ПЕРЕВАРИВАНИЕ КРАХМАЛА ФЕРМЕНТАМИ СЛЮНЫ ЧЕЛОВЕКА

УДК 612.3

ББК Е 93

    Т 864

Н.В. Турбасова, А.Б. Загайнова. Физиология человека. Раздел: «Физиология пищеварения и терморегуляции»:Учебно-методический комплекс.  Лабораторный практикум для студентов очной и заочной форм обучения Специальность 020201.65 – «Биология», направление 020200.62 – «Биология» (бакалавр), специальность 020803.65 – «Биоэкология» биологического факультета. Тюмень.: Издательство Тюменского государственного университета, 2010. – 43 с.

Учебно-методическое руководство включает лабораторные работы, составленные в соответствии с программой курса «Физиология человека и животных», многие из которых иллюстрируют фундаментальные научные положения классической физиологии. Часть работ имеет прикладной характер и представляет собой методы исследования секреторной функции пищеварительного тракта и определения температурного баланса организма.

Рабочая учебная программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ: Физиология человека. Раздел: «Физиология пищеварения и терморегуляции»[электронный ресурс] /Режим доступа: http://www.umk.utmn.ru., свободный.

Рекомендовано к изданию кафедрой анатомии и физиологии человека и животных. Утверждено проректором по учебной работе Тюменского государственного университета.

ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР:   В.С.Соловьев, д. мед. н., профессор

© ГОУ ВПО Тюменский государственный университет, 2010

© Турбасова Н.В., Загайнова А.Б., 2010

Пояснительная записка

Предметом исследования в разделах «Пищеварение и терморегуляция» является организм человека и его физиологические системы, обеспечивающие механическую обработку, переваривание и всасывание питательных веществ; а также функциональные элементы систем, участвующих в поддержании температуры тела.

    Цель курса: продемонстрировать физико-химические свойства пищеварительных соков, сформировать представление о влиянии изучаемых секретов на белки, жиры и углеводы, а следовательно об их ферментном составе; проиллюстрировать принципы терморегуляции организма человека.

    Задачи лабораторного практикума: ознакомить студентов с методами исследования физиологических функций пищеварительного тракта человека и животных; проиллюстрировать фундаментальные научные положения; представить методики контроля функционального состояния пищеварительной системы и центров терморегуляции.

На проведение лабораторных занятий по курсу «Физиология человека и животных» отводится 52 часа на ОДО и 20 часов на ОЗО. Итоговая форма отчетности по курсу «Физиология человека и животных» - экзамен.

Требования к экзамену: необходимо понимание основ жизнедеятельности организма, в том числе механизмов функционирования систем органов, клеток и отдельных клеточных структур, регуляции работы физиологических систем, а также закономерности взаимодействия организма с внешней средой.

Учебно-методический комплекс разработан в рамках программы общего курса «Физиология человека и животных» для студентов биологического факультета.

ФИЗИОЛОГИЯ ПИЩЕВАРЕНИЯ

В процессе жизнедеятельности расходуется энергия, а зна­чит, требуется постоянное пополнение энергетических ресур­сов. Кроме того, необходимо поступление «строительных» ма­териалов для восстановления отмирающих клеточных элемен­тов.

Источником таких соединений служит поглощаемая живот­ными и человеком пища. Она содержит большее или меньшее количество белков, жиров, углеводов, а также витаминов, воды и неорганических веществ. Чтобы пищевой рацион был аде­кватным затратам организма и сбалансированным, указанные компоненты должны находиться в нем в правильных соотноше­ниях. Оптимальный пищевой рацион заметно варьирует в зави­симости от пола, возраста, активности, размеров тела и темпе­ратуры окружающей среды.

Пищевые вещества попадают в организм в виде сложных ком­плексов, которые, как правило, не могут всасываться и усваи­ваться. Для этого требуется сложная физическая, а главное - химическая переработка пищи: расщепление органических ве­ществ до простых растворимых соединений, которые поступают в циркулирующую кровь и поглощаются из нее клетками орга­низма. Этот процесс сложной физической и химической обра­ботки пищевых веществ носит название пищеварения. У про­стейших оно протекает внутриклеточно. У высших животных и человека пищеварение осуществляется внеклеточно - в полости пищеварительного тракта.

Пищеварительная трубка делится на участки, выполняющие определенную роль в общем процессе переваривания и всасы­вания. Отделы пищеварительной трубки обладают морфологи­ческими и физиологическими особенностями, но построены они по общему плану. Стенки пищеварительной трубки на всем ее протяжении состоят из четырех слоев: слизистой оболочки, подслизистой основы, мышечной и серозной оболочек.

Двигательные элементы пищеварительной системы обеспе­чивают размельчение пищи, перемешивание и последователь­ное передвижение ее по пищеварительному каналу. Мышечная оболочка состоит, как правило, из двух слоев - внутреннего кольцевого и наружного продольного. Координированные со­кращения этих слоев создают волнообразные перистальтические движения стенок, которые способствуют передвижению пи­щевого комка.

Химическая обработка пищи происходит под действием со­ков, выделяющихся в полость пищеварительной трубки. В зна­чительной мере они секретируются железистым эпителием сли­зистой оболочки (внутренний слой пищеварительной трубки). Они содержат большое количество слизи, а также специфиче­ские вещества, необходимые для расщепления сложных соеди­нений, - ферменты. Слизь обволакивает пищу и облегчает про­хождение пищевого комка по пищеварительному тракту, кроме того, она препятствует перевариванию стенок кишечника его собственными ферментами.

Соответственно трем группам основных пищевых веществ - белкам, жирам и углеводам - в пищеварительных соках имеют­ся протеолитические ферменты (расщепляющие белки), липолитические (расщепляющие жиры) и амилолитические (расще­пляющие углеводы). В результате действия ферментов пищева­рительных соков на сложные пищевые вещества они расщепля­ются до конечных продуктов, которые способны всасываться, т.е. переходить в кровь или лимфу. Так, конечным продуктом переваривания сложных белковых соединений являются амино­кислоты, углеводов - моносахара, жиров - жирные кислоты и глицерин.

Необходимый для нормальной жизнедеятельности пласти­ческий и энергетический материал человек получает с пищей. Однако для того чтобы усвоиться организмом, пищевые про­дукты должны подвергнуться соответствующей обработке.

Пищеварение - это совокупность физических, химических и физиологических процессов, обеспечивающих обработку и пре­вращение пищевых продуктов в простые химические соедине­ния, способные усваиваться клетками организма. Пищеварение происходит в органах пищеварительного тракта (полости рта, глотке, пищеводе, желудке, тонкой и толстой кишках с участи­ем печени и желчного пузыря, поджелудочной железы).

Пищеварительная система выполняет ряд функций: секре­торную, моторную, всасывательную, инкреторную, экскретор­ную и др. Многообразие функций пищеварительной системы определяет многочисленность методических приемов, исполь­зуемых для изучения физиологии пищеварения. Некоторые из этих методов приведены в данных указания к лабораторным работам.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ПЕРЕВАРИВАНИЕ КРАХМАЛА ФЕРМЕНТАМИ СЛЮНЫ ЧЕЛОВЕКА

Пищеварение осуществляется при помощи ферментов – биологических катализаторов, входящих в состав пищеварительных соков. Ферменты отличаются высокой специфичностью. Поступающая в организм пища уже в полости рта подверга­ется химическим изменениям. В ротовую полость открываются протоки трех пар больших слюнных желез - околоушных, подче­люстных и подъязычных. Кроме того, слюна выделяется массой мелких железок, рассеянных по слизистой ротовой полости.

По характеру выделяемого секрета слюнные железы делятся на слизистые, серозные и смешанные. Слизистые железы выде­ляют вязкую, тягучую, мутную слюну, что обусловлено содер­жанием в ней муцина. Серозные железы выделяют прозрачную, водянистую слюну. Мелкие железки полости рта являются сли­зистыми; подчелюстные и подъязычные железы - смешанными; околоушные железы отделяют серозный секрет.

Слюна представляет собой водянистый секрет (98,5-99,5% воды), содержащий ферменты - амилазу, лактазу, мальтазу, лизоцим, органические вещества - белок и его фракции, му­цин, слизь, анионы хлоридов, бикарбонатов, фосфатов, сульфатов, йодидов, бромидов, катионы кальция, калия, магния, ряд микроэлементов. Под действием амилазы слюны начинается гидролиз углеводов - расщепление крахмала, который превра­щается сначала в декстрины - полисахариды с более короткой цепью, а затем в дисахарид - мальтозу. Лизоцим способству­ет очищению ротовой полости от патогенных микроорганизмов, вызывая разрушение их клеточных стенок.

Слюна имеет слабощелочную реакцию: рН 7,4-8,0. Наиболее сильно переваривающее действие ферментов проявляется при определенных условиях среды: температуре 37-40 °С и слабо­щелочной реакции. Действие ферментов слюны продолжается и в полости желудка, до тех пор пока желудочный сок, пропиты­вающий кашицу, не изменит первоначально щелочную реакцию на кислую.

Состав и количество слюны зависят от консистенции и хими­ческого состава поступающих в полость рта веществ и функци­онального состояния организма. У взрослого человека выделя­ется около 0,5-2 л слюны за сутки. Основны­ми ферментами слюны являются альфа-амилаза и мальтаза. Оптимум их действия находится в пределах нейтральной или слабощелочной ре­акции среды при нормальной температуре тела (при 37 °С). Альфа-амилаза расщепляет полисахариды (крахмал, гликоген) до мальтозы (дисахарида). Мальтаза действует на мальтозу и расщепляет ее до глюкозы.

Для работы необходимы: штатив с набором пробирок, пипетки, сте­клянная воронка, стеклянная палочка, термостат или водяная баня с темпера­турой 37-38 °С, термометр, холодильная камера (или чашка с толченым льдом или снегом), спиртовка, стеклограф, лакмусовая бумага (красная и синяя), 10%-ный рас­твор уксусной кислоты, 0,5%-ный раствор НСl, 10%-ный раствор едкого натрия, 1%-ный раствор медного купороса, реактив Люголя, 1%-ный раствор вареного крахмала, 1%-ный раствор сырого крах­мала. Объект исследования – человек (слюна человека).

Проведение работы. Заблаговременно готовятся раство­ры и реактивы. Для приготовления раствора Люголя необходимо 0,1 г кристаллического йода и 0,15 г йодистого калия растереть в ступке пестиком, а затем растворить порошок в 150 мл дистиллированной воды. В качестве реактива на крах­мал можно использовать 5%-ный спиртовой раствор йода, но его нужно в 8 раз разбавить водой. Реактив Фелинга состоит из двух растворов, которые готовят и сохраняют отдельно и смешивают в равных объемах только перед употреблением:

1) 5 г NaOH и 17,5 г сегнетовой соли растворяют в 50 мл воды;

2) 3,5 г CuSO₄ х 5Н₂О растворяют в 50 мл воды.

Прополоскать рот. Набрать в пробирку слюны. Для лучшего ее отделения положить за щеку вату, смоченную уксус­ной кислотой. Для постановки опыта необходимо около 8-10 мл слюны. Собранную слюну профильтровать через ворон­ку с ватой для очистки от пены. Профильтрованную слюну испытайте на лакмусовой бумаге. Нейтральная лакмусовая бумага синеет, т.к. слюна имеет слабощелочную реакцию, которая обусловлена присутствием бикарбонатов и биметаллического фосфора. Пронумеровать шесть проби­рок. В пробирки 1 и 2 налить по 2 мл крахмального клейстера (1%-ный вареный крахмал) и добавить по 1 мл отфильтрован­ной слюны. В пробирку 3 налить 1 мл слюны, тщательно про­кипятить ее, дополнительно прогреть верхнюю часть пробир­ки для полного разрушения ферментов и затем добавить к ней 2 мл 1% крахмального клейстера. В пробирку 4 налить 2 мл 1% крах­мального клейстера и добавить 1 мл дистиллированной воды. В пробирку 5 налить 2 мл 1%-ного раствора сырого крахмала и 1 мл слюны. В пробирку 6 к 2 мл 1% крахмального клейстера прибавить 1 мл слюны, предварительно подкисленной соляной кислотой, проверив реакцию синей лакмусовой бумажкой. Про­бирки 1, 3-6 поставить на 5-10 мин в водяную баню с температурой 37-38 °С (следить за тем, чтобы температура в водяной бане не поднималась выше 40 ⁰С), пробирку 2 в холодильную камеру или в сосуд со льдом или снегом. В пробирке 1 воспроизводится действие амилазы на крахмал при температуре тела, остальные 5 проби­рок служат контролем. Для учета действия фермента в отдель­ных пробах при различных условиях за одинаковый промежуток времени рекомендуется все пробирки ставить в водяную баню или на лед и вынимать их одновременно. Через 5-10 мин вы­нуть все пробирки, а те, что были в водяной бане, охладить под краном проточной водой. Для того чтобы определить, ка­кие изменения произошли в пробирках, необходимо содержимое каждой из пробирок последовательно разделить на две части и проделать с одной из них пробу Люголя на крахмал, с другой - пробу Троммера (реактивом Фелинга) на сахар.

Реакция Люголя на крахмал заключается в том, что при до­бавлении нескольких капель раствора I в KI к жидкости, со­держащей крахмал, она приобретает сине-фиолетовую окрас­ку. Продукты распада крахмала - декстрины - тоже дают эту реакцию, однако с уменьшением размеров молекул происходит сдвиг окраски в красноватую сторону.

Проба Троммера на виноградный (простой) сахар - продукт расщепления крахмала фермен­тами слюны - основана на том, что в присутствии сахара, при взаимодействии NaOH и CuSO₄ по­является синеватое окрашивание жидкости, при ее нагревании выпадают хлопья кирпичного (буро-красного) цвета из-за того, что если хотя бы часть крахмала расщепилась до глюкозы, происходит восстановление оксида меди (II) в оксид меди (I), который и образует оранжево-красный (кирпичный) осадок. Реакцию Троммера дают не только моносахариды, но и дисахариды. Пробу Троммера проводят следующим образом. В пробирку с исследуемым рас­твором добавляют 10 капель 10%-ного раствора NaOH и 5 ка­пель 1%-ного раствора CuSO₄ затем пробирку подогревают. Подогревать рекомендуется лишь верхний слой, при этом от­четливее становится контраст между двумя слоями.

Результаты работы и их оформление. На основании результатов исследования на крахмал и сахар во всех пробах сделать заключение о наличии в слюне фермен­та, специфичности его действия, влиянии рН среды и темпера­туры на скорость ферментативного расщепления крахмала, о действии амилазы слюны на сырой крахмал. Проанализировав результаты опыта, объяснить, почему содержимое пробирок при добавлении раствора Люголя и реактива Фелинга приоб­ретает различную окраску. Подумать, какой момент опыта убеждает Вас в том, что переваривание крахмала слюной - процесс ферментативный. Составить таблицу 1 и внести в нее результаты эксперимента. Для удобства анализа, полученных данных, занесенных в таблицу, отметить большое количество сахара или крахмала знаком «++», следы этих веществ – знаком «+», их отсутствие знаком «-» .

Таблица 1

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2