Учебно – исследовательский проект




Скачать 171.23 Kb.
НазваниеУчебно – исследовательский проект
Дата11.02.2013
Размер171.23 Kb.
ТипДокументы


Учебно – исследовательский проект.


Влияние различных концентраций растворов солей железа и меди на ингибирование фермента уреазы.


Автор: Гумович Марина Владимировна,

Мурманская область, Кольский район,

поселок Междуречье,

МОУ Междуреченская СОШ, 11 класс


Руководитель: Тебиева Елена Александровна,

учитель химии и биологии

МОУ Междуреченская СОШ


Междуречье, 2012


Аннотация.

Влияние различных концентраций растворов солей меди и железа на ингибирование фермента уреазы.б

Автор: Гумович Марина Владимировна, 11 класс, Междуреченская СОШ

Руководитель: Тебиева Елена Александровна, учитель химии и биологии

Избыток и недостаток различных веществ влияют не только на организм человека, но и на круговорот веществ, поэтому меня заинтересовало каким же образом происходит это влияние. Поступая в биосферу, металлы активно включаются в различные миграционные циклы эко - и геосистем и представляют потенциальную опасность для всего живого. Соединения тяжелых металлов способны сохранять токсичность практически бесконечно, так как при их превращении металл остается без изменений. Особенно уязвимы белковые соединения-ферменты.

Цель исследования:

Определить концентрацию FeСl3, FeSO4, CuSO4, при которой происходит ингибирование уреазы.

Гипотеза:

Загрязнение почвы солями железа и меди могут привести к ингибированию фермента в почве и нарушению круговорота веществ.

Задачи:

  • Знакомство с литературными данными по проблеме.

  • Выбор методики проведения эксперимента.

  • Нахождение наименьшей концентрации солей, вызывающей ингибирование уреазы.

  • Обсуждение результатов

  • Определение практического применения полученных результатов.

  • Сделать выводы

Выводы:

  • Наименьшая концентрация FeCl3, при которой уреаза ингибирует – 1%, FeSO4 – 0,05%, CuSО4 – 0,05%.

  • Вследствие загрязнения солями меди и железа почв Кольского полуострова происходит ингибирование уреазы в природе, что приводит к нарушению и замедлению круговорота веществ.

  • Возможно использование результатов эксперимента в сельском хозяйстве:

1)Резкий запах аммиака на ферме обусловлен высокой активностью уреазы, которая расщепляет мочевину до аммиака. Если подстилки обрабатывать солями FeCl3, FeSO4, CuSO4, то, возможно, мы сможем улучшить экологическое состояние атмосферы фермы.

2)Кроме этого использование навоза, обработанного солями этих металлов в качестве удобрений, позволяет сохранить мочевину от преждевременного разложения и превращения в аммиак.


The summary.

The influence of various concentration of salt’s solutions of FeCl3, FeSO4, CuSO4 on inhibition

of enzyme ureaza’s


The author: Gumovich Marina Vladimirovna, 11 class, Mechdurechenskaya Average comprehensive school

The head: Tebieva Elena Aleksandrovna, the teacher of chemistry and biology

Surplus and lack of various substances influence not only an organism of the person, but also on circulation of substances, therefore me has interested in what image there is this influence. Acting in biosphere, metals actively are included in various migratory cycles eco - and geosystems and represent potential danger to all alive. Connections of heavy metals are capable to keep toxicity practically indefinite as at their transformation metal remains without changes. Albuminous connections - enzymes are especially vulnerable.

The purpose of research:

To define(determine) concentration FeСl3, FeSO4, CuSO4 at which there is an inhibition ureaza.

Hypothesis:

Pollution of ground by salts of iron and copper can lead to to inhibition of enzyme in ground and to infringement of circulation of substances.

Problems(Tasks):

Acquaintance to the literary data on a problem.

A choice of a technique of carrying out of experiment.

A presence(finding) of the least concentration of the salts causing inhibition ureaza.

Discussion of results

Definition of practical application of the received results.

To draw conclusions

Conclusions:

The least concentration FeCl3, at which ureaza inhibition - 1 %, FeSO4 - 0,05 %, CuSО4 - 0,05 %.

Owing to pollution of Kola peninsula there is an inhibition ureaza in the nature.

Use of results of experiment in an agriculture is possible. The pungent smell of ammonia on a farm is caused by high activity ureaza, which splits urea up to ammonia. If laying to process salts FeCl3, FeSO4, CuSO4, that, probably, we can improve an ecological condition of an atmosphere of a farm. Except for it use of manure processed by salts of these metals as fertilizers, allows to keep urea from premature decomposition and transformation into ammonia. In the literature such use of salts is not revealed.

Pollution of ground by salts of iron and copper lead to to inhibition of enzyme ureaza in ground and to infringement of circulation of substances.


Содержание:

  • Введение стр.3

  • Литературный обзор стр.4

  • Практическая часть стр.7

  • Методика проведения эксперимента стр.8

  • Ход опыта стр.9

  • Результаты опыта стр.12

  • Обсуждение результатов стр.12

  • Выводы стр.13

  • Перспективы работы стр.14

  • Список используемой литературы стр.14



Введение.

Меня зовут Гумович Марина. Я ученица 11-го класса и живу в посёлке Междуречье Кольского района Мурманской области.

Избыток и недостаток различных веществ влияют не только на организм человека, но и на круговорот веществ, поэтому меня заинтересовало каким же образом происходит это влияние. Поступая в биосферу, металлы активно включаются в различные миграционные циклы эко - и геосистем и представляют потенциальную опасность для всего живого. Соединения тяжелых металлов способны сохранять токсичность практически бесконечно, так как при их превращении металл остается без изменений. Особенно уязвимы белковые соединения-ферменты.


Цель исследования:

Определить концентрацию FeСl3, FeSO4, CuSO4, при которой происходит ингибирование уреазы.

Гипотеза:

Загрязнение почвы солями железа и меди могут привести к ингибированию фермента в почве и нарушению круговорота веществ.

Задачи:

  • Знакомство с литературными данными по проблеме.

  • Выбор методики проведения эксперимента.

  • Нахождение наименьшей концентрации солей, вызывающей ингибирование уреазы.

  • Обсуждение результатов

  • Определение практического применения полученных результатов.



Методы исследования: эксперимент, измерение, наблюдение.


Ожидаемый результат исследования: нахождение наименьшей концентрации солей, вызывающей ингибирование уреазы.


Актуальность: в природе происходят загрязнения металлами: металлоломом, отходами промышленных предприятий. Эти загрязнения влияют на круговорот веществ. На севере скорость круговорота веществ замедлена вследствие низких температур, а загрязнения могут замедлить её ещё больше. По данным комитета по природным ресурсам и охране окружающей среды Мурманской области ежегодно происходит сброс железа (64,97 тонн) и меди (4,79 тонн) в пересчёте на сухой остаток. Происходит накопление этих металлов в почве. Основными источниками загрязнения являются горнодобывающие и перерабатывающие предприятия, как ОАО «Апатит», ОАО «Кольская ГМК», ОАО «Ковдорский ГОК», ОАО «Ковдорслюда», ОАО «Олкон», ООО «Ловозерский» и ЗАО «Ловозерская горно-обогатительная компания». Концентрации этих ионов превышают найденные концентрации в нашем эксперименте.


Научная новизна: в литературе встречаются данные об ингибировании уреазы солями серебра, свинца, а сведений об ингибировании уреазы солями меди, железа Fe2+ и Fe3+, мы не нашли.

Практическая значимость: результаты проведённых опытов можно использовать в сельском хозяйстве для сохранения удобрений в почве и улучшения экологического состояния животноводческих ферм.


Литературный обзор.

Ферменты - биологические катализаторы белковой природы, ускоряющие химические реакции в живом организме и вне его. Однако фермент - это не только белок. Иногда в ферментах встречаются органические остатки небелковой природы или ионы металлов. Такая часть фермента была названа кофермент. Именно эта группа и отвечает за каталитическую активность фермента. Ферменты - биологические катализаторы с огромной к аталитической активностью. «Ферменты ( от латинского слова fermentum – закваска) – белки, которые обладают каталитической активностью и характеризуются очень высокой специфичностью и эффективностью действия. Все процессы в живом организме- дыхание, пищеварение, мышечное сокращение, фотосинтез и другие – осуществляются с помощью ферментов. Ферменты находятся во всех живых клетках и составляют большую часть всех их белков. Они во много миллионов раз ускоряют самые разнообразные химические превращения, из которых складывается обмен веществ. Под действием различных ферментов составные компоненты пищи: белки, жиры и углеводы – расщепляются до более простых соединений, из которых затем в организме синтезируются новые макромолекулы, свойственные данному типу. Сейчас известно около 2 тысяч ферментов, но список этот не закончен. В зависимости от типа катализируемой реакции все ферменты подразделяются на 6 классов:


1.Ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции оксидоредуктазы;

2.Ферменты переноса различных группировок ( метильных, амино- и фосфогрупп и другие)- трансферазы.

3.Ферменты, осуществляющие гидролиз химических связей - гидролазы

4.Ферменты не гидролитического отщепления от субстрата различных группировок (NH3, CO2,H2O и другие)- лиазы.

5. Ферменты, катализирующие превращение изомеров друг в друга,- изомеразы.

6. Ферменты, ускоряющие синтез связей в биологических молекулах при участии доноров энергии, например АТФ,- лигазы.


Ферменты обладают высокой специфичностью действия. Каждый фермент выполняет строго отведенные ему функции, не влияя на течение многих десятков и сотен других реакций, происходящих в его окружении. Это объясняется точным взаимным пространственным соответствием молекулы субстрата и субстратного центра фермента.

Поступая в биосферу, тяжелые металлы активно включаются в различные миграционные циклы эко - и геосистем и представляют потенциальную опасность для всего живого. Соединения тяжелых металлов способны сохранять токсичность практически бесконечно, так как при их превращении металл остается без изменений. Катионы металлов, поступающие в организм человека или животного из окружающей среды, образуют прочные связи с карбоксил-анионами и часто вызывают разрывы ионных взаимодействий между ионизированными боковыми радикалами аминокислотных остатков в глобуле, что приводит к потере активной структуры белка. Они снимают электрическую поляризацию белка, уменьшая его растворимость. Вследствие этого находящийся в растворе белок выпадает в осадок. Такие токсичные элементы, как Be, Cd, Sr, Cs, легко могут атаковать белки-ферменты, конкурируя с биогенными элементами и вытесняя их. Например, очень токсичный ион Cd2+ конкурирует с ионом Zn2+, выполняющим в металлсодержащих ферментах роль кислоты Льюиса и создающим локальный положительный заряд около активного центра фермента. Замещение Zn2+ на Cd2+ приводит к дезактивации ферментов. Свинец и все его соединения ядовиты. Попадая в клетки, свинец, как и многие другие тяжелые металлы, дезактивирует ферменты, взаимодействуя с SH - группами белков - составляющих ферментов. Кадмий считается токсичнее свинца и отнесен Всемирной организацией здравоохранения к числу наиболее опасных для человека веществ. Не менее опасны эти металлы и для растений.



Рис.1 Фермент уреазы.

Название фермента — уреаза (уреомидогидролаза, КФ 3.5.1.5). Этот фермент широко распространен в природе. Его источники — разнообразные микроорганизмы, например: геликобактерии, молочнокислые бактерии. Уреаза встречается в растениях (соевые и конские бобы, семена ар­буза и др.), но отсутствует в тканях животных. Речь идет о ферменте, катализирующем гидролиз мочеви­ны (карбамида) согласно реакции:


CO(NH2)2 + Н 2О → 2NH3+ СО2


Изучено конкурентное ингибирование уреазы соевых бобов в водном растворе, рН 4.95, 36°С, в присутствии поликарбонильных соединений (ПКС) - оксалилдигидразида (ОДГ), его полидисульфида (поли ДСОДГ) 3 циклических β-трикетонов (ЦТК) и 7 циклических ПКС разной структуры. Определены константы ингибирования гидролиза мочевины, Кi изменяющиеся в пределах 8.5-З800 мкМ в зависимости от структуры органических хелатирующих агентов атомов никеля уреазы. Показано сильное влияние рН водного раствора в интервале 3.85-7.40 на величины Кi для 3 ЦТК и гидроксимочевины, использованной для сравнения: рН-зависимости lg Ki во всех случаях линейны и претерпевают излом, приходящийся на рН 6.0-6.5. Наиболее эффективным ингибитором гидролиза мочевины является поли(ДСОДГ), содержащий в полимерной молекуле ~28 карбонильных групп. Обсуждена роль числа карбонильных групп и их взаимного расположения в молекулах ПКС в эффективности ингибирования уреазы и значение рН среды в этом процессе.

Однако, мы не нашли литературных данных о влиянии солей железа и меди на ингибирование уреазы. А именно соли этих металлов являются загрязняющими факторами на Кольском полуострове.


Практическая часть:

Немаловажный фактор при разработке школьного химического эксперимента - доступность материалов и реактивов. Рассматриваемый фермент широко распространен в растительном мире, особенно высока активность уреазы в семенах некоторых бобовых. Для проведения эксперимента рекомендуем использовать уреазу арбузных семечек. В них активность этого фермента сохраняется в течение трех лет. Можно взять семечки кабачка, в них активность уреазы сохраняется в течение одного года. Лучше же брать семечки из свежих плодов. Уреаза катализирует гидролиз мочевины с образованием оксида углерода(IV) и аммиака:


Методика проведения эксперимента:


Метод определения активности уреазы основан на тестировании выделяющегося аммиака фенолфталеином. Наглядность данного опыта обеспечивается быстрым появлением интенсивной розовой окраски индикатора.
Реактивы и оборудование: ступка с пестиком, пробирки, пипетки, 1 % раствор мочевины, 0,02 % спиртовой раствор фенолфталеина, дистиллированная вода, экстракт фермента, рабочие растворы токсикантов.



Приготовление экстракта уреазы

Очистить 3-4 арбузных семечка от кожуры и растереть ядра в ступке с 10 мл воды. Данный экстракт слить в пробирку и использовать для проведения опытов.

Ход опыта

Для опытов взять 2 мл суспензии ферментативного препарата. В пробирку добавить 1 мл воды или токсиканта (солей тяжелых металлов или фенола), встряхнуть и добавить 2 мл раствора мочевины. Следует подчеркнуть, что необходимо добавлять реагенты в той последовательности, о которой сказано выше. Затем в пробирку добавить 2-3 капли спиртового раствора фенолфталеина, оставить при комнатной температуре на 3-5 мин. По интенсивности появляющейся окраски фенолфталеина судят об ингибировании фермента. Если окраска появляется, значит, уреаза сохраняет свою активность, так как выделяется аммиак, а если окраска индикатора не появляется, значит, реагент ингибирует фермент. В опытах используются различные концентрации токсикантов. Готовить растворы солей и фенола необходимо с учетом разбавления при проведении опыта. Токсиканты в одних концентрациях ингибируют фермент, в других нет. Исследовательский компонент эксперимента состоит в нахождении такой концентрации фактора, при которой начинается ингибирование уреазы.


Приготовление растворов солей:


Для эксперимента были приготовлены растворы солей FeCl3

FeSO4, CuSO4 различных концентраций от 0,01% до 2%. При расчёте концентраций я воспользовалась методом «стаканчиков», позволяющим быстро и наглядно произвести расчёты.


Рассчитать концентрацию можно следующим образом:




10*0.01+0*(Х-10)=0.008Х

Х=12.5

Далее 12.5-10=2.5, то есть чтобы получить концентрацию 0,8% FeCl3, нужно 10 мл 1% FeCl3, разбавить 2.5 мл воды.


В качестве токсиканта надо использовать растворы солей хлорного железа, сульфата железа[II] и сульфата меди, в различных концентрациях. Эксперимент следует проводить по вышеприведенной методике. Результаты опыта занести в таблицу.

Все опыты были проведены трёхкратно.


Результаты:

Определение наименьшей концентрации солей, на ингибирование уреазы.

(таблица №1)

Концентрация, %

FeCl3

FeSO4

CuSO4

2%


+

+

+

1%


+

+

+

0,9%


-

+

+

0,8%


-

+

+

0,7%


-

+

+

0,6%


-

+

+

0,5%


-

+

+

0,4%


-

+

+

0,3%


-

+

+

0,2%


-

+

+

0,1%


-

+

+

0,05%


-

+

+

0,01%

-

-

-

В таблице ставят знаки:
"+" - реагент ингибирует фермент;
"-" - реагент не ингибирует фермент.



Результаты

(таблица №2)




FeCl3


FeSO4


CuSO4


Наименьшая концентрация соли, при которой уреаза ингибирует.

1%

0,05%

0,05%



Фото







Для достоверности результатов были проведены опыты с солями K2SO4 и NaCl, имевшие концентрации (1% - 10%). Результаты показали, что ингибирование фермента уреазы не происходит. Значит уреазу ингибируют не хлориды и сульфаты, а соли металлов Fe и Cu. Результаты приведены в таблице №3:

Результаты опыта, проведённого с солями K2SO4 и NaCl.

(таблица №3).

Название соли.

Концентрация.

Фото.



K2SO4

1%




5%


10%




NaCl

1%




5%


10%


Обсуждение результатов:

В литературе упоминаются данные об ингибировании уреазы солями серебра, свинца, а сведений об ингибировании уреазы солями меди, железа Fe2+ и Fe3+, мы не нашли.

Полученные результаты позволяют сделать вывод, что соли железа и меди также ингибируют уреазу.

По данным комитета по природным ресурсам и охране окружающей среды Мурманской области ежегодно происходит сброс железа (64,97 тонн) и меди (4,79 тонн) в пересчёте на сухой остаток. Происходит накопление этих металлов в почве. Основными источниками загрязнения являются горнодобывающие и перерабатывающие предприятия, как ОАО «Апатит», ОАО «Кольская ГМК», ОАО «Ковдорский ГОК», ОАО «Ковдорслюда», ОАО «Олкон», ООО «Ловозерский» и ЗАО «Ловозерская горно-обогатительная компания». Концентрации этих ионов превышают найденные концентрации в нашем эксперименте.

Однако эти же результаты можно использовать в сельском хозяйстве для сохранения удобрений в почве и улучшения экологического состояния животноводческих ферм.

Резкий запах аммиака на ферме обусловлен высокой активностью уреазы, которая расщепляет мочевину до аммиака. Если подстилки обрабатывать солями FeCl3, FeSO4, CuSO4, то, возможно, мы сможем улучшить экологическое состояние атмосферы фермы. Кроме этого использование навоза обработанного солями этих металлов в качестве удобрений, позволяет сохранить мочевину от преждевременного разложения и превращения в аммиак. В литературе такое использование солей не обнаружено.


Выводы:

  • Наименьшая концентрация FeCl3, при которой уреаза ингибирует – 1%, FeSO4 – 0,05%, CuSО4 – 0,05%.

  • Вследствие загрязнения солями меди и железа почв Кольского полуострова возможно ингибирование уреазы в природе, что приводит к нарушению и замедлению круговорота веществ.

  • Возможно использование результатов эксперимента в сельском хозяйстве:

1) Если подстилки обрабатывать солями FeCl3, FeSO4, CuSO4, то, возможно, мы сможем улучшить экологическое состояние атмосферы фермы т.к. резкий запах аммиака на ферме обусловлен высокой активностью уреазы, которая расщепляет мочевину до аммиака.

2)Кроме этого, использование навоза, обработанного солями этих металлов в качестве удобрений, позволяет сохранить мочевину от преждевременного разложения и превращения в аммиак.


Перспективы работы:

  • Рассмотреть влияние солей железа и меди на ингибирование уреазы при различных температурах и рН.

  • Разработать план и испытать этот метод на базе МТФ (молочно – товарной фермы)



Список использованной литературы:


    • Инас М «О природе живого: механизмы и смысл», Москва «Мир», 1994

    • Конюхов В. Ю. «Концепции современного естествознания», Москва «Центр», 1985

    • Комитет по природным ресурсам и охране окружающей среды Мурманской области «Доклад по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов Мурманской области в 2005 году», Мурманск, 2006

    • Ленинджер А. «Основы биохимии» (том 3), Москва «Мир», 1985

    • Журнал «Химия в школе» №3, 1986



Приложение №1



Приложение №2







Похожие:

Учебно – исследовательский проект iconКраткое содержание проекта Учебно-исследовательский проект «Его величество железо»
Филиал муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения Избердеевской сош в с. Кочетовка
Учебно – исследовательский проект icon«Наука. Творчество. Развитие». Учебно-исследовательский проект На тему: «Великая Яса»
Автор работы: Кошкина Екатерина Владимировна, ученица 9а класса моу «Батыревская средняя общеобразовательная школа №1»
Учебно – исследовательский проект iconУчебно-исследовательский проект
Проверяя свои выводы путем многочисленных экспериментов и количественного учета всех типов полученных гибридов, а затем тщательно...
Учебно – исследовательский проект iconПрограмма Intel® Обучение для будущего визитная карточка проекта
Проект реализуется в рамках элективного курса по химии «Химия в быту» и рассчитан на учащихся 9-х классов. Проект включает в себя...
Учебно – исследовательский проект iconУрок 45 (исследовательский проект)
Познакомить учащихся с главными событиями заключительного этапа Великой Отечественной войны
Учебно – исследовательский проект iconИнновационный исследовательский проект
Интерпретация художественного текста как способ развития творческих способностей учащихся
Учебно – исследовательский проект iconМетодические рекомендации по разработке учебно-методического обеспечения учебного процесса (Состав и требования к учебно-методическим материалам)
Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева
Учебно – исследовательский проект iconМаксимова Ольга Владимировна Научно исследовательский проект «Мультфильмы в жизни детей»
Сначала немного истории Сравнение отечественных и зарубежных мультфильмов …7-10
Учебно – исследовательский проект iconКонференция “Культурные ценности утраченные и перемещенные” 16-17 ноября Кофе-брейки
Гольдштейн Чарльз А., Исследовательский по искусству и архивам, проект “Обретенное наследие”, США
Учебно – исследовательский проект iconИсследовательский проект по биологии
Учитель биологии моу «Средняя общеобразовательная школа п. Витим» мо «Ленский район» Республики Саха(Якутия)
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница