Влияние техногенных загрязнителей города Братска на биологические объекты
Можно, пожалуй, сказать, что назначение человека заключается в том, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар непригодным для жизни.
Ж. -Б. ЛамаркОдин из важнейших компонентов живого организма – фермент. Ферменты имеют белковую структуру и обладают высокой каталитической активностью. Они способны в ничтожных количествах вызывать огромный эффект в смысле ускорения реакции. Для любой ферментативной реакции необходимо очень небольшое количество фермента. Если протекание биохимической реакции поддается визуализации, то фермент становится удобным индикатором для изучения воздействий различных факторов среды, в том числе на белковые структуры организма. В качестве объекта нашего исследования выбор пал на ферменты: уреазу, амилазу и каталазу.
Обмен веществ является основой жизненного процесса. Условия существования биологических объектов крайне важны, так как без этих условий организм не может существовать. При изменении факторов среды меняются и факторы существования биологических объектов, что сразу же может вызвать значительные изменения и в обмене веществ организма. При очень резких изменениях условий окружающей среды организм повреждается или погибает.
Ядовитые выбросы продолжают активно отравлять атмосферу, нанося вред здоровью людей. В основном это предприятия-загрязнители (БЛПК, БрАЗ), выхлопные газы автомобилей, продукты биохимии, которыми пользуется практически каждый, свалки в черте города, пожары от рук самих людей и др.
Такие вещества как формальдегид, метилмеркаптан, сероводород, диоксид азота, оксид углерода, соли тяжелых металлов, фторид водорода уже во много раз превышают ПДК в г. Братске. Нельзя закрывать глаза на эту проблему!
Я продолжила изучать воздействия различных факторов среды на ферменты: уреазу, амилазу, каталазу, а также на растительные объекты, взяв в дополнение к загрязнителям почвенные вытяжки и атмосферные осадки нашего города.
Роль ферментов в живых организмах
Ферментами, или энзимами называют вещества, находящиеся в клетках, тканях и жидкостях живого организма, обладающие способностью значительно повышать скорость химических реакций. Название «фермент» произошло от слова fermentation – брожение
Процесс брожения подвергся детальному изучению ранее других ферментативных процессов. Так как ферменты встречаются в природе лишь в живых организмах, то они получили название биологических катализаторов.
Благодаря ферментам осуществляется превращение разнообразных веществ, связанных с жизнедеятельностью живого организма. Ферменты принимают участие в процессах обмена веществ между организмом и внешней средой.
Уровень загрязнения воздуха бассейна Братска очень высок. «Дурнопахнущие» туманы накрывают город, проникая в помещения, люди задыхаются от ядовитых газов и болеют от кислотных дождей. Из изученных нами статистических данных состояния загрязнения атмосферного воздуха г. Братска со 2 марта по 28 сентября 2005г. , и из химического анализа работы Карповой Ольги, ученицы 11Б МОУ «СОШ №1», мы сделали вывод, что наиболее типичными для г. Братска загрязнителями являются: соли меди, свинца, алюминия, железа, цинка, формальдегид, диоксид азота, аммиак, фтористый водород, оксид углерода(II).
Влияние некоторых загрязнителей на здоровье людей
Фтористый водород – бесцветная, легко подвижная, дымящаяся на воздухе жидкость с резким запахом. Очень ядовитая. Вследствие воздействия, нарушается кальциевый обмен в организме, что вызывает нарушение работы других органов и систем. Поражает слизистую оболочку полости рта, глаз, желудочно-кишечного тракта. Отмечается отставание в физическом развитии.
В атмосферу выбрасывается в основном диоксид азота – бесцветный, не имеющий запаха ядовитый газ, раздражающе действующий на органы дыхания.
Формальдегид (муравьиный альдегид, метаналь), НСНО, бесцветный газ с резким запахом. Вызывает экзему рук, тяжелые аллергические дерматиты, поражающие слизистые дыхательных путей, астму и другие заболевания легких. Обладает тератогенностью, мутагенностью и канцерогенностью. Вызывает лейкозы, рак полости рта, носа, легких, предстательной железы, головного мозга, толстой кишки, кожи, почек.
Возрастает содержание оксида углерода(II). СО – это бесцветный газ, не имеющий запаха, который действует на нервную и сердечно-сосудистую системы.
Признаки воздействия загрязнителей воздуха на организм человека проявляется большей частью в ухудшении общего состояния здоровья: появляются головные боли, тошнота, чувство слабости, снижается и теряется трудоспособность. Отдельные загрязняющие вещества вызывают специфические симптомы отравления.
Для определения влияния активности ферментов и биологических объектов под действием загрязнителей были проведены серии следующих опытов:
Опыт 1: Исследование активности каталазы
Каталаза содержится не только в тканях живых организмов, но и, как и амилаза, в ротовой полости. Каталаза катализирует расщепление перекиси водорода до образования воды и кислорода: каталаза
2 H2O2 2H2O + O2
Индикатором активности фермента является выделение кислорода.
Для проведения этого опыта берем: 19 чистых пробирок в штативе, 3%-ый раствор пероксида водорода, пинцет, ткани живых организмов (кусочки сырого мяса и картофеля), загрязнители.
Ход работы:
Берем 19 чистых пробирок. В первые 10 помещаем кусочки сырого мяса, а во вторые 10 – кусочки измельченного сырого картофеля. Потом наливаем в каждую немного пероксида водорода. Затем во все пробирки, кроме двух контрольных добавляем немного воды и загрязнителя (1%-ый р-р).
Наблюдения:
№ Пробирки Мясо Рез-т Картофель Рез-т
1 контрольная идет идет
2 СuSO4 + H2O2 замедленно яд слабо яд
3 NaF + H2O2 медленно ср. активн.
4 FeCI3 + H2O2 не действует яд ср. активн.
5 ZnSO4 + H2O2 очень медленно яд не действует яд
6 Al2(SO4)3 + H2O2 очень слабо яд очень медленно яд
7 HCHO + H2O2 слабо яд не действует яд
8 NO2 + H2O2 слабо яд идет
9 NH3 + H2O2 бурно -
Вывод: Уменьшение активности каталазы для обоих случаев происходит в присутствии соли меди, цинка, алюминия и формальдегида. Эти вещества являются ядами для биологических объектов.
Опыт 2: Исследование активности уреазы
Фермент уреаза широко распространен в растительном мире, особенно высока активность уреазы в семенах некоторых бобовых, а также этот фермент присутствует и в арбузных семечках, и в семенах тыквы и кабачка. Уреаза катализирует гидролиз мочевины с образованием углекислого газа и аммиака: уреаза
H2N – C – NH2 + H2O CO2 + NH3
Индикатором активности фермента является изменение окраски фенолфталеина в малиновый цвет.
Для проведения этого опыта берем: 14 чистых пробирок в штативе для пробирок, мочевину, арбузные семечки, фенолфталеин, атмосферные осадки, почвенную вытяжку и другие загрязнители.
Ход работы:
Растираем в ступке арбузные семечки и заливаем все 10 мл. дистиллированной воды, получая при этом раствор уреазы. В пробирку 1(контрольную) последовательно наливаем раствор уреазы, раствор мочевины и добавляем 2 – 3 капли фенолфталеина. Во 2 – 14 пробирки (опытные) наливаем раствор уреазы, раствор мочевины, раствор химического соединения (1%-ый р-р) или осадки, 2 – 3 капли фенолфталеина. Даем постоять пробиркам в штативе 3 – 5 минут при комнатной температуре.
Наблюдения:
№ Пробирки Окраска Рез-т № Пробирки Окраска Рез-т
1 контрольная ярко-малиновая 8 Pb2+ (0. 5%-ый р-р) малиновая
2 Zn2+ бледно-розовая яд 9 Pb2+ розовая яд
(2%-ый р-р)
3 Cu2+ бледно-розовая яд 10 осадки(1) бледно-розовая яд
4 Al3+ розовая яд 11 осадки(2) розовая яд
5 Fe3+ розовая яд 12 осадки(3) розовая яд
6 F- бледно-розовая яд 13 осадки(4) бледно-розовая яд
7 формальдегид розовая яд 14 осадки(5) бледно-розовая яд
Вывод: При добавлении загрязнителей активность фермента уменьшается. Ферментативная реакция замедляется. Проведя опыты с осадками, мы еще раз убедились, что нас поливают ядовитые дожди, содержащие токсичные вещества.
Опыт 3: Исследование активности амилазы
Амилаза катализирует гидролитическое расщепление крахмала до солодового сахара: амилаза
(C6H10O5) n n (C12H22O11)2
Индикатором активности фермента является изменение окраски раствора йода.
Для проведения этого опыта берем: 11 чистых пробирок в штативе, раствор крахмала, раствор йода, раствор амилазы (конц. слюна + 10мл. дистиллированной воды), загрязнители.
Ход работы:
Берем пробирки и наносим на них на равном расстоянии по 3 метки. В пробирку 1 (контрольную) последовательно наливаем до I метки раствор амилазы, до II – воду, до III – раствор крахмала. В пробирки 2 – 11 (опытные) наливаем до I метки раствор амилазы, до II – раствор химического соединения или осадки, до III – раствор крахмала. Пробирки оставляем в штативе на 20 минут при комнатной температуре. По истечении времени во все пробирки добавляем по 2 капли раствора йода; растворы перемешиваем.
Наблюдения:
№ Пробирки Окраска Рез-т № Пробирки Окраска Рез-т
1 контрольная отсутствует 7 осадки(1) синяя яд
2 CuSO4 синяя яд 8 осадки(2) грязно-синяя яд
(1%-ый р-р)
3 FeCl3 синяя яд 9 осадки(3) синяя яд
(1%-ый р-р)
4 ZnSO4 синяя яд 10 осадки(4) синяя яд
(1%-ый р-р)
5 Al2(SO4)3 синяя яд 11 осадки(5) грязно-синяя яд
(1%-ый р-р)
6 Формальдегид (37%-ый р-р) синяя яд
Вывод: При взаимодействии с химическими загрязнителями, а также с осадками, активность амилазы уменьшается. Крахмал перестаёт расщепляться, поэтому в присутствии йода раствор становится синим.
Опыт 4: Исследование развития биологического объекта
Для проведения опыта берем: семена редьки как самого доступного объекта, растущего у нас на огороде, загрязнители, продукт бытовой химии, соль, подкисленная вода (pH<5,6), выделяем участок земли.
Ход работы:
Делим выделенный участок на 10 частей и садим в каждую по редьке. В течение всего периода роста выращивания поливаем каждый участок определенным раствором с разной концентрацией по пол-литра утром и вечером.
Наблюдения:
№ Поливка Результат
1 контрольная не учитывая дождя и поливая обычной водой, развитие редьки проходило нормально, выросла без каких-либо отклонений, большой, сладкой и с густым стеблем
2 Cu2+ (1ч. л/литр) развитие происходило очень медленно, выросла почти в 3 раза меньше контрольной, сморщенная, мягкая, с маленьким, тонким стеблем
3 Cu2+ (2ч. л/литр) развитие происходило очень медленно, выросла почти в 3 раза меньше контрольной, сморщенная, мягкая, с маленьким, тонким стеблем
4 Pb2+ (1ч. л/литр) развитие происходило очень медленно, выросла почти в 3 раза меньше контрольной, сморщенная, мягкая, с маленьким, тонким стеблем
5 Pb2+ (2ч. л/литр) развитие происходило очень медленно, выросла почти в 3 раза меньше контрольной, сморщенная, мягкая, с маленьким, тонким стеблем
6 Fe2+ (1ч. л/литр) развитие относительно медленное, выросла в 2 раза меньше контрольной со слабым стеблем и слабым, мягким, с рубцами корнем
7 Fe2+ (2ч. л/литр) развитие относительно медленное, выросла в 2 раза меньше контрольной со слабым стеблем и слабым, мягким, с рубцами корнем
8 стиральный порошок замедленное развитие только корня, стебель вырос средних размеров
9 подкисленная вода (pH<5,6) замедленно развитие и корня, и стебля, выросла немного меньше контрольного экземпляра
10 соленая вода выросла практически без изменений, стебель и корень в нормальном состоянии
(4ч. л/литр)
Вывод: При взаимодействии с загрязнителями развитие биологического объекта значительно замедлялось.
В ходе проведенного исследования мы подтвердили выдвинутую нами гипотезу, т. к. каждый проведенный нами опыт доказывает, что активность ферментов уменьшается, а жизнедеятельность биологических объектов прекращается от воздействия на них не только химических загрязнителей окружающей среды, но и атмосферных осадков. Т. к. активность ферментов уменьшается, то в живых организмах нарушается обмен веществ, и страдает внутренняя среда всего нашего организма, а биологические объекты погибают.
Исследуемые нами загрязнители в большом количестве содержатся в окружающей среде нашего города (г. Братска) и Иркутской области: в природе, в воде, в почве и воздухе.
Попадая в наш организм с водой, с пищей, с воздухом, губительно действуют на него, нарушая его работоспособность и вызывая различные заболевания. Например, по данным школьного фельдшера МОУ «СОШ №1» 64% учащихся 9-го класса тубинфицированы. А это значит, что они имеют сниженный иммунитет. Из ста девятиклассников школы только четверо абсолютно здоровы.
Для решения проблемы уменьшения загрязнения окружающей среды считаем необходимым: постоянный мониторинг состояния окружающей среды (воздух, вода, почва), предъявление штрафных санкций предприятиям, не принимающим действенных мер по модернизации очистных сооружений, введение системы норм и ограничений в использовании химических веществ в быту, технике. Районирование земельных участков в целях улучшения качества полученного урожая на дачных огородах. Также важно повышать химическую и экологическую культуру населения, больше внимания уделять урокам химии в школе, проводить дополнительные занятия по экологии с наглядными опытами. Нельзя сидеть, сложа руки. Мы хотим жить в чистом городе: с заводами без дымов и ядовитых стоков, с автомобилями без удушливых выхлопов!
Комментарии