«Влияние спиртосодержащих напитков на белки»

МБОУ «СОШ №1 г. Анадыря

«Влияние спиртосодержащих напитков на белки»

Секция: «Естественные науки»

Автор:

Раздобарина Дарья, ученица

10.3 класса

Научный руководитель:

Чилданова Ольга Александровна преподаватель химии

                                   Анадырь 2024                                        

Содержание

Введение…………………..………………………………………….4

1. Обзор литературы…………………………………………………6

1.1 Вредное действие алкоголя……………………………………...6

1.2 Действия алкоголя на ЦНС………………………………………6        

1.3 Действие на сердечно-сосудистую систему..……………………7

1.4 Действие на мозг и нервную систему………................................7

1.5 Действие на желудок и поджелудочную железу………………..8

1.6 Действие алкоголя на печень…………………………….………9

2. Совместимость алкоголя с белковыми продуктами……………..9

3. Материал и методика………………………………………………10

4. Результаты исследований…………………………...…………….11

Выводы…………………………………...…………………………...13

Список литературы…………………………………………………14

Аннотация  работе  «Влияние спиртосодержащих напитков на белки»

Данную работу выполняла Раздобарина Дарья, ученица 8 «А» класса.

Объект исследования: спиртосодержащие спиртные напитки

Предмет исследования: исследование влияния спиртосодержащих напитков различной концентрации на денатурацию различных белков.

Цель работы: установить, как влияют спиртные напитки на биологическую структуру, а, следовательно, на функциональные способности различных белков. Гипотеза исследования основана на предположении о том, что денатурации подвергаются белки не только под действием чистого спирта, но и разбавленных растворов алкогольных напитков. Ученица в процессе работы установила, что все виды белков, рассмотренные в работе, подвергаются денатурации под действием спиртных напитков и скорость денатурации белков зависит от концентрации этанола в спиртных напитках. Чем выше концентрация этанола, тем выше скорость денатурации белков. Скорость денатурации зависит от состава белков. Самая низкая скорость денатурации у мяса, который содержит белок актин, миозин. Самая высокая скорость денатурации у молочного белка (казеин) и яичного белка (альбумин). Подтвердила предположение о том, что на физиологические свойства белков влияют любые алкогольные напитки, хотя и в разной степени. Результаты данной работы можно взять на вооружение учителям, активистам волонтёрского движения для проведения антиалкогольной пропаганды в школах.

Введение

Алкоголизм заболевание, вызываемое систематическим употреблением спиртных напитков, характеризующееся патологическим влечением к ним, развитием психической (непреодолимое влечение) и физической зависимости (появлением абстинентного синдрома при прекращении употребления). В случаях длительного течения болезнь сопровождается стойкими психическими и соматическими расстройствами. Данная проблема стала особенно актуальна для нашей страны в последние 5 - 6 лет, когда в связи с политическими и экономическими реформами количество больных этим недугом резко возросло. По данным Росстата «Здравоохранение в России-2023» отмечено увеличение числа пациентов с алкогольной зависимостью.

Самые пьющие в 2023 году Республика Бурятия, Чукотский АО и Курганская область, а в 2022 году Чукотка, Приморье и Сахалин названы регионами с наибольшим количеством страдающих алкоголизмом и алкогольными психозами.

В формировании алкогольной зависимости решающую роль играют следующие факторы:

1) Социальные факторы: культурный и материальный уровень жизни, стрессы, информационные перегрузки, урбанизация.

2) Биологические: наследственная предрасположенность. По данным Альтшуллера до 30% детей, чьи родители злоупотребляли алкоголем, могут стать потенциальными алкоголиками.

3) Психологические: психоэмоциональные особенности личности, способность к социальной адаптации и противостоянию стрессам.

Исследования американских ученых подтверждают, что представители разных рас в различной степени подвержены пристрастию к алкоголю из-за различной вероятности мутаций генов. На устойчивость к воздействию алкоголя отвечают два фермента: алкогольдегидрогеназа (АДГ), гидролизующая спирт, и альдегиддегидрогеназа (АЛДГ), расщепляющая наиболее токсичные продукты его распада — альдегиды. Мутации генов обоих ферментов наиболее часто отмечаются у представителей монголоидной расы. Именно этими двумя мутациями и объясняется то, что многие монголоиды менее стойки к алкоголю и подвержены большему риску развития алкоголизма, чем представители европеоидной расы. Однако есть многочисленные свидетельства того, что примерно у 10% европеоидов, у которых обнаружена мутация АДГ, наблюдается более сильная реакция на спирт.

Данная проблема стала особенно актуальна для нашей страны, когда в связи с политическими и экономическими реформами количество больных этим недугом резко возросло. По данным Росстата «Здравоохранение в России-2023» отмечено увеличение числа пациентов с алкогольной зависимостью. Самые пьющие в 2023 году Республика Бурятия, Чукотский АО и Курганская область, а в 2022 году Чукотка, Приморье и Сахалин названы регионами с наибольшим количеством страдающих алкоголизмом и алкогольными психозами. Такие данные следуют из материала «Рейтинг общественного здоровья в разрезе субъектов РФ», представленного на сайте общественной палаты.

Причиной ухудшения статистики названы пандемия, социально-экономические потрясения и усиление геополитических противостояний. Самые пьющие регионы - Дальний Восток.

Цель работы:

установить, как влияют спиртные напитки на биологическую структуру, а, следовательно, на функциональные способности различных белков.

Для достижения поставленной цели выдвинуты следующие задачи:

1) Изучить из литературных источников о влиянии алкоголя на организм человека

2) Изучить процесс денатурации яичного, молочного, ферментативного белков и белка живых тканей под воздействием спиртных напитков.

3) Установить, как влияют на денатурацию белков напитки, содержащие разное процентное содержание спирта.

4) Выяснить, как влияет на скорость денатурации белков моделирование температурных условий живого организма (t=36 C)

Гипотеза исследования основана на предположении о том, что денатурации подвергаются белки не только под действием чистого спирта, но и разбавленных растворов алкогольных напитков.

Методы исследования:

Этапы и организация работы по исследованию.

Приготовление растворов различных белков.

Эксперимент: наблюдение за реакцией свёртывания белков в нормальных условиях и при температуре t=36

Сравнение скорости денатурации белков в разных спиртосодержащих напитках.

Объект исследования: спиртосодержащие спиртные напитки

Предмет исследования: исследование влияния спиртосодержащих напитков различной концентрации на белки

1. Вредное действие алкоголя

1.1. Общетоксическое действие

1) Мембраноразрушающее действие. Этиловый спирт нарушает состояние мембран, изменяя структуру билипидного слоя, изменяя тем самым их проницаемость, грубо нарушает систему трансмембранного транспорта.

2) Патогенное действие продуктов метаболизма этилового спирта: после прохождения гематоэнцефалического барьера сивушные масла и ацетальдегид усиливают высвобождение, взаимодействуют с дофамином и норадреналином, оказывая психостимулирурующее и галлюциногенное воздействие.

3) Изменение метаболизма: изменяется жировой обмен - активируется липогенез, синтез холестерина. Итог атеросклероз, жировая дистрофия печени, ингибируется цикл Кребса, снижается глюконеогенез, что способствует гипогликемии [2].

Блокируется синтез белка, в результате чего развивается гипопротеинемия.

1.2. Эффекты воздействия на ЦНС:

Выделяют две фазы действия алкоголя на ЦНС:

1) Фаза возбуждения, характеризуется эйфорией, ощущением бодрости и прилива сил, расторможенностью, снижением самокритичности. Вовремя этой фазы нарушается метаболизм нейронов Коры Головного Мозга(КГМ), снижается количество серотонина, усиливается выделение адреналина, норадреналина, дофамина, которые в эту стадию активно метаболизируются;

2) Фаза угнетения, эйфория сменяется дисфорией, причиной тому снижение метаболизма норадреналина и дофамина, повышенная концентрация которых вызывает угнетение ЦНС и депрессию.

Механизмы развития алкогольной зависимости:

Механизмы развития алкогольной зависимости до настоящего времени полностью не расшифрованы. Ранее предполагалось, что формирование зависимости связано с изменением соотношений химических веществ в мозге. В снижении уровня серотонина и морфиноподобных веществ виделась основная причина возникновения абстинентного синдрома, который является пусковым стимулом для "самостимуляции" спиртным [9].

Однако, в сопоставлении с клиническим опытом данная теория не полностью подтвердилась. Как выяснилось недавно, кроме изменения химизма мозга, происходят перестройки его электрической активности и морфологии в образованиях, относящихся к лимбической системе. И именно совокупность химических, морфологических и электорофизических перестроек приводит к установлению стойкой алкогольной зависимости.

1.3. Сердечно-сосудистая система

Как только алкоголь попадает в кровь, он с достаточно высокой скоростью распространяется во всей водной среде организма, во всех органах и системах. Особенно быстро там, где много кровеносных сосудов. Затем, когда большая часть алкоголя попала в организм, начинается активный процесс его выведения. От 2 до 10% выводится в неизменном виде. Остальное окисляется внутри организма — на 90–98% в печени, на 2–10% в других тканях и органах. По мере окисления концентрация алкоголя в организме уменьшается. При этом некоторые органы и системы могут «удерживать» молекулы алкоголя дольше, чем кровь — например, мозг, половая система. Чем дольше он там находится, тем сильнее пагубные разрушительные последствия.

Через некоторое время после того, как алкоголь через желудок и кишечник попадает в кровь, начинается разрушение эритроцитов. Происходит так называемый гемолиз: распад эритроцитов из-за разрыва их мембран. Вместо активных эритроцитов остаётся месиво из кровавых комков. Естественно, при этом эритроциты уже не могут выполнять свою функцию [9].

Что касается употребления пива, уже сам факт поступления в организм большого количества жидкости (а молодёжь сейчас глотает пиво такими дозами — воды или чая человек столько бы не выпил!) неблагоприятно отражается на работе не только сердечнососудистой системы, но и почек. У любителей хмельного «напитка» формируется так называемое бычье или пивное сердце — расширение его границ, при этом учащается частота сердечных сокращений, возникают аритмии, повышается давление.

Алкоголь повреждает также механизмы регуляции уровня глюкозы (сахара) в крови, вследствие чего, возможно, как повышение, так и понижение этого уровня. Особенно опасно последнее (гипогликемия), так как может причинить организму серьёзный вред даже за короткий промежуток времени: при нехватке питательных веществ истощается запас сахара, а продукты распада алкоголя препятствуют формированию глюкозы из других химических структур, аминокислот.

1.4. Мозг и нервная система

Так как этиловый спирт хорошо растворим в воде, его поступление в органы и ткани тем выше, чем лучше их обеспечение кровью. В частности, из-за богатого кровоснабжения мозга насыщение этанолом мозговой ткани идёт быстрее, и концентрация в ней оказывается выше, чем в других органах. Гематоэнцефалический барьер — физиологический механизм, который защищает мозг от проникновения чужеродных веществ, введённых в кровь — легко пропускает этанол. Вероятно, с этим и связана высокая токсичность алкоголя в отношении мозговой ткани.

Если концентрацию алкоголя в крови принять за единицу, то в печени она будет 1,45, в спинномозговой жидкости — 1,50, и в головном мозге — 1,75. Именно там этот яд имеет свойство накапливаться. После приёма кружки пива, стакана вина, 100 граммов водки — содержащийся в них спирт всасывается в кровь, с кровотоком идёт в мозг и у человека начинается процесс интенсивного разрушения его коры.

Именно в мозгу обнаруживаются наибольшие изменения при вскрытии. Твёрдая мозговая оболочка напряжена, мягкие оболочки отечны, полнокровны. Головной мозг резко отечен, сосуды расширены, множество мелких кист диаметром 1-2 мм. Не следует забывать, что алкоголь обладает наркотическими свойствами: к нему очень быстро привыкают, и возникает потребность в повторных самоотравлениях, тем больше, чем чаще и в больших дозах принимаются спиртные «напитки» [5]. По мере дальнейшего потребления для получения того же наркотического эффекта с каждым разом требуется все большая доза.

1.5. Желудок, поджелудочная железа

При попадании алкоголя в организм первыми страдают пищевод и желудок. И чем крепче алкогольные изделия, тем тяжелее повреждения. Алкоголь подавляет выделение пищеварительных ферментов поджелудочной железы, что препятствует расщеплению питательных веществ на молекулы, пригодные для питания клеток организма. Повреждая клетки внутренней поверхности желудка и поджелудочной железы, алкоголь (особенно при употреблении крепких алкогольных изделий) угнетает процесс всасывания питательных веществ, а перенос некоторых из них в кровь делает вообще невозможным. Например, вследствие недостаточности в организме соли фолиевой кислоты изменяются клетки, устилающие тонкую кишку, которые должны обеспечивать всасывание в кровь глюкозы, натрия, а также самой соли фолиевой кислоты и других питательных веществ.

Повреждения имеют место и в поджелудочной железе [2]. Вскрытия лиц в возрасте 30-40 лет, употреблявших вино в больших дозах или длительное время, показывают глубокие изменения в поджелудочной железе, что и объясняет частые жалобы пьющих людей на плохое пищеварение, на резкие боли в животе и т.д. У таких больных часто наблюдается диабет из-за гибели особых клеток, расположенных в поджелудочной железе и вырабатывающих инсулин. Панкреатит и диабет на почве алкоголя — явления, как правило, необратимые, из-за чего люди обречены на постоянные боли и страдания. Более этого, панкреатит даёт обострения при малейшем нарушении диеты.

1.6. Печень

В печени происходит окисление 90–98% этанола до ацетальдегида — очень опасного и токсичного вещества. Затем ацетальдегид окисляется до уксусной кислоты, которая далее расщепляется до воды и углекислого газа. В других органах и системах также возможно «переваривание» алкоголя, но в значительно меньших количествах, чем в печени. Проходя через печёночный барьер, продукты распада этилового спирта отрицательно влияют на печёночные клетки, которые под влиянием их разрушительного действия погибают. На их месте образуется соединительная ткань, или попросту рубец, не выполняющий печёночной функции. Уменьшается способность печени сохранять витамин А, наблюдаются другие нарушения обмена веществ. Печень постепенно уменьшается в размерах, то есть сморщивается, сосуды печени сдавливаются, кровь в них застаивается, давление повышается в 3-4 раза. И если происходит разрыв сосудов, начинается обильное кровотечение, пострадавшие от которого часто погибают.

По данным ВОЗ, около 80% больных умирает в течение года после первого кровотечения. Изменения, описанные выше, называются циррозом печени. По количеству больных циррозом определяют уровень алкоголизации в той или иной стране. Алкогольный цирроз печени — одно из наиболее тяжёлых и безнадёжных в смысле лечения заболевание человека. Цирроз печени как последствие потребления алкоголя, по данным ВОЗ, опубликованным в 1982 году, стал одной из основных причин смертности населения. При длительном приёме алкоголя развивается хронический алкоголизм, имеющий свою клиническую картину, которая варьируется по стадии алкоголизма.

Экспериментами и наблюдениями над пьющими людьми установлено, что ядовитость алкоголя тем сильнее, чем выше его концентрация. Этим объясняется более заметное влияние крепких алкогольных «напитков» на развитие алкоголизма. Чаще всего начинается с пива и слабоалкогольных изделий.

Таким образом, как бы ни были тяжелы последствия алкоголизма, однако не в нём сущность этой проблемы. Трагедия в самом потреблении алкоголя.

2.1. Совместимость алкоголя и алкогольных напитков с белковыми продуктами.  

Учитывая, что алкоголь способствует перевариванию белковой пищи, особенно животного происхождения - вопрос с совместимостью отпадает сам по себе. Все зависит от цели, которую перед собой ставит человек. Если цель - быстро опьянеть и оказаться под столом - тогда для человека совместимыми с алкоголем будут жирная пища, овощи и фрукты, каши, хлебобулочные продукты, кондитерские изделия, сладкие напитки. Т.к. они не способны связать алкоголь и создать для него надежное депо в кишечнике. А белковые продукты животного происхождения при такой цели становятся несовместимыми. Т.к. мешают быстро опьянеть. В таком случае алкоголь быстро попадет в кровь и окажет свое резорбтивное действие. Т.е. вызовет алкогольное опьянение. Но тогда одновременно можно прощаться с печенью - пиковая нагрузка для нее может стать чрезмерной. Путь в цирроз печени через гепатит и жировой гепатоз проложен. И многое в скорости движения к циррозу печени будет зависеть еще и от качества алкоголя.

Если цель - длительное общение за столом - тогда более совместимыми продуктами станут именно белковые продукты животного происхождения. А несовместимыми - растительные продукты питания. Т.к. животные белки относительно долго перевариваются (до 6-8 часов). А вяжущее действие алкоголя еще никто не отменял (способность сворачивать белки и связываться с ними). В этом случае получаем относительно прочное соединение белка и алкоголя в кишечнике, из которого алкоголь по мере переваривания белка будет медленно поступать в кровь. Доза алкоголя в крови будет невысокой (и опьянение), но сохраняться длительно. И печень при этом сможет постепенно перерабатывать алкоголь.

Абсолютно несовместимая комбинация - употребление белковых продуктов питания и сладких алкогольных напитков (десертные вина, наливки). Алкоголь в таком виде не способствует секреции желудочного сока, необходимого для качественного переваривания белковой пищи [1]. Более того, содержащиеся в таком алкогольном напитке сахара способствуют активному перемещению содержимого желудка в кишечник. Где прошедшие недостаточную обработку в желудке белки подвергаются процессу гниения. Продукты гниения белка попадают в кровь, перегружают выделительную способность почек, нарушая общее самочувствие человека. Способствуют как минимум развитию явлений солевого диатеза, а максимум - поражению суставов с развитием обменно-дистрофических заболеваний суставов.

3.Методика исследования

Для исследования мы взяли несколько различных спиртных напитков, содержащих разное процентное содержание этанола: коньяк (42%), водку (40%), вино 17 %, пиво (5,5%), медицинский спирт (96%).

Как пример жидкого белка взяли яичный белок и молоко. Как пример белка живых тканей взяли мясо оленины, курицы и печень. Как пример ферментативного белка взяли таблетку «Мезим-форте» и пепсин.

Сравнение скорости денатурации белков в разных спиртосодержащих напитках. В чистые пробирки берём порции белка. Моделируя условия живого организма, все белки разогреваем на водяной бане. Одновременно во все пробирки добавляем: 1-коньяк, 2-водку, 3-пиво, 4-коктель слабоалкогольный, 5-медицинский спирт, 6- дистиллированную воду (контроль). Засекаем время денатурации, началом свёртывания белка считаем появление мути, осадка или светлого «налёта» на поверхности.

4.Результаты исследования и их обсуждение

Скорость денатурации яичного белка самая высокая под действием медицинского спирта, затем водки и коньяка. Медленнее сворачивается под действием пива.

Печень быстрее подвергается денатурации при воздействии спирта, затем коньяка и водки.

На свертываемость молока также быстрее действует спирт, коньяк и водка.

Мясо также денатурирует в такой последовательности, но значительно медленнее, а в пиве видимых изменений не обнаружили. Скорость денатурации белков представлена в виде диаграммы по данным таблицы №1.  (См. таблицу №1, приложение №1)

Скорость денатурации белков при комнатной температуре.

При моделировании в условиях живого организма опыты проводили на водяной бане (t=36). Действие алкоголя на денатурацию белков усиливается. Скорость денатурации идет в той же последовательности, что и при комнатной температуре. Скорость денатурации представили в виде диаграммы по данным таблицы №2 «Денатурация различных белков под действием алкогольных напитков разной крепости при t=36»

(См. Приложение №1., таблица №2.)

Эксперименты проводились при моделировании в условиях высокой температуры (t=39) на водяной бане. Действие алкоголя на сворачиваемость белков усиливается и скорость денатурации возрастает в такой же последовательности. Скорость сворачивания белков представлены в виде диаграммы по данным таблицы №3.

 (См. Приложение №1, таблица №3)

Денатурация различных белков под действием алкогольных напитков разной крепости при t=39

        Из литературных источников известно, что при попадании алкоголя в организм первыми страдают пищевод и желудок [6]. И чем крепче алкогольные изделия, тем тяжелее повреждения, о чем свидетельствуют наши исследования. Алкоголь подавляет выделение пищеварительных ферментов поджелудочной железы, что препятствует расщеплению питательных веществ на молекулы, пригодные для питания клеток организма. Повреждая клетки внутренней поверхности желудка и поджелудочной железы, алкоголь (особенно при употреблении крепких алкогольных изделий) угнетает процесс всасывания питательных веществ, а перенос некоторых из них в кровь делает вообще невозможным.

При регулярном приёме даже небольших доз алкоголя железы, расположенные в стенке желудка и вырабатывающие желудочный сок, под влиянием алкогольного раздражения сначала выделяют много слизи, а затем атрофируются. Пищеварение в желудке становится неполноценным, пища застаивается или, не переваренная, поступает в кишечник. Возникает гастрит, который, если не устранить его причину и серьёзно не лечить, может перейти в рак желудка.

При приёме крепких алкогольных изделий происходит «ожог» стенок пищевода и желудка и требуется значительное время для восстановления омертвевшей ткани (стенки желудка имеют белый налёт, аналогичный белку сваренного яйца).

Выводы.

• Все виды белков, рассмотренные нами, подвергаются денатурации под действием спиртных напитков.
• Скорость денатурации белков зависит от концентрации этанола в спиртных напитках. Чем выше концентрация этанола, тем выше скорость денатурации белков.
• Скорость денатурации зависит от состава. Самая низкая скорость денатурации у мяса, который содержит белок актин, миозин. Самая высокая скорость денатурации у молочного белка (казеин) и яичного белка (альбумин).
•  Подтвердили предположение о том, что на физиологические свойства белков влияют любые алкогольные напитки, хотя и в разной степени. Если у человека повышенная температура, денатурирующее действие алкоголя усиливается в 1,2-1,5 раза.

Рекомендации.

Предлагаем результаты данной  работы взять на вооружение учителям, активистам волонтёрского движения для проведения антиалкогольной пропаганды в школах:

• лекции для родителей
• лекции для учащихся  
• материал для освещения в средствах массовой информации.

Список литературы

1.  Розенгарт В.И.  Ферменты – двигатели жизни. - СПб., 2001
2.  Смирнова Г.А. Основы биохимии. -  М., 1995  
3.  Филиппович Ю.Б., Егорова Т.А., Севастьянова Г.А. Практикум по общей биохимии. – М., 1982
4.  Хомченко Г.Л. Химия для поступающих в ВУЗы: Учебное пособие. - М., 1993
5. Гонопольский М.Х. Алкоголь и разрушение личности. Москва, «Наука»,1997г 142 стр
6. Игонин А.Л. Об алкоголизме в диалогах. Москва, 1999г.147 стр
7. Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Учебник по химии-10. 1991 г.131 стр
8. Большая советская энциклопедия, Москва, "Советская энциклопедия" 1971.277 стр
9. Касмынина Т.В. “Влияние алкоголя на организм полростка”. М., Просвещение 1989. 165 стр

Приложение №1.

Таблица №1   Денатурация различных белков под действием алкогольных напитков разной крепости.

 Таблица №2. Денатурация различных белков под действием алкогольных напитков разной крепости при t=36

Таблица №3. Денатурация различных белков под действием алкогольных напитков разной крепости при t=39

 Таблица №1   Денатурация различных белков под действием алкогольных напитков разной крепости.

 Таблица №2. Денатурация различных белков под действием алкогольных напитков разной крепости при t=36

Таблица №3. Денатурация различных белков под действием алкогольных напитков разной крепости при t=39