Влияние антропогенных факторов на живой организм

«Природа не признает шуток; она всегда правдива, всегда серьезна, всегда строга; она всегда права, ошибки же и заблуждения исходят от людей» (В. Гете).

Чтобы обеспечить свое существование, человечество должно иметь пищу, воду, кров, одежду, оружие и т. д. Все это с неизбежностью предполагает образование различного рода отходов, которые поступают в окружающую среду.

Теоретически, в условиях города, возможно, избежать загрязнения окружающей среды: получать чистую воду из сточных вод, а на иле сточных вод выращивать сельскохозяйственную продукцию. Даже СО2 и Н2О, выделяемые при дыхании, можно было бы превратить с помощью растений и водорослей в углеводы и кислород. Однако согласно законам термодинамики такое изолированное существование веществ не может продолжаться бесконечно долго.

Любая деятельность человека оказывает воздействие на окружающую среду и воздействие отрицательное.

Деятельность человека причиняет ущерб окружающей среде независимо от его добрых намерений. При изучении в 9 классе темы «Металлы» для меня открылись огромные способности и возможности отдельной группы этих элементов.

«Семь металлов создал свет по числу семи планет:

Дал нам космос на добро: медь, железо, серебро,

Злато, олово, свинец. Сын мой, сера их отец.

И спеши скорей узнать: ртуть им всем родная мать»

Так писал еще в 19 веке ученый- химик, народоволец, который за свои свободолюбивые взгляды провел 20 лет в Шлиссербургской крепости, Морозов. Металлы применялись человеком еще до изобретения письменности. Часы истории человечества стали отсчитывать время быстрее, когда в его жизнь вошли металлы, и что важнее всего, их сплавы. Металлы продолжают играть ведущую роль в развитии всех областей жизнедеятельности человека, несмотря на то, что появились серьезные «конкуренты» - пластмассы, синтетические волокна, керамика, стекло. В своей работе мне хотелось бы отобразить другую – отрицательную - сторону металлов – их влияние на окружающую среду. Окружающая среда – колыбель человечества. Какие последствия оказывает на нас металлургическая промышленность, применение минеральных удобрений, автомобильный транспорт, фабрики и заводы? Поэтому я поставила перед собой проблемный вопрос: каким же образом тяжелые металлы влияют на окружающую среду, а главное - на человека? И выдвинула гипотезу исследования: тяжелые металлы, как антропогенный фактор, оказывают негативное влияние на окружающую среду. Я уверена, что выбранная мной тема является актуальной не только для меня, девятиклассницы, но и для всех людей нашей планеты, ведь Земля – это наш общий дом. Сберечь Землю для нас – оберегать свой дом.

Объект моего исследования: антропогенные факторы, деятельность человека. Влияние человеческого фактора на окружающую среду я предлагаю рассмотреть с химической точки зрения: проследить воздействие ионов тяжелых металлов на фермент уреазу. Поэтому предметом моего исследования выступает фермент уреаза. (почему именно уреаза)

Я определила для себя следующую цель:

1. Изучить влияния тяжелых металлов, как антропогенного фактора, на человека и на окружающую среду

2. Исследовать влияния ионов тяжелых металлов Pb2+, Cu2+ на активность фермента уреазы

Задачами работы являются:

Познавательные

• рассмотреть влияние из антропогенных факторов некоторых токсикантов на активность фермента уреазы;

• обосновать значение уреазы в круговороте азота в природе;

• разработать методические рекомендации экологического содержания;

• изучить биогенную роль меди, свинца и их соединений, степень их токсичности;

• сделать выводы о влиянии хозяйственной деятельности человека, связанной с накоплением в окружающей среде металлов, влияющие на здоровье человека

Глава 1. Тяжелые металлы

Загрязнение окружающей среды – это процесс привнесения в среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее физических, химических, биологических агентов, оказывающих негативное воздействие.

Антропогенные источники – это первичное и вторичное производство цветных металлов, стали, чугуна, железа; добыча полезных ископаемых; автомобильный транспорт; химическая промышленность; производство меди, фосфатных удобрений; процессы сжигания угля, нефти, газа, древесины, отходов и др.

Из 108 элементов Периодической системы Д. И. Менделеева более трех четвертей составляют металлы, играющие важную роль в жизнедеятельности не только человека, но и всех живых организмов. К легким относят металлы с плотностью менее 4,5 г/см3 –плотности железа, которая принята за эквивалент. Это калий, натрий, алюминий, бериллий и др. Тяжелые металлы – цинк, медь, хром, свинец, кадмий, ртуть, таллий, селен и многие другие. Мышьяк (полуметалл) обычно причисляют к тяжелым металлам.

1. 1 Эссенциальные металлы. Большинство металлов являются эссенциальными, т. е. жизненно необходимыми. Они не синтезируются в организме и должны поступать из окружающей среды. Многие эссенциальные металлы необходимы в малых дозах – это микроэлементы, которые действуют как координаторы ферментов, витаминов в организме: кобальт – витамин В12, хром обеспечивает толерантность глюкозы, железо и медь участвуют в образовании гемоглобина, цинк – компонент многих ферментов. Элементы, используемые организмом в относительно больших количествах, называют макроэлементами: натрий, кальций, фосфор и пр.

1. 2 Отрицательное воздействие тяжелых металлов

Некоторые металлы (цинк, хром, никель, медь, железо, марганец и др. ) проявляют не только эссенциальное, но и токсическое действие на организм в зависимости от концентрации. Свинец, кадмий, ртуть, таллий, алюминий являются токсичными для организма элементами. Так например свинец обычно попадает в организм из загрязненной питьевой воды или загрязненного воздуха. Вода из свинцовых труб может быть заражена свинцом. Пары от красок на свинцовой основе, выхлопные газы, загрязненный воздух от индустриальных заводов, или сигаретный дым могут содержать свинец. Как бы там ни было, многие продукты, содержащие свинец, теперь объявляются вне закона. Отравление свинцом у детей может задержать рост, нанести вред развитию двигательных навыков и повлиять на нейротрансмиссию, изменяя выделение и использование мозговых химических веществ, таких как допамин, серотонин и гамма-аминомасляная кислота, которые управляют поведением и эмоциями. Токсичность этого металла может также вызвать дефицит внимания, поведенческие расстройства, пониженный коэффициент интеллекта, плохую зрительно-слуховую координацию, бедный словарный запас и плохие навыки чтения. Ртуть – это токсичный тяжелый металл, часто обнаруживается в тканях людей, имеющих зубные пломбы на основе амальгамы. Другие "поставщики" ртути – зараженная рыба, такая как тунец, латексная краска для стен и загрязненная вода. Отравление ртутью может вызвать понижение диапазона внимания, раздражительность и беспокойство артрит и воспаление, сердечно-сосудистые болезни, пищеварительные проблемы, слабоумие и аллергии. Результатом могут быть и учебные трудности. Люди, страдающие отравлением ртутью, часто сообщают о потере памяти и усталости. Этот металл может также пройти через плаценту беременной женщины и заразить плод. Вероятно, самая спорная проблема, связанная с ртутной токсичностью, находится в сфере стоматологии. Большинство стоматологических амальгам, содержащих ртуть, являются ядовитыми. Кадмий также очень токсичен. Признаки токсичности кадмия – воспаленные суставы, пониженный аппетит, медленный рост, дефицит цинка и камни в почках. Больше всего отравлению кадмием способствует сигаретный дым; кадмий находится в высушенном табаке. Это отравляет как курильщика, так и некурящего. Активное и пассивное курение – сильные источники кадмия. Другие источники – вода из колодца, мягкая вода, сгущенное молоко и некоторые внутренние органы, такие как почки и печень. Кадмий может ослабить иммунную систему и способствовать распространению бактерий, вирусов, дрожжей и паразитов.

1. 3 Поступление тяжелых металлов в окружающую среду. Оно связано с активной деятельностью человека. Их основные источники – промышленность, автотранспорт, котельные, мусоросжигающие установки и сельскохозяйственное производство. К отраслям промышленности, загрязняющим окружающую среду тяжелыми металлами, относятся черная и цветная металлургия, добыча твердого и жидкого топлива, горнообогатительные комплексы, стекольное, керамическое, электротехническое производство и др. В сельскохозяйственном производстве загрязнение почвы тяжелыми металлами связано с использованием удобрений и пестицидов. Транспорт является источником более половины всех выбросов в атмосферу. Котельные, работающие на твердом и жидком топливе, загрязняют окружающую среду не только тяжелыми металлами, но и различными оксидами. Сжигание мусора сопровождается поступлением в биосферу целого ряда тяжелых металлов: кадмия, ртути, свинца, хрома и др. Попавшие в окружающую среду соединения тяжелых металлов загрязняют атмосферный воздух, воду, почву, попадают в растения и организмы животных, населяющих данную местность. Соединения тяжелых металлов поступают в организм преимущественно через желудочно-кишечный тракт с пищевыми продуктами, водой, медикаментами, в меньшей степени – через органы дыхания.

Фермент уреаза, который находится в арбузных семечках – это индикатор на содержание ионов тяжелых металлов в окружающей среде.

Практическая часть моей работы направлена на исследование действия ионов тяжелых металлов, фенола на активность фермента уреазы.

Глава 2

Экспериментальные работы

Опыт №1

Приготовление экстракта уреазы, определение её активности.

Мне понадобились: арбузные семечки, экстракт фермента, раствор токсиканта, раствор мочевины, индикатор – фенолфталеин.

Для опытов я взяла 2 мл суспензии ферментативного препарата – экстракта фермента уреазы в арбузных семечках и добавили в две пробирки. Потом в одну пробирку добавила 1мл воды, а во вторую пробирку 1мл токсиканта (ацетата меди),различной концентрации, встряхнула и добавила по 2мл раствора мочевины. Затем в пробирку добавила 2-3 капли спиртового раствора фенолфталеина, оставила при комнатной температуре на 3-5 мин.

В пробирке с раствором уреазы, воды, мочевины и фенолфталеина, появляется малиновая окраска. Значит, уреаза сохраняет свою активность.

В пробирке с тем же составом, только без воды, с добавлением солей тяжёлых металлов, окрашивания не происходит. Значит, соли тяжёлых металлов подавили уреазу.

Химизм опыта достаточно прост: под действием уреазы арбузных семечек мочевина гидролизуется до аммиака, который подщелачивает среду, что и фиксируется с помощью кислотно-щелочного индикатора. Речь идет о ферменте, катализирующем гидролиз мочевины (карбамида) согласно реакции:

CO(NH2)2 + Н 2О → 2NH3 + СО2.

Опыт №2.

Изучение влияния солей тяжелых металлов на активность уреазы. В качестве токсиканта я пользовала раствор ацетатa свинца Pb(CH3COO)2 в различных концентрациях Эксперимент я проводила по вышеприведенной методике. В контрольную пробу поместила 1 мл. воды.

Соли тяжёлых металлов ингибируют уреазу при концентрации 8, 9 моль/л

Опыт №3.

Для проведения опыта было необходимо приготовить 0,5 М раствора фенола. Для этого 4,7 г фенола я разбавила 10 мл воды. Исследование влияние фенола различных концентраций (1, 2, 3 моль/л) я проводила с добавлением разных объемов исходного раствора фенола (0,5 моль/л) в опытные пробирки. До необходимого объема токсиканта (1 мл) добавляла воду. В контрольную пробирку прилила - 1 мл воды.

Опыт выполнять по вышеприведенной методике.

Фенольные соединения представляют особую опасность для окружающей среды из-за широкой распространенности, высокой концентрации и токсичности.

Опыт проводить в вытяжном шкафу, соблюдая правила ТБ под контролем учителя.

Вывод по работе:

В процессе проведенного эксперимента было установлено, что соли тяжелых металлов, а именно свинца и меди, ингибируют фермент уреазы, что приводит к торможению роста и развития живого организма. Значит тяжелые металлы в больших концентрациях оказывают токсичное действие могут вызвать тяжелые заболевания.

Заключение

Значение уреазы в круговороте азота в природе.

Данная работа может служить поводом для серьезного разговора о глобальной экологической роли уреазы в круговороте азота в природе. Не будь этого фермента у почвенных микробов, почва не могла бы очищаться от выделяемой людьми и животными мочевины. Простой расчет показывает, что только популяция людей ежегодно производит на Земле около 50 млн. тонн мочевины. Вся эта масса мочевины, попадая в почву и воду, перерабатывается бактериальной уреазой в карбонат аммония (NH3 и СО2), который усваивается растениями либо сам, либо после окисления до нитритов и нитратов (нитрификация). Таким образом азот мочевины переходит в азот растительных белков, которыми питаются животные и человек, в свою очередь производя мочевину. Поэтому уреаза почвенных микробов — ключевой фермент на пути минерализации биологического азота.

Как избежать поступления в организм токсичных (из окружающей среды) металлов:

Рекомендации:

1. не сеять зерновые и бобовые культуры вблизи автомобильных трасс

2. строго контролировать выбросы вредных веществ

3. нужно заменять токсичные исходные продукты на нетоксичные

4. не курить и не дышать табачным дымом.

5. не собирать грибы возле дорог