Исследовательская работа «Комплексное исследование дрожжей» 7 класс

XVII— районная конференция членов школьных научных обществ

муниципальных общеобразовательных школ Туркменского района.

Название работы « Комплексное исследование дрожжей»

Автор работы:

Воронко Анна, 7 класс

Место выполнения работы:

МКОУ СОШ №5

с. Казгулак,

Туркменского района,

Ставропольского края

Руководитель:

Подопригора Ирина Анатольевна

Учитель химии и биологии МКОУ СОШ №5

с. Малые Ягуры 2013 год

Оглавление

1. Введение стр.3-4

2.Основная часть 5-11

2.1. Грибы — своеобразное царство живой природы 5

2.2. Дрожжи- представители царства грибов 5-9

2.3. Химический состав дрожжей 9-10

2.4. Организация дрожжей и их размножение 10-11

2.5. Обмен веществ и энергии у дрожжей 11

3. Заключение 12-13

4. Библиографический список 14

5. Приложение 15-16

Введение.

Дрожжами называют грибы, которые существуют на протяжении всего или большей части жизненного цикла в виде раздельных одиночных клеток. Дрожжи обладают всеми свойствами и признаками, характерными для царства грибов. Дрожжи растут и размножаются с большой скоростью, вызывая при этом существенные изменения в окружающей среде. Например, процесс спиртового брожения. Дрожжи многие тысячелетия являются спутниками человечества. Могут приносить как пользу, так и вред. В связи с тем, что дрожжи не образуют токсических веществ, они не наносят вред организму человека. Поэтому авторы своими исследованиями подтвердили органический состав дрожжей и доказали их принадлежность к царству грибов.

Цель работы: провести исследование, доказывающее органический состав дрожжей.

Задачи исследования:

1. Выяснить особенности организации дрожжей, как представителей царства грибов.

2. Изучить качественный химический состав дрожжей;

3. Изучить особенности строения и жизнедеятельности дрожжей;

Оборудование: пекарские дрожжи, 10%-ный раствор NaOH, 1%-ный раствор CuSO₄, HNO₃ концентрированный, раствор йода концентрированный, микроскоп, предметные стёкла, спиртовка, пробирки.

Актуальность:

Вклад дрожжей в развитие биологических наук огромен. Дрожжи- прекрасная модель для изучения многих процессов и явлений. На дрожжевых объектах выполнены первые исследования по радиобиологии, сделаны цитологические и генетические открытия (цитоплазматическая наследственность, генетическая самостоятельность митохондрий и др.), имеющие общебиологическое значение. Использование дрожжей в кондитерском деле и в производстве пива, вина известно с глубокой древности. Дрожжи всегда, сколько помнит себя человечество, его неизменные спутники.

Новизна: в литературных источниках хорошо описано строение дрожжей их использование в кулинарной промышленности, в производстве алкогольных напитков, но недостаточно хорошо описан качественный химический состав, и их жизнедеятельность.

Учитывая реальную проблему, мы выдвигаем гипотезу: если дрожжи относят к одному из царств живой природы- грибам, то они должны обладать таким же химическим составом и организацией жизнедеятельности, что и грибы.

Основная часть.

2.1 Грибы – своеобразное царство живой природы.

Грибы – своеобразное царство живой природы, характерные особенности которых одноклеточность, запасные вещества (гликоген и жиры), большое количество белка, гетеротрофное питание, анаэробные обменные процессы, размножение почкованием. Грибы – обширная группа организмов, насчитывающая около 100 тыс. видов. Они занимают особое положение в системе органического мира. Они лишены хлорофилла и поэтому требуют для питания готовое органическое вещество. По наличию в обмене мочевины, хитина в оболочке клеток, запасного продукта гликогена, крахмала – они приближаются к животным. С другой стороны, по способу питания путем всасывания, а не заглатывания пищи, по неограниченному росту они напоминают растения. Грибы разнообразны по внешнему виду, местам обитания и физиологическим функциям. Основа тела – мицелий. У грибов различают вегетативное, бесполое и половое размножение. Грибы широко распространены в природе на самых различных субстратах.

Экологические группы грибов

Почвенные

Грибы классифицируют на две группы: одноклеточные и многоклеточные.

2.2.Дрожжи- представители царства грибов.

Представители семейства сахаромицетовых не образуют мицелия, их вегетативные клетки почкуются или делятся. Под общим названием дрожжи с этими грибами часто объединяют почкующиеся или делящиеся грибы. Дрожжами называют грибы, которые существуют на протяжении всего или большей части жизненного цикла в виде раздельных одиночных клеток. Дрожжи обладают всеми основными свойствами и признаками грибовых организмов, являясь органотрофными эукариотами. Одноклеточные дрожжи имеют более высокую скорость обмена веществ, благодаря большему значению отношения площади поверхности к объёму. Дрожжи растут и размножаются с большой скоростью, вызывая при этом существенные изменения в окружающей среде. Наиболее известный для дрожжей процесс спиртового брожения был причиной широкого практического использования дрожжей с давних времён. Именно это их свойство привело к тому, что дрожжи исторически всегда рассматривают отдельно от других грибов. Термин «дрожжи» не имеют номенклатурной ценности и не признан в ботанической таксономии. Термины, которыми обозначают дрожжи в разных языках, так или иначе связаны с явлениями или процессами, сопровождающими брожение. Французское levure происходит от латинского levere, означающего подъём, т.е. вспенивание жидкости при брожении за счёт выделения углекислого газа. Немецкое hefe имеет в основе глагол heben –поднимать, а английское yeast и родственное голландское gist происходит от греческого zestos – кипение, пена. В русском языке термин дрожжи имеет корень, общий со словами «дрожь», «дрожать», которые применимы в описании вспенивающейся бродящей жидкости. Общность происхождения терминов, отражающих функции дрожжевых организмов и процессы брожения, свидетельствуют о том, что человек их издавна связывал между собой. По–видимому, бродильные процессы были первыми на пути использования человеком деятельности микроскопических веществ. Можно считать, что дрожжи – это самые древние из культивируемых человеком растений. В древнем Вавилоне была развита техника получения солода и пивоварение, ассирийцы умели готовить вино ещё за 3500 лет до н.э. Легенды древних греков говорят о том, что искусство приготовления вина было даровано людям богом Дионисом. Первый открыл причинную связь между брожением и дрожжами основоположник микробиологии Л.Пастер, обобщивший свои взгляды и наблюдения в знаменитой книге «Очерки о пиве», опубликованной в 1876 г. Он установил, что брожение, являясь энергетическим процессом, заменяет дыхание тем организмам, которые живут в анаэробных условиях: «Брожение есть жизнь без воздуха». Ещё в 1866 г. Пастер опубликовал «исследования о вине, его болезнях и причинах, которые их вызывают. Новые способы сохранения и старения вина». Предложенный Пастером метод стерилизации для сохранения вина путём прогрева при t 50-60^оС получил название пастеризации- приёма, который широко применяется в разных отраслях пищевой промышленности. Как живые существа дрожжи были описаны задолго до открытия Пастера. Первым увидел их голландец Антони ван Левенгук. Рисунки дрожжевых клеток с описаниями он направил в 1680г. в Королевское общество в Лондон. Эту дату связывают с открытием мира микроорганизмов. Значение факта обнаружения Левенгуком дрожжей не было понято ни его современниками, ни учёными последующих поколений в течение 150 лет. Научно- ботанические описания дрожжей, их строение и размножение были сделаны только в 30–х годах прошлого столетия почти одновременно К. Латуром во Франции (1838) и Т. Шванном (1837,1838) и Ф. Кютцингом (1837) в Германии. В результате этих работ дрожжи были отнесены к грибам. Вклад дрожжей в развитие биологических наук огромен. Дрожжи – прекрасная модель для изучения многих процессов и явлений. На дрожжевых объектах выполнены первые исследования по радиобиологии (Г.А. Надсон и Г.С.Филиппов), сделаны цитологические и генетические открытия (цитоплазматическая наследственность. Генетическая самостоятельность митохондрий и др. , имеющее общебиологическое значение. Если начало физиологическому направлению в изучении дрожжей положили работы Л. Пастера, то первым фактом, явившимся основой для биохимических исследований, следует считать открытие братьями Бюхнер в 1897 г. зимазного комплекса. Они пытались приготовить экстрат из пивных дрожжей для медицинских целей и для этого растирали дрожжи с трепелом, а затем на механическом прессе отжимали сок. Добавив к бесклеточному соку в качестве консерванта сахар, они обнаружили, что сок начал бродить. Фактор, ответственный за бесклеточное брожение, был назван зимазой и состоял из энзимов. Слово «энзим» означает с греческого «в дрожжах». Это послужило началом в развитии биохимии. Промышленное использование дрожжей базируется, прежде всего, на их способности превращать сахар в спирт и углекислоту, а также на их воздействии, на зерновые и молочные продукты. Главную роль дрожжи играют в производстве пива, вина, сидра в получении путём дистилляции крепких спиртных напитков (водки, виски, бренди, коньяк, джин, ликёры), в хлебопекарной промышленности. В последние годы к старым технологическим процессам добавились новые: производство промышленного спирта из отходов целлюлозно-бумажной промышленности или мелассы. Дрожжи в культурах на плотных питательных средах растут в виде колоний разного цвета, формы, консистенции, а в жидких средах образуют муть, плёнки и осадки. По цвету, они могут быть чисто – белыми, буровато – бежевыми, коричневыми или яркими, окрашенные во все тона жёлто – оранжево – красного цвета. Организм дрожжей в наиболее простой форме представляет одну клетку. Размеры одиночных дрожжевых клеток лежат в пределах от 1 до 10 мкм, чаще 3 – 7 мкм. Форма дрожжевой клетки в значительной степени зависит от степени вегетативного размножения. Оно может происходить путём почкования, деления и почкующегося деления. Род сахарные грибы или сахаромицеты, объединяет как природные виды так и «культурные» (производственные), существование которых тесно связано со всей бродильной промышленности. Наиболее общим признаком всех дрожжей является их способность к активному сбраживанию с образованием наибольшего по сравнением с другими дрожжами, количеством спирта (от 10 до 19% по объём. Сюда входят пивные, винные,
пекарские дрожжи. Морфологически все виды этого рода довольно сходны: они имеют сферические и овальные клетки, размножающиеся вегетативно почкованием.
2.3. Химический состав дрожжей.

Количество белков в животных и растительных клетках существенно различается. А каково содержание белков в клетках грибов? Если белка в них много, то это должна показать качественная реакция.

Опыт № 1. Определение содержания белков в дрожжах.

Для обнаружения белков проводим биуретову реакцию. Сущность

реакции заключается в том, что пептидные связи молекул белка в щелочном

растворе в присутствии сульфата меди (II) образуют комплексы с атомами

меди. Эти комплексы окрашены в фиолетовый цвет.

В пробирку поместили 2мл суспензии дрожжей, добавили 2 мл щелочи и по каплям медный купорос. После каждой капли встряхивали пробирку.

В пробирке наблюдается фиолетовое окрашивание, что доказывает присутствие белков в клетках дрожжей.

Опыт № 2.

Нагрели суспензию дрожжей в пробирке и довели до кипения. Наблюдали изменения: выпадение осадка, подтверждающего денатурацию белка. На стенках пробирки наблюдали капельки воды и углекислого газа. Денатурация – это необратимый процесс разрушения структур белковых молекул. При этом первичная структура белка не изменяется.

Опыт №3

Ксантопротеиновая реакция позволяет определить, есть ли в белках

ароматические аминокислоты. Ароматические аминокислоты: тирозин,

триптофан, фенилаланин – содержат бензольные кольца. Эти аминокислоты

незаменимые и содержатся в основном в животных тканях.

Ксантопротеиновая реакция заключается в том, что под действием азотной

кислоты происходит реакция нитрования бензольного кольца с образованием окрашенного в жёлтый цвет нитросоединения.

В результате проведенной реакции в пробирке с суспензией дрожжей наблюдали жёлтое окрашивание. Это доказывает, что в строении белковых молекул входят аминокислоты, содержащие ароматические соединения. Обнаружение сложных углеродов в дрожжах.

Опыт № 4.

Известно, что в растительных клетках запасается сложный углевод крахмал, а животных – гликоген. Определим запасной углевод в грибах.

В результате реакции с раствором йода обнаружили оранжевое окрашивание. Это говорит о том, что дрожжи как животные клетки содержат

– гликоген.

2.4. Организация дрожжей и их размножение.

Опыт№5.

В пекарских дрожжах обычно присутствуют две расы: одна представлена округло- эллипсовидными клетками, быстро разъединяющимися при почковании; другая – удлиненно – цилиндрическими, образующими при почковании кустики.

В своём исследовании обнаружили клетки округло – эллипсовидной расы.

(Приложение № 1).

2.5. Обмен веществ и энергия у дрожжей.

Опыт № 6

В приготовленной заранее колбе с дрожжами, помещёнными в сахаристую

жидкость, пронаблюдаем процесс пенообразования на поверхности

раствора. В результате опыта наблюдали выделение углекислого газа,

Дрожжи в качестве источника энергии используют энергию, выделяемую

при брожении сахаристых веществ, в результате их деятельности выделяется углекислый газ. Это процесс протекает при температуре около 40⁰ С. Данная температура оптимальна для работы ферментов. (Приложение № 2).

Заключение.

3.1. Можно ли дрожжи отнести к царству грибов.

Исходя из результатов биохимического и цитологического исследования дрожжей, мы сделали следующие выводы:

1. Дрожжи относятся к царству грибов, т.к. имеет такие же особенности строения и жизнедеятельности: одноклеточность, запасные вещества (гликоген и жиры), большое количество белка, гетеротрофный тип питания, анаэробные обменные процесс (развиваются в присутствии кислорода).

2. Наличие белка гликогена, хитина в строении клеточной оболочке, гетеротрофного типа питания сближает грибы с царством животных.

3. Неограниченный рост сближает дрожжи с царством растений.

4. Дрожжи – одноклеточные живые организмы. Обладают свойствами, присущими всем живым организмам (питание, рост, развитие, размножение, обмен веществ и энергии, дыхание, единый химический состав клетки, единый план строения организма).

5. Энергия, которую они используют для процессов жизнедеятельности, выделяется при брожении сахаристых веществ.

6. Размножаются при помощи почкования. Данный процесс относится к бесполому размножению.

7. Дрожжи очень древняя группа живых организмов.

8. Дрожжи интересный объект исследования. На основе дрожжей фармацевтическая промышленность выпускает витамины, лекарственные вещества. А в кондитерской промышленности дрожжи не имеют конкурентов.

9. Мы считаем, что данная работа будет интересна прежде всего

для наших сверстников, увлекающихся биологией. Исследовательская работа даёт широкий спектр для развития логического мышления, умения работать с литературой, предлагать гипотезы и находить ответы.

Мы считаем ,что такая работа нам пригодится в будущем.

Поэтому в своей работе мы изучили химический состав, организацию дрожжей. В то же время мы планируем продолжить свою работу и исследовать дрожжи — сверх-синтетики, т.е узнать как используются дрожжи для производства витаминов и микроэлементов, необходимых в фармацевтической и пищевой промышленности. А также хотим узнать не только о пользе дрожжей, но и вреде.

Библиографический список.

1. Биология в школе. Научно- методический журнал №6 2004 год.

2. Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия. 2007г. Электронное издание

3. Введение в биологию под редакцией Полянского. Москва. « Мир» 1988 год.

4. Жизнь растений том № 2 «Грибы». Энциклопедия под редакцией М. В. Горленко. Москва. « Просвещение» 1976 год.

5. Современная ботаника том № 1.Энциклопедия под редакцией академика А.Л. Тахтджаяна. Москва. «Мир» 1990 год.

6. Энциклопедия Брокгауза и Ефрона в 86 томах. 2008г. Электронное издание.

Приложение № 1

ПЕКАРСКИЕ ДРОЖЖИ

Приложение № 2

Сводная таблица результатов.

Вид иссле -дования