Органы пищеварения и процесс переваривания пищи

Тяжело переоценить значимость процесса пищеварения в функционировании человеческого или любого другого сложного живого организма. Из базовой образовательной программы по биологии всем известно, что основными активными веществами в процессе расщепления и переваривания пищи являются ферменты. Именно о них, а конкретно о липазе – ферменте, воздействующем на липоиды, и пойдёт речь. Опыты будут рассказывать о функциях пищеварительной системы, о том, какие физические и химические изменения претерпевает пища в процессе пищеварения, какова роль желчи в пищеварении.

Проект «Пищеварительная активность ферментов и усвоение жиров»

Желчный пузырь является важным одним из элементов обеспечения кислотности  желудка и переваривании жиров  – именно вырабатываемые им соли желчных кислот помогают ферменту липазе расщеплять их. Так, например, из-за плохой работы или отсутствия желчного пузыря человек может начать испытывать недостаток полезных веществ, на почве чего развиваются различные расстройства, связанные с кислотностью желудка и неусвоением жиров (наиболее наглядно он проявляется как сухая кожа и волосы, но проблемы могут оказаться серьезнее).

Каково же значение солей желчных кислот? Жиры попадают в организм через тонкий кишечный тракт в виде плотной массы, и липаза, будучи водорастворимым ферментом, не может полностью расщепить их. Для того, чтобы липаза могла функционировать правильно, поддерживая пищеварение, желчный пузырь выделяет вещества, регулирующие кислотность желудка и дробящие сгусток жиров и масел на мелкие капли. Этот процесс называется эмульгированием. Он является необходимым для пищеварения.

Следующий опыт покажет нам зависимость липазы от температуры, при которой происходит взаимодействие фермента, солей кислот и расщепляемых жиров.

Что нам понадобится:

• 7 пробирок размером 20х150 миллиметров;
• держатель для пробирок;
• соли желчных кислот;
• липаза (в порошковой форме);
• ложка объемом 1,25 миллилитра;
• вода;
• любое растительное масло;
• часы или секундомер;
• емкость;
• медицинский термометр;
• палочки для кофе (или другой аналогичный расходный материал);
• источник тепла;
• защитные очки;
• латексные перчатки.

Ход эксперимента:

1. Ознакомьтесь с мерами предосторожности:
   • Избегайте попадания солей желчных кислот на слизистую глаз и на глаза в целом, а также на слизистую носа и полости рта.
   • При попадании веществ в глаза промойте их водой.
   • При попадании внутрь соли могут вызвать аллергическую реакцию.
   • Рабочее помещение должно быть хорошо вентилируемым.
   • При работе держите все емкости закрытыми; открывайте их только при необходимости.
   • После завершения работы промойте руки с мылом, даже если вы работали в перчатках.
2. Заполните контрольную пробирку. Заполните пробирку водой комнатной температуры наполовину  и добавьте несколько капель масла.
3. При помощи мерной ложки добавьте по одному миллилитру липазы и солей в контрольную пробирку.
4. Аккуратно зажмите пробирку и встряхните ее, чтобы перемешать содержимое.
5. Замерьте температуру содержимого пробирки термометром.
6. Запишите свои наблюдения о происходящем в пробирке.
7. Оставьте пробирку на 20 минут, вернитесь к наблюдениям, запишите результаты.
8. Наполните вторую пробирку, повторите процесс с одним изменением: НЕ добавляйте соли желчных кислот.
9. Сделайте замер температуры во второй пробирке.
10. Тестовую пробирку поместите в емкость с водой, начните нагревать.
11. Продолжайте нагревание до тех пор, пока температура  не достигнет 30 градусов Цельсия.
12. Добавьте липазу.
13. Встряхните эту пробирку,  оставьте ее  на 20 минут, а затем опишите свои наблюдения.
14. Для улучшения точности результата повторите ту же последовательность действий с оставшимися пятью пробирками, доводя их до следующих температур:  40, 50, 60, 70, 80⁰С.
15. Заполните таблицу, зафиксировав свои наблюдения таким образом: отдельные слои жира – 0%, большие капли – 25%, очень маленькие капли – 75%, гомогенная смесь – 100%.
16. Внесите в таблицу: номер образца (контрольный, №1, №2, №3, №4, №5, №6), начальную температуру (комнатная, 30⁰C, 40⁰C, 50⁰C, 60⁰C, 70⁰C, 80⁰C), наблюдения спустя 20 минут, процент расщепления масла.
17. На миллиметровой бумаге или с помощью программы Excel начертите график приблизительной зависимости активности фермента от повышающейся температуры. На вертикальной шкале разместите степень расщепления масла в процентах, а на горизонтальной – все значения температуры, про которой производились наблюдения.

Вывод:

При помощи этого эксперимента вы наблюдали процесс расщепления жиров солями желчных кислот в присутствии и отсутствии липазы при разной температуре, аналогичный тому, на котором строится пищеварение человека. На получившемся графике четко видна температура, при которой расщепление, а также усвоение происходит наиболее эффективно.

По результатам исследования попробуйте ответить на следующие вопросы: Как влияет изменение температуры на способность липазы расщеплять жиры  без помощи желчи? Влияет ли присутствие липазы на расщепление жиров при начальной температуре?

Проект «Взаимодействие липазы и желчи в процессе переваривания жиров и масел»

Пищеварительная система в простой форме представляет собой длинную трубку из органов пищеварения в теле человека, начинающуюся ротовым и заканчивающуюся анальным отверстием. Ее цель – расщеплять и переваривать пищу, максимально усваивая все содержащиеся в ней полезные вещества. Процесс усвоения одного из типов химических веществ – жиров – происходит в два этапа. На первом этапе в двенадцатиперстную кишку попадают непосредственно липиды, и здесь свою роль играю соли желчных кислот – или просто желчь. Желчь – это соединения, выделяемые желчным пузырем, которые необходимы для того, чтобы дробить липиды (жиры и масла) на небольшие капельки. Это необходимо потому, что только на такие капли может воздействовать липаза (это фермент, перерабатывающий жиры в организме человека). Желчь производится печенью, но хранится в желчном пузыре, из которого по желчному протоку подается в кишечник тогда же, когда туда попадают и жиры как слипшаяся масса, и липаза, не способна расщепить их в таком виде. При недостатке или отсутствии этого вещества возникают нарушения пищеварения.

Целью данного эксперимента будет определение того, может ли выделяемая желчным пузырем желчь самостоятельно растворять жиры или это невозможно при отсутствии фермента липазы.

Что нам понадобится:

• три емкости объемом приблизительно 0,5 литра каждая;
• соли желчных кислот;
• липаза в порошкообразном виде;
• вода;
• растительное масло;
• защитные очки;
• мерная ложка или ложка объемом 1,25 миллилитров;
• часы;
• палочки для размешивания.

Ход эксперимента:

1. Перед началом работы подробно ознакомьтесь со списком мер предосторожности:
   • Избегайте попадания солей желчных кислот на поверхность глаз, а также во внутреннюю часть полости рта и носа.
   • Длительный контакт с солями может быть причиной аллергической реакций.
   • Помещение, где проводится эксперимент, должно быть максимально хорошо вентилированно.
   • Открывайте емкости с веществами только при необходимости,  держите их закрытыми, когда они не используются – потенциальная опасность липазы для организма еще не была досконально изучена.
   • После завершения работы утилизируйте все одноразовые материалы, которые вы использовали.
   • Мойте руки и все лабораторное оборудование многоразового использования. Мыть руки следует даже, если вы работали в перчатках.
2. Наполните первую из заготовленных емкостей водой при комнатной температуре.
3. Добавьте каплю любого растительного масла.
4. Первую емкость определим как контрольную – там будет только вода с маслом.
5. Встряхните заполненную емкость.
6. Запишите свои наблюдения.
7. Во вторую емкость налейте масло. При помощи ложки насыпьте 1 миллилитр солей желчных кислот.
8. Встряхните вторую емкость и отставьте ее.
9. Запишите все, что вы наблюдали.
10. В третью емкость добавьте воду, масло, а также по одному миллилитру солей и порошка липазы.
11. Встряхните и отставьте на некоторое время и третью смесь.
12. Опишите процессы, наблюдавшиеся в емкости.
13. Сделайте на каждой емкости отметку о составе.
14. Оставьте все три емкости на 20 минут и снова зафиксируйте свои наблюдения.
15. Для того, чтобы описать свои наблюдения, используйте такие термины, как: раздельные слои, крупные капли, небольшие капли, мелкие капли, визуально однородная смесь.
16. По результатам исследования заполните таблицу со следующими пунктами: (вода и масло, вода+масло+желчь, вода+масло+желчь+фермент), предварительное наблюдение, наблюдение через 20 минут.
17. Дополнительно можно создать модель происходящего процесса. Как сделать модель пищеварительной системы? Начните с плоской схемы. Найдите в интернете и по желанию распечатайте картинку, изображающую упрощённую модель пищеварительной системы и подпишите на ней все детали анатомии этой части системы пищеварения. После строения отдельно отметьте вещества (желудочный сок, жиры, ферменты) и процессы переваривания пищи (поступление поглощённой еды, первичное переваривание пищи, формирование липидной массы, выделение пищеварительного сока, дробление жира из пищи, обработка липазой и другими ферментами, диспепсия, полное усвоение полезных продуктов).

Вывод:

Желчь расщепляет жиры (липиды) на маленькие капельки, которые затем распределяются по пищеварительному тракту. В результате этого процесса липаза получает возможность полностью воздействовать на жиры и дробить их до состояния, в котором они могут быть расщеплены и усвоены организмом.

Для того, чтобы проанализировать результаты эксперимента, ответьте на следующие вопросы:

1. В какой из емкостей жир начал расщепляться первым?
2. Способна ли желчь быть ферментом, который расщепляет жир сам по себе?
3. Действительно ли жечь необходима для расщепления жиров?
4. Кто именно выступает эмульгатором – желчь или фермент липаза?

Заключение:

В двух опытах, приведённых выше, мы рассмотрели одну из функций пищеварительной системы, определили, какую роль в пищеварении играет желчь, пронаблюдали физико-химические изменения веществ, содержащихся в пище, в процессе пищеварения.

Также можно самостоятельно изучить и другие темы:

• пищеварение человека в целом (пищеварение – это сложный процесс, включающий в себя комплексную систему органов и подпроцессов);
• физиология пищеварения (алгоритмы и этапы переваривания продуктов);
• типы пищеварения;
• состав и свойства желудочного сока;
• анатомия пищеварительной системы (это одна из систем, базовые знания о которой преподаются ещё на уровне школьной программы и перекликаются с анатомией человека в целом);
• физико-химические изменения пищи на других этапах процесса пищеварения.

При помощи других опытов можно узнать, к примеру, среднее время переваривания разных типов пищи в процессе пищеварения, какую роль в пищеварении играют другие ферменты вещества помимо липазы и желудочного сока, играют ли в их случае роль физические параметры среды такие, как температура или кислотность и что можно применить для улучшения пищеварения.