Исследовательская работа "Влияние лекарственных средств на активность фермента амилазы"

XIII городская  научно-практическая конференция молодых исследователей

научно-социальной программы

«Шаг в будущее»

Влияние лекарственных средств

 на активность фермента амилазы

Автор:  Кузнецова Анна Вячеславовна

                                                                                   ученица 9 в  класса

МБОУ «СОШ № 2 имени А.И. Исаевой»

г. Нефтеюганск

Руководитель: Миронова Ирина Юрьевна

учитель химии

МБОУ «СОШ № 2 имени А.И. Исаевой»

Влияние лекарственных средств на активность фермента амилазы

Кузнецова Анна

г. Нефтеюганск

МБОУ «СОШ № 2 имени А.И. Исаевой»

ученица 9в  класса

Аннотация работы.

           Цель работы: Сравнить скорость гидролиза крахмала под действием фермента амилазы в различных условиях.

             Методами  исследования явились анализ литературы, эксперимент-исследование влияния различных веществ на ферментативные реакции гидролиза крахмала.

Научная новизна: применяя известные биохимические методики определения скорости ферментативного гидролиза крахмала, мы хотим сравнить  показатели, если в раствор добавлять посторонние вещества (лекарства). Такие данные в использованных для работы источниках не встретились.

Полученные результаты: в контрольном опыте амилаза слюны расщепляет крахмал за  390 сек (6,5 мин). При простудном заболевании ферментативный гидролиз проходит за 630 сек (10,5 мин). При добавлении в раствор глицина крахмал расщепляется за 330 сек (5,5 мин), активированного угля – 540 сек (9 мин), парацетамола – 660 сек (11 мин), фарингосепта – 600 сек (10 мин), цитрамона – 270 сек (4,5 мин), мёда – за исследуемый период времени процесс не закончился  (таблица – приложение).

Выводы: 1. Лекарственные препараты по-разному влияют на ферментативную активность амилазы слюны: глицин и цитрамон повышают активность, скорость гидролиза увеличивается в 1,2 – 1,4 раза.  2. Тормозят расщепление крахмала: активированный уголь – в 1,4 раза. парацетамол – в 1,7 раза, фарингосепт –в 1,6 раза. 3. При простудном заболевании гидролиз крахмала замедляется в 1,6 раза. 4. Мёд тормозит процесс расщепления крахмала очень сильно – за 12 минут  (контрольная отсечка времени) процесс не закончился. Поэтому, если вы лечитесь мёдом, не употребляйте его перед приёмом пищи. 5. Любое отклонение скорости реакций от нормы способно нарушить равновесие в процессах обмена веществ. 6. Несмотря на утверждение специалистов о безвредности лекарственных препаратов для человека, мы пришли к выводу, что вред есть, в частности в нарушении скорости процессов пищеварения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ:

I. План исследования ……………………………………………………..4

II. Библиография……..  ……………….………………………………… 5

III. Научная статья (описание работы) …………………………….……9

IV.  Ход исследования……………………….……………………………9

V.  Результаты исследования: …………………………………………. 10

VI. Выводы…………………………………………………………….... 10

VII. Список используемой литературы ………………………………..11

VIII. Приложения……………………………………………….……….I-V

Влияние лекарственных средств на активность фермента амилазы

Кузнецова Анна

г. Нефтеюганск

МБОУ «СОШ № 2 имени А.И. Исаевой»

ученица 9в  класса

План исследования.

Актуальность темы.

Скорости в современном мире всё больше и больше. Некогда остановиться и о чем-то порассуждать. Такова жизнь взрослых. Но я пока ученица, у меня есть время посмотреть по сторонам.  Если посмотреть внимательно, можно заметить, что еда современного человека слишком насыщена крахмалистыми веществами. Поступающие в организм человека сложные углеводы пищи имеют иную структуру, чем углеводы человеческого тела. Так полисахариды, составляющие растительный крахмал, представляют собой линейные или слаборазветвленные полимеры глюкозы, а крахмал человеческого тела – гликоген, - имея в основе те же глюкозные остатки, образует из них иную – сильноразветвленную – полимерную структуру. Поэтому усвоение пищевых полисахаридов начинается с их гидролитического расщепления в процессе пищеварения до моносахаридов.

        Гидролитическое расщепление углеводов в процессе пищеварения происходит под действием ферментов гликозидаз. Расщепление крахмала (и гликогена) начинается в полости рта под действием амилазы слюны.

Содержание амилазы в слюне различно у разных людей; поэтому переваривание слюной одного и того же количества крахмала у разных людей занимает разное время. Поэтому для исследования мы взяли слюну  одного человека.

        Эти и многие другие вопросы меня очень  заинтересовали, и я попыталась найти на них ответы! Хотя по химии я не изучала ещё тему «Ферменты», мне захотелось проверить действие некоторых веществ на деятельность амилазы слюны.

Проблема: Изменяется ли работа ферментов  в присутствии лекарственных препаратов? И если изменяется, то как? Ускоряется или замедляется?

Гипотеза: Если лекарства безопасны для организма, то они не должны влиять на скорость ферментативных реакций.

Цель работы: Сравнить скорость гидролиза крахмала под действием фермента амилазы в различных условиях.

Задачи:

-провести работу со справочным материалом;

-определить, какие лекарства наиболее часто употребляются людьми бесконтрольно;

-выявить влияние этих препаратов на ферментативные реакции с помощью моделирования процесса гидролиза крахмала;

-оценить полученные данные, обработать результаты  и сделать выводы.

            Субъект исследования: слюна ротовой жидкости.

Объект исследования: процесс изменения амилазной активности слюны в присутствии лекарственных препаратов. Содержание амилазы в слюне различно у разных людей; поэтому переваривание слюной одного и того же количества крахмала у разных людей занимает разное время. Поэтому для исследования мы взяли слюну  одного человека.

II. Библиография

Что представляет собой ротовая жидкость?

   Слюна – это сложная биологическая жидкость, участвующая в поддержании гомеостаза полости рта. В полости рта находится не чистый секрет слюнных желез, а так называемая смешенная слюна или ротовая жидкость. Она представляет с собой суммарный секрет всех слюнных желез, включает также микрофлору, содержимое десневых карманов, десневую жидкость, лейкоциты, остатки пищевых продуктов. Ротовая жидкость - это лабильная среда, и на ее количественный и качественный состав влияет множество факторов и условий, но в первую очередь - состояние организма. С возрастом секреторная функция больших и малых слюнных желез уменьшается. Нарушение слюноотделения происходит также при острых и  хронических  заболеваниях. [1]

             Слюна является физиологической жидкостью. Благодаря присутствию в слюне пищеварительных ферментов и, прежде всего амилазы, во рту происходит первичное пищеварение, расщепление крахмала до простых сахаров. Пропитываясь слюной, пищевой комок делается скользким, благодаря обволакиванию частиц пищи слизистым веществом слюны муцином, и легко проходит по пищеводу в желудок. Кислотность (или основность) среды физиологических жидкостей определяет биологическую активность клеток организма, которая, в свою очередь, определяется «работой» действующих в них ферментов. Каждая из физиологических жидкостей имеет определенное значение рН, и отклонение от нормы может быть причиной тяжелых заболеваний:  рН слюны 6,8  возможные отклонения  рН  =  5,6  - 7,9.  [2]

           Значение ферментов невозможно переоценить. Только в человеческом организме ежесекундно происходит тысячи и тысячи ферментативных химических реакций.           Гидролитическое расщепление углеводов в процессе пищеварения происходит под действием ферментов гликозидаз. К гликозидазам относятся амилаза слюны, поджелудочного и кишечного соков, мальтоза слюны и кишечного сока, конечная декстриназа, сахараза и лактаза кишечного сока. Амилаза относится к ферментам, катализирует реакцию гидролиза крахмала, помогает превращению крахмала в мальтозу [3].

           Сейчас химикам известно более 2000 ферментов. Все они обладают рядом специфических свойств, отличающих их от неорганических катализаторов. Слюнные железа – крупные парные железа (три пары).

Слюна содержит белки: амилазу, лизоцим, альбумины, глобулины и муцин. Содержащийся в слюне фермент амилаза может превращать полисахарид крахмал в дисахарид мальтозу. Содержание амилазы в слюне различно у разных людей; поэтому переваривание слюной одного и того же количества крахмала у разных людей занимает разное время.

Секреция слюны

В среднем за сутки выделяется 1—2,5 л слюны. Слюноотделение находится под контролем вегетативной нервной системы. Центры слюноотделения располагаются в продолговатом мозге. Стимуляция парасимпатических окончаний вызывает образование большого количества слюны с низким содержанием белка. Наоборот, симпатическая стимуляция приводит к секреции малого количества вязкой слюны. Без стимуляции секреция слюны происходит со скоростью около 0,5 мл/мин.[4]

Отделение слюны уменьшается при стрессе, испуге или обезвоживании и практически прекращается во время сна и наркоза. Усиление выделения слюны происходит при действии обонятельных и вкусовых стимулов, а также вследствие механического раздражения крупными частицами пищи и при жевании. Большое влияние на состав и свойства ротовой жидкости оказывает гигиеническое состояние полости рта. Ухудшение ухода за полостью рта приводит к увеличению налета на зубах, повышению активности ряда ферментов (фосфатазы, аспарагиновой трансаминазы), увеличению осадка слюны, быстрому размножению микроорганизмов, что создает условия, особенно при частом приеме углеводов, для продуцирования органических кислот и изменения рН.

Амилаза слюны катализирует реакцию:

(С6Н10О5)n + nH2O → декстрины → С12Н22О11

При реакции с йодом жидкость в пробирках окрашивается в жёлтый (мальтоза), оранжевый (ахродекстрины), красный (эритродекстрины), фиолетовый (амилодекстрины) и синий (крахмал) цвета.

Ферменты и пищеварение.

Ферменты – необходимые участники процесса пищеварения. Только низкомолекулярные соединения могут проходить через стенку кишечника и попадать в кровоток, поэтому компоненты пищи должны быть предварительно расщеплены до небольших молекул. Это происходит в ходе ферментативного гидролиза  белков до аминокислот, крахмала до сахаров, жиров до жирных кислот и глицерина. Гидролиз белков катализирует фермент пепсин, содержащийся в желудке. Ряд высокоэффективных пищеварительных ферментов секретирует в кишечник поджелудочная железа. Это трипсин и химотрипсин, гидролизующие белки; липаза, расщепляющая жиры; амилаза, катализирующая расщепление крахмала. [4]

Ферменты — высокоэффективные катализаторы. Они повышают скорость катализируемой реакции в 1012 раз и более. При приеме пищи продукты после пережевывания смешиваются со слюной и затем после проглатывания поступают в желудок, где смешиваются с желудочным соком. Именно здесь начинается химическое переваривание пищи.

Соляная кислота желудочного сока важна для пищеварения. Она активирует пепсиногены в пепсины, создает оптимальный для их действия рН (около рН= 2), денатурирует пищевые белки, которые вследствие этого лучше расщепляются протеиназами, и убивает микроорганизмы. [5]

Скорость любой ферментативной реакции непосредственно зависит от концентрации фермента. Существующая линейная зависимость между этими величинами, когда скорость реакции прямо пропорциональна количеству присутствующего фермента, справедлива только в определенных условиях, например в начальный период ферментативной реакции, так как в этот период практически не происходит обратной реакции, а концентрация продукта оказывается недостаточной для обратимости реакции. Именно в этом случае скорость реакции (точнее, начальная скорость реакции v) будет пропорциональна концентрации фермента.[4]

  Ферменты являются белками, поэтому любые агенты, вызывающие денатурацию белка (кислоты, щелочи, соли тяжелых металлов, нагревание), приводят к необратимой инактивации фермента. Однако подобное инактивирование относительно неспецифично, оно не связано с механизмом действия ферментов. Гораздо большую группу составляют так называемые специфические ингибиторы, которые оказывают свое действие на какой-либо один фермент или группу родственных ферментов, вызывая обратимое или необратимое ингибирование. [5]

 Мы нашли в литературе и интернет-ресурсах много ссылок на интересующую нас проблему.  В основном это количественное определение активности амилазы по Вольгемуту. Мы решили взглянуть на проблему с другой стороны. Не секрет, что заболев, мы не сразу обращаемся к врачам. Даже мама не торопится вызывать доктора: ни к достаточно взрослой дочери, ни к себе. Мы пытаемся лечиться сами. Лекарства, которые продаются в аптеке без рецепта, принято считать практически безвредными. Мы их сами себе назначаем и принимаем. Большинство таблеток от простуды и болей в горле надо рассасывать во рту. Во время болезни организм ослаблен, возможно, слабеют и ферменты. Точно известно, что аскорбиновая кислота является ингибитором деятельности амилазы. Т.е. её нельзя принимать непосредственно перед едой.  А другие лекарства могут изменить силу фермента? Если да, то в какую сторону?

Методика исследования

Для своего исследования мы взяли слюну только одного человека. Методика эксперимента взята из практикума по биохимии (известна и хорошо отработана) [3]   Мы решили проверить изменение скорости ферментативного гидролиза крахмала. Проверяли скорость реакции гидролиза в контроле и при добавлении лекарственных препаратов (использовали ту же методику). [3]

Влияние лекарственных средств на активность ферментов.

Автор:  Кузнецова Анна

г. Нефтеюганск

МБОУ «СОШ № 2 имени А.И. Исаевой»

ученица 9в  класса 

Научная статья (описание работы).

   IV.  Ход исследования.

Экспериментальная часть.

Для исследования берем образец слюны. Ополаскиваем рот чистой водой, затем собираем слюну в чистую пробирку.

 Опыт №1-8. Действие амилазы слюны на крахмал в разных средах. 

Для проверки  действия амилазы слюны на гидролиз крахмала наберём в чистую пробирку 4 мл слюны и добавим в неё воды до 10 мл. Этот раствор содержит фермент амилазу.

Далее смешаем 5 мл раствора крахмала и 1 мл  раствора фермента в маленькой пробирке. Через 30 секунд после смешивания возьмём каплю полученного раствора и проверим её на содержание крахмала, перемешав её с каплей раствора йода на предметном стекле (если крахмал есть - окраска синяя). Будем повторять эту процедуру каждые 30 секунд, до тех пор, пока больше не обнаружим крахмала в смеси (по изменению окраски). [3,6]  Это контрольный опыт (без добавок). Результаты вносим в таблицу.

Затем повторяем опыт, только в состав смеси добавляем 2 мл раствора глицина (опыт №2). После этого повторяем тот же опыт, но на этот раз в состав смеси добавили   активированный уголь (опыт №3).  Повторили этот же опыт, добавляя раствор парацетамола (опыт №4).

Следующая добавка - раствор фарингосепта (опыт №5). Опыт №6- добавляем цитрамон. Последняя добавка – мёд (опыт №7).  Во время исследования испытуемый заболел. Мы решили проверить активность амилазы простудившегося человека (опыт №8).

   Для моделирования температурного режима организма человека опыты проводим, беря раствор крахмала с температурой 380.  При таких условиях действие фермента более реально, т.к. температура смеси 370 - повторяет температурный режим ротовой полости. Изначально все данные исследуемого образца слюны, раствора крахмала, раствора йода одинаковы.  Результаты каждого опыта вносим в таблицу (приложение). Визуально определяем изменение цвета смеси.  Окончание реакции гидролиза – отсутствие фиолетового окрашивания исследуемых смесей. [1]  По изменению цвета от стандарта определяем степень гидролиза. Все происходящие изменения фотографируем, записываем.

Результаты исследования:

Проведённые опыты показали, что:

1. в контрольном опыте амилаза слюны расщепляет крахмал за  390 сек (6,5 мин). При простудном заболевании ферментативный гидролиз проходит за 630 сек (10,5 мин). При добавлении в раствор глицина крахмал расщепляется за 330 сек (5,5 мин), активированного угля – 540 сек (9 мин), парацетамола – 660 сек (11 мин), фарингосепта – 600 сек (10 мин), цитрамона – 270 сек (4,5 мин), мёда – за исследуемый период времени процесс не закончился  (таблица – приложение).

Выводы:

1. Лекарственные препараты по-разному влияют на ферментативную активность амилазы слюны: глицин и цитрамон повышают активность, скорость гидролиза увеличивается в 1,2 – 1,4 раза.
2. Тормозят расщепление крахмала: активированный уголь – в 1,4 раза. парацетамол – в 1,7 раза, фарингосепт –в 1,6 раза.
3. При простудном заболевании гидролиз крахмала замедляется в 1,6 раза.
4. Мёд тормозит процесс расщепления крахмала очень сильно – за 12 минут  (контрольная отсечка времени) процесс не закончился. Поэтому, если вы лечитесь мёдом, не употребляйте его перед приёмом пищи.
5. Любое отклонение скорости реакций от нормы способно нарушить равновесие в процессах обмена веществ.
6. Несмотря на утверждение специалистов о безвредности лекарственных препаратов для человека, мы пришли к выводу, что вред есть, в частности в нарушении скорости процессов пищеварения.

VII. Список используемой литературы:

1. Артюхина А.И. Амилаза слюны как объект научного исследования.  Химия в школе №8. 2006г.
2. Воскресенский П.И. Неймарк А.М. Основы химического анализа. Москва. Просвещение. 1972г
3. Химия 10 /профильный уровень/ О.С.Габриелян, Ф.Н.Маскаев, С.Ю.Пономарёв, В.И.Теренин.- М.: Дрофа, 2007
4. ХиМиК. ru – «Наглядная биохимия» http://www. Xumuk.ru/biochem/96
5. www.schoolchemistry.by.ru
6. Физиология человека: Учебное пособие по факультативному курсу учащихся IX-X кл. / Хрипкова А.Г., Колесов Д.В., Миронов В.С., Шепило И.Н.- 3-е изд. – М.: Просвещение, 1982. – 160с.
7. www. Crystal Net.ru  «Кофеин и всякие фичи» от 26.11.2006
8. Химия. Большой энциклопедический словарь. / Гл. ред. И.Л. Кнунянц. – 2-е изд. – Х46. Большая Российская Энциклопедия, 1998. – 792с.
9. Физиология человека: Учебное пособие по факультативному курсу учащихся IX-X кл. / Хрипкова А.Г., Колесов Д.В., Миронов В.С., Шепило И.Н.- 3-е изд. – М.: Просвещение, 1982. – 160с.