1. Масштабы и причины химического загрязнения биосферы
 Скачать 0.53 Mb.
|
|
1. Масштабы и причины химического загрязнения биосферы. - физические (шум, вибрация) - химич (измен хим состава среды) - биологич ( внесение в окр среду нехарактерных видов живых организмов) Наиболее масштабными явл хим загрязнения среды несвойственными ей вещ-ми хим природы. Причины загрязнений: 1. естественные ( лесн пожары, вулканы) 2 антропогенные ( выбросы от предприятий, канализация, транспорт) Серьезн экологич проблемы связ с действием 2 факторов: - быстр повышение народонаселения в мире (демографич взрыв) - рост промышл произв-ва, приводящ к больш антропогенному прессу на природу. Основн причины хим загрязнений:
Пути загрязнения: 1. выброс в атмосферу → атмосферн осадки → почва → растения с/х → человек 2. промышл и бытовые отходы → вымывание → почва → кормовые раст → с/х животные → человек 3 сброс в поверхностные воды → водная флора и фауна→ рыба →человек. 2. Основные типы глобального химического загрязнения, их токсическая и экологическая характеристики. Типы глобального химического загрязнения:
Газообразные вещества С02 Содержание С02 увеличивалось на 0,3-0,5 %. →нестабильность климата, учащение климатических аномалий (засух, снегопадов, наводнений и т. д.). С0образуется при неполном сгорании углеродсодержащих веществ. Наибольшие его количества образуются в результате вулканической деятельности. Представляет опасность для человека прежде всего потому, что он может связываться с гемоглобином крови. Окислы азота и серы Количество выбросов окислов азота приблизительно 200-350 млн т в год. Часть присутствующих в атмосфере оксидов (NO, SO) и диоксидов (N02, S02) азота и серы образуются в ходе естественно протекающих природных процессов - вулканических извержений, жизнедеятельности микроорганизмов. Основную токсикологическую опасность из окислов азота представляют диоксиды азота. Наиболее опасное проявление острого отравления оксидами азота - отек легких. Оксиды серы. Воздействие оксидов серы на дыхательные пути приводит к увеличению респираторных заболеваний у населения, ослабляет иммунную защиту у людей и животных и т. д. Фторсодержащие углеводороды не менее 200 млн т в год; особенно опасны для живых организмов. Внос немалый вклад в загрязнение атмосферы и уменьшение содержания О3. Тяжелые металлы К числу наиболее токсичных металлов следует отнести кадмий, ртуть, свинец, хром и некоторые другие; они оказывают повреждающее действие на биообъекты в концентрациях, не превышающих 1 мг/л. Цинк, титан характеризуются низкой токсичностью для человека и теплокровных животных, но даже в низких концентрациях они оказывают губительное действие на рыб. Наиболее часто металлы, в том числе и высокотоксичные, попадают в окружающую среду в результате промышленных сбросов в водоемы со сточными водами, не прошедшими эффективной очистки, а также использование пестицидов, в состав которых они входят. Удобрения и биогенные элементы Общее потребление минеральных удобрений составляет около 100 млн т в год. Особую тревогу вызывает применение азотных удобрений. Загрязнение почвы биогенами (фосфор, азот) происходит не только при внесении избыточного количества удобрений, но и другими путями (фекальные отходы животноводства).Органические соединения наиболее распространенные загрязнители: нефть и нефтепродукты, пестициды, полихлорбифенилы (ПХБ) и поверхностно-активные вещества (ПАВ). Нефть и нефтепродукты. медленно разлагаются в окружающей среде. На поверхности воды она разливается на большие расстояния с образованием тонкой пленки Нефть и ряд нефтепродуктов весьма токсичны для живых организмов. Пестициды. 2 класса пестицидов: 1. фосфорорганические (ФОП) и 2 хлорорганические (ХОП). ПХБ. инертны, негорючи, действ на репродуктивн ф-ции органов ПАВ: амфифильн соед, хорошо раств в воде. 3. Предмет ксенобиологии. Основные проблемы и задачи современной ксенобиологии. Как наука ксенобиология и наиболее развивающиеся ее направления - ксенобиохимия и ксенофизиология - сформировались в XX в., хотя самое раннее упоминание о метаболизме чужеродных соединений относится к тридцатым годам XIX в. Сама наука ксенобиология изучает закономерности и пути поступления, выведения, распространения, превращения чужеродных химических соединений в живом организме и механизмы вызываемых ими биологических реакций. ксенобиологию можно подразделить на более узкие отрасли: ксенобиофизику- Физико-химическое описание как процессов взаимодействия ксенобиотиков с клеточными структурами, в первую очередь с первичной мишенью их атаки - плазматической мембраной, так и механизмов их поступления входит в одну из задач.( Прежде чем попасть в клетку, ткань и организм в целом, ксенобиотик взаимодействует с плазматической мембраной, вызывая различного рода биологические эффекты. С помощью специализированных транспортных систем по определенным путям ксенобиотик попадает в клетку, орган, живой организм.) ксенобиохимию- Попав в организм, большинство ксенобиотиков подвергается ферментативному превращению, которое называют метаболическим. Метаболизм ксенобиотиков является предметом изучения развивающейся отраслью ксенобиологии - ксенобиохимии. развивается по двум направлениям - статическому и динамическому. статической – задача, установление структуры молекул метаболитов ксенобиотиков, образующихся в организме, а также их распределение в организме. Динамическая- занимается вопросами механизмов реакций превращения ксенобиотиков. ксенофизиологию - изучение процессов жизнедеятельности и функции живых организмов на всем протяжении их развития в условиях действия ксенобиотиков. К одной из задач ксенобиологии следует отнести разработку приемов и подходов для создания системы определения биологической активности как уже используемых ксенобиотиков, так и вводимых в практику человеческой деятельности. Задачи Ксенобиологии: - установление стр-ры мол-л метаболитов ксенобиотиков - распределение метаболитов ксенобиотиков в организме - механизмы реакций превращения ксенобиотиков Проблемы рассматриваемые в ксенобиологии, все возрастает. Это обусловлено тем, что ежегодно на Земле синтезируются десятки тысяч новых соединений. Ряд из них вовлекаются в круговорот веществ в природе. Чем шире масштабы производства химических соединений, тем большее влияние они оказывают на биологические процессы в почве, водоемах и на суше, тем сильнее проявляются побочные и отдаленные последствия их действия на живые системы. Воздействие ксенобиотиков на живой мир, и на человека в частности, происходит в самых различных комбинациях этих соединений не только друг с другом, но и с факторами окружающей среды. 4. Связь ксенобиологии с другими науками. Обьекты ксенобиологии. Сама наука ксенобиология изучает закономерности и пути поступления, выведения, распространения, превращения чужеродных химических соединений в живом организме и механизмы вызываемых ими биологических реакций. ксенобиологию можно подразделить на более узкие отрасли: ксенобиофизику- Физико-химическое описание как процессов взаимодействия ксенобиотиков с клеточными структурами, в первую очередь с первичной мишенью их атаки - плазматической мембраной, так и механизмов их поступления входит в одну из задач.( Прежде чем попасть в клетку, ткань и организм в целом, ксенобиотик взаимодействует с плазматической мембраной, вызывая различного рода биологические эффекты. С помощью специализированных транспортных систем по определенным путям ксенобиотик попадает в клетку, орган, живой организм.) ксенобиохимию- Попав в организм, большинство ксенобиотиков подвергается ферментативному превращению, которое называют метаболическим. Метаболизм ксенобиотиков является предметом изучения развивающейся отраслью ксенобиологии - ксенобиохимии. Ксенобиология неразрывно связана с
развивается по двум направлениям - статическому и динамическому. Статической – задача, установление структуры молекул метаболитов ксенобиотиков, образующихся в организме, а также их распределение в организме. Динамическая- занимается вопросами механизмов реакций превращения ксенобиотиков. ксенофизиологию - изучение процессов жизнедеятельности и функции живых организмов на всем протяжении их развития в условиях действия ксенобиотиков. Особое значение в ксенобиологии имеют данные по метаболизму микроорганизмов, растений и животных, которые играют существенную роль в обезвреживании веществ антропогенного происхождения. Результаты исследований ксенобиологов учитываются при рассмотрении экологических проблем, например, при проведении мероприятий по охране окружающей среды. Биотехнология использует в синтезе органических веществ знание закономерностей метаболизма ксенобиотиков. Медициной обеспечивает безопасность лечения в результате изучения механизма действия и метаболизма новых лекарственных препаратов.Возрастание актуальности проблем, рассматриваемых в ксенобиологии, обусловлено быстрым увеличением количества синтетических соединений, вовлекаемых в круговорот веществ в природе. Среди КБ существует ряд полезных веществ, необходимые медицине, растениеводству, животноводству и т.д. Поэтому к одной из задач ксенобиологии является разработка системных методов определения биологической активности КБ. 5. Виды ксенобиотиков 1.Радиоактивные в-ва. Влияние радионуклидов на живой организм. Большие дозы радиации убивают клетку, останавливают ее деление, угнетают ряд биохимических процессов, лежащих в основе жизнедеятельности, повреждают структуру ДНК и тем самым нарушают генетический код и лишают клетку информации, лежащей в основе ее жизнедеятельности. Радиоактивные элементы, попадающие в организм, вызывают возникновение свободных радикалов – частиц, обладающих высоким повреждающим действием на живую клетку. При больших дозах происходят серьезнейшие повреждения тканей, а малые могут вызвать рак и индуцировать генетические дефекты, которые, возможно, проявятся у детей и внуков человека, подвергшегося облучению, или у его более отдаленных потомков. Из организма быстро выводятся радиоактивные вещества, концентрирующиеся в мягких тканях и внутренних органах (цезий, молибден, рутений, йод, теллур), медленно – прочно фиксированные в костях (стронций, плутоний, барий, иттрий, цирконий, ниобий, лантаноиды). Из большого числа радионуклидов наибольшую значимость как источник облучения населения представляют стронций-90 и цезий-137. 2.Микробы, паразиты. Токсины стафилококков. Стафилококковые интоксикации – наиболее типичные пищевые бактериальные интоксикации. "Они регистрируются практически во всех странах мира и составляют более 30% всех острых отравлений бактериальной природы с установленным возбудителем"8. Пищевые отравления вызываются в основном токсинами золотистого стафилококка. 3.Промышленные в-ва 4.Красители, консерванты 5.Лекарственные препараты 6.С/х удобрения. Пестициды – химические соединения, применяемые для защиты культурных растений от вредных организмов. Пестициды различаются по объектам применения. Например: гербициды используются для борьбы с сорными растениями, зооциды – для борьбы с грызунами, инсектициды – для борьбы с вредными насекомыми. Больше всего пестицидов может содержаться в овощах, молочных продуктах, зерне и зернобобовых, меньше всего – в рыбе и растительных маслах. Острые отравления пестицидами встречаются довольно редко. Гораздо чаще наблюдаются хронические отравления пестицидами и их метаболитами. Применение химических средств защиты растений ставит ряд проблем. Первая из них связана с тем, что определенные пестициды, например ДДТ и ртутьорганические соединения, имеют тенденцию накапливаться в живых организмах. В некоторых случаях пестициды не только накапливаются в организме в количестве большем, чем в окружающей среде, но их концентрация возрастает по мере продвижения по пищевым цепям. Это явление называют эффектом биологического усиления. Вторая проблема связана с продолжительностью сохранения пестицидов в почве и на культурных растениях после обработки. ДДТ и пестициды, содержащие мышьяк, свинец и ртуть, относятся к группе устойчивых, они не разрушаются за время одного вегетационного сезона под действием солнца, ферментов или микроорганизмов. 6. История поиска биологически активных веществ. 4 основных периода: Первый период — освоение новых природных источников биологически активных веществ предками человека. Он занимает около 600- 800 тыс. лет и распространяется до появления человека разумного. Биологически активные вещества использовались прежде всего как пища: накопление и передача знаний осуществлялись в пределах узких групп. Второй период - первичное накопление знаний о биологически активных веществах человеком разумным: от первых сообществ человека разумного до античного мира (40-2,5 тыс. лет до н. э.). Реальное накопление знаний о биологической активности веществ осуществляется путем случайной выборки или «проб на зуб». Этот период включает два этапа: первый - до новых разделений труда; второй этап - начало профессионализма в передаче знаний о биологически активных веществах. Третий период: от античных времен до современности. Для него характерно все возрастающее доминирование логического мышления, стремление к систематизации знаний о биологически активных веществах. Этот период можно подразделить на четыре этапа: 1. Становление системы знаний о биологически активных веществах. (систематизируются достигнутые ранее знания, предпринимаются отдельные попытки ввести экспериментальные модели для определения биологически активных веществ. Основной целью поиска новых биологически активных веществ является создание лекарств. Этот этап завершается в первой половине XVI в.) 2. Слияние химии и медицины (возрастает поиск новых химических веществ с заданными свойствами и проводится их испытание на биологическую активность. Основная цель - создание лекарств) 3. Формирование фармакологии на основе достижений химии, биологии, медицины; (создается мощный арсенал новых химических соединений, в т. ч. и не существовавших в природе) Четвертый период: Совреенные биотехнологии и ЭВМ в сфере поиска и создания новых биологически активных веществ. 7. Формирование представлений о БАВ, разнообразие видов и классификация ксенобиотиков по видам по видам биологической активности. Живой организм - упорядоченная во времени и пространстве система взаимосогласованных химических реакций, совокупное течение которых обеспечивает устойчивое поддержание и развитие системы в направлении ее дублирования и воспроизводства. Чужеродные для данного организма вещества обладают способностью воздействовать на живую материю: на ее молекулярные компоненты, молекулярно-мембранные и биохимические процессы, физиологические и психологические проявления жизнедеятельности. Свойство живых систем быть реакционно-способными по отношению к любому ксенобиотику приводит к тому, что все хим. соед. облад. биол. активностью. Независимо от биол. активности ксенобиотика он: 1. используется для нужд организма; 2. выводится из организма; 3. остается в организме чужеродным, что вызывает более глубокую физиологическую реакцию. Принцип реакции живой материи на ксенобиотик состоит в том, что попадание в организм даже одной молекулы вызывает его ответную реакцию. Биологической активностью ксенобиотика наз. его способность изменять функциональные возможности либо компонентов организма (in vitro или in vivo), либо жив. организма в целом, либо сообщества организмов. Факторы, опред. разнообразие видов биол. активности: 1.Множество биол. объектов 2.Способ попад. в организм 3.Наличие или отсутствие дополнит. воздействий 4.Способ времени наблюдения, принцип подбора биообъекта, анализ инфекции. В зависимости от источника происхождения и практич. применения: 1. промышленные яды (органич. растворители дихлората, тетрахлорметан, ацетон, метан, пропан, бутан, анилин, фреоны) 2. хим. удобрения и средства защиты растений (пестициды) 3. лекарств. средства и полупродукты фармацевтич. промышленности 4. бытовые химикаты 5. растит. и живот. яды 6. боевые отравл. в-ва. В зависимости от преимущественного поражения соотв. органов и и тканей: - сердечные яды (раст. и живот. яды и др) - нервные яды (угарный газ, алкоголь) - печеночные яды (спирты, фенолы, тяж. металлы) - почечные яды (этиленгликоль, щавелев. к-та) - кровяные яды (бензол, анилин) - желудочно-кишечные яды (концентриров. к-ты и щелочи) - легочные яды (оксиды азота, фосфоген). |