Что такое уреаза у человека

УРЕАЗА

УРЕАЗА (карбамид-аминогидролаза; КФ 3. 5. 1. 5) — фермент, относящийся к классу гидролаз и катализирующий гидролитическое расщепление мочевины с образованием аммиака и диоксида углерода (углекислого газа):

У. обеспечивает осуществление важного звена в круговороте азота в природе: животные, питаясь растительными белками, выделяют мочевину (см.), почвенные бактерии, содержащие У., разлагают мочевину на аммиак и углекислый газ, образующийся в этой реакции аммиак используется другими почвенными бактериями для синтеза нитритов (см.) и нитратов (см.), к-рые в свою очередь используются растениями для образования белка и т. д. Высокая специфичность У. в отношении мочевины (даже близкое по структуре к мочевине ее метильное производное не подвергается действию фермента, только оксипроизводное мочевины частично обладает способностью служить субстратом для У.) позволяет использовать этот фермент для аналитического определения мочевины в моче и крови, что является важным диагностическим тестом при заболеваниях печени и почек.

У. встречается приблизительно у 200 видов бактерий, у многих плесеней и у большого числа высших растений. В организме человека и животных У. образуется бактериальной флорой.

У. была первым ферментом, полученным в кристаллическом виде. Ее выделил Самнер (J. В. Sumner) в 1926 г. из бобов канавалии (Canavalia ensiformis). Фермент кристаллизуется из 32% ацетона в виде бесцветных октаэдрических кристаллов. Мол. вес (масса) кристаллической уреазы 483000, изоэлектрическая точка (см.) находится при pH 5,0—5,1. Уреаза дает нитропруссидную реакцию, содержит сульфгидрильные группы (см.).

Оптимум действия У. отмечают при pH 7,0, однако эта величина меняется в зависимости от природы и концентрации применяемого буферного р-ра, а также от концентрации субстрата — мочевины. У. легко инактивируется под влиянием ионов тяжелых металлов: серебра, ртути, меди, кадмия, свинца. Ингибиторами У. являются также соли фтора, галоиды, бораты, хиноны, формальдегид, перекись водорода. В присутствии небольшого количества р-ра йода или азотнокислого серебра У. осаждается и инактивируется, однако при добавлении сероводорода активность У. в обоих случаях восстанавливается. У. быстро расщепляется и инактивируется под действием пепсина, папаина, а также сероводорода при pH 4,3, Уреазу считают простым белком, глобулином. Недавно было установлено, что с молекулой фермента связаны 2 атома никеля. Роль никеля в функционировании У. точно не известна, однако не исключено, что он принимает участие в каталитическом процессе. Кинетика реакции, катализируемой У., указывает на существование в молекуле фермента двух активных центров, но установить, влияют ли они друг на друга или проявляют свое действие независимо, пока не удалось.

Активность У. измеряют по количеству образовавшегося в ходе реакции аммиака, определяемого после отгонки титрованием (см. Титриметрический анализ) или с реактивом Несслера (см. Несслера реактив), а также манометрическим методом по образованию углекислого газа. В этом случае для полного выделения углекислого газа используют ацетатный или фосфатный буфер с pH 6,0.

У. очень давно привлекала к себе внимание исследователей. Этот интерес был связан с аммиачным брожением мочи (см.), к-рое происходит под действием бактериального фермента. При нек-рых патол. процессах, особенно при цистите (см.), моча уже из мочевого пузыря выделяется в состоянии щелочного брожения. Под действием У. нейтральная мочевина переводится в углекислый аммоний, имеющий щелочную реакцию. Вследствие этого моча становится щелочной, и фосфорнокислые соли выпадают в осадок в виде фосфорнокислого магний—аммония (см. Трипельфосфат) и фосфорнокислой извести Ca₃(PO₄)₂. В осадке находится также нерастворимый кислый мочекислый аммоний (см. Моча, осадок мочи).

Библиогр.: Диксон М. и Уэбб Э. Ферменты, пер. с англ., т. 1—3, М., 1982; Mецлер Д. Биохимия, пер. с англ., т. 2, с. 40, М., 1980; Уэбб Л. Ингибиторы ферментов и метаболизма, пер. с англ., М., 1966; Хаггис Д ж, и др. Введение в молекулярную биологию, пер. с англ., М., 1967.

Источник

Уреаза

Уреаза обнаружена в бактериях, дрожжах, растениях (особенно много её содержится в семенах сои), а также у ряда беспозвоночных; в клетках животных, у которых в качестве основного продукта азотистого обмена образуется мочевина, уреаза отсутствует. В организме человека и животных уреаза образуется бактериальной флорой. В 1926 году американский биохимик Джеймс Самнер доказал, что уреаза это белок.

Характеристики

Уреаза состоит из двух субъединиц (α и β), соединённых в димеры, которые, в свою очередь, соединяются друг с другом в тримеры (αβ)3. Тримеры формируют особую сложную структуру ((ab)3)4. Необычная уреаза была найдена у Helicobacter pylori, у которой 4 из 6 обычных субъединиц фермента объединены общий комплекс из 24 субъединиц (α12β12). Считается, что этот надмолекулярный комплекс обеспечивает дополнительную стабильность фермента у этой бактерии, которая производит аммиак для того, чтобы нейтрализовать соляную кислоту желудочного сока. Наличие высокой активности уреазы используется как диагностический признак бактерий Helicobacter и Ureaplasma urealyticum.

Использование в диагностике

Некотороые болезнетворные микроорганизмы желудочно-кишечного тракта и мочевыводящих путей вырабатывают уреазу, что позволяет использовать уреазный тест (в совокупности с другими критериями) для их идентификации, а при определенных обстоятельствах и для полуколичественного определения. Известны лабораторные методы определения содержания мочевины в моче, основанные на её гидролизе в присутствии соевой уреазы с последующим измерением количества аммиака, выделившегося в результате реакции.

Другие способы использования

Биосенсоры на основе уреазы для обнаружения тяжёлых металлов использовались для количественной оценки общего загрязнения воды ионами тяжёлых металлов.

Полезное

Смотреть что такое «Уреаза» в других словарях:

УРЕАЗА — фермент, катализирующий у некоторых животных и растений гидролиз мочевины до аммиака и углекислого газа. Первый фермент, полученный в кристаллическом виде (Дж. Самнер, 1926) … Большой Энциклопедический словарь

УРЕАЗА — фермент класса гидролаз; катализирует расщепление мочевины на угольную к ту и аммиак. Эта реакция одна из важнейших в круговороте азота в природе. У. широко распространена у растений (особенно много У. в семенах нек рых бобовых), бактерий (напр … Биологический энциклопедический словарь

Уреаза — фермент, катализирующий расщепление мочевины на аммиак и углекислый газ. Широко распространен у некоторых групп бактерий. Определение У. используют в целях идентификации бактерий. Для этого мочевину добавляют в Олъкеницкого среду (см.) или… … Словарь микробиологии

уреаза — сущ., кол во синонимов: 1 • фермент (253) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

УРЕАЗА — УРЕАЗА, фермент из группы амидаз, производящий гидролитическое расщепление мочевины на аммиак и углекислоту. У. широко распространена в растениях (в бактериях, грибках, семенах бобовых); найдена также у нек рых беспозвоночных, но отсутствует у… … Большая медицинская энциклопедия

уреаза — Фермент, катализирующий гидролиз мочевины на аммиак и углекислый газ [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN urease … Справочник технического переводчика

уреаза — фермент, катализирующий у некоторых животных и растений гидролиз мочевины до аммиака и диоксида углерода. Первый фермент, полученный в кристаллическом виде (Дж. Самнер, 1926). * * * УРЕАЗА УРЕАЗА, фермент, катализирующий у некоторых животных и… … Энциклопедический словарь

уреаза — urease уреаза [КФ 3.5.1.5]. Фермент, катализирующий гидролиз мочевины с образованием аммиака и углекислоты; У. первый фермент, выделенный в чистом виде (Дж.Самнер, 1926). (Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев… … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

уреаза — ureazė statusas T sritis chemija apibrėžtis Fermentas, katalizuojantis karbamido hidrolizę. atitikmenys: angl. urease rus. уреаза … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

уреаза — фермент класса гидролаз (КФ 3.5.1.5.), катализирующий гидролитическое расщепление мочевины до углекислого газа и аммиака; участвует в обмене пуринов у некоторых видов животных … Большой медицинский словарь

Источник

УРЕАЗА – КЛЮЧЕВОЙ ФЕРМЕНТ БИОДЕГРАДАЦИИ МОЧЕВИНЫ

1 Кандидат технических наук, 2 Кандидат химических наук, Волгоградский Государственный Аграрный Университет

УРЕАЗА – КЛЮЧЕВОЙ ФЕРМЕНТ БИОДЕГРАДАЦИИ МОЧЕВИНЫ

Аннотация

В данной статье показана важнейшая роль уреазы в организме животных и в гидросфере. Результаты исследования природной воды на содержание «фоновой мочевины» показали, что уровень карбамида в водоемах варьирует от 3,30 мкмоль/л до 10,26 мкмоль/л.

Ключевые слова: уреаза, мочевина, гидросфера.

1 PhD in Engineering, 2 PhD in Chemistry, Volgograd State Agrarian University

UREASE – A KEY ENZYME IN THE BIODEGRADATION OF UREA

Abstract

Если бы в окружающей среде отсутствовали процессы деградации, разрушения мочевины, гидросфера Земли очень быстро была бы перенасыщена этим азотистым шлаком. Однако в природе (почве, воде и т. п.) присутствуют микроорганизмы способные вырабатывать фермент, активно гидролизующий поступающую мочевину. Этот фермент, называемый уреазой (систематическое название: уреоамидогидролаза, шифр КФ 3.5.3.1), выполняет поистине глобальную роль, катализируя реакцию:

Эту реакцию можно рассматривать как процесс экологической минерализации органического азотистого шлака; в результате этого процесса водорастворимый нелетучий органический субстрат – мочевина в результате данной энзиматической реакции трансформируется в летучие продукты – аммиак и диоксид углерода. Впрочем, надо заметить, что основная масса образовавшихся продуктов не улетучивается, а в нейтральной среде воды и почвы взаимодействует между собой с образованием преимущественно гидрокарбоната аммония. Последний усваивается растениями и микроорганизмами, и утилизируется как источник азота для биосинтеза протеинов, нуклеиновых кислот и других важных азотистых биоорганических компонентов растений и микробов. Другими словами, в результате уреазной реакции биотический поллютант (мочевина) превращается в легкоусвояемый нутриент (аммонийную соль) автотрофных организмов гидросферы.

По способности ускорять реакцию гидролиза мочевины уреазу можно отнести к суперэффективным катализаторам, поскольку она снижает энергию активации реакции со 137 кДж/моль до 46 кДж/моль, что соответствует ускорению в 10 14 раз. Другими словами, то количество мочевины, которое при участии уреазы разлагается за 1 минуту, в отсутствии последней потребуется за почти 2000 лет [1]. Как и следовало ожидать, исходя из ее биологического значения, уреаза широко распространена в мире микроорганизмов, а также растений, но совершено отсутствует в тканях животных.

При этом достаточно большое количество аммонийного азота трансформируется ферментами почвенных микроорганизмов с образованием окисленных форм азота: . Последние особенно легко утилизируются растениями для биосинтеза собственных азотистых соединений, в том числе растительных протеинов, которые в свою очередь служат пищей для животных, превращающих растительный белок в мочевину. Возникает глобальный цикл круговорота азота (рис.1).

Рис.1. Круговорот белкового азота.

Взаимосвязь животных, растений и бактерий.

1-гидролиз белков животных;

2-гидролиз аргинина и образование мочевины;

3-гидролиз мочевины бактериями;

4-окисление аммиака бактериями;

5-утилизация аммиака и диоксида углерода в растениях – синтез растительных белков;

Примечание: В двойных рамках – процесс в организме животных; в овальных – бактериальные процессы; жирные стрелки – биосинтетические реакции в растениях.В связи с важной экологической ролью фермента уреазы следует уделить некоторое время характеристике этого фермента.

Уреаза широко распространена в мире микроорганизмов, причем уреазную активность можно обнаружить как у сапрофитов, так и у патогенных микробов. В частности, высокая активность уреазы у родов Proteus, Staphycococcus.

Весьма интересно, что высокая активность уреазы обнаружена в семенах ряда растений: соя, конский боб, арбуз. Не смотря на то, что уреаза была обнаружена очень давно и еще в 1926 году очищена (именно из растительного источника) и получена в кристаллическом виде (классические работы Сомнера), ее функция у растений до сих пор остается непонятной [2].

Совершенно очевидно, что ткани животных не содержат уреазу и, следовательно, не способны расщеплять мочевину; в противном случае это привело бы к образованию повышенных количеств аммиака и к аммиачному токсикозу в тканях. Однако это совершенно не означает, что в организме высших животных не осуществляется ферментативный гидролиз мочевины. Он действительно происходит в тех компартаментах организма, которые колонизированы микроорганизмами: желудочно-кишечный тракт, особенно толстый кишечник, ротовая полость, кожные покровы.

Между прочим, появление уреазной активности в свежей моче свидетельствует об инфицировании мочеполового тракта.

В последние годы доказана роль уреазопозитивных геликобактерий (Helicobacter pylori) в патогенезе язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки и даже разработаны на этой основе биохимические тесты для диагностики этих болезней.

Показана очень важная роль уреазы в так называемом, рубцовом пищеварении у жвачных животных. У них возможна частичная замена ценного кормового протеина на дешевый карбамид (мочевину).

Возвращаясь к гидросферным экологическим системам, следует указать, что уреазная активность микроорганизмов природных вод хотя и обнаруживается, но находится на относительно низком уровне, на наш взгляд, по трем причинам:

В связи с этим нами в образцах исследуемой природной воды всегда обнаруживалось некоторое количество неразложившейся мочевины, «фоновой» мочевины. Уровень мочевины в обследованных водоемах варьирует от 3,30 мкмоль/л до 10,26 мкмоль/л. Отмечены незначительные сезонные колебания уровня мочевины в природных водах.

Литература

References

Источник

Что такое уреазный тест на хеликобактер?

Хеликобактер пилори – это спиралевидная бактерия, атакующая слизистую ЖКТ. Ее обнаруживают в желудке и двенадцатиперстной кишке. Наличие микроорганизма свидетельствует о высоком риске появления гастрита, язвы и гастродуоденита.

Особенность поведения бактерии заключается в том, что она проникает на слизистую органа, закрепляется посредством жгутиков и производит фермент под названием уреаза. Вокруг скопления бактерий формируется среда с повышенным рН. Это влияет на производство желудком соляной кислоты, гастрина и пепсина, а также ферментов, способных быстро расщеплять оболочку слизистой. Выделяемые вещества начинают разъедать ткани, появляется воспаленный участок, где образуется эрозия и, как следствие, язва.

Уреазный тест показывает склонность бактерии к расщеплению мочевины. Его назначают в следующих случаях:

Как проводят уреазный тест?

Врачи выделяют 2 вида анализа: дыхательный и быстрый. Дыхательный тест предполагает употребление пациентом мочевины, содержащей специальный изотопный маркер. Бактерия разлагает мочевину, образуя аммиак и углекислый газ. Последний втягивается желудком, попадает в легкие и выходит из организма на выдохе. Анализ проводится с применением специализированного оборудования: газового спектрометра или лазера и специального контейнера.

Обследование проводится натощак, последнее питье разрешается за час до анализа. Перед уреазным тестированием врач дает рекомендации, которыми не следует пренебрегать для чистоты полученных результатов.

Проходя тестирование, пациент делает выдох в контейнер, который сразу плотно закрывают. Затем необходимо выпить раствор мочевины и через полчаса повторить выдох. В завершении процедуры рот тщательно ополаскивают.

Быстрый уреазный тест

Альтернативная разновидность обследования предполагает биопсию. Проводя гастроскопию, врач берет пробу тканей слизистой в области пораженного участка. Исследуемый образец помещают в специальную среду с мочевиной и индикатором. Если ткань поражена бактерией, то мочевина расщепится, оставив аммиак и углекислый газ, а среда обретет щелочную характеристику и сменит цвет.

Уреазный тест считается наиболее объективным анализом на наличие бактерии хеликобактер пилори. Он сочетает доступную стоимость, современную методику, скорость предоставления результатов обследования и их точность.

Материал размещен в ознакомительных целях, не является медицинским советом и не может служить заменой консультации у врача.

Стаж работы 18 лет.
Редактор справочника лекарственных средств в издательстве ГЭОТАР.
Автор книги: ТЕРАПИЯ ДЛЯ ФЕЛЬДШЕРОВ. ШПАРГАЛКА ДЛЯ ССУЗов. Издательский центр IPR MEDIA.
Диплом о медицинском образовании: ФВ №655463

Источник

Что такое уреаза у человека

Использование уреазы для исследования качества сельхозпродукции

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

В настоящее время связи с широким применением агрохимикатов и загрязнением сельхозугодий отходами производств, люди обеспокоены возможной угрозой для здоровья, связанной с присутствием в пищевых продуктах нитратов. Трудно отследить качество каждого овоща, употребляемого нами в пищу; методики определения качества пищевых продуктов достаточно громоздки, требуют специальной аппаратуры и обученного персонала. Поэтому имеет смысл использовать экспресс-методы, с помощью которых можно провести простой, быстрый и дешевый анализ овощей с целью выявления в них токсинов. Одним из таких экспресс-методов является использование фермента уреазы семян некоторых растений для определения наличия нитратов в растительном сырье.

В связи с этим цель нашей работы:

Исследование влияния нитратов, содержащихся в овощах, на активность фермента уреазы.

В задачи исследования входило:

определить влияние нитратов на организм человека;

изучить методику и овладеть практическими приемами определения нитратов в овощах с использованием доступных реагентов;

качественно определить наличие нитратов в растительном сырье по изменению активности фермента уреазы;

проанализировать полученные данные и сделать выводы.

Предмет исследования – нитраты, содержащиеся в растительном сырье.

экстрагирование фермента уреазы из семян некоторых растений (арбузные семечки, семена тыквы и кабачка);

определение наличия нитратов в овощах;

сравнительный анализ полученных данных.

Глава 1. Проблема нитратов и нитритов

Нитраты – соли азотной кислоты, например NaNO ₃, KNO ₃, NH ₄ NO ₃, Mg ( NO ₃)₂. Они являются нормальными продуктами обмена азотистых веществ любого живого организма – растительного и животного, поэтому «безнитратных» продуктов в природе не бывает. Даже в организме человека в сутки образуется и используется в обменных процессах 100 мг и более нитратов. Из нитратов, ежедневно попадающих в организм взрослого человека, 70% поступает с овощами, 20% – с водой и 6% – с мясом и консервированными продуктами. [11]

При приеме высоких доз нитратов с питьевой водой или продуктами через 4-6 часов появляются тошнота, одышка, посинение кожных покровов и слизистых, понос. Сопровождается все это общей слабостью, головокружением, болями в затылочной области, сердцебиением. Первая помощь – обильное промывание желудка, прием активированного угля, солевых слабительных, свежий воздух. [4]

Допустимая суточная доза нитратов для взрослого человека составляет 325 мг в сутки. Как известно, в питьевой воде допускается присутствие нитратов до 45 мг/л. Рекомендуемое потребление продуктов питания, где используется питьевая вода (чай, первые и третьи блюда), примерно 1,0–1,5 л, максимум – 2,0 л в день. Таким образом, с водой взрослый человек может употребить около 68 мг нитратов. Следовательно, на пищевые продукты остается 257 мг нитратов. [11]

Для овощей и фруктов установлены следующие значения предельно допустимых концентраций нитратов (см. Приложение А, таблица 1.1).

Каковы же основные источники пищевых нитратов? Практически это исключительно растительные продукты. В животных продуктах (мясо, молоко) содержание нитратов весьма незначительно.

Максимальное накопление нитратов происходит в период наибольшей активности растений при созревании плодов. Недозрелые овощи (кабачки, баклажаны) и картофель, а также овощи раннего созревания могут содержать нитратов больше, чем достигшие нормальной уборочной зрелости. Кроме того, содержание нитратов в овощах может резко увеличиться при неправильном применении азотистых удобрений (не только минеральных, но и органических). Например, при внесении их незадолго до уборки. [4]

У различных растений есть свои индивидуальные особенности в накоплении нитратов. Известны растения – «накопители» нитратов. К ним относятся зеленые овощи: салат, ревень, петрушка, шпинат, щавель, которые могут накапливать до 200-300 мг нитратов в 100 г зелени. Свекла может накапливать до 140 мг нитратов (это предельно допустимая концентрация), а некоторые сорта и больше. А вот в других овощах нитратов значительно меньше. Фрукты, ягоды и бахчевые содержат нитратов очень мало (меньше 10 мг в 100 г плода). [9]

В среднем при мойке и очистке овощей и картофеля теряется 10-15% нитратов. Еще больше – при тепловой кулинарной обработке, особенно при варке, когда теряется от 40% (свекла) до 70% (капуста, морковь) или 80% (картофель) нитратов. Поскольку нитраты – химически довольно активные соединения, то при хранении овощей их содержание уменьшается за несколько месяцев на 30-50%.

Теперь, когда все известно о пищевых нитратах, попробуем представить их реальную опасность для здоровья. Рассмотрим основные источники нитратов. Начнем с зеленых овощей (салат, петрушка, укроп и т.д.). Их потребление практически редко превышает 100 г в день, а чаще всего около 50 г, т.е. с одной порцией можно получить менее трети от безопасной суточной дозы. Перейдем к свекле. Ее, как известно, потребляют в основном в отваренном виде. Поскольку при варке (40%) и зачистке (10%) теряется половина нитратов, то со свеклой мы можем получить 100 мг нитратов (меньше трети суточной дозы). Картофель и капуста в отваренном виде потребляются порциями по 300 г. С учетом потерь при зачистке и кулинарной обработке с одной порцией этих продуктов можем потребить около 60 мг нитратов.

Нитраты используются в качестве удобрений и известны как селитры: натриевая (чилийская), калиевая (настоящая), аммиачная (аммонийная) и кальциевая (норвежская). Нитраты – важнейший компонент питания растений, так как входящий в них азот – главный строительный материал клетки. [4]

Меньше всего содержится нитратов в луке, помидорах, баклажане, перце, зеленом горошке.

Растения, вегетативная масса которых поражена вредителями или болезнями, накапливают нитратов больше, чем непораженные. Много нитратов содержится в недозрелых овощах. Овощи последних сборов обычно содержат меньше нитратов, чем первые овощи.

При использовании овощей в пищу необходимо учитывать различное содержание нитратов в разных частях и органах растений. В овощах нитраты распределены неравномерно. У листовых овощей нитраты накапливаются в основном в черешках и жилках листьев. Содержание нитратов в плодах кабачка и огурца уменьшается от плодоножки к верхушке, а у патиссона – от поверхностного слоя к сердцевине. В кончиках корнеплодов моркови, свеклы, редиса, репы, редьки содержание нитратов больше, что связано с наличием в них мелких всасывающих корешков. В сердцевине корнеплода моркови уровень нитратов выше, чем в кожице, а в направлении от кончика корня к верхушке он снижается. У столовой свеклы особенно много нитратов в верхушке и в кончике корня. Верхние листья капусты содержат нитратов примерно в 2 раза больше, чем внутренние, а наибольшее количество нитратов накапливается в кочерыжке. У картофеля более низкий уровень нитратов в мякоти клубня по сравнению с сердцевиной. [5]

Содержание нитратов в овощной продукции зависит от почвенно-климатических условий, биологических особенностей растений, агротехнических приемов, сортов, условий освещения, сбалансированности по основным элементам питания, обеспеченности почвы микроэлементами, сроков посева и уборки овощей и ряда других факторов, частью которых можно управлять.

Источником избыточного накопления нитратов в растениях могут быть не только удобрения, но и естественные запасы азота в почве. [3]

Накопление нитратов в овощной продукции возрастает при неблагоприятных погодных условиях: в годы с холодным и пасмурным летом поглощенные из почвы нитраты не полностью расходуются на построение органических соединений и аккумулируются в тканях растений в свободной форме. Однако постоянно повышенные температуры в течение вегетационного периода также способствуют повышению концентрации нитратов в овощах.

Степень освещенности растений оказывает значительное влияние на процесс аккумуляции нитратов: при плохой освещенности и недостатке солнечной радиации содержание нитратов в овощах резко увеличивается. Поэтому загущение посевов культур увеличивает опасность накопления нитратов. По этой же причине увеличивается содержание нитратов в тепличных овощах. [4]

Качество овощей можно существенно улучшить, соблюдая ряд несложных приемов, к которым можно отнести оптимизацию минерального питания, подбор сортов, поддержание оптимальной освещенности растений, обработку и режим увлажнения почвы, сроки посева и уборки урожая.

Учитывая вышеизложенные данные, целесообразно выполнять некоторые советы по снижению поступления нитратов в организм человека (Приложение Б).

Глава 2. Фермент уреаза

Термин «фермент» происходит от латинского fermentum – закваска. Ферменты – биологически активные вещества, поэтому любая реакция, протекающая в клетке, не обходится без их участия. Эти вещества выполняют роль катализаторов. Соответственно, любой фермент обладает двумя основными свойствами: 1) ускоряет биохимическую реакцию, но при этом не расходуется; 2) величина константы равновесия не меняется, а лишь ускоряется достижение этого значения. [12]

Ферменты ускоряют биохимические реакции в тысячу, а в некоторых случаях в миллион раз. Это значит, что при отсутствии ферментативного аппарата все внутриклеточные процессы практически остановятся, а сама клетка погибнет. Поэтому роль ферментов как биологически активных веществ велика.

Если бы в окружающей среде отсутствовали процессы деградации, разрушения мочевины, гидросфера Земли очень быстро была бы перенасыщена этим азотистым шлаком. Однако в природе (почве, воде и т. п.) присутствуют микроорганизмы способные вырабатывать фермент, активно гидролизующий поступающую мочевину. Этот фермент, называемый уреазой (систематическое название: уреоамидогидролаза, шифр КФ 3.5.3.1)[13], выполняет поистине глобальную роль, катализируя реакцию:

Уреаза – гидролитический фермент из группы амидаз, обладающий специфическим свойством катализировать гидролиз мочевины (карбамида) до диоксида углерода и аммиака.

Уреаза обнаружена в бактериях, дрожжах, растениях (особенно много её содержится в семенах сои, арбуза), а также у ряда беспозвоночных. В клетках животных и человека, у которых в качестве основного продукта азотистого обмена образуется мочевина, уреаза не синтезируется. Наличие уреазы в некоторых биологических жидкостях, например, в слюне, объясняется присутствием в ней соответствующих микроорганизмов, вырабатывающих и выделяющих данный фермент. В 1926 году американский биохимик Джеймс Самнер доказал, что уреаза это белок. [13]

Весьма интересно, что высокая активность уреазы обнаружена в семенах ряда растений: соя, конский боб, арбуз. Не смотря на то, что уреаза была обнаружена очень давно и еще в 1926 году очищена (именно из растительного источника) и получена в кристаллическом виде (классические работы Сомнера), ее функция у растений до сих пор остается непонятной.

Благодаря высокой специфичности уреазы её применяют для определения мочевины.

Метод определения активности уреазы основан на тестировании выделяющегося аммиака индикатором. Наглядность данного опыта обеспечивается быстрым появлением интенсивной окраски индикатора. [8]

Известны лабораторные методы определения содержания мочевины в моче, основанные на её гидролизе в присутствии соевой уреазы с последующим измерением количества аммиака, выделившегося в результате реакции.

Биосенсоры на основе уреазы для обнаружения тяжёлых металлов использовались для количественной оценки общего загрязнения воды ионами тяжёлых металлов.

Глава 3. Экспериментальная часть

Многие горожане выращивают на дачных участках все необходимые для себя овощи, которые затем используют в качестве продуктов питания. По этой пищевой цепочке вредные, токсичные соединения тяжелых металлов попадают в организм человека, накапливаются в нем и вызывают тяжелые заболевания. Именно здесь необходим экспресс-метод, с помощью которого можно быстро определить безопасность используемого овоща. [6]

Особую роль в оценке состояния окружающей среды играют биологические тесты. Многообразные органические вещества, попадая в окружающую среду, могут претерпевать в ней различные превращения, усиливая при этом свое токсическое воздействие. По этой причине оказались необходимыми методы оценки качества среды (воды, почвы, воздуха, пищевых продуктов) путем биотестирования и биоиндикации. [2]

Под биотестированием понимают приемы исследования, при котором о качестве среды, факторах, действующих самостоятельно или в сочетании с другими, судят по выживаемости, состоянию и поведению специально помещенных в эту среду организмов – тест-объектов. [7]

Биоиндикация – родственный биотестированию прием, использующий для этих же целей организмы, обитающие в исследуемой среде. Биоиндикацию можно проводить на уровне молекул, клеток, органов, организмов, популяций и даже биоценоза. В качестве биотестов выбирают наиболее чувствительные к исследуемым загрязнителям организмы. [1]

Использование биохимических реакций (молекулярный уровень индикации) связано с тем, что они наиболее чувствительны к воздействию внешних загрязнителей. Биохимическим индикатором, чувствительным к присутствию ионов тяжелых металлов, нитратов и других токсинов является уреаза. [6]

Уреаза – фермент, распространенный в растительном мире. Особенно активна уреаза в семенах некоторых овощей (семена бобовых, арбузов, кабачков).

Приборы и оборудование:

6. перец болгарский;

7. капуста белокочанная;

В процессе эксперимента использовались образцы растительного сырья, приобретённые на рынке (Приложение В, фото 3).

Для каждого исследуемого образца пробы проводились в трехкратной повторности.

экстрагирование фермента уреазы из семян дыни, арбуза, кабачка, сои;

определение наличия нитратов в овощах;

сравнительный анализ полученных данных.

В процессе работы использовалась методика из практикума по биологической химии (авторы: Шевляков М.В., Яковенко Б.Я., Явоненко О.Ф.)[10]

Экспресс-методика определения нитратов в растительном сырье основана на способности фермента уреазы катализировать гидролиз мочевины с образованием аммиака. В водной среде аммиак превращается в гидроксид аммония, который окрашивает индикатор метиловый оранжевый в определенный цвет. Если уреаза не катализирует мочевину, аммиак не образуется, и цвет раствора не изменяется. Наглядность данного опыта обеспечивается быстрым появлением интенсивной окраски индикатора. Подавить действие уреазы могут нитраты, содержащиеся в овощах и фруктах.

Для проведения эксперимента была выбрана уреаза семян дыни Колхозница, арбуза астраханского, кабачка белоплодного, сои Вилана.

Приготовление экстракта уреазы.

Семена в количестве 1 г каждого вида растираю в ступке с 10 мл воды. Полученные экстракты сливаю в пробирки и использую для проведения опытов (см. Приложение Г, фото 1-4).

Приготовление раствора мочевины.

В колбе (объем 200 мл) с дистиллированной водой растворяю 10 г мочевины, это соответствует 5% концентрации раствора.

Подготовка растительного сырья.

Навески образцов растительного сырья измельчаю в фарфоровой ступке.

В пробирку наливаю 2 мл суспензии ферментативного препарата уреазы.

Добавляю 2 мл 5%-ного раствора мочевины.

Вношу измельченный растительный образец.

В пробирку капаю 2–3 капли индикатора метилового оранжевого, оставить при комнатной температуре на 3–5 минут.

По интенсивности появляющейся окраски индикатора можно судить об ингибировании индикатора (Приложение Д, фото 1 – 16).

Если окраска раствора в пробирке изменяется (становится желтой), значит, уреаза сохраняет свою активность, так как выделяется аммиак (он дает щелочную среду и в результате изменяется окраска индикатора метилового оранжевого).

Если окраска индикатора изменяется на красную, значит, нитраты, содержащиеся в растительном сырье, ингибируют фермент уреазу. Для большей наглядности была сделана контрольная проба (2 мл уреазы, 2 мл карбамида и 3 капли метилового оранжевого).

Исследование образцов огурца.

После добавления индикатора метилового оранжевого окраска раствора в пробирке приобрела желтый цвет, что соответствует щелочной реакции среды (Приложение Д, фото 1–2).

Уреаза сохранила свою активность и катализировала гидролиз мочевины. Можно сделать вывод, что в огурце нитраты отсутствовали.

Исследование образцов помидора.

После добавления индикатора метилового оранжевого окраска раствора в пробирке приобрела красный цвет, что соответствует кислой реакции среды (Приложение Д, фото 3–4). Следовательно, фермент уреаза ингибировалась нитратами, содержащими в этом помидоре.

Исследование образцов редиса.

Добавление индикатора метилового оранжевого изменило окраску раствора в пробирке на красный цвет, что соответствует кислой реакции среды (Приложение Д, фото 5–6).

Уреаза потеряла свою активность и не катализировала гидролиз мочевины. Можно сделать вывод, что в редисе нитраты присутствовали.

Исследование образцов листа салата.

После добавления индикатора метилового оранжевого окраска раствора в пробирке приобрела желтый цвет, что соответствует щелочной реакции среды (Приложение Д, фото 7–8).

Уреаза сохранила свою активность и катализировала гидролиз мочевины. Можно сделать вывод, что в листе салата нитраты отсутствовали.

Исследование образцов укропа.

После добавления индикатора метилового оранжевого окраска раствора в пробирке приобрела желтый цвет, что соответствует щелочной реакции среды (Приложение Д, фото 9–10).

Уреаза сохраняла свою активность и катализировала гидролиз мочевины. Можно сделать вывод, что в укропе нитраты отсутствовали.

Исследование образцов перца болгарского.

После добавления индикатора метилового оранжевого окраска раствора в пробирке приобрела желтый цвет, что соответствует щелочной реакции среды (Приложение Д, фото 11–12).

Уреаза сохранила свою активность и катализировала гидролиз мочевины. Можно сделать вывод, что в перце нитраты отсутствовали.

Исследование образцов капусты белокочанной.

После добавления индикатора метилового оранжевого окраска раствора в пробирке приобрела желтый цвет, что соответствует щелочной реакции среды (Приложение Д, фото 13–14).

Уреаза сохранила свою активность и катализировала гидролиз мочевины. Можно сделать вывод, что в капусте нитраты отсутствовали.

Исследование образцов кабачка.

После добавления индикатора метилового оранжевого окраска раствора в пробирке приобрела желтый цвет, что соответствует щелочной реакции среды (Приложение Д, фото 15–16).

Уреаза сохраняла свою активность и катализировала гидролиз мочевины. Можно сделать вывод, что в кабачке нитраты отсутствовали.

Мы провели сравнительный анализ активности экстрактов уреазы семян арбуза, кабачка и тыквы (Приложение Е). Скорость изменения окраски индикатора выше в пробирках с экстрактом уреазы семян арбуза, а медленнее – в пробирках с экстрактом уреазы семян кабачка. Следовательно, лучше использовать в данном экспресс-методе экстракт уреаза семян арбуза. Причём в своих опытах мы использовали и сухие семена из пакетиков (купленные в магазине), и семена арбуза нового урожая.

На основании полученных результатов были сделаны следующие выводы:

многочисленные факты пищевых отравлений нитратами заставляют нас искать экспресс-методы анализа качества пищевых продуктов;

методика определения нитратов в овощах и фруктах по активности фермента уреазы является простой и доступной и может использоваться в качестве экспресс-метода;

исследуемые образцы помидоров и редиса содержат нитраты, о чем свидетельствует ингибирование фермента уреазы и кислая реакция среды;

в исследуемых пробах огурцов, листьев салата, укропа, перца, капусты и кабачка уреаза не ингибировалась и экспериментально определялась щелочная реакция среды.

при сравнительном анализе активности экстрактов уреазы разных семян оказалось, что активность её отличается: наиболее активна уреаза семян арбуза, менее активна – семян кабачка.

при употреблении в пищу овощей необходимо учитывать, что содержание нитратов в сельхозпродукции уменьшается при мойке, очистке и тепловой кулинарной обработке.

Список использованных источников

Золотов Ю.А. Тест-методы // Журнал аналитической химии. 1994, Т. 49, с.149

Евгеньев М.И. Тест-методы и экология // СОЖ, 1999, №11, с. 29-34

Муравьева С.И., Буковский М.И. и др. Руководство по контролю вредных веществ в воздухе рабочей зоны: Справ. Изд. М.: Химия, 1991, с. 398

Соколов О.А. Удобрение и качество продукции// Картофель и овощи, 1987, № 5, с.18-19

Энхольм Э. Окружающая среда и здоровье человека – М., Прогресс, 1990

Биоиндикация загрязнителей наземных экосистем./ Под ред. Р. Шуберта М. Мир, 1988. 350 с.

Варфоломеев С.Д. Биосенсоры // Соровский Образовательный журнал, 1997, т.1, с. 45

Биохимия // Учебник, М.; 2004

Сенновская Т. Наука на марше // Человек и природа, 2006, № 5

Шевряков М.В., Яковенко Б.Я., Явоненко О.Ф. Практикум по биологической химии./ Пособие для студентов биологических специальностей. – 2002 – 204

Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде.- Л., Химия, 1985

Таблица 1.1 Предельно допустимые концентрации нитратов в продуктах растениеводства.

Источник