1. Масштабы и причины химического загрязнения биосферы

• Название: 1. Масштабы и причины химического загрязнения биосферы
• Дата: 11.12.2018
• Размер: 0.53 Mb.
• Имя файла: 779_ksenobiologiya.doc
• Тип: Документы; #59781
• страница: 2 из 8

8.Понятие о токсическом действии ксенобиотиков; приемы классификации.

Многие из ксенобиотиков являются сильнодействующими ядовитыми веществами.

Яды – химические в-ва, экзогенного происхождения которые после проникновения в организм вызывают структурные или функциональные изменения.

В зависимости от источника происхождения и практического применения токсические в-ва делят на:

1. Промышленные яды (органические растворители: дихлораты, тетрахлорметан, ацетон, метан, пропан, бутан, анилин, фреоны

2. Химические удобрения и средства защиты растений ( пестициды)

3. Лекарственные средства и полупродукты фармацевтической промышленности.

4. Бытовые химикаты

5. Растительные и животные яды.

6. Боевые отравляющие в-ва.

В зависимости от премущественного поражения соответсвующих органов и тканей:

1. Сердечные яды (сердечные глюкозиды, растительные и животные яды, трициклические антидипрессанты)

2. Нервные (угарный газ, алкоголь)

3. Печеночные ( спирты, фенолы, тяжелые металлы, грибные токсины)

4. Почечные (этиленгликоль, щавелевая к-та)

5. Кровяные (бензол, нитриты, анилин)

6. Желудочно-кишечные ( конц.кислоты и щелочи, соед.мышьяка и тяж.металлов)

7. Легочные яды ( оксиды азота, фосген)

По характеру негативного действия ксенобиотика различают понятия «токсичность» и «опастность». Токсичность – мера несовместимости в-ва с жизнью, величина, обратная абсолютному значению среднесмертельной дозы (1/LD50) или концентрации (1/LC50). Опастность чужер.в-ва – вероятность появления вредных для здоровья эффектов в реальных условиях их производства и применения.

Вредные в-ва, с кот.контактирует человек дел.на 4 класса опастности:

1.Чрезвычайно опасные

2. Высокоопасные

3. Умеренно опасные

4. Малоопасные

В зависимости от наблюдаемых явлений:

1. По типу биологического действия на мишень (мембранотвропные вещества, разобщители дыхания, ингибиторы биосинтеза ДНК и РНК)

2. Принцип LD50 или LC50 может быть распространен на любую классификацию и не обязательно связан с гибелью организма. Можно говорить в этой связи о дозе (концентрации) ксенобиотика, вдвое снижающей любую тест-реакцию (скорость биосинтеза белка, мембранный потенциал)

3. По видам токсичности и опастности ( эмбриональная, мутагенная, канцерогенная, кратковременные, длительные)

4. По избирательности действия ксенобиотиков :в-ва могут быть токсичными по отношению к различным организмам

5. По коцентрационным пределам токсического и опасного действия.

6. По характеру фармакологического действия (снотворные, нейролептики, гормональные)

В фармакологии все ксенобиотики, обладающие полезной биологической активностью, делят на:

1.Соед., способные воздействовать на патологические процессы (лекарства против разл.вирусных и бактериальных инфекций)

2. В-ва, оказывающие влияние на нормальные процессы и структуры организма в экстремальных условиях ( повышение психической и физической устойчивости – радиопротекторы, адаптогены)

3. Соед., для воздействия на нормальные процессы и структуры с целью профилактического уменьшения вероятности появления определеннных нарушений (атимутальные)

4. Соед., способные служить средствами для соматической и психической биоинженерии.

9. Ионизация и биолог.активность ксенобиотиков

В значительной степени биологическая активность чужеродных соединений определяет процессы ионизации веществ.
Сильные кислоты и сильные осно­вания полностью ионизированы при значениях pH от 0 до 14, в то время как слабые кислоты и основания в этих пределах pH имеют разную степень ионизации.

Основные положения теории Аррениуса (теория ионизации электролитов):

1. Соли, кислоты и основания при растворении в воде и некоторых других полярных растворителях диссоциируют на ионы.

2. Ионы существуют в растворе независимо от того проходит через р-р электрический ток или нет.

3.Процесс диссоциации описывается законом действующих масс. При уменьшении концентрации диссоциация становится практически полной.

4. Коэфициент Вант-Гоффа i изотонический коэфициент – связан со степенью электролитической диссоциации, i – среднее суммарное число частиц (ионов в молекуле), образующихся при диссоциации 1 молекулы.
Реально степень ионизации в р-ре определяется только 2 факторами: рН р-ра и рКа кислоты (или основания).

Рассмотрим слабую к-ту (уксусную):
Ка=1.7∙10^-5 (при 25°С)

Состояние ионизации слабых оснований также может быть охарактеризовано константами кислотности.
Рассмотрим слабые основания (NH₃):

Ка=5,5∙10^-5 (при 25°С)

Чем сильнее кислота, тем ниже ее рН (чем сильнее основание, тем выше его рН).

Степень ионизации любого в-ва можно рассчитать при известных величинах рН р-ра и рКа в-ва с помощью выражений:

В зависимости от степени ионизации ксенобиотики обладают различной биологической активностью и их можно разделить на 3 большие группы:

1. Ксенобиотики, обладающие большей биологической активностью в ионизированном состоянии

2. Более активные в неионизированном состоянии

3. Проявляющие биологическое действие в виде ионов и неионизированных молекул.

Соотношение м/у структурой и биолог.активностью ксенобиот.

Выявление связи между химической структурой соединения и его физико-химическими свойствами, с одной стороны, и характеристиками биологической активности, с другой стороны, позволяет в какой-то степени прогнозировать и предсказывать последствия при его попадании в организм, в биосферу и способствует целенаправленному синтезу в-в с заданными свойствами.

Для анализа связи между структурой в-ва и их биол.активностью используются различные физические и хим.характеристики в-ва: молекулярная масса, критическое давление, коэфициент теплопроводности, теплоемкость, поверхностное натяжение, вязкость.

Особенности показателей связи между структурой в-в и их биол.активностью:

1. Гидрофобность (липофильность), определяемая соотношением в структуре молекулы гидрофобных и гидрофильных групп, а именно сочетание двух свойств: гидрофобности и стабильности молекул в воде.

2. Ионизация (или другой показатель распределения электронов)

3. Содержание галогенов в молекуле ксенобиотика(замена атомов водорода в молекуле в-ва на атомы галогенов увеличивает устойчивость данного соединения)

4. Конформация молекул

5. Замена двойной связи в молекуле на эпоксигруппу приводит к увеличению биологической активности в-ва и в ряде случаев повышает его персистентность.

10.Роль БАВ в будущем и прогнозы их использования.

БАВ-хим.ве-ва, обладающие высокой физиологической активностью. К ним относятся: Фе, витамины, гормоны, нейромедиаторы, иногда яды. БАВ играют важную роль в жизни растений, животных и человека, регулируя все жизненно важные процессы (дыхание,рост,развитие,обмен ве-в).

Обработка яблок БАВ с целью уменьшения физиологических заболеваний при хранении получает все большее распространение. Экзогенные БАВ поступают в составе продуктов питания: витамины, минеральные соли, пептиды, гликозиды, находясь в малых количествах, они обеспечивают полноценную работу органов и систем.

БАВ из морских водорослей обладают противоопухолевым, онкопрофилактическим, противовирусным, антибактериальным, противогрибковым, противовоспалительным и др. полезными свойствами.

БАВ из морских водорослей изучаются и используются для приготовления фармацевтических, пищевых, косметических и с/х препаратов. Противоопухолевую активность проявляют цельные морские водоросли, экстракты, а также различные очищенные БАВ из них. БАВ (антибиотики, Фе, витамины), полученные микробиологическим синтезом, находят широкое применение в медицине, с/х, в пищевой и легкой отраслях промышленности. В медицине БАВ применяется для профилактики многих заболеваний и повышения эффективности их лечения, способствуют профилактике диабета, сердечно-сосудистых заболеваний, атеросклероза. Некоторые ве-ва могут задерживать рост злокачественных опухолей или подавлять их развитие. Микробиологическое производство БАВ и препаратов является важным направлением промышлен.биотехнологии, обеспечивающим народное хозяйство такими ценными продуктами, как А.К., антибиотики, удобрения и средства защиты растений.

Биологически активные добавки- композиции БАВ, предназначенные для приема с пищей или введения в состав пищевых продуктов. В настоящее время БАДы к пище являются наиболее эффективным способом устранения дефицита витаминов, при условии сод-я БАВ в дозах, соответствующих физиологическим потребностям человека.

В будущем можно ожидать, что роль биологически активных веществ как основы для регуляции нормальных и патологических состояний человека возрастет за счет качественного изменения областей их использования при возможном снижении их тотального применения во многих традиционных областях.


11.Плазматическая мембрана-первичная мишень действия ксеноб.Мембранактивные структуры.

Мембранактивные стру-ры играют важную роль в обмене ве-в как м/у клеткой и средой ,так и м/у внутриклеточными компортментами.Через внешн. плазматич. мембрану происх.выход всех продуктов распада и действие различн.эндоген. и экзоген.факторов.

Мембрана-двойной липидный слой,пронизанный белками(интегральные и переферические )(липиды хвостами внутрь-гидрофобн.,головками наружу-гидрофильн.)

Ф-ции мембр:

- отдел кл-ки от внешн среды

- контр и регул в-в через мембрану

- участие и обеспеч межкл взаимод передача внутрь кл-ки сигналов

-преобр энерг орган в-в в энерг АТФ.

Липиды мемб предс: - фосфолипидами – гликолипидами- холестерол

Ф-ции мембр липидов: - формир среду для функцион мембр белков, принимает в ней нативн конф.

- прдшест втор посредником при перед гормон сигнал

- выполн якорную ф-цию

Ф-ции Белков:

-ферментат

- транспорт в-в

-рецепторная

Для мембр характерно – трансмембранная ассиметрия(разл по липидному и белковому сост внутр и внешн пов-ти)

- жидкость мембр(способн липид и белков к дифузии)

Перенос в-ва через мембрану – пасивн диф: 1прост диф(мал непол мол-лы), 2. Облег диф(с пом каналов и белков мембран)

- активн тр-т(против градиента конц с затрат энергии).

12.Концепция рецепторов.Принцип Эрлиха.

Принцип Эрлиха:ве-ва не действуют ,не будучи связанными.

определения понятия рецептор:По Вуду: Многие агенты обладают четырьмя признаками: 1) они действуют в низких (микромолекулярных) концентрациях; 2) их активность в сильной мере зависит от изменений в химической структуре; 3) их ак­тивность может подавляться селективными антагонистами 4) активность антагонистов также сильно зависит от изменений в химической структуре».

По Куатреказасум, основные признаки рецепторов:

1.взаимодействие эффектора с рецептором должно отвечать требованиям определенной пространст­венной и структурной специфичности.

2.количество связываю­щих мест должно быть ограниченным, и, связывающие места должны быть насыщаемыми. 3.связывание эффектора должно иметь тканевую специфичность, соответствующую его биоло­гической специфичности. 4.связывающие места должны об­ладать высоким сродством к гормону, а их концентрация должна соот­ветствовать физиологической концентрации гормона. 5.связыва­ние эффектора рецептором должно быть обратимым.

ре­цептор - как центр связывания агента, выполняющего в организме соответствующую регуляторную функцию, причем такое связывание инициирует специфическую реакцию.

Два метода для выделения ре­цепторов. 1.обычные методы вы­деления мембранных белков. (солюбилизируют) с помощью детергента, а затем очищают хроматографическими методами. 2. метод основывается на использовании фотореактивных реагентов Сначала лиганд (гормон) обрабатывают фотореак- тивным реагентом и связывают (сшивают) с рецептором под действи­ем света. После этого мембрану обрабатывают детергентом и выделя­ют комплекс лиганд - рецептор, используя радиоактивную метку.

Молекула рецептора состоит, из двух частей. Одна наружная, служит для связывания вещества Вторая, менее полярная часть молекулы рецептора, служит для ее закрепления в липидном бислое и передачи принятого сигнала внутрь клетки.

критерии, по которым судят о наличии ре­цепторов:

1.высокое сродство, характеризующееся тем, что агент действует при низкой концентрации (10'⁹М и ниже);

2.кри­вая, описывающая процесс взаимодействия эффектора с местами свя­зывания на мембране от концентрации, должна выходить на плато, поскольку количество рецепторов (мест связывания) ограничено; 3. различная биологическая активность пар оптических изоме­ров (стереоспецифичность)

4. тканевая специ­фичность биологического действия веществ

3.взаимодействие возможно только при строгом соответствии простран­ственных и зарядовых геометрий, а связывание эффектора с рецептором должно быть обратимым.
13.Мембранотропные эффекты.
Мембранные структуры играют первостепенную роль в обмене веществ как между клеткой и средой, так и между внутриклеточными компортментами.
Мембранотропное действие – это прямая или косвенная (опосредованная) мо­дификация мембранных структур, вызываемая соответствующими соединениями, и наступающие в результате этого изменения свойств биологической мембраны, прежде всего транспортных характеристик. Соединения, вызывающие изменения каких-либо характеристик биологических мембран, можно разделить на вещества прямого мембранотропного действия и агенты, действующие опосредованно через вмешательство в цитоплазматический метаболизм или иным косвенным путем. Это разделение условно, т.к. часто мембранотропный эффект оказывается результатом и прямого, и косвенного действия химического агента на мембрану. Влияние агента на мембрану редко ограничивается изменением какого-то одного структурного элемента, функцией или одной регестрируемой характеристики.

Типы взаимодействий:

-первичное взаимодействие с биологической мембраной

- вторичное влияние на мембранные функции

Классификация мембранотропных эффектов:

1.«специфическое» или «неспецифиче­ское» действие.

2.эн­догенные продукты и «посторонние» по своей химической природе вещества.

3.вещества прямого мембранотропного действия и агенты, действующие через вмешательство в цитоплазму.

4.мембранотропные агенты по характеру вызываемых ими функциональных сдвигов.
14. Типы мембранотропности ксенобиотиков:

1. Мембранная рецепция - вещество не проникает внутрь клетки, избирательно накапливается в мембранах, эффекты отсутствуют в бесклеточных системах, которые не содержат мембранной фракции (прямая мембранотропность)

2. стимуляция или угнетение биосинтетических процес­сов, протекающих в мембранах (изменение активности мембранных ферментов, скорости синтеза мембранных белков, липидов)

3. изменения под влиянием ксенобиотиков барьерно­транспортных свойств мембраны (может быть прямой и опосредованной)

4. функциональное взаимодействие с веществами, стимуляция или угнетение под влияни­ем ксенобиотиков гормональных веществ, природных соедине­ний.

Мембранотропный процесс и его анализ делятся на три части:

а) установление характера и локализация центров связывания;

б) оценка сродства к ним эффектора;

в) исследование развития реакции объекта на образование ком­плексов центров связывания с молекулами эффектора.

Химические связи определяющие взаимодействие ксенобиотиков.

Типы химических связей: ковалент­ные, ионные (электростатические), водородные, ван-дер-ваальсовы. Образование или разрыв любой из этих связей пред­ставляет собой химическую реакцию, протекающую с изменением энергии.

Ковалентная связь образуется за счет обобществления двумя ато­мами пары электронов, принадлежащих этим атомам, значительно прочная, энергия – 230-1000 кДж/моль.

Электростатические взаимодействия (ионная связь). Возникают между ионами, между ионом и диполем, между двумя диполями. Участвуют силы с большим радиусом действия, притяжение атомов происходит на большом расстоянии. Энергия - 20 КДж/моль.

Водородные связи образуются при очень малом расстоянии между взаимодействующими атомами и строго ориентиро­ваны в пространстве, основная роль в стабилизации конформаций молекул белков и нуклеиновых кислот. Энергия - 12-20 КДж/моль.

Ван-дер-ваальсовы связи возникают только когда геометрия двух молекул дает возможность двум атомам, способным к образованию связи, по­дойти друг к другу на достаточно близкое расстояние. Ван-дер-ваальсовы связи образуются потому что моле­кулы обладают энергией, достаточной для колебаний их атомов. Энергия - 20 КДж/моль.

15. Поверхностные явления на разделе фаз воздух-вода, масло – вода.

Ван-дер-ваальсовы силы обеспечивают взаимное притяжение всех молекул, находящихся в контакте друг с другом. В объеме жидкости они действуют во всех направлениях, с одинаковой интенсивностью.
На границе раздела воздух-вода молекулы испытывают лишь ничтожное воздействие газовой фазы и притяжение их жидкостью почти не имеет про­тиводействия. Расположенные на поверхности молекулы втягиваются внутрь жидкой фазы, и поверхность приобретает конфигу­рацию с минимально возможной площадью. Между молекулами растворителя, находящегося в поверхностном слое и внутри основного объема раствора, происходит постоянный обмен молекулами растворителя.
Граница раздела жидкость-жидкость (поверхность между двумя несмешивающимися жидкостями) по свойствам подобна границе воздух-вода, но разница в силах приятжения каждой из жидкостей, действующих на молекулы в поверхностом слое, в этой ситуации значительно меньше. Поверхностное натяжение у границы жидкость-жидкость почти не отличается от разности величин поверхностного натяжения каждой из жидкостей на ее границе с воздухом. Амфифильные вещества стремятся сконцентрироваться на границах раздела несмсшивающихся жидкостей. Молекулы этих веществ состоят из углеводородных цепей, связанных с короткой полярной «головкой». Для попадания в воду углеводородная цепь должна разорвать водородные связи между молекулами воды, которые энергетически препятствуют этому разрыву. Поэтому амфильные вещества располагаются на границе раздела масло-вода таким образом, что гидрофильная «головка» находится в воде, а липофильные углеводородные цепи размещаются в масле, взаимодействуя с подобными себе цепями. Накопление амфильного вещества на границе раздела прекращается сразу же после того, как на ней образуется мономолекулярный слой этого вещества. Монослой является местом постоянного турбклентного обмена с другими молекулами амфильного вещества, стремящегося занять место в пограничном слое. На границе раздела могут накапливаться как растворимые, так и нерастворимые вещества.