Токсичность свинца, нахождение свинца в пищевых продуктах

Содержание

Введение…………………………………………………………………………….3

1. Ферментативные методы анализа пищевых продуктов……………………………………………………………….…….4
2. Токсичность свинца, нахождение свинца в пищевых продуктах………..12

Список  используемой литературы………………………………………………..16 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение.

     При обсуждении актуальных и важнейших  задач анализа пищевых продуктов, приходится сначала обратить внимание на основную цель - защиту потребителя. Для ее достижения необходимо приходится принимать квалифицированные решения, касающиеся сложных систем. Сфера решаемых аналитических задач никоим образом не ограничена исследованиями пищевых продуктов. Приходится исследовать табачные изделия, косметику и потребительские товары.

     Для контроля примесей в объектах пищевой, микробиологической и фармацевтической промышленности, в мониторинге окружающей среды, для решения некоторых медицинских и биохимических задач в последние годы все шире применяют ферментативные методы анализа, основанные на использовании зависимости скорости катализируемой ферментом химической реакции от концентрации реагирующих веществ и фермента.

     В результате воздействия загрязненной окружающей среды, а также при  нарушении технологической обработки  или условий хранения в пищевых  продуктах могут появиться токсичные  вещества. Их называют загрязнителями. Наибольшую опасность представляют ртуть, свинец и кадмий. В данной работе будет рассказано о воздействии свинца на организм человека, каким образом он туда попадает и как избежать его воздействия. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Ферментативные  методы анализа пищевых продуктов.

      Ферменты - биологические катализаторы белковой природы, ускоряющие химические реакции  в живых организмах и вне их. Ферменты обладают уникальными свойствами, которые выделяют их на фоне обычных  органических катализаторов гомогенного типа. Прежде всего это необычайно высокая каталитическая активность. Другое, не менее важное свойство ферментов - специфичность (избирательность) их действия в отношении структуры субстрата, типа реакции и условий ее проведения. Специфичность определяется способностью фермента превращать только данный тип субстратов в определенных реакциях и условиях. Эти свойства ферментов обусловлены сложной структурой макромолекул белка и весьма сложным механизмом их действия.

     Важным  свойством ферментов, которое необходимо учитывать при их практическом использовании, является стабильность, то есть способность сохранять каталитическую активность. При хранении и особенно в ходе ферментативной реакции фермент может частично или полностью терять свою каталитическую активность, другими словами, инактивироваться. Одним из эффективных способов стабилизации ферментов является их иммобилизация - перевод в водонерастворимое состояние путем связывания с носителем или модифицирование водорастворимыми полимерами с полным или частичным сохранением ферментами каталитической активности. Повышение стабильности и возможность многократного использования иммобилизованных ферментов значительно повышают экономичность ферментативных методов анализа.

     Пределы обнаружения веществ, определяемых ферментативными методами (субстратов, активаторов, обратимых и необратимых ингибиторов и инактиваторов ферментов) зависят не только от каталитической активности фермента, но и от других кинетических характеристик используемой индикаторной реакции. Фермент катализирует реакции, в которых участвуют, как правило, один или два субстрата. Простейшая односубстратная реакция описывается обычно схемой Михаэлиса-Ментен:

     где Е - фермент, S - субстрат, ES - промежуточный  комплекс фермента с субстратом (комплекс Михаэлиса-Ментен), Р - продукт. При [E] ! [S]0 начальная стационарная скорость образования продукта описывается уравнением

      ,

     где Е - фермент, S - субстрат, ES - промежуточный комплекс фермента с субстратом (комплекс Михаэлиса-Ментен), Р - продукт. При [E] ! [S]0 начальная стационарная скорость образования продукта описывается уравнением

     Уравнение имеет вид:

      ,

     где

•  — максимальная скорость реакции, равная ;
•  — константа Михаэлиса, равная концентрации субстрата, при которой скорость реакции составляет половину от максимальной;
•  — концентрация субстрата.

     Следовательно, верхняя граница определяемых концентраций субстрата ограничена величиной  константы Михаэлиса-Ментен. Нижняя граница определяемых концентраций субстрата определяется той величиной, которая может быть зафиксирована с помощью используемого для наблюдения инструментального метода, причем величина тем выше для одного и того же значения, чем выше k и E. Таким образом, использование высокоактивного фермента и повышение его концентрации в реакционной смеси могут существенно снизить предел обнаружения субстрата.

     Несколько другие кинетические закономерности следует  учитывать при определении тех  веществ, которые являются эффекторами  ферментов. Подробные кинетические уравнения приведены во многих монографиях по ферментативному катализу.

     Обратимые неконкурентные ингибиторы, взаимодействуя с ферментом по реакции. Неконкурентный ингибитор не мешает связыванию субстрата с ферментом. Он способен присоединяться как к свободному ферменту, так и к фермент-субстратному комплексу с одинаковой эффективностью. Ингибитор вызывает такие конформационные изменения, которые не позволяют ферменту превращать субстрат в продукт, но не влияют на сродство фермента к субстрату.

     Схема и уравнение Михаэлиса-Ментен в  случае неконкурентного ингибирования:

     При неконкурентном ингибировании константа  Михаэлиса не изменяется, а максимальная скорость реакции уменьшается в (1 + [I]/K_i) раз. Поэтому в двойных обратных координатах семейство прямых, отвечающих разным концентрациям ингибитора, пересекается в одной точке на оси абсцисс.

     Случай  необратимого ингибирования можно  обнаружить по тому признаку, что при  разбавлении раствора не происходит повышения удельной активности фермента, как в случае обратимого ингибирования (Рис.1). 
 
 

     Рис.1 Структура активного центра трипантионредуктазы с двумя молекулами ингибиторов, один из которых связан необратимо, а другой обратимо.

     В приведенных примерах рассмотрены  реакции, в которых участвует  только один фермент, то есть одноферментные реакции. В ферментативных методах  анализа часто используют сопряженные реакции, катализируемые различными ферментами. При этом продукты первой ферментативной реакции являются субстратами для второй ферментативной реакции и т.д.

     Для контроля начальной скорости ферментативного  процесса или концентрации продукта реакции могут быть использованы практически любые доступные исследователю физико-химические методы. Наиболее часто применяют фотометрические методы индикации. При этом в качестве индикаторных часто используют, например, катализируемые пероксидазой и другими оксидазами (ферментами, катализирующими окислительно-восстановительные реакции), а также гидролазами (катализирующими реакции гидролиза) реакции образования окрашенных продуктов. Исключительно высокой чувствительностью отличаются хемилюминесцентные методы, позволяющие контролировать скорость ферментативных реакций с участием, например, люциферазы. Различные электрохимические методы (потенциометрия, амперометрия) наиболее удобны для контроля скорости реакций, протекающих с поглощением или выделением протонов, а также окислительно-восстановительных процессов, сопровождающихся поглощением кислорода, образованием Н2О2 и т.д. Ферментные электроды, в которых фермент механически или ковалентно включают в полупроницаемую полимерную мембрану, покрывающую электрод, позволяют специфически определять различные органические и неорганические соединения без введения в анализируемый раствор дополнительных реагентов.

     К настоящему времени разработано  большое число высокочувствительных и селективных ферментативных методов определения субстратов и эффекторов ферментов: неорганических (ионов металлов, анионов) и органических (N-, S-, P-, O-содержащих) соединений. При этом можно выделить ферменты, позволяющие определять целый класс соединений, либо часть этого класса, либо индивидуальное соединение. Так, с помощью алкогольдегидрогеназы можно определять спирты (субстраты этого фермента), алкогольоксидазы - первичные спирты, арилалкогольоксидазы - ароматические первичные спирты. Следует отметить, что методы определения эффекторов, хотя и менее селективны, часто более чувствительны, чем методы определения субстратов. Так, пределы обнаружения многих органических веществ - субстратов ферментов лежат в интервале 10- 6-10- 4 М, а органических эффекторов - 10-11-10- 8 М. Кроме того, число эффекторов ферментов значительно больше, чем число их субстратов, что расширяет возможности ферментативных методов анализа.

     Ферментативные  методы определения органических соединений успешно разрабатываются и применяются  в клинических и биохимических лабораториях. Именно применение ферментов дает возможность селективно определять в крови, моче, тканях и других биологических объектах малые количества таких метаболитов и физиологически активных веществ, как мочевина, мочевая кислота, аминокислоты, сахара (в частности, глюкоза), спирты, липиды, холестерин, нуклеотиды, антибиотики.

     Остановимся на некоторых примерах. Ферментативное определение мочевины основано на реакции  ее гидролиза, катализируемой ферментом  уреазой. Образующиеся продукты гидролиза - ионы и можно определять электрохимически, фотометрически или флуориметрически. Групповое определение аминокислот основано на использовании таких ферментов, как L-амино- или D-аминооксидаза, которые катализируют окисление аминокислоты кислородом воздуха до кетокислоты, пероксида водорода и аммиака. Последний далее определяют электрохимически с помощью NH3-чувствительного газового электрода. Специфическое определение отдельных аминокислот возможно при применении декарбоксилаз, дегидрогеназ, лиаз, трансфераз. Для определения глюкозы используют несколько специфических ферментативных реакций, например: 1) катализируемое глюкозооксидазой окисление ее кислородом воздуха (или другими окислителями) до глюконовой кислоты и пероксида водорода; 2) ее взаимодействие с АТФ с образованием глюкозо-6-фосфата в присутствии гексокиназы. При использовании первой реакции определение глюкозы проводят либо наблюдая за уменьшением количества кислорода в растворе с помощью О2-чувствительного электрода Кларка, либо измеряя рН раствора, который изменяется вследствие образования глюконовой кислоты, либо определяя количество образовавшегося пероксида водорода. Ферментативные методы определения сахарозы и других дисахаридов основаны на использовании специфических ферментов (инвертазы, лактазы), превращающих дисахариды в моносахариды, одним из которых является глюкоза. Далее глюкозу определяют с помощью описанного выше метода. Ферментативное определение этанола основано на использовании одного из двух ферментов: алкогольоксидазы, катализирующей окисление этанола кислородом воздуха до ацетальдегида и Н2О2 , или алкогольдегидрогеназы, в присутствии которой спирт в реакции с НАД (никотинамидадениндинуклеотидом) превращается в НАД " Н2 .

     Определение различных токсичных соединений, таких, как фенолы, ароматические  амины, фосфор-, сероорганические соединения, является важной задачей аналитической химии и в первую очередь связано с проблемами контроля и охраны окружающей среды.

     Некоторые токсичные соединения являются субстратами  специфических ферментов, что позволяет  значительно упростить подготовку проб сложных по составу объектов анализа. Например, определять мочевину в воде плавательных бассейнов, почве позволяет использование уреазы, для которой мочевина является высокоспецифическим субстратом.

     Однако  в большинстве предложенных методов  для определения токсичных соединений используют их ингибирующее действие на ферменты. Например, фосфорсодержащие пестициды определяют по ингибированию холинэстеразы или карбоксилэстеразы; серосодержащие ингибиторы, различные фенолы - с помощью пероксидазы; по ингибированию свечения бактериальной люциферазы определяют инсектициды: ДДТ, пентахлорфенол. Для определения фунгицидов и инсектицидов в плодах, ягодах, листьях применяют папаин, ацетилхолинэстеразу.

     Ферментативные  методы успешно применяют для  чувствительного и селективного определения ионов металлов, неорганических анионов, пероксида водорода, кислорода, растворенного в воде. Многие ионы металлов (например, Ag, Cu, Hg, Zn, Bi, Cd) можно определять с применением ферментов в количествах, недоступных определению с помощью большинства физико-химических методов анализа. Так, с применением щелочной фосфатазы разработан метод определения нанограммовых количеств бериллия. По ингибирующему действию на алкогольдегидрогеназу возможно определять ионы серебра в концентрации 10 пг/мл. Предложенные методы определения ртути по ингибирующему действию на пероксидазу и уреазу являются одними из самых чувствительных методов. Важно отметить, что приведенные методы являются не только высокочувствительными, но и селективными. Обычно же методы, основанные на ингибирующем или активирующем действии ионов металлов на фермент, не отличаются высокой селективностью. Однако избирательность методов можно повысить при использовании обычных для аналитической химии приемов маскирования.

     Наиболее чувствительными и селективными являются ферментативные методы определения ионов металлов по реактивации апофермента (белковой части фермента). Так, для определения цинка и кальция использована реактивация апофермента, полученного удалением ионов цинка из щелочной фосфатазы. Чувствительный и селективный метод определения меди основан на реактивации апофермента, полученного диализом иммобилизованной полифенолоксидазы.

     Для определения анионов, таких, как CN-, чаще всего используют ферментные электроды, позволяющие проводить экспрессный анализ сложных промышленных и биологических объектов. Как правило, в ферментных электродах применяют иммобилизованные ферменты. Чаще всего анионы являются субстратами в тех ферментативных реакциях, которые положены в основу методов их определения. Пределы обнаружения анионов при использовании ферментных электродов обычно выше 10 мкМ. Следует особо выделить высокочувствительные методы определения таких физиологически активных анионов, как CN-, I-, S2 -, F -, основанные на их реактивирующем действии на инвертазу, ингибированную ртутью или серебром (с пределами обнаружения 0,2-10 нг/мл), а также на ингибирующем действии на пероксидазу и кислую фосфатазу.

     Определение других неорганических соединений - аммиака, кислорода, диоксида серы, пероксида водорода основано на том, что они являются субстратами многих ферментов и, следовательно, могут быть определены с их помощью. Особенно широко применяют методы определения Н2О2 с применением пероксидазы; аскорбатоксидазу, люциферазу используют для определения микроколичеств кислорода.

     В заключение следует отметить, что  области применения ферментативных методов постоянно расширяются. Несомненно основным остается использование  ферментов в клиническом анализе. Расширению применения ферментов в  аналитической химии способствуют дальнейшее развитие энзимологии, разработка новых способов стабилизации ферментов, выделение и исследование новых ферментов. 
 

2. Токсичность свинца, нахождение свинца в пищевых  продуктах.

      Свинец Pb является одним из весьма распространенных в окружающей среде токсичных элементов, в связи с чем действие его избытка на организм человека изучено наиболее подробно.

      Свинец  незаменим во многих отраслях промышленности. Изготовление аккумуляторов для  автомобилей, использование содержащих свинец сплавов в типографском деле, производство кабелей и многие другие отрасли промышленности являются потребителями этого элемента. Профессиональные отравления свинцом людей, работающих в этих отраслях, происходят в основном путем ингаляции. Случаи острого отравления в настоящее время встречаются редко.

      Хронические отравления наблюдаются при вдыхании воздуха с высоким содержанием  свинца (например, выхлопные газы), а  также при поступлении с пищей  и питьевой водой небольших количеств  свинца в течение длительного времени. При хронических отравлениях отмечается общая слабость, бледность кожных покровов, боли в животе, "свинцовая кайма" по краям десен, анемия, нарушение функции почек. Отмечены также снижение умственных способностей, агрессивное поведение и другие симптомы. Установлено, что хроническая интоксикация наступает при потреблении 1-8 мг свинца в сутки.

      Свинец, подобно ртути, обладает кумулятивными  свойствами. Поглощенный свинец содержится в крови и других жидкостях  организма, накапливается в костях в виде нерастворимых трехосновных фосфатов. Свинец, отложившийся в костях в виде нерастворимого соединения, не оказывает непосредственного ядовитого действия. Однако под влиянием определенных условий запасы его в костях становятся мобильными, свинец переходит в кровь и может вызвать отравление даже в острой форме. К факторам, способствующим мобилизации свинца, относятся повышенная кислотность, недостаток кальция в пище, злоупотребление спиртными напитками. В свете сказанного весьма вероятно, что многие из нас являются носителями свинца и только правильное функционирование организма, рациональная диета препятствуют отравлениям.

      Каким же образом свинец попадает к нам  с пищей? Например, в консервированных в металлической таре плодоовощных продуктах содержание свинца может увеличиваться в 10 раз по сравнению с естественным уровнем.

      В основном повышение содержания свинца наблюдается в консервах, помещенных в сборную жестяную тару, которая  крепится сбоку и с крышкой  припоем, содержащим определенное количество свинца. К сожалению, пайка не всегда бывает качественная (образуются брызги припоя). И, хотя консервные банки еще дополнительно покрывают специальным лаком, это не всегда помогает. Имеются случаи, правда довольно редкие (всего 2%), когда в консервах из этой тары накапливается, особенно при длительном хранении, до 3 мг/кг свинца, что уже представляет опасность для здоровья. По этой причине продукты в сборной жестяной таре не рекомендуется хранить более 5 лет.

      Нельзя  хранить и приготавливать пищу в  декоративной фарфоровой или керамической посуде (т. е. в посуде, предназначенной для украшения, но не для пищи), поскольку очень часто глазурь, особенно желтого и красного цветов, содержит соли свинца и кадмия, которые легко переходят в пищу.

      Мощным  источником попадания свинца в организм человека является и питьевая вода. Доказано, что повышение содержания свинца в воде обусловливает, как правило, увеличение его концентрации в крови. В настоящее время в качестве гигиенического норматива утверждена предельно допустимая концентрация (ПДК) свинца в питьевой воде на уровне 0,03 мг/л.

      Комитет экспертов ФАО и ВОЗ установил, что допустимый еженедельный прием  свинца для человека составляет 3 мг. Это основано на данных о токсичности  для взрослых людей и на предположении, что поглощается только 10% принятого с пищей свинца. Установленная величина не относится к грудным и маленьким детям, поскольку не известна степень отрицательного воздействия свинца на эту возрастную группу. ПДК свинца в воздухе так же, как и для ртути, составляет 0,003 мг/м3.

      Особенно  опасны для человека отравления, вызванные  органическим соединением свинца - тетраэтилсвинцом Pb(C2H5)4, который представляет собой маслянистую бесцветную жидкость со специфическим резким запахом, более  токсичную, чем сам свинец. Тетраэтилсвинец, добавленный в бензин в количестве 0,1% для повышения его октанового числа, при сгорании моторного топлива выбрасывается в атмосферу. Он легко попадает в почву и загрязняет пищевые продукты, поэтому продукты сельского хозяйства, выращенные вдоль автострад, содержат повышенное количество свинца. В зависимости от интенсивности движения эта опасная зона может простираться от 10 до 500 м. Вдоль дорог следует выращивать только лесные породы деревьев. Однако этим иногда пренебрегают и часто вдоль дорог высаживают плодовые деревья, которые дают загрязненные свинцом плоды.

      Прекрасный  пример в отношении борьбы с загрязнением продуктов показала Дания. Там уже  несколько лет запретили использование  в автомобилях этилированного бензина, и естественный уровень свинца в основных овощных продуктах (картофель, морковь, лук) сократился в 2-3 раза. В США содержание свинца в продуктах с 1970 по 1980 г. снизилось примерно в 10 раз, что связано с введением жестких нормативов на выхлопные газы и действенных методов контроля.

     Здесь уместно отметить, что в ряде зарубежных стран - США, ФРГ, Финляндии и других - проводятся планомерные (по годам) исследования содержания тяжелых металлов в объектах окружающей среды различных регионов и особенно областей с высокой  промышленной активностью. Полученные данные обрабатывают с помощью компьютеров, составляют специальные карты и на основании их разрабатывают практические рекомендации по размещению сельскохозяйственных культур и предприятий по переработке пищевого сырья.

     Стандартом Codex STAN 230-2001 установлены следующие максимальные уровни свинца в пищевых продуктах:

       Очень важно учитывать, сколько свинца содержится в каждом из продуктов, а также то, что при консервировании содержание свинца в продуктах увеличивается. Свинец оказывает пагубное влияние на все живые организмы, в том числе и на организм человека. При отравлениях свинцом возможен и летальный исход. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  используемой литературы:

1. Березин И. В., Клесов А. А., Ферментные электроды, "Успехи химии", 1976, т. 45.
2. Долманова И. Ф., Угарова Н.Н., "Ж. аналит. химии", 1980, т. 35, в. 8, с. 1597-1639.
3. Кулис Ю.Ю., Аналитические системы на основе иммобилизованных ферментов, Вильнюс, 1981.
4. Угарова H. H., Биолюминесценция и биолюминесцентный анализ, M., 1981.
5. Завьялова А.В. КМА и здоровье детей. «Экология и жизнь», 1997 - №4, 1998 - №1.
6. Рувинова Э.И. Загрязнение среды свинцом. «Биология», 1998 - №8.