активности α-амилазы слюны в зависимости от различных видов жевательных резинок (диаграмма 1).

Диаграмма 1

ВЫВОДЫ

На основании эмпирических данных исследования можно сделать выводы:

слюна представляет собой смешенную жидкость, которая состоит из неорганических веществ (98-99%) и органических веществ (1-2%). Ферменты, как органические вещества слюны, обеспечивают гидролиз полисахаридов;

проведенный количественный анализ определения активности α-амилазы слюны по Вольгемуту позволил установить, что высокая ферментативная активность α-амилазы слюны отмечена в жевательных резинках «Extra sweet watermelon» (А37°/30'=1280 единиц) и «Cyclone сочный арбуз» (А37°/30'=640 единиц). В жевательной резинке «Trident spearmint» (А37°/30'=320 единиц) активность α-амилазы слюны в пределах нормы;

некоторые виды жевательных резинок значительно повышают активность α-амилазы слюны, тем самым повышая эффективность гидролиза полисахаридов.

РЕКОМЕНДАЦИИ

Рекомендации по целесообразному использованию жевательной резинки:

исследуйте качественные характеристики, покупая жевательную резинку;

используйте жевательные резинки с сахарозаменителями;

повышение активности ферментов, обусловленных использованием жевательных резинок, может оказывать влияние на заболевания органов желудочно-кишечного тракта. 

ИНТЕРНЕТ РЕСУРСЫ

Жевательная резинка - польза или вред? [Электронный ресурс] — Режим доступа.- URL: http://sch199.minsk.edu.by/ru/main.aspx?guid=128971, (дата обращения 01.12.2020).

Химический состав жевательной резинки [Электронный ресурс] — Режим доступа.- URL: https://prodobavki.com/articles/himicheskiy_sostav_gevatelnoy_rezinki_4512.html , (дата обращения 01.12.2020).

Дилекова Д.Р. Активности амилазы слюны и заболевания органов пищеварения? [Электронный ресурс] — Режим доступа.- URL: https://school-science.ru/4/13/312, (дата обращения 03.12.2020).

Слюна. Слюноотделение. Количество слюны. Состав слюны. Первичный секрет [Электронный ресурс] — Режим доступа.- URL: https://meduniver.com/Medical/Physiology/116.html, (дата обращения 03.12.2020).

Биохимия ротовой жидкости в норме и при патологии. Учебно-методическое пособие для самостоятельной работы студентов по специальности «Стоматология» //ФГБОУ ВО РНИМУ имени Н.И. Пирогова Минздрава России. – М.: Издательство ИКАР. – 2017. – 64 с.: илл.

Специфичность амилазы [Электронный ресурс] — Режим доступа.- URL: https://www.kazedu.kz/referat/185426/2, (дата обращения 05.12.2020).

Активный центр ферментов [Электронный ресурс] — Режим доступа.- URL: https://xumuk.ru/biologhim/045.html, (дата обращения 05.12.2020).

Специфичность фермента амилазы [Электронный ресурс] — Режим доступа.- URL: http://www.refsru.com/referat-13704-4.html, (дата обращения 05.12.2020).

Гидролиз крахмала α-амилазой слюны [Электронный ресурс] — Режим доступа.- URL: https://topuch.ru/uchebnoe-posobie-dlya-inostrannih-studentov-universitetov-obuc/index10.html, (дата обращения 05.12.2020).