Е. В. Атаева удк 808. 2 (072) Методические указания

• Название: Е. В. Атаева удк 808. 2 (072) Методические указания
• Дата: 10.03.2020
• Размер: 170.5 Kb.
• Имя файла: 25111.doc
• Тип: Методические указания; #111487
• страница: 7 из 7

Долговечные ферменты

К услугам ферментов – природных катализаторов химических реакций – человек прибегал с незапамятных времен. Правда, неосознанно. Наслаждаясь ароматным хлебом, вкуснейшими винами или сырами, он не задумывался над тонкими механизмами, лежавшими в основе их приготовления. Когда же в 1814 г. академик Петербургской АН Кирхгоф (1764 – 1833) открыл, что «заводят» эти механизмы именно ферменты, человечество отнеслось к ним с большей симпатией и стало осмысленно использовать их.

В наши дни ферменты – одни из главных участников многих биотехнологических процессов. Производство новых видов энергетических ресурсов, получение некоторых пищевых продуктов и напитков, улучшение сортов культурных растений, создание фармацевтических препаратов и множество других областей немыслимы сегодня без биологических катализаторов.

Облегчив многие задачи в разных отраслях промышленности, ферменты породили и дополнительные хлопоты. Прежде всего экономического характера. Если, ускоряя химические реакции в организме, они не подвергаются никаким изменениям, то в заводских условиях все оказалось иначе. Хрупкое сырье не удавалось перенести из одной реакционной среды в другую или просто выделить из среды для иных нужд. Поэтому «добыча» ферментов – дело весьма дорогостоящее: повторно использовать их в биотехнологических процессах было невозможно.

Сделать ферменты «долгоживущими» позволила иммобилизация – закрепление на поверхности твердого носителя, превращение их в нерастворимые катализаторы. В качестве носителей используют пористое стекло, целлюлозу, полимерные материалы и др. Продукт, возникающий в результате каталитического действия нерастворимого фермента, отделяют простым фильтрованием. Иммобилизированные ферменты (их уже около 200) устойчивы и пригодны для многократного использования в промышленных установках.

Трудно сказать, что больше привлекало ученых в работах по иммобилизации ферментов: возможность открыть новые биохимические законы или конкретные практические задачи. Во всяком случае, предложенные ими способы иммобилизации ферментов стали достоянием биотехнологии и медицины.

Особенно удачным оказался способ фиксации ферментов на электроде. Благодаря ему ученые открыли удивительное свойство ферментов катализировать электрохимические реакции. Эта их способность пригодилась при разработке всевозможных аналитических приборов – биосенсоров, позволяющих с максимальной достоверностью определить состав веществ в сложных биологических жидкостях, например крови. Подаваемая на электрод жидкость содержит миллионы разных молекул. Безошибочно различая среди них только «знакомые», фермент вступает с ними в контакт. Возникающий химический сигнал он преобразует в электрический, величина которого пропорциональна количеству интересующего вещества в крови.

Задание 12. Раскройте тему «Мировой океан», опираясь на информативный материал приведенных ниже текстов. Составьте план суммарного текста.

Мировой океан

Все океаны и моря, имеющие связь между собой, составляют Мировой океан Земли. Океан занимает большую часть (70,8 %) земной поверхности. Мировой океан условно делится материками и меридианами их крайних точек на 4 части: Тихий, или Великий, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый океаны. Площадь их в % соответственно 50, 25, 21 и 4.

Основной особенностью Океана является соленость его воды и постоянство соленого состава. Поваренная соль (NaCl) придает воде соленый вкус, магниевая (MgCl₂) – горький. В каждом килограмме морской воды в среднем содержится 35 г соли. Соленость вод зависит от соотношения между испарением, осадками и материковым стоком, а также от процессов льдообразования и таяния. Наибольшая соленость в зонах сухих пассатных ветров.

Морская вода – это раствор 44 химических элеменов. В морской воде растворены газы; преобладают кислород, азот, а также углекислый газ, сероводород, аммиак и метан. Плотность воды повышается с увеличением солености, понижением температуры и глубиной. Давление повышается на 1 ат на каждые 10 м глубины. Цвет морской воды (видимая окраска моря) зависит от присутствия в ней органических примесей и условий отражения лучей от поверхности моря (облачности, волнения, высоты наблюдателя и др.). Он изменяется от интенсивно-синего до желтовато-коричневого, серовато-зеленого (во внутренних морях). Прозрачность воды измеряется с помощью белого диска Секки. Ее величина соответствует глубине в метрах, на которой белый диск перестает быть видимым. Наибольшая прозрачность в Саргассовом море – до 66 м.

Температура морской воды зависит от широты места, климата окружающих территорий, течений и др. Особенно высокая температура в морях, окруженных жаркими пустынями, например в Красном море – до 34º С, в Персидском заливе – до 35,6º С. В умеренном климате температура изменяется в зависимости от времени года и немного от времени суток. Среднегодовая температура поверхности вод Океана равна 17,5ºС. По мере приближения к полюсам температура понижается до –1,9º С. В высоких и умеренных широтах Океана встречается лед, который бывает материкового и морского происхождения. Существенное препятствие для свободного плавания судов представляют айсберги – ледяные горы, которые оторвались от ледников Антарктиды, Гренландии и др. Высота айсбергов достигает 300 – 500 м, а длина – десятков километров. Вода айсбергов очень чиста, она приближается к дистиллированной воде.

Морские течения уносят от экватора теплую воду в умеренные широты, а из глубины на ее место поднимается холодная вода. Нагреваясь на поверхности, она уходит в направлении полюсов, где остывает, становится более плотной и опускается вниз. Подобные перемещения вод Мирового океана способствуют более равномерному распределению температур в водной массе, а также в тропосфере и на земной поверхности. Мировой океан активно участвует в формировании климатов Земли и погоды; его взаимодействия с атмосферой сложны и привлекают пристальное внимание ученых.

В наше время изучение Мирового океана тесно связано с использованием его минеральных и биологических ресурсов, а также охраной от загрязнения (главным образом, нефтью).

Рельеф дна Океана

Дно океанов и морей имеет сложный рельеф, напоминающий рельеф суши. Он изучается путем промеров отдельных точек и вычерчивания соответствующих профилей. Можно выделить крупные формы рельефа. Материковая отмель, или шельф, – мелководная часть, окаймляющая материк, т.е. затопленная часть материка. Глубина шельфа может достигать 550 м и более, обычно она составляет около 200 м. Шельф характеризуется общностью геологического строения с тем берегом, к которому он прилегает. Это область накопления отложений, сносимых с суши (галечников, песков, илов) с участием ракушечников, коралловых грунтов. В пределах шельфа разрабатываются крупные месторождения нефти и газа, например в Северном море.

Глубже следует часть океанического дна с более крутыми уклонами и значительной расчлененностью в виде ступеней и поперечных ложбин (подводных каньонов). Она называется материковым склоном. Под действием силы тяжести осадочный материал перемещается вниз по склону нередко в виде громадных оползней и скапливается у его основания. Склон простирается от края шельфа до глубины 3 – 5 км. Затем начинается ложе окана (абиссаль). Это не идеальная равнина. Наряду с плоскими участками встречаются подводные хребты, обширные плато, впадины. Широко распространены подводные вулканы. Подводные хребты могут достигать высоты нескольких километров, наиболее высокие из них: Центральный Атлантический, Центральный Индийский, горный хребет Ломоносова в Северном Ледовитом океане и др. Подводные хребты нередко выступают над поверхностью воды в виде островов или гряды островов. Глубочайшая впадина Мирового океана – Марианская (11022 м) – расположена в Тихом океане.

Жизнь в Мировом океане

Огромен и разнообразен живой мир Океана: более 150 тыс. видов животных и более 10 тыс. видов водорослей обитают в нем. Даже теперь, когда развились наземные животные и растения, в водной среде их обитает значительно больше, чем на суше. Здесь живут самые крупные животные, например кит, который в 25 раз тяжелее слона – самого большого животного суши, а крупнейшие растения – водоросли – имеют протяженность несколько десятков метров. Условия существования в воде всего живого гораздо благоприятнее, чем на суше: здесь нет резких колебаний температуры, окружающая вода хорошо поддерживает в пространстве тело организма и ему не нужен столь мощный скелет или корни, как обитателям суши.

В органическом мире морей и океанов принято выделять планктон, нектон и бентос. Организмы планктона не способны активно передвигаться, а лишь пассивно переносятся течениями. Это водоросли, обитающие в верхнем, освещенном слое воды (фитопланктон), а также ракообразные, многочисленные простейшие, медузы, гребневики, крылогие молюски и др. (зоопланктон). Планктон служит пищей для рыб и многих водных животных. Планктонные водоросли моут существовать в виде обширных скоплений, например в знаменитом Саргассовом море в Антлантическом океане.

Организмы, способные активно плавать, – нектон. Они противостоят течениям и перемещаются на значительные расстояния. К нектону относятся рыбы, китообразные, ластоногие, черепахи, пингвины, кальмары, водные змеи.

Бентос – это совокупность организмов, обитающих на дне и в грунте морей и океанов. Зообентос образуют молюски, ракообразные, рыбы, иглокожие и пр. Основную массу фитобентоса составляют бактерии и водоросли. Самые крупные водоросли – ламинарии, фукусы и др. Они прикрепляются ко дну и образуют густые подводные леса. Самые глубоководные – красные водоросли; они растут небольшими кустиками, иногда сплошным ковром устилая дно моря.

Условия существования для организмов на разных глубинах неодинаковы. На прибрежных мелководьях, где постоянны волнения и прибой, а также приливы и отливы, организмы имеют приспособления к смене пребывания на воздухе и в воде, резким изменениям температуры, воздействию солнца. Крабы снабжены цепкими клешнями, а рыбы зоны прибоя имеют плавники-присоски. Обитатели илистых и песчаных мелководий – креветки, двухстворчатые молюски, морские звезды и др. – зарываются в грунт. Своеобразен глубоководный животный мир. Тело животных снабжено тонкими длинными придатками для обеспечения плавания. У некоторых нет глаз, тогда как у других – очень большие глаза. На дне Марианской впадины жизнь протекает в полной темноте и при давлении в 1000 ат, но и там были обнаружены живые существа, похожие на плоских рыб.

Морские течения

В океанах и морях на расстояния в тысячи километров перемещаются в определенных направлениях огромные потоки воды. Такие потоки – «реки в океанах» – называют морскими течениями. Движутся они со скоростью 1 – 3 км/ч, иногда до 9 км/ч. Система морских течений обусловлена ветрами, расположением материков, рельефом дна, физико-химическими различиями вод, отклоняющей силой вращения Земли и др. Пассаты, непрерывно дующие по обеим стороная экватора со скоростью 30 – 40 км/ч, образуют Северное пассатное течение и Южное пассатное течение. Между ними – компенсационное Межпассатное противотечение. Если бы не было суши, эти течения так бы и огибали весь земной шар. Но материки усложняют картину, заставляя течения раздваиваться.

Одним из наиболее мощных течений является Гольфстрим в Атлантическом океане. Это течение несет воды в 20 раз больше, чем все реки Земли, вместе взятые. Средний расход воды Гольфстрима (объем воды, протекающей через живое сечение потока в единицу времени) составляет 25 млн. м³/с.

В зависимости от температуры воды течения бывают теплыми и холодными. Есть еще нейтральные течения, температура которых одинакова с окружающими водами. Принося с собой тепло или холод, течения влияют на климат. Например, Гольфстрим и его продолжение – Северо-Атлантическое течение – выполняют в северном полушарии роль «центрального отопления». Теплое Северо-Атлантическое течение смягчает климат Скандинавского полуострова и вообще северной половины Европы.

Вызванное ветром движение воды передается в глубину; при этом каждый нижележащий слой из-за вращения Земли отклоняется в северном полушарии вправо, а в южном – влево. На некоторой глубине течение становится противоположным (поворачивает на 180º), что практически означает его прекращение. Это происходит на глубинах, не превышающих 300 м.

Интересны течения в проливах. В одних – проточные, когда течение направлено в одну сторону (во Флоридском проливе), в других – обменные, когда вода движется в противоположных направлениях, как бы в два этажа (в Босфоре и в Гибралтарском), или когда течения располагаются рядом друг с другом (проливы Лаперуза и Дэвиса). В узких и мелких проливах направление меняется на противоположное в зависимости от ветра (Керченский пролив).

Изучение морских течений ведется как в прибрежных зонах морей и океанов, так и в открытом море на научных кораблях. Своеобразную картину течений Мирового океана можно рассмотреть по специальной карте.
Ресурсы Мирового океана

Океан обладает крупными пищевыми, минеральными и энергетическими ресурсами.

Океан – кормилец человечества. Издавна человек в его водах ловит рыбу, добывает морского зверя. Люди создают морские угодья путем искусственного разведения водных организмов. Запасы биомассы морей и океанов используются примерно на 70 %. Рыбы, киты, тюлени, ракообразные, моллюски – всё это пица, богатая жирами, витаминами и белками. Белки и жиры можно добывать из водорослей, особенно из хлореллы: с 1 га собирают до 40 т ее сухого вещества, из которого получают 20 т полноценного белка и 6 т жира. В хлорелле содержится 15 витаминов, она гораздо питательнее пшеницы и обладает рядом лечебных свойств.

Под толщей вод Океана скрыты большие запасы полезных ископаемых. Они залегают на самом дне или глубоко в недрах. На океанском шельфе добывается много нефти и газа. Во многих случаях нефть залегает в море вблизи мест ее добычи на суше. Например, в Мексиканском и Персидском заливах. В Мировом океане геологи выделили более 180 нефтегазоносных бассейнов.

Из-под морского дна вблизи побережий добывается каменный уголь в Великобритании, Японии, Канаде, Чили и других странах. Железная руда добывается из морских недр в Канаде, во Франции, Финляндии, Швеции. На границе между сушей и морем выносимый реками обломочный материал образует прибрежные россыпные месторождения. Из россыпей извлекают такие редкие элементы, как титан, цирконий, торий и некоторые другие.

В открытом океане на поверхности дна котловин огромные площади занимают залежи железо-марганцевых конкреций, дополнительно содержащие ценные металлы – медь, никель и кобальт. Сейчас созданы крупные международные организации по использованию ископаемых океанического дна.

Мировой океан – крупный источник энергии. Он накапливает тепло солнечного излучения, а потому можно использовать разность температур морской воды, а также энергию приливов, волн, берегового прибоя и течений. На приливных электростанциях (например, на Баренцевом море) энергия морских приливов превращается в электрическую.