Деструкция некоторых экополлютантов с участием ферментов
|
ВВЕДЕНИЕ 4
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 6
1.1 Общая характеристика ферментов 6
1.2 Строение и свойства пероксидазы 8
1.2.1 Классификация пероксидаз 9
1.2.2 Общая характеристика пероксидазы хрена 10
1.3 Ферментативные методы деструкции экополлютантов 11
1.4 Механизм катализа ферментов из класса растительных пероксидаз.. 14
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 16
2.1 Исходные вещества 16
2.2 Оборудование 17
2.3 Методика эксперимента 17
2.3.1 Определение пероксидазной активности ферментов,
содержащихся в корнях хрена, без выделения ферментов из растительного сырья 17
2.3.2 Окислительная деструкция бромфенолового синего пероксидом
водорода в присутствии пероксидазы 19
2.3.3 Влияние концентрации пероксида водорода на обесцвечивание
раствора бромфенолового синего в пероксидазной реакции 19
2.3.4 Влияние температуры на обесцвечивание раствора
бромфенолового синего в пероксидазной реакции 20
2.3.5 Окислительная деструкция раствора бромфенолового синего в
реакции, катализируемой пероксидазным экстрактом из хрена 20
2.3.6 Применение ферментного препарата ОРК-5 на основе оксизина в
реакции деструкции раствора индигокармина 21
3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ 23
3.1 Определение активности пероксидазы, содержащейся в корнях хрена 23
3.2 Окислительная деструкция бромфенолового синего пероксидом
водорода в присутствии пероксидазы 25
3.2.1 Влияние концентрации пероксида водорода на обесцвечивание раствора бромфенолового синего в пероксидазной реакции 32
3.2.2 Влияние температуры на обесцвечивание раствора бромфенолового синего в пероксидазной реакции 34
3.3 Окислительная деструкция раствора бромфенолового синего в реакции,
катализируемой пероксидазным экстрактом из хрена 35
3.4 Применение ферментного препарата ОРК-5 на основе оксизина в
реакции деструкции раствора индигокармина 37
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 42
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 44
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 6
1.1 Общая характеристика ферментов 6
1.2 Строение и свойства пероксидазы 8
1.2.1 Классификация пероксидаз 9
1.2.2 Общая характеристика пероксидазы хрена 10
1.3 Ферментативные методы деструкции экополлютантов 11
1.4 Механизм катализа ферментов из класса растительных пероксидаз.. 14
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 16
2.1 Исходные вещества 16
2.2 Оборудование 17
2.3 Методика эксперимента 17
2.3.1 Определение пероксидазной активности ферментов,
содержащихся в корнях хрена, без выделения ферментов из растительного сырья 17
2.3.2 Окислительная деструкция бромфенолового синего пероксидом
водорода в присутствии пероксидазы 19
2.3.3 Влияние концентрации пероксида водорода на обесцвечивание
раствора бромфенолового синего в пероксидазной реакции 19
2.3.4 Влияние температуры на обесцвечивание раствора
бромфенолового синего в пероксидазной реакции 20
2.3.5 Окислительная деструкция раствора бромфенолового синего в
реакции, катализируемой пероксидазным экстрактом из хрена 20
2.3.6 Применение ферментного препарата ОРК-5 на основе оксизина в
реакции деструкции раствора индигокармина 21
3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ 23
3.1 Определение активности пероксидазы, содержащейся в корнях хрена 23
3.2 Окислительная деструкция бромфенолового синего пероксидом
водорода в присутствии пероксидазы 25
3.2.1 Влияние концентрации пероксида водорода на обесцвечивание раствора бромфенолового синего в пероксидазной реакции 32
3.2.2 Влияние температуры на обесцвечивание раствора бромфенолового синего в пероксидазной реакции 34
3.3 Окислительная деструкция раствора бромфенолового синего в реакции,
катализируемой пероксидазным экстрактом из хрена 35
3.4 Применение ферментного препарата ОРК-5 на основе оксизина в
реакции деструкции раствора индигокармина 37
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 42
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 44
В настоящее время проблема охраны окружающей среды является первоочередной задачей, поскольку ее загрязнение оказывает существенное негативное влияние на здоровье человека. Сточные воды текстильной промышленности являются одними из наиболее загрязнённых. При попадании в окружающую среду без очистки они могут вызвать серьезные проблемы, снижая прозрачность природной воды и, как следствие, препятствуя проникновению солнечной радиации и уменьшая процесс фотосинтеза. В связи с этим, деструкция красителей сточных вод стала одной из серьезных проблем. Были изучены различные методы удаления красителей, такие как адсорбция, осаждение, окисление, коагуляция- флокуляция, химическое разложение и фотодеградация. Все эти методы, хотя и осуществимые и имеющие различные возможности деструкции, страдают серьезными недостатками, такими как высокая стоимость, неполнота очистки, образование опасных побочных продуктов или низкая эффективность, следовательно, альтернативные методы весьма актуальны.
Многие авторы концентрируют свое внимание на энзиматической обработке синтетических красителей. Растительные пероксидазы, такие как пероксидаза-HRP хрена, также заслуживают внимания для применения в природоохранных технологиях. Этот фермент хорошо известен своей эффективной способностью окислять широкий спектр ароматических соединений, а также некоторых важных промышленных красителей [1, 2]. Данная работа предлагает решение для экологической проблемы - окислительная деструкция некоторых органических красителей с участием пероксида водорода и ферментов, в том числе пероксидазы хрена.
Целью настоящей работы являлось изучение окислительной деструкции органических красителей с использованием пероксида водорода и ферментов.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
• Определить пероксидазную активность ферментов,
содержащихся в корнях хрена, без выделения ферментов из растительного сырья;
• Провести окислительные реакции деструкции бромофенолового синего пероксидом водорода с участием ферментного препарата пероксидазы хрена и определить кинетические параметры ферментативных реакций;
• Исследовать влияние температуры и концентрации субстрата - окислителя (пероксида водорода) на ферментативные реакции;
• Исследовать возможность использования экстракта из корней хрена для обесцвечивания бромфенолового синего в водных растворах;
• Применить реагент ОРК-5 на основе оксизина для окислительной деструкции некоторых органических красителей (метиленового синего, 2,6- динитрофенола и индигокармина).
Многие авторы концентрируют свое внимание на энзиматической обработке синтетических красителей. Растительные пероксидазы, такие как пероксидаза-HRP хрена, также заслуживают внимания для применения в природоохранных технологиях. Этот фермент хорошо известен своей эффективной способностью окислять широкий спектр ароматических соединений, а также некоторых важных промышленных красителей [1, 2]. Данная работа предлагает решение для экологической проблемы - окислительная деструкция некоторых органических красителей с участием пероксида водорода и ферментов, в том числе пероксидазы хрена.
Целью настоящей работы являлось изучение окислительной деструкции органических красителей с использованием пероксида водорода и ферментов.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
• Определить пероксидазную активность ферментов,
содержащихся в корнях хрена, без выделения ферментов из растительного сырья;
• Провести окислительные реакции деструкции бромофенолового синего пероксидом водорода с участием ферментного препарата пероксидазы хрена и определить кинетические параметры ферментативных реакций;
• Исследовать влияние температуры и концентрации субстрата - окислителя (пероксида водорода) на ферментативные реакции;
• Исследовать возможность использования экстракта из корней хрена для обесцвечивания бромфенолового синего в водных растворах;
• Применить реагент ОРК-5 на основе оксизина для окислительной деструкции некоторых органических красителей (метиленового синего, 2,6- динитрофенола и индигокармина).
Экспериментальные результаты, полученные в настоящей работе, показали эффективность ферментативных реакций, катализируемых ферментным препаратом пероксидазы, пероксидазой из корней хрена и реагентом ОРК-5, при обработке водных растворов бромофенолового синего и индигокармина.
Была определена пероксидазная активность ферментного комплекса, содержащегося в корнях хрена, - 0,59 мкМ/мин*мг.
Проведена окислительная деструкция бромфенолового синего пероксидом водорода при участии ферментного препарата пероксидазы. Эксперименты подтвердили необходимость сочетания пероксидазы и H2O2 для обесцвечивания раствора красителя. Показано, что реакция окисления протекает с высокой эффективностью. При температуре 30С и значении рН
4,1 в течение 10 минут обесцвечивается более 89 % раствора бромфенолового синего (32,7 мкМ). Были найдены кинетические параметры уравнения Михаэлиса-Ментен при температуре 30 С и рН= 4,1. Константа Михаэлиса и максимальная скорость составляют 42,7 мкМ и 57,5 мкМ*мин-1, соответственно.
В результате изучения влияния температуры и концентрации пероксида водорода на возможность деструкции бромфенолового синего обнаружено, что при малом содержании пероксида водорода эффективность обесцвечивания раствора красителя составила до 91% в течение 10 минут. Высокие концентрации H2O2 могут вызвать торможение каталитического процесса. Также показано, что максимум каталитической активности пероксидазы в реакции окисления бромфенолового синего пероксидом водорода наблюдается при температуре 23С, степень деструкции достигает 90%.
Была изучена возможность использования ферментного комплекса, выделенного из корней хрена, в реакции обесцвечивания бромфенолового синего. Полученные данные показали, что при температуре 30 °C и рН = 4,1 в течение 30 минут более 91 % красителя обесцвечивалась.
Исследовано использование реагента ОРК-5 на основе оксизина для обесцвечивания водных растворов индигокармина. Показано, что степень деструкции красителя достигает 100% за 45 минут при 35C. Были определенны константа Михаэлиса и максимальная скорость этой реакции - 0,154 мМ и 1,8 мкМ/мин, соответственно, при 21C и значении рН 4,1.
Таким образом, результаты показывают, что ферментативное обесцвечивание красителей происходит быстро и открывает новые перспективы для использования этих или аналогичных систем в охране окружающей среды.
Эксперименты по ферментативному окислению красителей хорошо воспроизводятся, не требуют сложного аппаратурного оформления. Они могут быть рекомендованы для включения в лабораторный практикум по физической химии, раздел «Ферментативный катализ».
Была определена пероксидазная активность ферментного комплекса, содержащегося в корнях хрена, - 0,59 мкМ/мин*мг.
Проведена окислительная деструкция бромфенолового синего пероксидом водорода при участии ферментного препарата пероксидазы. Эксперименты подтвердили необходимость сочетания пероксидазы и H2O2 для обесцвечивания раствора красителя. Показано, что реакция окисления протекает с высокой эффективностью. При температуре 30С и значении рН
4,1 в течение 10 минут обесцвечивается более 89 % раствора бромфенолового синего (32,7 мкМ). Были найдены кинетические параметры уравнения Михаэлиса-Ментен при температуре 30 С и рН= 4,1. Константа Михаэлиса и максимальная скорость составляют 42,7 мкМ и 57,5 мкМ*мин-1, соответственно.
В результате изучения влияния температуры и концентрации пероксида водорода на возможность деструкции бромфенолового синего обнаружено, что при малом содержании пероксида водорода эффективность обесцвечивания раствора красителя составила до 91% в течение 10 минут. Высокие концентрации H2O2 могут вызвать торможение каталитического процесса. Также показано, что максимум каталитической активности пероксидазы в реакции окисления бромфенолового синего пероксидом водорода наблюдается при температуре 23С, степень деструкции достигает 90%.
Была изучена возможность использования ферментного комплекса, выделенного из корней хрена, в реакции обесцвечивания бромфенолового синего. Полученные данные показали, что при температуре 30 °C и рН = 4,1 в течение 30 минут более 91 % красителя обесцвечивалась.
Исследовано использование реагента ОРК-5 на основе оксизина для обесцвечивания водных растворов индигокармина. Показано, что степень деструкции красителя достигает 100% за 45 минут при 35C. Были определенны константа Михаэлиса и максимальная скорость этой реакции - 0,154 мМ и 1,8 мкМ/мин, соответственно, при 21C и значении рН 4,1.
Таким образом, результаты показывают, что ферментативное обесцвечивание красителей происходит быстро и открывает новые перспективы для использования этих или аналогичных систем в охране окружающей среды.
Эксперименты по ферментативному окислению красителей хорошо воспроизводятся, не требуют сложного аппаратурного оформления. Они могут быть рекомендованы для включения в лабораторный практикум по физической химии, раздел «Ферментативный катализ».