Исследовательский проект "Влияние хлорной извести на белки живых организмов"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РТ 

Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение

 «Нижнекамский индустриальный техникум»

конкурсная работа

в рамках республиканского конкурса индивидуальных проектов по учебным дисциплинам общеобразовательного цикла среди студентов первого курса профессиональных образовательных организаций северо-восточного региона Республики Татарстан

Влияние хлорной извести на белки живых организмов

Номинация: естественные науки

Ф.И.О. автора (ов):

Ермаков Александр Александрович

Специальность/профессия/курс:

«Технология металлообрабатывающего производства»

1 курс

Ф.И.О. руководителя:

Ахметянова Марина Петровна

Должность: преподаватель

2019 г.

Паспорт проектной работы

Название проекта:	Влияние хлорной извести на белки живых организмов
Ф.И.О. студента	Ермаков Александр Александрович
Образовательное учреждение, специальность	Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение  «Нижнекамский индустриальный техникум», «Технология металлообрабатывающего производства»
Руководитель проекта:	Ахметянова Марина Петровна
Учебная дисциплина, в рамках которой проводится работа:	Естествознание
Учебные дисциплины, близкие к теме предмета:	Химия, биология
Причины выбора темы исследования, степень актуальности выбранной темы:	В данной работе изучается влияние хлорной извести на белки живых организмов и в общем на человека. Так как если рассматривать все что касается к водопроводной воды, бассейнов, дезинфекции – для этих целей используется именно «хлорка». Эту тему интересно и важно изучить, потому что каждый из нас ежедневно сталкивается с бытовой химией, особенно во время уборки помещений типа ванны.
Указание на предмет и объект исследования:	Объект исследования: хлорная известь Предмет исследования: определение влияния хлорной извести на белки животного происхождения.
Цели и задачи исследования:	Цель исследования: изучить состав хлорной извести, а также выявить ее влияние на белки. Проблема исследования: так ли безопасно использование хлорки в быту, создает ли она опасность для организма человека.
Практическая и познавательная значимость проекта:	Крайне важно понимать, как хлорная известь действует на микроорганизмы и на человеческий организм, а в данном случае на белки, дабы в будущем, возможно, минимизировать это влияние, что поспособствует улучшению общего состояния человека.
Гипотеза, вопросы проекта:	Гипотеза: хлорка негативно воздействует на белки, а, следовательно, и на организм человека. Газ, который выделяется при ее использовании – хлор- ядовит и больших количествах может вызвать отравления. Вопросы проекта: 1. Изучить состав, получение, формулу «хлорки». 2. Изучить состав, формулу белков и их роль в организме человека. 3. Провести эксперимент по влиянию «хлорки» на белки различного происхождения. 4. Сделать выводы по результатам исследования и сравнить с теоретическим материалом.
Оборудование:	Химическая посуда, мерный шприц, спец. одежда. Образцы белков животного происхождения (молоко, белок яйца, белок говядины), хлорная известь, вода
Использованные источники:	1. Какая хлорка подходит для дезинфекции и как ее разводить? - (Электронный ресурс): http://mschistota.ru/sredstva/xlorka-dlya-dezinfekcii.html 2. Для чего используют хлорную известь или хлорку? - (Электронный ресурс): http://kaustik-kzn.ru/statii/dlya-chego-ispolzuyut-khlornuyu-izvest-ili-khlorku.html 3. Лекция № 3. Строение и функции белков. Ферменты - (Электронный ресурс): https://licey.net/free/6-biologiya/21-lekcii_po_obschei_biologii/stages/257-lekciya_3_stro 4. Белки. Свойства белка. - (Электронный ресурс): https://www.calc.ru/Belki-Svoystva-Belka.html 5. Хлорсодержащие препараты и окислители: - (Электронный ресурс) https://lektsii.com/1-152008.html
Аннотация (главная идея проекта, краткое описание содержания и результата проекта):	Самое известное свойство хлорной извести – дезинфицирующее. Только раствор хлора способен убивать некоторые бактерии и вирусы. Именно эти свойства хлорки широко используются практически повсеместно. Хлор в газообразном состоянии как окислитель действует в основном на органические вещества, в частности на белок микробной клетки. При соприкосновении хлора с содержащейся в микробной клетке влагой образуются хлористоводородная и хлорноватистая кислоты. Освобождающийся при этом кислород окисляет компоненты клетки. Атомы хлора действуют губительно на клетки и белки протоплазмы клетки, переводя их в инертное состояние. В три химических стакана под номерами 1, 2, 3 была налита обычная вода и в нее помещены 7 мл куриного белка, 7 мл молока и 10 граммов белка говядины. В другие три химических стакана с номерами 11, 21, 31 была налита жидкость из средства «Белизна» и также помещены соответственно 7 мл молока, 7 мл куриного белка и 10 граммов белка говядины. Выводы: хлорка сама, разрушая белок, не дает дорогу и микроорганизмам – у белка говядины, запаха разложившегося мяса не было, чего не скажешь о запахе, который появился у белка говядины, располагающегося в воде. Получается для мяса, хлорка стала консервантом, а белки молока и яйца разрушило. Использование хлорки в качестве дезинфицирующего вещества – полностью оправдано, так как разрушить высокоорганизованную структуру она не может, а вот для простейших и микроорганизмов она представляет серьезную опасность. Только это вещество способно длительное время защищать поверхности от различных болезнетворных микроорганизмов. При взаимодействии с углекислотой, хлорная известь выделяет свободный хлор, который обеспечивает пролонгированное обеззараживающее действие. Таким образом, обработанные поверхности достаточно длительное время остаются относительно стерильными. Самое главное при этом – знать меру и выбрать правильный расход хлорки, так как избыток ее может привести к удушью и отравлению.

Содержание

Введение……………………………………………………………………….…..6

Состав, получение и применение хлорной извести.............................................9

Белки, состав, строение, свойства………………………………………………11

Влияние хлорной извести на белки…………………………………………….16

Проведение и результаты опыта………………………………….……..….......17

Выводы …………………………………………………………………….…….19

Список использованных источников…………………………………………...20

Приложение 1…………………………………………………………………….21

Введение

«Хлорка» или хлорная известь – давно применяемое обеззараживающие средство. Его используют для обработки различных поверхностей, для очищения колодца и бассейна, для обеззараживания подсобных помещений и клеток животных, мытья туалетов. Эффективность этого средства зависит от того, насколько правильно его используют.

Бактерицидные свойства хлора для очистки воды на сегодняшний день не смог превзойти ни один препарат. Хлорирование по-прежнему остается основным и самым эффективным средством для очистки. В городских водоканалах применяют и другие методы, но они являются лишь дополнением к хлорированию и самостоятельно не могут дать нужного эффекта. Вода в бассейнах также очищается с помощью хлора, это же средство применяется и для колодца. Для дезинфекции воды в бассейнах, колодцах и водопроводе хлор может использоваться в виде гипохлорита натрия или гипохлорита кальция. Используют и газообразный хлор, и раствор хлорной извести. Для обработки трубопроводов и фильтров применяется раствор гипохлорита натрия или гипохлорита кальция, а также хлорамин [1].

Актуальность выбранной темы. Мне хотелось бы поговорить о влиянии хлорной извести на организм человека, в частности на белки. Ведь если рассматривать все что касается к водопроводной воды, бассейнов, дезинфекции – для этих целей используется именно она. Я считаю, что эту тему важно изучить, потому что каждый из нас ежедневно сталкивается с бытовой химией, особенно во время уборки помещений типа ванны, где без хлорки не обойтись. Крайне важно понимать, как хлорная известь действует на человеческий организм, а в данном случае на белки, дабы в будущем, возможно, минимизировать это влияние, что поспособствует улучшению общего состояния человека.

Цель исследования: изучить состав хлорной извести, а также выявить ее влияние на белки.

Поэтому важной проблемой исследования выступает: так ли безопасно использование хлорки в быту, создает ли она опасность для организма человека.

В данной работе рассматривается особенности использования и применения «хлорки». В исследовании был использован метод научного эксперимента. Были проведены опыты исследования влияния «хлорки» на различные белки.

Гипотеза: хлорка негативно воздействует на белки, а, следовательно, и на организм человека. Газ, который выделяется при ее использовании – хлор- ядовит и больших количествах может вызвать отравления.

Задачи исследования:

1.     Изучить состав, получение, формулу «хлорки».

2.     Изучить состав, формулу белков и их роль в организме человека.

3.     Провести эксперимент по влиянию «хлорки» на белки различного происхождения.

4.     Сделать выводы по результатам исследования и сравнить с теоретическим материалом.

В работе будем применять следующие методы исследования:

1.     Теоретические – работа с источниками информации;

2.     Экспериментальные – проведение лабораторных опытов.

3.     Эмпирические – сравним полученные результаты с уже найденными материалами.

Состав, получение и применение хлорной извести

Хло́рная и́звесть (белильная известь, в просторечии хло́рка) — техническая смесь гипохлорита, хлорида и гидроксида кальция.

Процесс производства отбеливающего порошка из хлора и гашёной извести изобретён в 1799 году Чарльзом Теннантом (англ. Charles Tennant; 3 мая 1768 — 1 октября 1838) — британским химиком и предпринимателем.

Весь этот химический микс разлагается на:

2Ca(Cl)OCl + CO₂ → CaCl₂ + CaCO₃ + Cl₂O (газ)

2Ca(Cl)OCl → 2CaCl₂ + O₂ (газ)

CaCl(OCl) + H₂SO₄ → CaSO₄ + HCl + HOCl

HCl + HClO ↔ Cl₂ (газ) + H₂O

Если смотреть на последнюю реакцию:

HCl + HClO ↔ Cl₂ + H₂O это "просто" хлорированная вода.

И еще одно опасное газообразное вещество, образующееся при действии хлорки - хлороводород HCl. Из Википедии:

"Вдыхание хлороводорода может привести к кашлю, удушью, воспалению носа, горла и верхних дыхательных путей, а в тяжёлых случаях, отёк легких, нарушение работы кровеносной системы, и даже смерть. Контактируя с кожей может вызывать покраснение, боль и серьёзные ожоги. Хлористый водород может вызвать серьёзные ожоги глаз и их необратимое повреждение."

Кроме того, один из образующихся продуктов – диоксины, соединения хлора, которые реагируют с органикой и не-органикой (краска, "моющие" средства, пыль одежды, белья, отделочных материалов, ароматизаторов, изрядно химизированной еды и пр.), и, как правило, ничего полезного для организма человека не получается, если выделяется газообразный хлор. Диоксины - весьма распространенный яд, образующийся как побочный продукт или продукт распада в деревообрабатывающей, бумажной, металлугической промышленности. Образуется при хлорировании питьевой воды и в процессе очистки сточных вод, при сжигании промышленного и бытового мусора, в сельском хозяйстве при применении гербицидов, пестицидов и дефолиантов."

Самое известное свойство хлорной извести – дезинфицирующее. Только раствор хлора способен убивать некоторые бактерии и вирусы. Он эффективен даже против ВИЧ-инфекции, туберкулеза и вирусного гепатита! Именно эти свойства хлорки широко используются практически повсеместно:

-       для обработки и дезинфекции оборудования и инструментария (в парикмахерских, салонных красоты и т.д.);

-       изделий из стекла;

-       пластмассовых изделий и поверхностей;

-       нательного и постельного белья, а также спецодежды;

-       резиновых изделий;

-       посуды;

-       мебели и предметов интерьера;

-       детских игрушек, в особенности в дошкольных учреждениях образования;

-       различных поверхностей помещений (полы, санузел, панели и т.д.).

Медицинские учреждение используют растворы хлорной извести практически везде. Запах хлорки ассоциируется у каждого человека с больницей! Такое положение вещей вполне оправдано, так как хлорка – это единственный раствор, который способен обеззараживать абсолютно любой биологический материал или продукты жизнедеятельности организма [2].

Белки, состав, строение, свойства

Белки – высокомолекулярные органические вещества, состоящие из аминокислот. Множество комбинаций создают молекулу белков с большим разнообразием способностей и свойств. Белки также крайне важная часть питания животных и человека, т.к. в их организмах не могут синтезироваться все заменимые аминокислоты и часть должна поступать с белковой пищей, такой как ягоды, овощи, мясо, грибы, орехи, молоко и так далее. В процессе пищеварения, белки разрушаются до аминокислот, после чего они преобразуются с помощью биосинтеза в собственные белки организма, но они также могут подвергнутся распаду для получения энергии.

В состав белков входят углерод, водород, азот, кислород, сера. Часть белков образует комплексы с другими молекулами, содержащими фосфор, железо, цинк и медь.

Белки обладают большой молекулярной массой: яичный альбумин — 36 000, гемоглобин — 152 000, миозин — 500 000. Для сравнения: молекулярная масса спирта — 46, уксусной кислоты — 60, бензола — 78.

Белки — непериодические полимеры, мономерами которых являются α-аминокислоты. Обычно в качестве мономеров белков называют 20 видов α-аминокислот, хотя в клетках и тканях их обнаружено свыше 170.

В зависимости от того, могут ли аминокислоты синтезироваться в организме человека и других животных, различают: заменимые аминокислоты — могут синтезироваться; незаменимые аминокислоты — не могут синтезироваться. Незаменимые аминокислоты должны поступать в организм вместе с пищей. Растения синтезируют все виды аминокислот.

Выделяют 4 уровня пространственной организации белков.

Первичная структура белка — последовательность расположения аминокислотных остатков в полипептидной цепи, составляющей молекулу белка. Связь между аминокислотами — пептидная.

Вторичная структура — упорядоченное свертывание полипептидной цепи в спираль (имеет вид растянутой пружины). Витки спирали укрепляются водородными связями, возникающими между карбоксильными группами и аминогруппами. Практически все СО- и NН-группы принимают участие в образовании водородных связей. Они слабее пептидных, но, повторяясь многократно, придают данной конфигурации устойчивость и жесткость. На уровне вторичной структуры существуют белки: фиброин (шелк, паутина), кератин (волосы, ногти), коллаген (сухожилия).

Третичная структура белка – это трехмерное представление закрученной спирали в пространстве. На уровне третичной структуры существуют ферменты, антитела, некоторые гормоны.

Четвертичная структура характерна для сложных белков, молекулы которых образованы двумя и более глобулами. Наиболее изученным белком, имеющим четвертичную структуру, является гемоглобин. Он образован двумя α-субъединицами (141 аминокислотный остаток) и двумя β-субъединицами (146 аминокислотных остатков). С каждой субъединицей связана молекула гема, содержащая железо [3].

Аминокислотный состав, структура белковой молекулы определяют его свойства. Белки сочетают в себе основные и кислотные свойства, определяемые радикалами аминокислот: чем больше кислых аминокислот в белке, тем ярче выражены его кислотные свойства. Способность отдавать и присоединять Н+ определяют буферные свойства белков; один из самых мощных буферов — гемоглобин в эритроцитах, поддерживающий рН крови на постоянном уровне. Есть белки растворимые (фибриноген), есть нерастворимые, выполняющие механические функции (фиброин, кератин, коллаген). Есть белки активные в химическом отношении (ферменты), есть химически неактивные, устойчивые к воздействию различных условий внешней среды и крайне неустойчивые.

Внешние факторы (нагревание, ультрафиолетовое излучение, тяжелые металлы и их соли, изменения рН, радиация, обезвоживание) могут вызывать нарушение структурной организации молекулы белка. Процесс утраты трехмерной конформации, присущей данной молекуле белка, называют денатурацией. Причиной денатурации является разрыв связей, стабилизирующих определенную структуру белка. Первоначально рвутся наиболее слабые связи, а при ужесточении условий и более сильные. Поэтому сначала утрачивается четвертичная, затем третичная и вторичная структуры. Изменение пространственной конфигурации приводит к изменению свойств белка и, как следствие, делает невозможным выполнение белком свойственных ему биологических функций. Если денатурация не сопровождается разрушением первичной структуры, то она может быть обратимой, в этом случае происходит самовосстановление свойственной белку конформации. Такой денатурации подвергаются, например, рецепторные белки мембраны. Процесс восстановления структуры белка после денатурации называется ренатурацией. Если восстановление пространственной конфигурации белка невозможно, то денатурация называется необратимой.

Биологическое значение белка.

1. Белки – строительный материал, из него построены мышцы, кости, ткани.

2. Белки - рецепторы. Передают и воспринимают сигнал, поступающих от соседних клеток из окружающей среды.

3. Белки играют важную роль в иммунной системе организма.

4. Белки выполняют транспортные функции и переносят молекулы или ионы в место синтеза или накопления. (Гемоглобин переносит кислород к тканям.)

5. Белки – катализаторы – ферменты. Это очень мощные селективные катализаторы, которые ускоряют реакции в миллионы раз.

Есть ряд аминокислот, которые не могут синтезироваться в организме - незаменимые, их получают только с пищей: тизин, фенилаланин, метинин, валин, лейцин, триптофан, изолейцин, треонин [4].

Влияние хлорной извести на белки

К хлорсодержащим препаратам относят хлор, хлорную известь, хлорамин, гипохлориты и другие средства. Они также являются сильными окислителями, что по механизму действия на микробов объединяет их с такими средствами, как однохлористый йод и перманганат калия.

Окисление является одним из важнейших химических способов губительного воздействия на микробные клетки.

Хлор в газообразном состоянии как окислитель действует в основном на органические вещества, в частности на белок микробной клетки. При соприкосновении хлора с содержащейся в микробной клетке влагой образуются хлористоводородная и хлорноватистая кислоты. Освобождающийся при этом кислород окисляет компоненты клетки. Атомы хлора действуют губительно на клетки и белки протоплазмы клетки, переводя их в инертное состояние.

Качество хлорной извести оценивают по количеству активного хлора. В продаваемой хлорной извести должно содержаться не менее 25% активного хлора; если же в ней меньше 15% хлора, то для дезинфекции она не пригодна. Для дезинфекции хлорную известь используют в виде осветленных растворов, взвесей и сухого порошка. Ее применяют для дезинфекции при болезнях, вызываемых спорообразующими возбудителями, в растворах, содержащих 5% активного хлора, а при неспорообразующих и вирусных инфекциях - 2% активного хлора [5].

Проведение и результаты опыта

В качестве реагента использовали вещество, продаваемое как средство бытовой химии отбеливающее и дезинфицирующее (см. Приложение 1), называемое «Белизна». Данное вещество содержит в своем составе гипохлорит натрия (аналог хлорной извести). Состав описан на упаковке средства. Изготовлен по ТУ 2382-106-70864601-2007

Область применения средства:

-       отбеливание хлопчатобумажных и льняных тканей,

-       удаление пятен с ткани и любых гладких поверхностей,

-       мытье и дезинфекция посуды, пластиката, кафеля, ванн, раковин, унитазов, мусорных ведер.

Технические характеристики:

Внешний вид и цвет: жидкость от светло-желтого до зеленовато-желтого цвета. Допускается выпадение незначительного осадка

Массовая концентрация активного хлора, г/дм 3: при массовой доле гипохлорита натрия в рецептуре (в пересчете на активный хлор)

- 7 % (70 - 85)*

- 4% (40 - 50)*

Массовая концентрация щелочных компонентов в пересчете на NaOH, г/дм³: 10 - 20

Коэффициент светопропускания не менее 70%

Отбеливающая способность, не менее 82 %

 Выбор пал средство «Белизна», так как в линейке хлорсодержащих чистящих и моющих средств это самое дешевое и доступное, именно его применяют для дезинфекции в общественных местах: детских садах, больницах и наибольший контакт населения с хлорсодержащими препаратами происходит после применения этого средства.

Для выполнения эксперимента были выбраны белки следующих живых организмов:

Белок куриный;

Белок молока;

Белок животного происхождения (говядина);

Проведение опыта и наблюдения.

В три химических стакана под номерами 1, 2, 3 была налита обычная вода и в нее помещены 7 мл куриного белка, 7 мл молока и 10 граммов белка говядины. В другие три химических стакана с номерами 1¹, 2¹, 3¹ была налита жидкость из средства «Белизна» и также помещены соответственно 7 мл молока, 7 мл куриного белка и 10 граммов белка говядины (см. Приложение 1). Были зафиксированы следующие результаты:

Вещество реагент	Белок яйца	Белок молока	Белок говядины
	Наблюдения
Вода	располагается по объему стакана, но с водой не перемешивается	раствор белый	нет изменений
Гипохлорид натрия	располагается на дне стакана, принял желтоватый цвет	раствор желтый	нет изменений

Через сутки были зафиксировано, произошли ли еще изменения

Вещество реагент	Белок яйца	Белок молока	Белок говядины
	Наблюдения
Вода	белого цвета, располагается на поверхности раствора	нет изменений	располагается на дне, стало белого цвета, появился неприятный запах
Гипохлорид натрия	оранжевого цвета, располагается на дне стакана	свернулся, белого цвета	покрыто пузырьками, плавает на поверхности раствора, кроме запаха хлорки, других запахов нет

Выводы

Таким образом, результаты поведения белка в воде и гипохлорите натрия существенно отличаются. На белок яйца и белок молока хлорка действует однозначно, вызывая его денатурацию, причем если сразу после эксперимента они желтеют, то есть, скорее всего происходит первичная денатурация, то после суток нахождения в «хлорке» разрушение белка происходит полностью. Но хлорка сама, разрушая белок, не дает дорогу и микроорганизмам – у белка говядины, запаха разложившегося мяса не было, чего не скажешь о запахе, который появился у белка говядины, располагающегося в воде. Получается для мяса, хлорка стала консервантом, а белки молока и яйца разрушило. Химическая реакция хлорки с говядиной, по-видимому, тоже происходила, но не так интенсивно – об этом свидетельствуют пузырьки газа, скопившиеся на поверхности мяса, однако, полностью разрушить этот белок хлорка не смогла.

Можно сделать вывод, что, разрушить грубые волокна полностью хлорка не может, но вот ограничить влияние микроорганизмов и действие кислорода воздуха она способна. Более простые же белки – молока и яйца за сутки полностью были разрушены.

То есть, использование хлорки в качестве дезинфицирующего вещества – полностью оправдано, так как разрушить высокоорганизованную структуру она не может, а вот для простейших и микроорганизмов она представляет серьезную опасность. Только это вещество способно длительное время защищать поверхности от различных болезнетворных микроорганизмов. При взаимодействии с углекислотой, хлорная известь выделяет свободный хлор, который обеспечивает пролонгированное обеззараживающее действие. Таким образом, обработанные поверхности достаточно длительное время остаются относительно стерильными. Самое главное при этом – знать меру и выбрать правильный расход хлорки, так как избыток ее может привести к удушью и отравлению.

Список использованных источников

1.     Какая хлорка подходит для дезинфекции и как ее разводить? - (Электронный ресурс): http://mschistota.ru/sredstva/xlorka-dlya-dezinfekcii.html

2.     Для чего используют хлорную известь или хлорку? - (Электронный ресурс): http://kaustik-kzn.ru/statii/dlya-chego-ispolzuyut-khlornuyu-izvest-ili-khlorku.html

3.     Лекция № 3. Строение и функции белков. Ферменты - (Электронный ресурс): https://licey.net/free/6-biologiya/21-lekcii_po_obschei_biologii/stages/257-lekciya_3_stro

4.     Белки. Свойства белка. - (Электронный ресурс): https://www.calc.ru/Belki-Svoystva-Belka.html

5.     Хлорсодержащие препараты и окислители: - (Электронный ресурс) https://lektsii.com/1-152008.html

Приложение 1

Рис. 1 Вода

Рис. 2 Белизна

Рис. 3 Белок яйца, молока и животного происхождения

Рис. 4 Внесение белка животного в воду и «хлорку»

Рис. 4 Внесение молока в воду и «хлорку»

Рис. 5 Внесение белка яйца в воду и «хлорку»

Рис. 6 Результаты опыта

Рис.7 Результат через сутки действия хлорки на белки

Рис. 8 Белки в воде через сутки