Работа на республиканский этап научно-практической конференции школьников «Шаг в будущее» по теме: «Белки в тувинских национальных молочных продуктах»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И МОЛОДЕЖНОЙ ПОЛИТИКИ

РЕСПУБЛИКИ ТЫВА

Работа на республиканский  этап  научно-практической конференции школьников

«Шаг в будущее»

по теме: «Белки в тувинских национальных молочных продуктах»

                                                                   Выполнила: ученик 10 класса

МБОУ СОШ №2 г.Ак-Довурака

Монгуш Алдын-Херел Сергеевич

Научный руководитель: учитель

биологии МБОУ СОШ №2 г.Ак-Довурака ,

Кужугет Нелля Николаевна.

.

Содержание

Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……3стр

Глава I. Литературный обзор

I.1. Белки. Состав и строение белков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …….4стр

I.2. Функции белков . . . . . . . . ………………………………………6стр

I.3. белки в составе пищи . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …..9стр

1.4. Молоко как источник белков…………………………….. . ….10стр

1.5. тувинские национальные молочные блюда…………………..11стр

Глава II. Экспериментальная часть. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………14стр

II.1. Материалы и методы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……….14стр  

II.2. Методика определения содержания белков

в молочных продуктах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……….. …15стр

Результаты и обсуждение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……..16стр

Выводы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …….17стр

Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……..16стр

Введение.

Актуальность.

В настоящее время очень много учащихся питаются неправильно. Особенно учащиеся 1 смены приходят не позавтракав. Не соблюдается режим питания. Также суточная норма органических и минеральных веществ, витаминов в рационе питания учащихся не соответствует норме. Все это сказывается на здоровье. Поэтому очень важно уметь планировать меню согласно полу, возрасту, виду деятельности человека, уметь находить и знать содержание различных веществ в пище.

Объект исследования.

Тувинские национальные молочные продукты

Предмет исследования.

Белки.

Цель.

Изучение содержания белков в тувинских национальных молочных продуктах.

Задачи:

1.Изучение перечня тувинских национальных молочных  продуктов.

2. Определение содержания белков в молочных  продуктах тувинцев.

Практическая значимость.

Белки особенно необходимы для развивающегося организма. Организм не может синтезировать их из жиров, например, или  углеводов. В организме белки расщепляются  на аминокислоты, из которых затем составляются собственные белки. Знания о содержании белков в продуктах питания дают возможность правильно составлять режим питания детей, и сохранение их здоровья. Тувинские национальные молочные продукты являются легко усваиваемыми и богатыми белками. Употребление таких продуктов полезно для здоровья и поэтому наш организм легко адаптируется к суровому климату Тывы.

Глава 1. Литературный обзор.

1. Белки. Состав и строение белков.

Белки (полипептиды) - биополимеры, построенные из остатков
-аминокислот, соединенных пептидными (амидными) связями.

Формально образование белковой макромолекулы можно представить как реакцию поликонденсации -аминокислот :

При взаимодействии двух молекул -аминокислот происходит реакция между аминогруппой одной молекулы и карбоксильной группы - другой. Это приводит к образованию дипептида

Из трех молекул -аминокислот (глицин+аланин+глицин) образуется трипептид:

H2N-CH2CO-NH-CH(CH3)-CO-NH-CH2COOH

Аналогично происходит образование тетра-, пента- и полипептидов.

 В состав всех  белков входят атомы водорода, кислорода, азота; во многие белки входят еще атомы серы, а в некоторые - атомы металлов железа, цинка, меди. Белки составляют 10-20% от сырой массы и 50-80% от сухой массы клетки. Молекулярные массы различных белков (полипептидов) составляют от 10 000 до нескольких миллионов. Макромолекулы белков имеют стеререгулярное строение, исключительно важное для проявления ими определенных биологических свойств.
Несмотря на многочисленность белков, в их состав входят остатки лишь 22 -аминокислот.  

Выделяют 4 уровня структурной организации белков.

Первичная структура - определенная последовательность -аминокислотных остатков в полипептидной цепи.

Вторичная структура - конформация полипептидной цепи, закрепленная множеством водородных связей между группами N-H и С=О. Одна из моделей вторичной структуры - -спираль.

Третичная структура - форма закрученной спирали в пространстве, образованная главным образом за счет дисульфидных мостиков -S-S-, водородных связей, гидрофобных и ионных взаимодействий.

 Четвертичная структура - агрегаты нескольких белковых макромолекул (белковые комплексы), образованные за счет взаимодействия разных полипептидных цепей. ^[1]

2. Функции белков.

Разнообразные функции белков определяются -аминокислотным составом и строением их высокоорганизованных макромолекул.

Функции белков в природе универсальны:

• каталитические (ферменты);
• регуляторные (гормоны);
• структурные (кератин шерсти, фиброин шелка, коллаген);
• двигательные (актин, миозин);
• транспортные (гемоглобин);
• запасные (казеин, яичный альбумин)
• защитные (иммуноглобулины) и т.д.

1. Каталитическая. Подавляющая масса биологических катализаторов по своей химической природе являются белками.

Белки- ферменты катализируют протекание в организме химических реакций. Эти реакции, в силу энергетических причин, сами по себе либо вообще не протекают в организме, либо протекают слишком медленно.

В пространственной организации ферменты состоят из нескольких доменов и обычно обладают четвертичной структурой, т.е состоят из нескольких цепей. Кроме того, ферменты могут иметь в своем составе и небелковые компоненты. Белковая часть носит название апофермент, а небелковая- кофактор или кофермент (коэнзим). Апофермент и кофермент вместе составляют единый каталитически активный комплекс- голофермент.  

Предшественниками многих коферментов являются витамины. Так, пантотеновая кислота – предшественник коэнзима А, играющие  важную роль в метаболизме; никотиновая кислота ( не путать с никотином, содержащимся в табаке) – предшественник НАД и НАДФ, участвующих в окислительно- восстановительных реакциях и.т.д.

    В молекуле фермента  имеется так называемый  активный центр, в котором, собственно, и протекает  реакция  превращения  субстрата. Он состоит из двух  участков – сорбционного и каталитического. Первый отвечает за связывание фермента с молекулой  субстрата, а второй – за протекание  собственно акта катализа. Сорбционный участок обычно образован неполярными  и несколькими  заряженными  аминокислотами, а каталитический – полярными и зараженными. Активный центр чаще всего  располагается на границе двух доменов.

    Некоторые ферменты, помимо активного центра, имеют один или несколько регуляторных (аллостерических) центров. С этим участками могут связываться молекулы, регулирующие активность фермента. Они носят название модуляторы. В качестве примера  можно привести  цАМФ, остаток  неорганического фосфата.

   Регуляция  активности  ферментов  может  осуществляться  различными способами. Например, при помощи ковалентной модификации; в результате  аллостерического взаимодействия ; путем компартментации ферментов и объединения их в комплексы и.т.д.  Кроме того, ряд ферментов синтезируются в виде неактивных предшественников, активация  которых требует определенных условий среды или наличия того или иного вещества.

     Строительная .  белки участвуют в образовании всех клеточных мембран и органоидов клетки,  а также внеклеточных структур^[2]. Количество белка в мембранах составляет более полвины массы. Это различные по составу белки которые могут быть разделены электрофорезом или другими методами. Белки мембран трудновыделимы потому, что при нейтральных значениях рН они нерастворимы в воде. Их молекулярные массы колеблются в пределах от 23000-60000 . из большого разнообразия структурных белков приведем несколько примеров: кератины являются структурными компонентами кожи, перьев, копыт. Коллаген входит в состав соединительной ткани и составляет основу сухожилия, хрящей и фибриона- обязательный компонент шелка. Эластин входит в структуры эластичных соединительных тканей- связок^[3].    Транспортная. Ряд белков крови способны присоединять и переносить различные вещества. Альбумин транспортирует жирные кислоты, альфа- бета – глобулины переносят ионы металлов (Си, Fe) и гормоны. Гемоглобин переносит кислород. Транспортную функцию осуществляет белки – переносчики плазматических мембран.

   Регуляторная. Многие гормоны являются веществами белковой природы, например: инсулин, глюкагон (антагонист инсулина), аденокоритикотропный гормон (АКТГ) и некоторые другие.

   Защитные. Ее выполнять иммуноглобины крови, являющиеся антителами, фибрин и тромбин, участвующие в свертывании крови и останавливающие  кровотечение. Сюда же можно отнести  группу антиоксидантных ферментов (супероксиддимуттазу – СОД, каталазу), которые препятствуют развитию свободнорадикальных процессов, чрезвычайно вредных для организма.

     Сократительная. Благодаря  движению относительно друг друга  нитей белков актина и миозина осуществляется сокращение мышц.

    Рецепторная. Некоторые белки, встроенные в клеточную мембрану, образуют рецепторы, которые «воспринимают информацию» от молекул гормонов.

   Кроме перечисленных, белки выполняет еще множество  других функций.

3. Белки в составе пищи.

Жизнь без пищи невозможна. Именно пища является одним из связующих звеньев организма с природой. Суточная потребность в белке зависит от пола, возраста, образа жизни человека.

Организму требуется определенное количество белков (80-100%, углеводов 400-500г), жиров (80-100г) в сутки, причем дело не только в количестве, но и в их соотношении^[4]. Например:

Таблица1.^[5]

Дефицит пищевого белка отрицательно сказывается на жизнедеятельности организма. Прежде всего нарушается азотный баланс, когда распад белка превалирует над его синтезом. Организм испытывая недостаток белка, начинает питаться собственными тканями. Для того чтобы этого не произошло, необходимо вводить в организм необходимое количество белка с пищей.

Основным источником биологически полноценного белка служит животная пища.

При сокращении поступления белка с пищей либо при увеличении его потребления возникает белковая недостаточность. Тяжелая форма белковой недостаточности называется квашиоркор.

Дефицит белка в питании уменьшает устойчивость организма к инфекциям, т.к снижается уровень образования антител, нарушается синтез других защитных факторов, обостряется течение воспалительных процессов. Недостаток белка в организме неблагоприятно отражается на деятельности сердечно-сосудистой, дыхательной и других систем. Дефицит белка ухудшает аппетит, что в свою очередь уменьшает приток белка с пищей- возникает порочный круг.

Весьма неблагоприятно для организма и избыточное белковое питание. Прежде всего отметим, что лишний белок в организме не откладывается, и потому увеличивается белковая нагрузка на печень и почки, происходит увеличение печени и почек в размерах- их гипертрофия. Усиленное белковое питание приводит к перевозбуждению нервной системы, что постепенно приводит к неврозам. Нарушение белкового обмена способствует развитию гиповитаминозов А и В6, снижает толерантность к умственным и физическим нагрузкам, создает предпосылки для развития атеросклероза.

Повышенное количество белков в пище нарушает пищеварение. Сначала усиливается, а затем тормозится секреция желудочного сока, что ухудшает усвоение пищи. Следовательно, и дефицит белка, и его избыток для здоровья вредны.

4. Молоко как источник белка.

Высокими целебными свойствами обладает молоко. Широко известны слова И.П. Павлова: «Между сортами человеческой еды в исключительном положении находится молоко, и это согласное признание как обыденного опыта, так и медицины. Всеми и всегда молоко считается самой легкой пищей и дается при слабых и больных желудках и при массе тяжелых общих заболеваний, например сердечных, почечных и т.д… Молоко изумительно выделяется из ряда других сортов пищи. Молоко- это пища, приготовленная самой природой».

Белки природы имеют большую питательную ценность, чем белки мяса и растений. Например, если для нормального роста крыс достаточно 6% молочных белков, то компенсировать их могут 9% белков говядины, 10% белков пшеницы, 16-17% белков овса, 18% белков гороха.

 В состав молока входят витамины, углеводы, микроэлементы, минеральные соли. В молоке содержатся и органические кислоты. Находящиеся в коровьем молоке лактоглобулины и казеины стимулируют образование в организме человека белка. Молоко способствует усвоению железа, кальция и других минеральных веществ.

Белки молока, богатые лизином, повышают биологическую ценность хлеба, бедного этой аминокислотой. Благодаря наличию кальция молоко оказывает выраженное мочегонное действие, улучшает работу сердца и почек. Весьма полезно молоко и при болезнях желудка. Правда, не все хорошо переносят молоко.

В соответствии с современными научно обоснованными нормами взрослому человеку ежедневно рекомендуется употреблять 500 мл молока, 15 г сливочного масла, 18 г сыра, 20г творога, 18г сливок и сметаны.

Особо необходимо отметить высокие лечебно- профилактические свойства кисломолочной пищи. И.И Мечников рекомендовал употреблять кисломолочные  продукты, обогащенные полезными, в основном кисломолочными микроорганизмами. Особенно полезной считал Мечников простоквашу, приготовленную с помощью болгарской палочки.

1.5. Тувинские национальные молочные блюда.

На территории Тувы и близлежащих территориях с древних времен проживали кочевые народы. Их образ жизни был в основном похожим; занимались животноводством, земледелием.  Тывинский народ держал коров, овец, коз, табуны лошадей, верблюдов, яков, северных оленей. Из молока этих животных изготовляли различные питательные продукты. Для изготовления молочных продуктов тувинцы учитывали жирность молока. По жирности молока домашний скот можно расположить следующим образом: северный олень, овец, як, верблюд, коза, корова, кобыла.

Содержание белков в молоке домашнего скота^[6].

У разных народов известны различные кисломолочные продукты, которые можно разделить на 2 вида:

1. продукты кисломолочного брожения. К ним относятся все простокваши.

2. продукты смешанного кисломолочного и спиртового брожения- кумыс, кефир, айран и другие.

Для первой группы кисломолочных продуктов характерен плотный, для второй- нежный сгусток, более острый вкус и наличие углекислоты.

У тувинского народа имеются следующие продукты:

Тарак (кефир). Его приготовление начинают ближе к весне. Для этого применяют кору кустарника, свернув его в трубочку помещают в деревянное ведро с теплым молоком. Посуду заворачивают в теплое покрывало и помещают в теплое место. На завтра тарак уже готов.

Хойтпак (). Его изготовляют летом, когда много молока. Для этого берут  (арбай) пшеницу 3-4 раза промывают холодной водой и замачивают в родниковой воде  в деревянной, стеклянной или эмалированной посуде. По истечении определенного времени пшеницу покрывают марлей. По истечении некоторого  времени семена начинают прорастать. Проросшие семена необходимо растолочь деревянной ступкой. Полученную смесь кладут в теплое молоко и помещают в теплое место. Когда хойтпак будет готов его просеивают марлей. Со временем добавляют молоко.

Итпек (). При добавлении в взбродившийся  хойтпак  теплого молока на его поверхности появляется итпек. Его очень любят дети.

Арага. Жидкость получаемая при перегонке хойтпака, после употребления которого человек пьянеет.^[7] 

Какпак. Творожная масса которая остается на стенках шууруна после перегонки хойтпака.

Божа. Жидкая масса которая остается после перегонки хойтпака.

Ааржы. Высушенная на солнце творожная масса, выделяемая из божа.

Курут. Ааржы смешивают с сахаром и высушивают на солнце. Курут можно хранить в течении 2 лет.

2.Экспериментальная часть:

Методы. 

При работе над темой были использованы методы анкетирования и химического эксперимента.

В химическом эксперименте существуют  методы  качественного и количественного исследования содержания белков  в продуктах.

 К качественным методам относятся цветные реакции на белки.

Белки можно определять по цветным реакциям, которые дают отдельные аминокислоты или белки с различными реактивами.

 При взаимодействии концентрированной азотной кислоты с белками появляется желтое окрашивание. Это реакцию называют ксантопротеиновой.

Белки также можно определить реактивом Милона, представляющий собой смесь солей ртути. В результате реакции образуется белый осадок, который при нагревании краснеет.

Биуретовая реакция выявляет не какую то определенную аминокислоту, а пептидную связь. При добавлении сульфата меди (II) к щелочному раствору белка образуется комплексное соединение, окрашенное в сине- фиолетовый цвет.

Значение рассмотренных цветных реакций заключается в том, что они помогают установить, содержится ли в исследуемых жидкостях, кусочках органа или ткани белковые вещества. На основании цветных реакций разработаны методы точного  определения количества белка. К таким методам относятся методы титриметрического анализа. Сущность, которого заключается в измерении объема раствора реактива известной концентрации, расходуемого для реакции с определяемым веществом. Основным приемом титриметрического анализа является титрование, заключающееся в постепенном прибавлении раствора реактива известной концентрации из бюретки к анализируемому раствору до достижения эквивалентности.

Реактивы и оборудование: растворы гидроксида натрия (с=0,1 моль/л), фенолфталеина (w=40%); колба на 150-200 мл, стаканчик на 100мл, бюретка, стеклянная палочка.

        При добавлении к молоку формалина происходит разрушение третичной структуры белка, и среда становится более кислотной.

        Методом титрования определяем количество щелочи, необходимое для нейтрализации ионов водорода и затем рассчитываем содержание белка в молоке с использованием эмпирического коэффициента 1,92^[8]

        Ход определения.

В коническую колбу на 100 мл с помощью пипетки отмеряем 10 мл свежего молока, подогретого до 30°С, добавляем 3-4 капли фенолфталеина и титруем щелочью до появления бледно-розовой окраски. Затем прибавляем 2 мл нейтрального раствора формалина, перемешиваем палочкой, окраска при этом исчезает. Продолжаем титрование пробы щелочью до появления такой же бледно-розовой окраски.

Результаты и обсуждение.

Содержание белка в 1 грамме продукта.

Подсчет количества белка в продуктах на 1 этапе производили на основании суточной нормы потребления продукта. Результаты показали, что наибольшее содержание белка в быштак, затем идет творог, молоко, тарак, суттуг шай, саржаг. На 2 этапе производили расчет содержания белка в 1 грамме продукта.  Результаты опыта показывают, что наибольшее содержание белков в быштак- 0,23г, наименьшее содержание белков- в саржаг- 0,006г.

Выводы.

1. тувинские молочные национальные блюда богаты белками и являются полноценной пищей адаптированной к суровому климату республики.
2. наибольшее количество белка содержится в быштак.
3. суммарная масса изученных молочных продуктов составляет 75,2 г, что на 35,2г превышает суточную норму белка в рационе мужчин и на 31,2г- суточную норму белка женщины.
4. технология изготовления молочных продуктов  тувинским народом за все время существования не изменилось, что говорит о бережном отношении к традициям тувинского народа.

Литература.

1. А.А Воротников «Биология и анатомия» М. Дрофа, 2001
2. Бусев А.И «Словарь химических терминов» М., Просвещение, 1971
3. В.Б. Захаров «Общая биология 10-11 класс» М., Дрофа, 2004
4. Комаров О.С «Химия белка» М., Просвещение, 1984
5. Павлов И.Ю «Биология» Ростов-на-Дону, Феникс, 2003.
6. «Первое сентября» Биология №11/ 2003
7. «Первое сентября» Биология №48/2001
8. «Первое сентября» Биология №16/ 2003
9. Р.И Воробьев «Питание и здоровье» Москва «Медицина»1990
10. С.Г Мамонтов «Биология.Общие закономерности.9 класс».М., Дрофа, 2003
11. Учебное электронное издание Химия (8-11 класс) виртуальная лаборатория. Лаборатория систем мультимедиа, МарГТУ, 2004.
12. Практикум по основам сельского хозяйства. М.: «Просвещение», 1975. – с.253-263