Азот алмасу

Атмосфералық ауаны  ластаушы кездер мен ластағыштардың құрамы. Атмосфера табиғи жолмен және адамның іс-әрекеті нәтижесінде ластанады. Атмосфераның табиғи жолмен ластануы жанартаудың атқылауына (жерде бірнеше мың жанартау бар, олардың 500-ден астамы активті түрде), тау жыныстарының үгітілуіне, шанды дауылдардың тұруына, орман өрттеріне (найзағай түскенде), теңіз тұздарының желмен аспанға көтерілуі мен ауадағы сулы ерітінді тамшыларының құрғауына, тірі организмдердің іріп-шіру процестеріне байланысты. Атмосфераны табиғи жолмен ластайтындарға аэропланктондар, яғни әртүрлі аурулар қоздыратын бактериялар, саңырауқұлақ споралары, кейбір өсімдіктердің тозаңдары жатады. Сонымен катар атмосфераны ластайтындар қатарына космос шаң-тозаңын жатқызуға да болады. Космос шаңы атмосферада жанған метеориттер қалдықтарынан пайда болады. Секундына атмосфера арқылы орасан жылдамдыкпен (11-ден 64 км/с дейін) 200 млн-ға жуық метеориттер ауа кабатынан өтіп отырады, 60-70 км биіктікте көбісі жанып үлгереді. Ғалымдардың болжамына сәйкес тәулігіне жер бетіне 10/18 кішігірім метеорит түседі. Жерді атмосфера үлкен космостық жаркыншактардан да сактайды. Жыл сайын жерге 2-5 млн. т космостык шаң түсіп отырады. Табиғи шаң да Жермен жанасқан атмосфераның құрамдық бөлігіне жатады. Ол ауада қалқып жүретін радиустары 1О6-1О'5 м

Атмосфераның төменгі  қабаттарын шаңмен ластайтын  көзердің, арасында шөлді дала мен басқа да сусыз даланы айрықша  атап кетуге болады. 
Атмосферадағы шаң буды суға айналдырумен қатар, күн радиациясын тікелей сіңіреді және тірі ағзаларды күн сәулесінен қорғайды. Заттектердің биологиялык. жолмен ыдырауы көп мөлшерде күкіртті сутектің, аммиактың, көмірсутектерінің, азот оксидтерінің, көміртектің оксиді мен диоксидінің және т. б. түзілуіне және олардың атмосфераға түсуіне апарады. Атмосфералык ластануға табиғаттың алапатты қүбылыстарының қосатын үлесі айтарлықтай жоғары. Мысалы, орта есеппен жанартаулардың атқылау нәтижесінде жылына атмосфераға 30-150 млн. т газ және 30-300 млн. т ұсақ дисперсті күл тасталып отырады, тек Пинатубо (Филиппин) жанартауы атқылаған кезде (1997) атмосфера ауасына 20 млн. т күкірт диоксиді шығарылды. Жанартаулар аткылағанда атмосфераға бірқатар фитопатогендік  ативтілігі жоғары химиялық ластағыштар - сынап, мышьяк,  қорғасын, селен түседі. Ірі орман өрттерінің салдарынан да атмосфера көп мөлшердегі шаңмен ластанады. Батыс Сібірде 1915 ж. болған орман өрті 1,5 млн. км2 ауданды қамтып, одан шыккан түтін 6 млн. км2-ге жуық аумаққа таралды. Атмосфералық ластанудың антропогендік (жасанды) көздеріне өнеркәсіптік кәсіпорындар, көлік, жылу энергетикасы, түрған үйлерді  жылыту жүйелері, ауыл шаруашылығы, т. б. жатады. Тек өндірістік кәсіпорындардың ғана қоршаған ортага әсер етіп ластауын мынадай негізгі түрлсрге бөлуге болады: шикізат, материалдар, құрал-жабдыктар, отын, электр энергиясы, су,  қалдықтар, онімдер, атмосферага таралатын шыгарындылар (газ,  бу,ауа тозаңы), энергетикалық шығарындылар, шу, инфрадыбыс, ультрадыбыс, діріл, электромагнитті өріс, жарык, улыракүлгін, лазерлі сәулелер, иондағыш шығарындылар және т.б. Ауаны ластайтын компоненттердің химиялык қүрамы отын-энергетика ресурстарының түріне, ендірісте қолданылатын шикізатқа, оларды өңдейтін технологияға байланысты келеді[3].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Азоттың қызметі

 

2.1 Өсімдіктерде микроэлементтердің физиологиялық рөлі

 

М. Я. Школьниктін, (1957) мәліметі бойынша өсімдіктердің құрамынан 74 элемент табылған, олардың 11-1 макроэлементтер болып саналады, олар есіп тұрған өсімдіктер салмағыньвд 99,95 про центін құрайды, ал қалған 0,05 проценті микроэлементтердің үлесіне келеді. Өсімдіктердің тіршілік әрекетінде микроэлементтер өте маңызды роль атқарады. 1922 жылы академик В. И. Вернадский организмдердің химиялық құрамы жер қыртысынын химиялық құрамымен тығыз байланысты екендігін көрсетті. Жер қыртысындағы элементтердің барлығы дерлік өсімдіктерде ұшырасады. Тұздарды әр түрлі қоспалардан тазарту методтарының жетілдірілуіне қарай өсімдіктерге шын мәнінде қажетті болып саналатын микроэлементтердің тізімі барған сайын артып келеді. Тіпті сулы ортада өсірілетін өсімдіктер үшін арнаулы камерада ауаны тазартуға тура келді. Алайда қайсыбір микроэлементтің қажеттігі жөніндегі мәселені элементті қоректік қоспадан шығарып тастау жолымен ғана емес, сондай-ақ оның зат алмасуына қатысуын зерттеу жолымен де шешуге тура келеді. Қазіргі кезде темір, мыс, марганец, бор, мырыш, кобальт және ванадий өсімдіктерге аса қажетті элементтер деп саналады. Өсімдіктер үшін микроэлементтердің өте зор маңызы бар, өйткені олар өсімдіктер денесінде әр түрлі органикалық заттармен қосылады, осының нәтижесінде олардың физиологиялық активтілігі әлденеше есе артады.

Микроэлементтер катализаторлық қызмет атқара алады, алайда белоктармен қосылыстарда олардың катализаторлық қызметі  күрт артады. Мысалы, белоктың құрамындағы 1 мг темір 10 тонна минералдық темірдің әрекетіндей әсер етеді. М. Диксон мен Э. Узбб мәліметі бойынша әр түрлі 15 элемент, оның ішінде микроэлементтер де, ферменттің құрамдас белігі немесе оның кофакторы бола алады. Мұндай микроэлементтерге магний, рубидий, цезий, кадмий, хром, марганең, темір, кобальт, никель, алюминий, молибден, мыс, мырыш, ванадий жатады. Бұл — микроэлементтер ферменттердің құрамдас белігі бола отырып, зат алмасудың орта-лығы болып табылатындығын керсетеді. Микроэлементтердің физиологиялық ролі ферменттердің әсер етуі нәтижесінде байқалуы мүмкін.

Микроэлементтердің зор физиологиялық маңызы оларды зерттеуге көпшіліктің назарын аударды. Соның нәтижесінде осы кездегі ғылыми әдебиетте микроэлементтерге арналған көптеген еңбек жарық көрді. Эксперименталды материалдарды қорытып микроэлементтердің негізгі физиологиялық-биохимиялық қасиет-терін Д. А. Сабинин (1955), М. Я- Школыгак (1957, 1963), Я. В. Пейве (1952, 1954, 1956), О. К. Кедров-Зихман (1952, 1955), И. А. Чернавина (1970), Б. А. Ягодин (1970) т. б. керсетті. Жекелеген негізгі микроэлементтердің нақтылы физиологиялық-биохимиялық маңызын қарастырып көрейік.

Марганец ферменттердің құрамына кірмейді, бірақ активатор ретінде  оның болуы көптеген ферменттер үшін қажет. Кребс цикліндегі декарбоксилаза, сондай-ақ малатдегидрогеназа, изо-цитратдегидрогеназа сияқты ферменттердін, активтілігін арттыруда марганец зор роль атқарады. Бұл микроэлемент сондай-ақ гликолиздің гексокиназа, фосфоглюкомутаза, энолаза сияқты бірқатар ферменттерінің активтілігін арттыру үшін де қажет. Осы аталған жағдайлардың барлығында да марганец ферменттің белоктық бө-лігімен комплекс түзеді және басқа металмен алмастырыла алады. Алайда мұндай алмасу нәтижесінде ферменттің активтілігі кемиді. Марганецті ферменттер активаторы ретінде пайдалану және оны басқа металмен алмастыру өсімдіктердің түріне байланысты екен-дігін көрсететін мәліметтер бар. Таннид синтездейтін өсімдіктерде марганецтің концентрациясы жоғары болатындығы анықталған. Түзілетін таннидтердің мөлшері осы өсімдіктердегі марганецтің мөлшеріне сай келеді. Марганец жетіспеушілігі кезінде таннидтердің синтезделуі кеміп, тұтасымен алғанда мұндай өсімдіктердің тіршілік әрекеті нашарлайды, транспирация өзгеріске ұшырап, есімдіктің құрғақ затты жинақтау қабілеті кемиді.

Азот алмасуында марганец қорғаныштық  роль атқарады. Марганец жеткіліксіз болғанда сіңірілген нитраттар ассимиляциялана алмайды. Бұл құбылыс бидай, соя, бұршақ және т. б. өсімдіктерден байқалды. Марганец гидроксиламинредуктаза ферментін активтендіруге қажет. Ал бұл фермент нитраттардың ассимиляциялануына қатысады.

Марганец жетіспеушілігі көптеген өсімдіктердің фотосинтез қарқындылығына тікелей әсер етеді. Пирсоң балдарларда марганец жетіспеушілігіне сәйкес фотосинтез де кемитінін атап көрсетті. Марганец фотосинтез кезінде судан оттегінің бөлініп шығу процесіне әсер ететіндігі анықталды. Бұл жағдайда марганец электронды тасымалдаушылармен комплекс түзеді. Бұл комплекске қатыса отырып, марганец жарықта тотығады, ал қараңғыда қай-тадан тотықсызданады. Хлоропласта марганец өте берік байланысқан.

Марганецтің фотосинтездің  басқа да реакцияларына қатысатынын  көрсететін мәліметтер бар. Өсімдіктерге молибден элементінің қажеттігі  таяуда ғана анықталды. Азотфиксатор бактерияларыньщ  бос азотты сіңіруі үшін бұл микроэлементтің  қажеттігі 1930 жылдары көрсетілген. Бұдан кейінгі уақытта ғалымдар азот сіңіруші барлық организмдер молекулалық азотты сіңіру үшін молибденді қажет ететіндігін растады. Қоректік ортада молибден жетіспеушілігі кезінде азот сіңіруші организмдер азотты сіңіру қабілетінен мүлде айрылады немесе оның оптималды мөлшерінің жартысын ғана сіңіре алады. Азот сіңіруге қатысатын дегидрогеназа ферментін молибден активтендіреді. Оны совет биохимиктері атап көр-сеткен. Осындай себептерге байланысты барлық бұршақ тұқымдас өсімдіктер молибден жетіспеген жағдайларда тамырда түйнек түзбейді және азот жинай алмайды. Азот алмасуындағы молибденнің атқаратын ролі - нитраттарды тотықсыздандыру. Жоғары-да айтылғандай, тамырдың сіңірген нитрат ионы нитрит ионға дейін, бұдан соң аммиакқа дейін тотықсызданады. Осы учаскедегі тотықсыздану процесін жүзеге асыратын нитратредуктаза ферменті активатор ретіндегі молибденді қажет етеді. Сондықтан молибден жетіспеушілігі өсімдіктердегі азот алмасуының барлық келесі процестеріне әсер етеді. Молибден жетіспеушілігі кезінде өсімдіктердегі аланин, аспарагин және глутамин, пролин, аргинин сияқты амин қышқылдарының мөлшері кемиді. Ал мұндай амин қышқылдарының жетіспеушілігі белок синтезінің кемуіне әкеп соғады. Азот алмасуының бұлайша бұзылуы өсімдіктер нитрат тұздарымен қоректенген жағдайда ғана байқалады, ал өсімдіктерді аммоний тұздарымен қоректендіргенде мұндай бұзылу байқалмайды. Алайда молибден азот алмасуына ғана қажет емес. Ол қышқыл фосфатаза ферментін активтендіреді. Молибден жетіспеушілігі өсімдіктің фосфорды тиімді пайдалануына кедергі жасайды. Мұндай жағдайда өсімдіктерде фосфордың минералдық түрлері көп, ал органикалық түрлері аз жиналады.

Молибден жетіспеушілігі жағдайында бірқатар өсімдіктерде —  бедеде, арпада, қант қызылшасы мен  капустада кездесетін С витаминінің  мөлшері кеміген. Бұл элемент жеткіліксіз болғанда полифенолоксидаза және пероксидаза ферменттерінің активтілігі артады, бұл С витаминінің тотығуына әкеп соғады, сондай-ақ мұнда энергия шығыны артып, хлорофилдің мөлшері кемиді. Бұл айтылғандардың бәрі молибденнің зат алмасудың көптеген процестеріне қатысатындығын дәлелдейді.

Жоғары сатыдағы өсімдіктердің  өсуі үшін мырыштың қажет екендігі анықталды. Ол әсіресе хлорофилге бай органдарда көп болады. Мысалы, сұлы жапырағында ондағы мырыштың жалпы мелшерінің 20—30 проценті кездеседі. Құрамында мырыш элементі мол топырақты жерлерде өсетін өсімдіктерде бұл микроэлемент ерекше көп болады.

Мырыш жетіспеушілігі ең алдымен өсімдіктің өсуіне әсер етеді, мұндай жағдайда буын аралықтарының  өсуі тоқтап, өсімдік аласа болып  қалады, сондай-ақ жапырақ мезофилі де өзгереді. Палисадты паренхима клеткалары қысқа және енді болып, өте тығыз орналасады, клетка арасындағы кеңістік мүлде дерлік болмай қалады. Хлоропластардың мөлшері мен саны кемиді де, олар топтасқан күйінде жабысып қалады. Мырыш жетіс-пеушілігі углевод, фосфор және белок алмасуына әсер етеді. Мырыштың бұлайша әсер етуі ферменттік системаларға байланысты. Ол системаларда мырыш ферменттін, құрамдас бөлігі болып, оны-мен берік байланысады немесе активатор болып табылады. Мырыш өсімдіктерде көп кездесетін карбоангидраза ферментінің белокты бөлігімен берік байланысқан. Карбоксипептидаза ферменті мен сілтілік фосфатазаның құрамында да белокпен берік байланысқан мырыш болады. Сонымен қатар ол қышқыл фосфатазаның, энолазаның, альдолаза мен гексокиназаның және триозофосфатде-гидрогеназанын активаторы болып табылады. Сондықтан мырыштың жетіспеушілігі тыныс алу процесінде глюкозаның өзгеріске ұшырауын тежейді, сөйтіп өсімдік клеткаларында анорганикалық фосфор жиналады. Мырыш жетіспеушілігі кезінде анорганикалық фосфордың жиналуын, оның гексокиназаны активтендіретінін және митохондрияларға шоғырланатыныи совет ғалымдары бақылаған. Осы мәліметтердің негізінде мырыштың тотықтыра фосфорлау процесіне қатысатындығы жөніндегі қорытынды жасалды. Активті тобында NАD+ кездесетін барлық дегидрогеназа ферменттері мырыш арқылы активтендіріледі деп саналады. Бұл жағдайда NАD+ пен мырыштың арасында әлсіз байланыс түзіледі. Мырыш жетіспеушілігі кезінде күкірт алмасуы бұзылатындықтан, өсімдіктер тамырында сульфидтің көп мөлшері жиналады. Көптеген ферменттердін, мырышқа тәуелділігі белок синтезіне де әсер етеді.

Мырыш жетіспеушілігі жағдайында сұлы мен томат өсімдіктеріндегі белоктың мөлшері кеміп, осымен бір  мезгілде амин қышқылдарының мөлшері  екі есе және амидтер 10 есе артқаны көрсетілген.

Белок синтезінің кемуі  өсімдіктің жалпы өсуі мен хлорофилл  түзілуінің бұзылуына себепші болады. Мырыш ауксин арқылы да өсімдіктің өсуіне әсер етеді. Мырыш жетіспеушілігі кезінде ауксин тезірек бұзылады да, баяу синтезделеді. Ол су алмасуына әсер етеді. Мырыш жеткіліксіз болған жағдайда өсімдіктерде судың мөлшері кеміп, осмос қысымы артады. Мырыш жетіспеушілігін әсіресе жеміс ағаштары сезгіш келеді. Бұл элементтің жетіспеушілігі жапырақтардың және жемістердің, ұсақ болуы, олардың бетінде сары дақтардың пайда болуы, тұң ағашында қола ауруын, цитрус және сүйекті жемістер жапырағының деформацияға ұшырауы сияқты бірқатар ауруларды туғызады. Жоғары сатыдағы өсімдіктерге мыс элементінің қажеттілігі 1930 жылдары анықталды.

Мыс өсімдіктің тыныс  алуына, фотосинтезге, азот алмасуы  мен хлорофилл синтезіне әсер етеді. Қүрамында мыс кездесетін немесе мыспен активтелетін көптеген ферменттер белгілі. Өсімдіктерде кең таралған полифенолоксидаза және аскорбатоксидаза ферменттері жақсы зерттелген. Бұл екі ферменттің де құрамында мыс бар. Картоп түйнегі мен саңырауқұлақ мицелийінен бөлініп алынған полифенолоксидаза ферментінің құрамында тазартудан соң 0,2— 0,3% мыс болған. Фенолаза комплексінін, құрамында моно- және полифенолды тотықтыратын бірнеше фермент болады. Бұл ферменттердің молекулаларында мыстың екі атомы болады, олар сульфгидрил тобы SН арқылы белокқа қосылады. Бұл ферменттердің әсер ету механизмі мыстың оттегімен комплекс түзуіне негізделген. Аскорбатоксидаза ферментінің құрамында да мыс болады. Ол аскорбин қышқылын тотықтырады, бұл жағдайда мыстың валенттілігі өзгереді. Тыныс алу процесіне қатысып, электронды тасымалдайтын цитохромоксидаза ферментінің құрамында да мыс болады. Бұл жағдайда да мыс өзінің валенттілігін өзгертеді. Жоғарыда аталған ферменттердің бәрінде де мыстың болуы оның тыныс алу процесіндегі маңызын анықтайды.

Өсімдіктердің жапырағында  кездесетін барлық мыстың 75 процентке  дейінгі мелшері хлоропластарға шоғырланған. Мұнда мыс цитохромоксидаза ферментінің, сондай-ақ таяуда ашылған пластоцианин затының құрамында кездеседі. Пластоцианин дегеніміз көкшіл түсті белок, оның бір молекуласында мыстың екі атомы болады. Пластоцианиндегі мыстың жалпы мөлшері 0,58%. Ол алғаш рет хлорелла клеткасынан табылған. Пластоцианин әсіресе ақжелке, шпинат, сәбіз, турнепс, капуста жапырақтарында көп мөлшерде кездеседі. Пластоцианин мұнда фотосинтез процесін жүргізетін органдардан ғана табылды. Пластоцианиннің фотосинтез процесіндегі ролі женінде III тарауда баяндалған.

Мыс жетіспеушілігі кезінде фотосинтез қарқындылығы кемиді, Бұл элемент хлорофилл синтезіне әсер етеді. Мыс жеткіліксіз болғанда жапырақтың жасыл түсі көкшіл-жасыл түске ауысады да, бұдан соң жапырак жүйкелерінің арасында хлороздық дақтар пайда болады. Мұндай жағдайда пластидтер біртіндеп бұзыла бастайды және клетканың бір ұшына шоғырланады. Мыс жетіспеушілігі кезіндегі хлороз ауруы осылайша байқалады. Әр түрлі өсімдіктер жапырақтарына мыс тұзының ерітіндісін бүріккенде хлорофилдіқ мөлшері артады. Қант қызылшасы мен картоп жапырақтары мыстын, жетіспеушілігін өте сезгіш болады. Сонымен қатар, бұл элемент мөлшерінің артық болуы хлорофилдің мөлшерін азайта отырып, өсімдіктерге зиянды әсер етеді.