Аннотация Научная работа «Моделирование конкурентных взаимоотношений

Аннотация
Научная работа «Моделирование конкурентных взаимоотношений
ионов металлов в живых организмах» выполнена в 2011 г. совместно с
учащейся 9 класса Рудая Валерией.
Содержит оригинальную систему опытов, доказывающих конкуренцию
металлов в живых организмах, и рекомендации по уменьшению негативного
влияния окружающей среды на организм человека в промышленных районах
1
Научная работа
«Моделирование конкурентных взаимоотношений
ионов металлов в живых организмах»
Учитель Вотинцева Татьяна Андреевна,
учащаяся 9 класса Рудая Валерия Олеговна, МБОУ «Гимназия №7»
Содержание:
Введение
2
1. Исследовательская часть
4
2. Экспериментальная часть
8
3. Результаты исследования
1
1
4. Выводы и рекомендации
1
2
5. Заключение
1
4
Список литературы
1
5
Приложение
2
Введение
Мы живем в Норильске, одном из промышленно развитых городов
России, где наибольшую опасность для здоровья представляют значительные
выбросы металлургической пыли и попадающие в окружающую среду ионы
металлов. Металлы, проникая в организм различными путями, включаются в
его биохимический цикл в виде комплексных соединений и способны
вытеснять необходимые металлы, нарушая физиологические процессы.
Рабочая гипотеза: мы предположили, что можно осуществить
обратный процесс, -
вытеснить тяжелые металлы, уже находящиеся в
организме, жизненно необходимыми металлами.
В данной работе мы исследуем поведение ионов металлов в живых
организмах, используя грибы как биологическую модель. Таким образом, в
качестве объекта исследования выбрали грибы, как биологические системы,
наиболее интенсивно накапливающие любые металлы. состоящие в основном
из белковой
массы, а значит содержащие достаточное количество
сульфгидрильных и аминогрупп, способных активно взаимодействовать с
ионами металлов.
Цель данной работы – доказать гипотезу о наличии конкурентных
взаимосвязей жизненно необходимых металлов и следовых металлов
Норильского промышленного района (НПР).
Предмет исследования: ионы токсичных и необходимых металлов.
Определение групп металлов с подобными радиусами из категории
токсичных и необходимых позволяет разработать порядок и методику
проведения опытов согласно цели работы.
Задачи исследования:
 изучить причины токсичности металлов и функции необходимых
металлов, выделить группы металлов-конкурентов по их отношению к
биомолекулам;
 провести ряд опытов, моделирующих взаимодействие металлов с
биомолекулами;
3
 предложить рекомендации для жителей промышленно развитых
регионов по снижению содержания тяжелых металлов в организме.
Исследование можно разделить на следующие этапы.
1) Теоретическое изучение проблемы - проведение литературного
обзора с целью: определения лидеров среди тяжелых металлов в выбросах
предприятий НПР, сравнения значений ионных радиусов токсичных и
необходимых металлов для определения взаимозаменяемости металлов,
определения причин токсичности тяжелых металлов и функциональной
активности необходимых металлов.
2) Подготовка материала для исследования (грибы шампиньоны,
замороженные субстраты грибов, собранных в августе и сентябре в
окрестностях Норильска и в заповедной зоне «Озеро Лама», грибы «Тайны
леса» - производитель ООО «Кантарелла», г.Иваново)
и подбор
необходимых реактивов.
3) Разработка и осуществление экспериментальной части работы.
4) Обработка результатов экспериментальной части, корректировка
опытов, анализ полученных результатов.
5) Анализ аптечных минеральных комплексов, минеральных вод,
продуктов питания на предмет содержания необходимых металлов –
конкурентов токсичных металлов.
6) Формулирование выводов, разработка рекомендаций и ознакомление
с ними населения г.Норильска с помощью информационной брошюры.
В России много промышленных городов - спутников металлургических
комплексов, в которых остро стоят вопросы загрязнения селитебной зоны
отходами предприятий. Проблема сохранения здоровья проживающего в
этих городах населения с каждым годом становится актуальней, так как
происходит накопление загрязнений в природной среде. Мы доказали
возможность снижения содержания тяжелых металлов в организме, путем
замещения их на жизненно необходимые металлы. В этом заключается
актуальность данного исследования: доказана гипотеза о включении ионов
4
тяжелых металлов в биомолекулы и возможность вытеснения этих металлов
необходимыми металлами.
В результате исследования предложены практические рекомендации
для жителей промышленно развитых регионов по снижению рисков
накопления тяжелых металлов, разработан информационный буклет с
основными материалами научно-практической работы.
1. Исследовательская часть
Анализ данных о поступлении в окружающую среду Норильска
металлов 1, позволил выделить среди них лидеров по валовому объему,
выпадающих на территорию НПР металлов, (т/год): Ni-642,9, Cu-892,5, Zn1343, Ti-437, Mn-348. (Приложение 1. Табл.1). Кроме того, значительное
содержание диоксида серы в атмосфере Норильска определяет наличие
кислой среды, что значительно увеличивает растворимость ионов тяжелых
металлов, повышая их активность.
Тяжелые металлы, поступая в окружающую среду, оседают не только в
легких жителей города, они закрепляются в растениях и грибах, включаются
в биологические пищевые цепи. В первую очередь накапливаются медь,
никель, кобальт, кадмий, в меньшей степени цинк. Отметим, что содержание
марганца в окрестных реках и озерах достигает 9ПДК, что несомненно
говорит о его накоплении в биологических объектах, хотя такие данные по
НПР отсутствуют 1 (Приложение 1. Табл.1)
Рассмотрим также необходимые металлы, их около 20. Среди них кальций, магний, калий, натрий, железо, медь, цинк, кобальт, никель,
молибден, титан, марганец, ванадий. С биологическим значением этих
металлов для человека можно познакомиться в Приложении 2, таблица 4. В
связи с темой работы нас заинтересовала информация о том, что
повышенные концентрации цинка, кадмия, меди и марганца, ухудшают
усвоение железа. [2]
5
Основа токсического действия тяжелых металлов лежит в их
взаимодействии с биологически активными белками, что приводит к
следующим негативным процессам:
 вытеснению необходимых металлов из их активных мест связывания
токсическим металлом;
 связыванию части макромолекулы,
необходимой для нормальной
жизнедеятельности организма;
 сшиванию молекул с образованием биологических агрегатов, вредных
для организма;
 деполимеризации биологически важных макромолекул;
 неправильному спариванию оснований нуклеотидов и ошибкам в
белковых синтезах.
Для того, чтобы определить конкурентные пары металлов, рассмотрим
ряды токсичности, ионные радиусы металлов и скорость ионного обмена.
Поступающие
в
организм
металлы
вступают
в
конкурентные
взаимоотношения с имеющимися необходимыми металлами, а также будут
конкурировать между собой за центры связывания.
Для анализа возможных взаимодействий необходимо оценить скорость
обмена иона: чем она больше, тем больше вероятность присутствия металла в
тканях. Изучив ряд относительных скоростей ионного обмена [2], выделим
преобладающие металлы НПР и необходимые металлы.
Ряд относительных скоростей ионного обмена для НПР:
Сu2+>Ме+>Сd2+, Сa2+>Мn2+, Zn2+ > Со2+ > Fe2+, Mg2+ >Ni2+>Fe3+
Теперь на основании ряда токсичности токсичности металлов для
млекопитающих: Ag, Hg, Сd >Сu, Рb, Co, Sn, Be >>Мn, Zn, Ni, Fe, Сг
>>Sr>Cs, Li, Al, - выделим те металлы, которые преобладают в воздушной
среде Норильска: Ag, Сd >Сu, Рb, Co, Sn>> Мn, Zn, Ni, Fe, Сг.
Из этого ряда можно исключить металлы, выбросы которых в
окружающую среду НПР незначительны (Приложение 1. Табл.1): Ag, Co, Pb,
Cr соответственно 2,16, 41, 116, 144 т/год с пылью и осадками. Данные по
6
олову, приведенные В.А.Савченко в 3, мы считаем, некорректные, так как
изначально содержание олова в шламах составляет 0,011-0,015%, что не
может привести к выбросам, соразмеримым с медными. Обязательно надо
рассмотреть токсичность марганца, так как содержание его в водных
системах НПР составляет 2-9ПДК, достигая в отдельные периоды 31ПДК 3.
Практически нет количественных данных по выбросам кадмия, хотя
накопление его в грибах в 26-46 раз превышает ПДК.
В итоге получаем ряд токсичности основных следовых металлов НПР:
Сd>Сu>>Мn, Zn, Ni
Теперь рассмотрим значения ионных радиусов металлов из ряда
токсичности и необходимых металлов. Исходя из предположения, что ионы
металла могут замещаться в биомолекулах на другие ионы той же величины,
надо сравнить ионные радиусы металлов.
По значению эффективных ионных радиусов (нм) металлы разделили
на следующие группы (Приложение1. Табл.3):
1)
первая группа с множественными конкурентными отношениями (0,073-
0,075): Сu2+, Со2+, Fe2+/3+, Zn2+ ;
2)
вторая группа конкурентных металлов с радиусами 0,069-0,073: Сu2+,
Mg2+, Ni2+;
3)
третья
группа
металлов
со
сравнительно
большими
ионными
радиусами: Cd2+(0,095), Ca2+(0,100), Na+(0,102);
4)
металлы, не имеющие «компаньонов» по величине радиуса: Mn(0,083),
K(0,138).
В первой группе все металлы являются необходимыми. Рассмотрим
пару медь/цинк, так как количественные поступления этих металлов извне в
условиях Норильска более значительны.
О конкуренции этих металлов в пользу меди говорит тот факт, что при
больших поступлениях в окружающую среду цинка, накопление меди в
природных объектах больше (Приложение1. Табл.2). Мы считаем, что
7
причина данного факта в том, что скорость ионного обмена для меди в 1000
раз больше, чем для цинка.
По данной группе металлов можно сделать следующие вывод: для
уменьшения возможности связывания меди и вытеснения уже накопленных
ионов, необходимо поступление конкурентного металла в биодоступной
форме, которым в конкурентной паре Zn/Mg является цинк, а затем магний,
так как у последнего скорость ионного обмена в 100 раз меньше, чем у цинка.
При одновременном поступлении в организм меди, никеля и магния
быстрее и прочнее всего будет закрепляться медь, поэтому нужны
достаточные количества необходимого металла магния для ее вытеснения.
В третьей группе также имеются биологически важные элементы
кальций и натрий. Cd2+, в отличие от них, образует прочную связь с атомами
азота и серы, а скорость обмена у ионов кальция и кадмия одинаковая.
Поэтому в конкурентной паре Cd2+/Cа2+ преимуществом связывания обладает
кадмий. Надо учесть, что замещать кальций может также свинец, ионный
радиус которого незначительно больше (0,118).
Выводы:
1)
выделим
конкурентные
пары
металлов
для
последующего
исследования:
Сu2+/Ni2+, Сu2+/Zn2+, Сu2+/Mg2+, Mg2+/Ni2+. К сожалению, из-за
отсутствия в лаборатории соединений кадмия нельзя провести опыты
сравнения Сd2+/Ca2+.
2)
считаем,
что
дополнительное
применение
для
норильчан
минеральных добавок с повышенным содержанием магния как конкурента
меди будет оправдано.
3) второй элемент, который может быть усилен в рационе жителей
Норильска – это кальций, так как является конкурентом кадмию.
8
2. Экспериментальная часть
Для опытов выбрали грибы шампиньоны, как культуру, выращенную
не в природных условиях и не содержащую тяжелые металлы. Измельченную
грибную массу заливали раствором соли, содержащей ион исследуемого
металла. Степень поглощения металла в экстрактах определяли с помощью
раствора гидроксида натрия, дающего с ионами металлов характерные
осадки или окрашенные комплексные соединения. Для определения наличия
ионов тяжелых металлов в природных объектах использовали грибы,
собранные в окрестностях Норильска и в заповедной зоне «Озеро Лама»,
грибы «Тайны леса» - производитель ООО «Кантарелла», г.Иваново.
Опыт №1 Определение возможности поглощения ионов Сu2+, Ni2+,
Zn2+, Mn2+ биологическими объектами. (Приложение 4. Рис.5)
Цель опыта: исследовать возможность поглощения биологическими
объектами (шампиньонами) тяжелых металлов.
Вещества и реактивы: грибы шампиньоны, 0,01М растворы CuSO4,
NiSO4, ZnSO4, 0,1М раствор NaOH.
Ход опыта. 3 порции измельченных грибов (3г) поместили в растворы
CuSO4, NiSO4, ZnSO4, оставили на 60мин. Отобрали по 5 мл раствора из
каждого стакана, добавили по 2-3 капли гидроксида натрия.
Наблюдения. Во всех экстрактах после добавления щелочи изменений
не произошло.
В исходных растворах CuSO4, NiSO4, ZnSO4 при добавлении NaOH
выпали характерные осадки: Cu(OH)2↓ - голубой гелеобразный, Ni(OH)2↓ зеленый гелеобразный, Zn(OH)2↓ - белый гелеобразный
Выводы: грибы практически полностью поглотили ионы Cu2+, Ni2+,
Zn2+, поглощение составило для Cu2+ - 2,13, Ni2+ - 1,96, Zn2+ - 2,16 (мг иона/г
грибной массы);
Опыт №2 Определение конкуренции ионов за места связывания
9
Цель опыта: доказать наличие конкуренции за места связывания между
следующими ионами: Сu2+/Ni2+, Сu2+/Zn2+, Сu2+/Mg2+, Mg2+/Ni2+
Вещества и реактивы: грибы шампиньоны, 0,01М растворы сульфата
меди, сульфата никеля(II), сульфата цинка, сульфата магния, 0,1М раствор
гидроксида натрия, вода.
Ход опыта:
1. 4 порции измельченных грибов поместили в 0,01М растворы солей: №1
(5мл CuSO4+ 5мл NiSO4), №2 (5мл CuSO4+5мл ZnSO4), №3 (5мл
CuSO4+5мл MgSO4), №4 (5мл NiSO4+5мл MgSO4), оставили на 60 мин,
периодически помешивая.
2. Отфильтровали, отобрали по 2мл фильтрата, добавили 2-3 капли
гидроксида натрия.
Наблюдения: в пробирках №1, №2, №3, №4 не произошло изменений,
растворы остались прозрачными..
Вывод. Грибы полностью поглотили ионы металлов, значит, нет
избирательного поглощения грибами того или иного иона металла, если есть
свободные места связывания ионов.
Опыт №3. Изучение возможности вытеснения необходимыми
металлами металлов токсичных (Приложение 5)
Цель: изучить возможность вытеснения необходимыми металлами
металлов токсичных.
Вещества и реактивы: грибы шампиньоны, 0,025М растворы: хлорида
кальция, сульфата магния, сульфата марганца, 0,01М раствор сульфата
цинка, 0,1М раствор гидроксида натрия, вода.
Ход работы:
1. Подготовили 3 порции измельченных грибов, добавили 5мл раствора
MnSO4, через 60 мин отфильтровали, промыли грибы, добавили к грибам
соответственно по 5мл растворов: CaCl2, MgSO4, ZnSO4.
2. Через 60 мин отфильтровали смеси. В фильтраты добавили 2-3 капли
NaOH.
10
Наблюдения изменений в растворах: CaCl2
- желтое окрашивание;
MgSO4 - желтое окрашивание, выпал осадок; ZnSO4 - желтое окрашивание,
со временем выпал небольшой осадок.
Выводы: 1) ионы Ca2+, Mg2+, Zn2+ частично вытеснили из грибной
массы ионы Mn2+;
2)кальций эффективней магния и цинка замещает ионы
марганца.
Опыт №4 Определение наличия тяжелых металлов
в грибах различных естественных биоценозов. (Приложение 5)
Цель: рассмотреть возможность определения в грибах различных
естественных биоценозов ионов тяжелых металлов методом их вытеснения
ионами других металлов.
Вещества и реактивы: грибы из разных районов НПР (из экологически
чистого района озера Лама, из эпицентра загрязнений - район турбазы
«Жарки»,
грибы
«Тайны
леса»-производитель
ООО
«Кантарелла»
г.Иваново), 0,1М раствор хлорида кальция, 0,05М сульфата магния, 0,1М
раствор гидроксида натрия, вода.
Ход работы. 6 порций измельченных грибов поместили в растворы,
содержащие ионы магния и кальция. Оставили на 60 мин, отфильтровали
смеси, в фильтрат добавили NaOH.
Наблюдения: после добавления щелочи в фильтратах выпали осадки
разной интенсивности: в экстракте грибов с озера Ламы осадки небольшие
(пробирки 1, 2), больше осадка в грибном экстракте из Иваново (пробирки 3,
4), наибольшее количество осадка в экстракте, полученном с грибов турбазы
«Жарки» (пробирки 5, 6).
Выводы: 1) ионы Сa2+ и Mg2+ вытеснили ионы тяжелых металлов;
2)район озера Лама лишь относительно можно считать экологически чистым;
3) природные грибы, имеющиеся в продаже, также содержат тяжелые
металлы.
11
3. Результаты исследования
В результате исследования мы определили, что
 в
Норильском
конкурентными
промышленном
металлами
будут
районе
являться
для
человека
Сu2+/Ni2+,
Сu2+/Zn2+,
Сu2+/Mg2+, Mg2+/Ni2+, Сd2+/Ca2+;
 металлы необходимые вытесняют металлы токсичные, а также
металлы токсичные замещают друг друга в биомолекулах;
 радиусы ионов Ca2+, Mg2+, Zn2+ несколько отличаются от радиуса
иона Mn2+, но частично вытесняют его из биомассы, значит,
подобие ионных радиусов при замещении не должно быть
1)
абсолютным; ионы металлов вытесняют друг друга, даже если их
эффективные радиусы отличаются на 0,1-0,2 нм;
2)
кальций эффективней магния и цинка замещает ионы
марганца;
 в паре ионов Сu2+/Ni2+ никель вытеснил медь из грибной массы,
значит при замещении металлов важнее скорость ионного обмена, чем
устойчивость соединения, так как скорость ионного обмена у меди
значительно больше чем у никеля, поэтому она легче обменивается на
ионы никеля;
 грибы не имеют избирательного поглощения металлов, поэтому
1) при
поступлении
металлов
органические
вещества
взаимодействуют с ними одновременно;
2) поглощение
ионов
металлов
грибной
массой
довольно
значительно и составляет 3 мг меди и 2,75мг никеля на 1г вещества;
3) ионы Сa2+ и Mg2+ вытеснили ионы тяжелых металлов из грибной
массы, поэтому считаем возможным использовать препараты кальция и
магния в биодоступной форме для вытеснения токсичных ионов,
закрепившихся в биомолекулах организма.
12
4. Выводы и рекомендации.
1.
Доказали, что металлы необходимые и металлы токсичные могут
вытеснять друг друга из биомолекул.
2.
Разработали новый метод определения наличия в грибах ионов
тяжелых металлов, который можно использовать в домашних условиях.
3.
Считаем, что жителям НПР необходимо применять кальций-
магниевые минеральные комплексы, продукты и минеральные воды для
предупреждения
поступления
тяжелых
металлов
и
вытеснения
уже
имеющихся (см. Рекомендации,).
4.
Определили, что грибы не имеют избирательного поглощения
металлов, значит, при поступлении металлов органические вещества
взаимодействуют с ними одновременно при наличии свободных мест
связывания или замещения.
5.
Район озера Лама можно считать экологически чистым лишь
относительно.
6.
Природные грибы, имеющиеся в продаже, также содержат
тяжелые металлы, поэтому предлагаем использовать метод вытеснения для
определения наличия в грибах ионов тяжелых металлов.
Рекомендации.
Человек, как равноправный компонент биоценоза включается в
круговорот веществ, циркулирующих в этой системе. Из этого следует, что в
организмах жителей НПР в составе биомолекул содержится определенное
количество
тяжелых
металлов.
Считаем,
что
очищение
организма
традиционными методами, при условии сохранения прежней среды
обитания, не будет эффективным, так как повлечет поступление и
закрепление новых порций металлов. Для эффективного удаления токсичных
ионов металлов нужно применить метод замещения их необходимым
13
металлом, используя витаминные комплексы, минеральную воду и продукты
питания, содержащие в значительном количестве Mg и Ca.
Обзор витаминов, имеющихся в розничной продаже, по содержанию в
них 5 металлов (Cu, Mn, Zn, Ca, Mg) приведен в приложении 7, таблица 5.
Считая Cu, Mn, Zn для норильчан достаточными металлами, следует выбрать
комплексы с их минимальным количеством. Учитывая, что Ca и Mg
являются
необходимыми
заместительные
функции,
элементами
выбираем
и
выполняют,
комплекс
с
их
кроме
того,
наибольшим
количеством. Таким образом, определили два подходящих витаминных
комплекса «Алфавит для детей» и «Дуовит для женщин»: содержание (мг) Ca
30/50, Mg 100/450 соответственно, марганец отсутствует, медь только в
детском комплексе в количестве 0,7мг.
Применять цинк в качестве минеральных добавок надо умеренно, так
как его поступление из воздушной среды Норильска значительно и
достаточно высока скорость его ионного обмена.
Для достаточного поступления магния и кальция можно применять
минеральную воду, доступную норильчанам, – «Хан-Куль», «Северное
сияние», «Валек», «Алькор». Кроме того, две последние рекомендованы
стоматологами,
металлургического
проводившими
производства
исследование
в
условиях
среди
Крайнего
работников
Севера,
для
профилактики патологии твердых тканей зубов.
Рекомендованную дневную дозу 800 мг Са2+ можно получить при
приеме литра молока, других молочных продуктов. Много кальция не
бывает, он считается нетоксичным. Отложение костных минералов в мягких
тканях вызывается не избытком Са2+-ионов, а повышенным содержанием
витамина D.
Магнием богаты: зелень (20 мг на 100 г продукта), злаковые и бобовые
культуры (100 до 170 мг), орехи (миндаль, фундук - 200-300 мг), какаопорошок (около 400 мг), подсолнечные и тыквенные семечки (400-500 мг),
14
пшеничные отруби (до 600 мг на каждые 100 г). Надо учитывать, что
усваивается организмом из продуктов лишь около 40% магния.
5. Заключение
Загрязнения
окружающей
среды,
порожденные
хозяйственной
деятельностью человека, возвращаются к нему бумерангом в виде
наследственных
болезней,
злокачественных
новообразований,
преждевременного старения и различных заболеваний. Зная состояние
окружающей среды и особенности ее воздействия на организм, можно
составить план мероприятий по снижению экологических рисков для
здоровья человека.
Мы уже предложили свой метод, позволяющий сохранить здоровье
людям, проживающим в промышленно развитых районах.
Дальнейшее развитие методики будет связано
с количественным
определением металлов в процессе их конкурентного взаимодействия с
биомолекулами, а также расширением спектра конкурентных пар металлов.
Планируем
подробней
рассмотреть
поведение
цинка,
чтобы
определить, является он необходимым или достаточным для жителей НПР, а
также изучить поведение свинца, как активного загрязнителя любого
мегаполиса.
В плане дальнейшего исследования проверить в медицинских
учреждениях информацию о накоплении тяжелых металлов в тканях жителей
НПР.
15
Список литературы:
1.
Алексеев С.В., Пивоваров Ю.П. Экология человека.- М: ГОУ
ВУНМЦ МЗ РФ, 2001.
2.
Кнорре Д.Г., Мызина С.Д. Биологическая химия: учебник для
химии, биологии специальных ВУЗов. - М: Высшая школа, 2003.
3.
Коничев А.С., Филиппович Ю.Б., Севастьянова Н.М., Кутузова
И.М. Биохимические основы жизнедеятельности человека: учебное пособие
для студентов. М: Гуманитарный издательский центр ВЛАДОС, 2005.
4.
Марри Р., Грендер Д., Годуэл Мелес.- Биохимия человека. - М:
МИР, 1993.
5.
Савченко В.А., Новицкий М.А. Современный климат Норильска.
- М.: ООО «ИПФ «Гарт», 1999.
6.
Савченко В.А., Новицкий М.А. Современный климат Норильска.
- М.: ООО «ИПФ «Гарт», 2003.
7.
Фрэнк Т. Бинтам, Макс Коста, Илия Эйхенбергер Некоторые
вопросы токсичности ионов металлов: научное издание. - М: Мир, 1993.
8.
Прокофьева Н.Б., Бучаченко М.С. Популярная библиотека
химических элементов. - М: Наука, 1983.
9.
Гугушвили И. Незаменимый минимум // Первое сентября.
Биология, 2000. -№25.
16
Приложение 1
Таблица 1. Валовой объем металлов, выпадающих на территорию НПР
Содержание тяжелых металлов (т/год)
Пыль
Осадки
Всего
Ni
447
195
642
Cu
782
110
892
Zn
1189
154
1343
Mn
61,5
288
349,5
Ti
315
121
436
Co
20
20
40
Ag
1,7
0,5
2,2
Cr
85
59,5
144
Pb
112
5
117
V
13,6
2,4
16
Таблица 2. Превышение ПДК в различных биологических объектах
Район отбора проб
Водопад "Красные
Камни"
Профилакторий
"Валек"
Талнахская
обогатительная
фабрика
Дудинка
Алыкель
Вид
растения
ягоды
грибы
ягоды
грибы
грибы
ягоды
Ni
Cu
Zn
Cd
Pb
8
-
2
4
2
25
5
1,3
4
6
3
-
0
0
0
46
20
0
0
0
0
6,5
0
0
грибы
1,5
9
5
22
3
ягоды
грибы
ягоды
грибы
3,5
3
3
3
11
0,5
2
5
0
0
0
26
0
0
2
0
Таблица 3. Группы конкурентных металлов с подобными радиусами
Ионные
радиусы, нм
Группы
конкурентных
металлов
0,073-0,075
0,069-0,073
0,095-0,102
0,083-0138
Сu2+
Сu2+
Cd2+(0,095)
Mn (0,083)
Со2+
Mg2+
Ca2+(0,100)
K(0,138)
Fe2+/3+
Ni2+
Na+(0,102)
-
Zn2+
-
-
-
17
Приложение 2
Таблица 4.
Биологические функции металлов жизненно необходимые для человека
Металл
Кальций
Магний
Калий
Железо
Медь
Цинк
Кобальт
Никель
Молибден
Титан
Кремний
Ванадий
Марганец
Функция
Решающая роль во многих процессах: в мускульном сокращении,
свертывании крови, реализации нервных импульсов, образовании
микроканальцев, межклеточных взаимосвязях, гормональных ответах, оплодотворении, минерализации, в слиянии, слипании и росте клеток.
Нормальное функционирования многих ферментов. Участие ионов Mg2+
в формировании структуры рибосом, нормальной деятельности нервных
клеток.
Компонент калий-натриевого насоса. Нормализует давление крови и
работу сердца.
Присутствие в составе ферментов дыхательной цепи митохондрий,
обеспечивающей клетку молекулами АТФ (следовательно, и энергией).
Влияние на процесс тканевого дыхания. Порфириновые соединения
меди служат звеном при синтезе гемоглобина; необходима для
всасывания железа в кишечнике, правильного развития соединительных
тканей и кровеносных сосудов.
Воздействие ионов на метаболизм
некоторых витаминов (В12, С, А).
Связь с действием энзимов, жизненно необходимых для развития репродуктивных органов, работы простаты и активности мужских гормонов.
Связь с риновирусами, вызывающими простуду, предотвращение их
дальнейшего размножения. Участие в каталитических, структурных и
регуляторных процессах, в регенерации. Влияние на метаболизм
углеводов, липидов, белков и нуклеиновых кислот. Помощь в
регуляции генов и в поддержании мембранных структур и функций.
Влияние на синтез мышечных белков, образование нервных волокон.
Помощь включению иона железа в молекулу гемоглобина.
в малых количествах активация таких пищеварительных ферментов панкреатических липаз и пепсина. Присутствие в РНК, участие в
сохранении структуре молекулы.
Азотистый обмен. Помощь ферменту ксантиноксидазе, превращающему
ксантин и другие пуриновые основания в мочевую кислоту
Участие в построении эпителиальной ткани и процессах кроветворения.
Участие в построении эпителиальной ткани
Активатор ферментов, необходим для синтеза гликопротеинов.
18
Приложение 3
Рисунок 1. Причины токсичности металлов. Вытеснение необходимых
металлов из их активных мест
Me
Me
Me
Me
Рисунок 2. Причины токсичности металлов. Связывание части
макромолекулы, необходимой для нормальной жизнедеятельности
организма
Me
Me
Рисунок 3. Причины токсичности металлов. Сшивание молекул с
образованием вредных для организма биологических агрегатов
Me
Me
Рисунок 4. Причины токсичности металлов. Деполимеризация биологически
важных макромолекул
Me
19
Приложение 4
Опыт №1
Рисунок 5. Определение возможности поглощения ионов Сu2+, Ni2+, Zn2+
биологическими объектами
1 – CuSO4
2 – CuSO4 после
экстракции
грибами
3 – NiSO4
4 – NiSO4 после
экстракции грибами
5 – ZnSO4
6 – ZnSO4 после
экстракции грибами
Опыт №2
Рисунок 6. Определение конкуренции ионов металлов за места связывания
1 - CuSO4 + NiSO4
2 - CuSO4 + NiSO4
после экстракции
грибами
3- CuSO4 + ZnSO4
4 - CuSO4 + ZnSO4
после экстракции
грибами
5 - CuSO4 + MgSO4
6 - CuSO4 + MgSO4
после экстракции
грибами
7 – NiSO4 +
MgSO4
8 – NiSO4 +
MgSO4 после
экстракции гриба
20
Приложение 5
Опыт №3.
Рисунок 7. Изучение возможности вытеснения необходимыми металлами
металлов токсичных.
1 – MgSO4 после экстракции грибами
2 – CaCl2 после экстракции грибами
3 – ZnSO4 после экстракции грибами
Опыт №4
Рисунок 8. Определение наличия тяжелых металлов в грибах естественных
биоценозов
Грибы, собранные на
территории о. Лама:
1 – MgSO4
2 – CaCl2
Грибы «Тайны леса»
производитель ООО
«Кантарелла» г.
Иваново:
3 – MgSO4
4 – CaCl2
Грибы района турбазы
«Жарки»:
5– MgSO4
6 – CaCl2
21
Приложение 6
Таблица 5. Минеральный состав витаминных комплексов
Название
Мульти-табс. Классик
Мульти-табс. Малыш
Мульти-табс. Юниор
Мульти-табс.
Тинейджер
Компливит
Компливит-актив
АлфаВИТ для детей
АлфаВИТ
АлфаВИТ
50 плюс
Витрум
Дуовит для женщин
Дуовит для мужчин
Супрадин
Горный кальций D3
Zn,
мг
15
5
15
Mg,
мг
2
1
2
Mn,
мг
2,5
1
2,5
Mg,
мг
75
-
Ca,
мг
0,7
0,5
0,58
7
0,7
2
50
200
2
5
5
15
750
10
0,7
2
2,5
1
2,5
16,4
22
30
40
0,58
0,58
100
100
15
1
2,5
60
300
15
15
15
15
-
2
2
-
2,5
3,5
-
100
50
50
100
162
450
450
250