Strona główna

Stan L antropogeniczne zmiany jakości wód w polsce, t. 11. red. J. Burchard


Pobieranie 56.64 Kb.
Data19.06.2016
Rozmiar56.64 Kb.



STAN l ANTROPOGENICZNE ZMIANY JAKOŚCI WÓD W POLSCE, t. 11. red. J. Burchard


Uniwersytet Łódzki. Komisja Hydrologiczna Polskiego Towarzystwa Geograficznego

Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego, Łódź 2002


Zróżnicowanie zawartości lizyny i kwasu glutaminowego

w wodach podziemnych na wybranych cmentarzach

w Polsce południowo-wschodniej

The differentiation of lysine and glutamic acid contents in the ground water in cemeteries of south-eastern Poland



józef żychowski, jan lach, mariusz kolber Akademia Pedagogiczna, ul. Podchorążych 2, 30-084 Kraków

Słowa kluczowe: wody podziemne, aminokwasy, cmentarze, podłoże

Key words: ground water, amino acid, cemeteries, bedrock

Wpływ nekropolii na jakość wód podziemnych zależy przede wszystkim od podłoża, w którym zlokalizowane są pochówki (Ż y c h o w s k i i in. 2000 a, b). Zdarzają się studnie w gospodarstwach indywidualnych źle zabezpieczone, czego konsekwencją może być również zanieczyszczenie w nich wody roślinną substancją organiczną. W pracy tej podjęto próbę oceny wody podziemnej na cmentarzach pod względem zawartości w niej substancji organicznej, pochodzącej ze zwłok.

Głównym budulcem organizmu ludzkiego są różne białka stanowiące 15% masy ciała (56% suchej masy ciała). Wchodzą one w skład; mięśni, kości i zębów, włosów i paznokci, skóry i nabłonka, płynów ustrojowych, enzymów, niektórych hormonów i przeciwciał, toksyn oraz biorą udział w licznych procesach fizjologicznych np. w dostarczaniu energii, przeno­szeniu i magazynowaniu różnych substancji. Część z nich to białka globularne, które rozpuszczają się w wodzie. Regulują one szereg procesów życiowych, podtrzymują ich funkcjonowanie. Funkcje te wymagają ruch­liwości białek. Stąd ich rozpuszczalność w wodzie (Morrison, Boyd 1990).

Białka te składają się z długich łańcuchów połączonych ze sobą ami­nokwasów (proste - globulina, albumina, kolagen) oraz grup o niekwasowym charakterze, np. nukleotydów, cukrowców (glikoproteidy), dodat­kowo atomu metalu (chromoproteidy) lub kwasu fosforowego. Ponadto występują jeszcze białka płynne (kazeina), półpłynne (w cytoplazmie), stale (białka włosów), pełne (hemoglobina) oraz niepełne (kreatyna). Białka człowieka zbudowane są z 12 aminokwasów endogennych i ośmiu egzo­gennych.

Z dwudziestu podstawowych aminokwasów budujących białka całego świata ożywionego, do badań wybrano lizynę i kwas glutaminowy (tab. 1). Kwas glutaminowy występuje we wszystkich białkach (20-30%). Powszechna w nich jest również lizyna, szczególnie u zwierząt. Te naturalne aminokwasy są czynne optycznie, gdyż zawierają węgiel asymetryczny. Są to aminokwasy dobrze rozpuszczalne w wodzie (hydrofilowo-polarne); znajdują się na powierzchni cząstek białkowych i zapewniają rozpuszczalność białek. Oba aminokwasy wykazują aktywność optyczną i są bardzo ważne w strukturze białek. Ich grupy aminowe i karboksylowe znajdują się przy tym samym atomie węgła i wchodzą w reakcje charakterystyczne zarówno dla kwasów karboksylowych, jak i dla amin. Organizmy zwierzęce potrzebują dziennie dużej ilości lizyny (Lys). W ich mięśniach jest jej relatywnie dużo (10% suchej masy).

Tabela 1: Zestawienie wybranych cech charakterystycznych lizyny i kwasu glutaminowego Seiected characteristic features for lysine and gtutamic acid


Cechy charakterystyczne lizyny {Lys)

Cechy charakterystyczne kwasu glutaminowego (Glu)

1

2

 aminokwas zasadowy

aminokwas kwasowy

+ trójfunkcyjny aminokwas z drugą grupa aminową

trójfunkcyjny aminokwas z drugą grupą karboksylową

4 zawiera ładunek dodatni grupy bocznej NH+3

zawiera ładunek ujemny grupy bocznej

coo-



4 pomiędzy grupą -aminową lizyny oraz znajdującą się w łańcuchu bocznym grupą karboksylową kwasu glutaminowego występuje wiązanie peptydowe, typowe dla białek

+ 2,6-diaminohexanoic acid, 2-amino-4-met-hyllhio

2-aminopentanedioic acid

4 aminokwas egzogenny (AKE) 1 z 10, któ­rego organizmy zwierzęce nie syntetyzują, pobierają z pożywieniem, prekursorem w biosyntezie jest kwas oksoglutarowy

 aminokwas endogenny syntetyzuje w organizmach z kwasu -oksoglutarowego z amoniakiem

 odmienne dla obu aminokwasów krzywe miareczkowania, uzyskane po dodaniu zasady, gdy obserwuje się zmianę pH. Krzywe miareczkowania różnią się wartością punktu izoelektrycznego (pK2) dla 2 stopnia dysocjacji, gdzie znajduje się centralny punkt przegięcia krzywej miareczkowania (pHi), podobne dla obu aminokwasów są punkty izoelektryczne pK dla niskich (pK1) i dla wysokich (pK2) stopni dysocjacji

punkt izojonowy (pI) - 9,47

pI - 3,08 (wyznacza formę obojnaczą)

aminokwas hydrofilowo - mocno polarny

aminokwas hydrofilowo - słabo polarny

acykliczny, o rozgałęzionych łańcuchach

 gikogenny, włącza się w metabolizm cukru

 masa cząsteczkowa 146,19

 masa cząsteczkowa 147,14

podobna dla obu aminokwasów skręcalność molowa i właściwa (Jakubke, Jeschkeit 1989)

występowanie (statystycznie) z 20 aminokwasów K - 5,82% i E - 6,26% (tylko 6 ma nieco większy udział)

oba aminokwasy w łańcuchu bocznym mają grupy zdolne do dysocjacji (krzywa miarecz­kowania ma trzy wartości pK).

Rośliny zawierają ponadto bardzo mało tego egzogennego dla organiz­mów zwierzęcych aminokwasu. Kwas glutaminowy (Glu) jest z kolei en­dogenny, syntetyzuje w organizmach z kwasu oksoglutarowego z amonia­kiem. Kwas ten jest także prekursorem biosyntezy lizyny. Badane amino­kwasy posiadają odmienne krzywe miareczkowania. Dotyczy to przede wszystkim punktu izoelektrycznego (pK2) dla drugiego stopnia dysocjacji oraz centralnego punktu przegięcia krzywej miareczkowania (pH;). Oba aminokwasy są hydrofilowe i mają polarne grupy boczne, odmienne elekt­rycznie. W lizynie grupa ta ma ładunek dodatni (NH3+), a w kwasie glutaminowym ujemny (COO-). W środowisku o odczynie obojętnym (pH = 7) wymienione grupy większości aminokwasów zachowują stosowne ładunki i przyjmują formę obojnaczą. Lizyna w takich warunkach ma ładunek dodatni. Kwas glutaminowy w fizjologicznym zakresie pH posiada ładunek ujemny. Forma obojnaczą wyznaczona jest dla każdego amino­kwasu przez punkt izojonowy - pI (tab. 1). Zmiana odczynu środowiska zmienia stan jonizacji cząsteczek aminokwasów. Gdy wzrasta odczyn po­wyżej punktu pI, zaczyna przeważać niezjonizowana grupa NH3. Przy spadku pH następuje jonizacja grupy aminowej, natomiast grupa karboksylowa przyjmuje formę COOH.

Lizyna rozkłada się przy udziale enzymów bakteryjnych na drodze dekarboksylacji, również na kadawerynę zwaną trupim jadem (amina bio­genna). Reakcja ta polega na eliminacji cząsteczki CO2 z cząsteczki kwasu karboksylowego, soli lub estru takiego kwasu. Ta wielocykliczna amina jest toksyczna dla wyższych ustrojów i może uszkodzić układ krążenia u czło­wieka.

Według uaktualnionej przez D. Jonesa i innych (1992) tablicy [PET91-PAM250] podobieństw Dayhoffa i in. (1978), opartej na czę­stości substytucji w zależności od stopnia pokrewieństwa, lizyna i kwas glutaminowy wykazują wzajemnie wartość 0 zlogarytmowanego współ­czynnika. Świadczy to w porównaniu globalnym o ich dużym podobień­stwie.

Rozpuszczalne białka budujące tkanki miękkie i twarde przenikają wraz z wodą do gleby i w tym środowisku migrują w zależności od: pH wody i gleby, zawartości metali w glebie, temperatury i innych właściwości gleby (Raab 1999). Gleba jest dynamicznym kondensatorem aminokwasów, które pobierają zarówno rośliny, jak i mikroorganizmy glebowe.

Próby do analiz pobrano z 71 studni na cmentarzach położonych na podłożu: piaszczystym (16), aluwiów teras rzek (26), lessowym (20) oraz glin fliszowych (9). Dodatkowo pobrano również 18 prób ze studni poło­żonych na podobnych podłożach w znacznym oddaleniu od cmentarzy. Pozwoliło to wykluczyć w tych próbach wpływ cmentarzy na jakość wody i ustalić wielkości porównawcze, czyli tło. Było ono konieczne dla oceny wpływu cmentarzy na zawartość aminokwasów w wodach pod­ziemnych. Analizę tych prób przeprowadzono metodą chromatografii ko­lumnowej.

Zawartość lizyny w badanych wodach na cmentarzach jest zdecydowanie wyższa niż kwasu glutaminowego, przeważnie dwukrotnie (w aluwiach, na lessach i glinach fliszowych). W materiale porównawczym, na badanych podłożach, tylko na piaskach zawartości obu aminokwasów były zbliżone (rys. 1).

Największą zawartość lizyny pomierzono w wodach podziemnych na cmentarzach położonych na terasach rzek 2,3 g/1 (rys. 2). Kwas glutaminowy występował w podobnym stężeniu na piaskach, lessach i na terasie (około 1,1 g/1) oraz na nieco niższym poziomie w glinach 0,9 g/1 (rys. 3). Wyniki uzyskane dla lizyny są najbardziej zróżnicowane na cmentarzach. Wskazuje na to odchylenie standardowe, prawie dwukrotnie wyższe cc odchylenia liczonego dla kwasu glutaminowego. Maksymalne jego wartości; (1,09 g/l) obliczono dla prób na cmentarzach położonych na terasie i na lessach (rys. 2, 4). Jedynie w glinach na fliszu większe zróżnicowanie stężeń lizyny uzyskano dla danych porównywalnych (tła). W przypadku stężenia kwasu glutaminowego miała miejsce podobna relacja na aluwiach i w glinach (rys. 2),(rys.3).

Zawartość lizyny w próbkach pobranych na cmentarzach, w porównaniu z tłem, jest około 1/3 wyższa na terasie: 2,3 g/l i 1,8 g/l (rys. 2) oraz na piaskach: 1,5 g/1 i 0,99 g/1 (rys. 1), Jedynie na podłożu gliniastym stężenie lizyny jest większe w materiale porównawczym, niż na cmentarzach (rys. 3). Taka relacja dotyczy przede wszystkim zawartości kwasu glutami­nowego w większości badanych środowisk wodnych (aluwia, piaski, glina). Jedynie na lessach występują większe stężenia tego kwasu na cmentarzach (rys. 4).

Wzajemna zależność między aminokwasami jest zdecydowanie wyższa dla danych porównywalnych (tła) w każdym analizowanym przypadku. Najwyższy współczynnik korelacji (-0,84) obliczono dla tła na piaskach (tab. 2). Taka odwrócona zależność dotyczy ponadto prób pobranych na terasie (-0,6). Wzajemne zależności są zdecydowanie większe dla tła na lessach (0,47 i -0,2) oraz glinach (0,36 i 0,17). Generalnie jednak zależności te są mało istotne.



Prowadzone badania wskazują na duże zróżnicowanie uzyskanych wyników. Wpływają na to zapewne inne czynniki, np. na stoku w Przemyślu pomierzono wyższe wartości niż na terenie Prądnika Czerwonego w Krakowie, który jest mniej zróżnicowany morfologicznie. Badania te wykazały, że lepszym miernikiem zanieczyszczeń organicznych jest lizyna. Problem ten wymaga jednak dalszych badań.

Tabela 2: Parametry statystyczne obliczone dla kwasu glutaminowego i lizyny zawartych w wodach podziemnych na cmentarzach położonych na podłożu: piaszczystym, terasów rzek, na lessach oraz glinach fliszowych

Statistical parameters calculated for glutamic acid and lysine contained in ground waters in cemeteries located on the bed of sand, river terraces, loess and flysch clays


Lokalizacja cmentarza (podłoże)

Miejsce poboru prób

Parametry statystyczne wyników analiz prób pobranych z wybranych miejsc

średnia arytmetyczna

odchylenie standardowe

współczynnik korelacji

kwas glutaminowy

lizyna

kwas glutaminowy

lizyna

Terasa rzeki

cmentarze okolice (tło)

1,029 1,256

2,304 1,784

0,606 0,749

1,090 0,909

-0,14 -0,60

Piaski

cmentarze okolice (tło)

1,125 1,188

1,504 0,987

0,569 0,547

0,849 0,427

0,21 -0,84

Lessy

cmentarze okolice (tło)

1,123 0,764

1,914 2,590

0,520 0,353

1,090 0,960

0,20 0,47

Gliny na fliszu

cmentarze okolice (tło)

0,880 1,219

1,644 2,115

0,542 0,593

0,800 1,161

0,16

0,37


Podsumowanie


Duże zróżnicowanie stężeń badanych aminokwasów w wodach podziemnych na cmentarzach wynika z wielu przyczyn lokalnych. Badania te dowodzą wpływu nie tylko rodzaju podłoża, ale także nachylenia terenu i położenia studni na cmentarzu. Czynnikiem różnicującym jest również sposób pochówku (grób kopany w ziemi, grobowiec nad powierzchnią) i wiele innych czynników, które na obecnym etapie badań są mało rozpoznane, np. pogoda (temperatura. opady). W pracy tej materiał porównawczy, tzw. tło, ustalono osobno dla każdego podłoża, pobierając próby w pewnym oddaleniu od cmentarzy. Prowadzone badania wskazują jednak na potrzebę rozszerzenia badań nad tym tłem. Problem ten wymaga zarówno większej liczby pobranych prób, jak również precyzyjnej oceny miejsc ich poboru. Z pozoru jednorodne środowisko, np. piasek w różnych miejscach, wykazuje zróżnicowanie zawartości aminokwasów.

Literatura

Dayhoffa M. O. i in. [Schwartz R. M., Orcutt B. C.], 1978, A model of evolutionary change in proteins matrices for detectiong distant relationships, [w:] M. O. Dayhoff [red.] Atlas of protein seąuence and structure, vol. 5, Nat. Biomed. Res. Found. Washington DC: 345-358.

Jakubke H.-D., Jeschkeit H., 1989, Aminokwasy, peptydy, białka.. PWN.

Jones D. T. i in. [Taylor W. R., Thornton J. M.], 1992, Comput. Appl. Biosci. 9: 295-282.

Morrison R. T., Boyd P. N., 1990, Chemia organiczna, t. 2, PWN.

Raab K. T., 1999, Soil amino acid utilization among species of the cyperaceae: plant and soil processes, Ecology, October.

Żychowski J. i in. [Lach J., Kolber M., Górski P.], 2000b, Właściwości fizyczno-chemiczne wód podziemnych nekropolii Polski południowo - wschodniej, [w:] J. Burchard [red.] Stan i ant­ropogeniczne zmiany jakości wód w Polsce, Wyd. UL, Łódź.

Żychowski J. i in. [Lach J., Kolber M.], 2000a, Przestrzenna zmienność chemizmu wód podziemnych w otoczeniu nekropolii w Polsce południowej, [w:] J. Burchard [red.], Stan i antropogeniczne zmiany jakości wód w Polsce, Wyd. UL, Łódź.

Summary


The ground water in cemeteries contains increased amount of amino acid. It results from the decay of hard and soft tissue of dead body in a grave. The amino acid comes from the decay of proteins composing the human organism in 56% (dry substance of the body). In the paper the differentiation of lysine and glutamic acid contents in the ground water in cemeteries located on different bed: sand, loess, river terraces and flysch clays, was compared. The contents of the amino acid were measured with the help of HLPC chromatography. Altogether in south-eastern Poland samples from wells located in cemeteries and nearby were investigated. Those additional analyses assessing the background were a tool for the assessment of the influence of burial on the presence of amino acid in the ground water.

The concentration of lysine was mostly twice higher as much as glutamic acid in the ground water filling alluvium, loess and clays. The highest lysine contents concerned river alluvium. The amino acid showed much more contents variation in cemeteries than glutamin acid. It is indicated by standard deviation. There is one third more of lysine in cemeteries in investigated waters than in comparable material. On the other hand such relation is typical in most cases for glutamic acid for most of' investigated medium (alluvium, sand, clays). The influence of burial on the quality of the ground water is also determined by the correlation coefficient between the contents of both amino acids. Its relative value (modulus) is significantly higher than that of the background. The presence of large amount of organic contamination differentiates more the contents of investigated amino acid in water. The problem, however, requires further investigation.





©snauka.pl 2016
wyślij wiadomość