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: 3 из 8

16. Общие закономерности. Адсорбция. Изотермы Ленгмюра. Зависимость доза-эффект.

Многие ксенобиотики, действуют непосредственно на поверхности клетки, адсорбируясь на клеточной мембране. Адсорбция какого-либо вещества - обратимое концентрирование на поверхности и опре­деляется суммой всех химических связей. Адсорбцию на поверхности делят на: 1. Неспецифическую адсорбция характерна для веществ амфифильной природы, имеющих концевую гидрофильную группу,связанную с относительно большим гидрофобным остатком. 2. Специфическая адсорбция свойственна гидрофобным веществам, которые стремятся разместиться на поверхности, имеющей химически комплементарный характер.

1918г – Ленгмюр вывел уравнение, позволяющее получить количественные хар-ки адсорбции. Основные положения: 1.энергия адсорбции постоянна и не зависит от степени заполнения поверхности; 2.адсорбция происходит на локальных центрах, и адсорбированные молекулы между собой не взаимодействуют; 3.максимальная возможная адсорбция соответствует полному за­полнению монослоя.

Г=Г_max*(C/ (K_cd+C)), где

Г- Число молей вещества, адсорбированного на поверхности, выража­ется в виде функции равновесной концентрации вещества С в растворе, К_cd - константна сорбции-десорбции, Г_max-число молей раство­ренного вещества, адсорбированного на поверхности адсорбента с об­разованием полностью заполненного монослоя; С -концентрация ксе­нобиотика в растворе.

Изотерму Лэнгмюра можно представить в линейной форме. 1/Г= (1/ Г_max)+( К_cd/ Г_maxC).

Известно несколько типов кривых, характеризующих процесс ад­сорбции:

1.L- нормальные изотермы Лэнгмюра, кривые характеризующие адсорбцию молекул, ориентированных на поверхности горизонтально. 2.S-кривые, соответствующие вертикальной ориентации молекул относительно поверхности. 3. Н-кривые, характеризующие случаи с высокой степенью сродст­ва;
Кривая доза-эффект (или концентрация-эффект) описывает изменение влияния некоторого лиганда на биологический объект в зависимости от концентрации этого лиганда. Такая кривая может строиться как для индивидуальных клеток или организмов (когда небольшие дозы или концентрации вызывают слабый эффект, а большие — сильный: градуированная кривая) или популяций (в таком случае подсчитывают, у которого процента особей некоторая концентрация или доза лиганда вызывает эффект: корпускулярная кривая).

Изучение зависимости доза-эффект и построение соответствующих моделей является основным элементом для определения интервала терапевтических и безопасных доз и / или концентраций лекарств или других химических веществ, с которыми сталкивается человек или другой биологический объект.

Основными параметрами, которые определяются при построении моделей, является максимальный возможный эффект (Еmax) и доза (концентрация), что вызывает полумаксимальный эффект (ED50 и EC50, соответственно).


17. Основные этапы: связывание молекул эффектора с мембранактивными (рецепторными) структурами и «пострецепторное» развитие реакции; условия доступа и взаимодействия эффектора с активными центрами, стехиометрия и кооперативность связывания. Модель «биофазы».


Основные этапы: связывание молекул эффектора с мембранактивными (рецепторными) структурами и «пострецепторное» развитие реакции; условия доступа и взаимодействия эффектора с активными центрами, стехиометрия и кооперативность связывания. Модель биофазы.

Анализ раз­вития мембранотропных эффектов должен опираться на совокупность модельных представлений, отражающих течение двух основных эта­пов:

1.связывание молекул эффектора с некими центрами сродства(рецепторами), инициирующими процесс, т.е. важны процессы доступа эффектора к мембраноактивным центрам. 2. последующее развитие реак­ции(биологического ответа).

Предполагая, что образование комплекса лиганд(ксенобиотик)/ мембраноактивный центр происходит при отсутствии диффузионных ограничений со стехиометрией 1:1 и независимости мест связывания др от др( образование комплекса с одним из мембраноактивных центров не влияет на взаимодействие остальных активных центров с молекулами лиганда), реакция связывания лиганда А с местом связывания( рецептором) R записывается: где к, к' - константы скоростей прямой и обратной реакции соответст­венно.

При локализации рецепторов прямо на поверхности мембраны равенство для скорости изменения концентрации Z - комплексов лиганд-рецептор во времени условиях (общ. Концентрация мест связывания Q, концентрация эффектора C). избыткок лиганда (С » Q): Dz/dt=K(Q-Z) *C-K’ Z. Равновесие Dz/dt=0: Z^равн= QC/(K+C).

При локализации рецепторов внутри мембраны процесс образования комплексов «рецептор-эффектор» будет развиваться иначе. Кривая развития процесса примет S-образную форму.

БИОФАЗА. Биофаза - компартмент, содержащий рецепто­ры и находящейся в контакте со средой. По Фурхготту, биофаза находится в непосредственном контакте с компартментом, являющим­ся источником эффектора;

количества образовавшихся комплексов

QCB/(B+K1)

Z = ,

С + (К₂ + К₂/К1)( В+К1)

где К1 = К1/ К1- коэффициент распределения эффектора между биофа­зой и средой, содержащей эффектор в концентрации С;

К₂ = k₂'/k₂ - константа диссоциации комплекса.

Можно допустить существование комплексов лиганд-рецептор RA_n с любыми стехио­метрическими коэффициентами. Могут, например, существовать мно­говалентные места образующие комплексы RA_n путем последовательного присоединения лигандов:

R +А = RA₁ →RA₁ + А = RA₂ →…..→RA_n-1 ⁺А = RA_n.

Кооперативность. Различают: положительная кооперативность (присоединение каждой последующей молекулы облегчается вследствие посадки предыдущей), отрицательная (присоединение каждой последующей молекулы затрудняется вследствии посадки предыдущей ).Способы обнаружения кооперативности: 1.Препарат рецепторов, насыщенный радиоактив­ным лигандом, можно перенести в среду, не содержащую его, и изме­рить скорость диссоциации «меченых» комплексов.2.рассчитать константы скорости связывания лиганда препа­ратом рецепторов при высоких и низких концентрациях; 3.анализ характера отличий концентрационной зависимости количества связывающегося лиганда от классического уравнения.

18.Многоканальная система передачи сигнала. Особенности мембранотропных эффектов и развитие реакции на действие ПАВ. Основные закономерности и механизмы, лежащие в основе этих эффектов.


Многокональная система передачи сигнала. Особенности мембранотропных эффектов и развитие реакции на действие поверхностно-активных веществ. Основные закономерности и мезанизмы, лежащие в основе этих эффектов.

Многоячеечные системы. Каждая ткань животного - почки, печень, сердце, мозг или жи­ровые отложения (ткани) - рассматривается как ячейка. После того как вещество попадает в организм, оно начинает перемещаться током кро­ви. Каждая ячейка характеризуется своим размером, содержанием жи­ра, скоростью тока крови, коэффициентом распределения, определяю­щим способность вещества перемещаться из крови в ткань. Определив скорость поглощения и скорость выведения вещества, а также подобрав соответ­ствующие математические соотношения, можно с помощью ЭВМ соз­дать модели многоячеечной системы. В рамках разработанной модели возможно провести анализ взаимного влияния различных переменных и прогнозировать те ситуации, которые невозможно воспроизвести экспериментально.

Мембранотроптое действие какого-либо вещ-ва – прямая или косвенная модификация мембранных структур, вызываемая соответствующими соединениями, и наступающие в результате этого изменения свойств биологической мембраны. Классификация мембранотропных эффектов: 1) «специфическое» или «неспецифическое» действие хим. соед. 2) Хим соед: эндогенные продукты и «посторонние» по своей хим природе вещ-ва. 3) Вещ-ва прямого мембранотропного действия и агенты, действующие косвенно ч/з вмешательство в ц/п метаболизм или иным косвенным путем.4) Мембранотропные агенты по характеру вызываемых ими функциональных сдвигов: соед., влияющие на транспорт веществ ч/з мембрану (активный или пассивный). Типы мембранотропности: 1.мембранная рецепция - вещество не проникает внутрь клетки, избирательно накапливается в мембранах, эффекты отсутствуют в бесклеточных системах, не содержат мембранной фракции. Это прямая мембранотропность. 2. стимуляция или угнетение биосинтетических процессов, протекающих в мембранах. 3. изменения под влиянием ксенобиотиков барьерно-транспортных свойств мембраны. 4. функциональное взаимодействие с веществами (стимуляция или угнетение под влиянием ксенобиотиков гормональных веществ, природных соединений.). Процесс мембранотропности делится 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.

При обработке клеток поэтапно увеличивающейся концентрацией детергента ПАВ выявлены четыре различные стадии: 1. связывание де­тергента с мембраной, при низких концентрациях молекулы детергента связываются с мембранами, вероятно, посредством внедрения во внешнюю фазу ли­пидного бислоя без существенного изменения его структуры. 2. лизис, при повышении концентрации мономеров до определенной ве­личины количество молекул детергента становится достаточным для дестабилизации мембраны. Встрайваясь пав в мембрану, обра­зовывание пор, поры деформируются в виде связанных каналов или в виде выемок на поверхности мембраны. 3. диссоциация мембраны на смесь ком­плексов липид-детергент, протеин-липид-детергент. При еще больших концентрациях вся мембрана перемешивается с молекулами детергента, что приводит к фазовому переходу - мем­брана распадается на смесь мицелл, содержащих комплексы детер­гент-липид или детергент—липид-протеин. 4. высвобождение из комплексов чистых белков. При последующем увеличении концентрации ПАВ отношение липид-белок уменьшается до тех пор, пока не происходит полное раз­деление фракций белков и липидов.

Мембраны обладают селективностью(избирательностью) по отношению к различным веществам. Коэфициенты проницаемости различаются. Молекулярные структуры упорядочены по особенному.

ПАВ мало: большая часть молекул, связывающихся с мембраной, «разрыхляет» удаленные участки мембраны и каждая их них действует независимо. Селективность снижается.

ПАВ много: молекулы располагаются плотнее и присутствие одной из них усиливает эффект другой. Еще больше снижается селективность.

19. Типы антагонизмов: конкурентный, химический, бесконкурентный, смешанный, функциональный, физический.

Антагонизм – ослабление или подавление биологического эффекта при совместном действии по сравнению с влиянием отдельных агентов.

Химический-проявляется при взаимодействии антагониста с агонистом, приводит к инактивации агониста.

Конкурентный- проявляется в тех случаях, когда антагонист взаимодействует с теми же сайтами, что и агонист, но антагонист не вызывает биологической реакции, в отличии от агониста.

Бесконкурентный – инактивация комплекса агонист-рецептор лигандом, который не образовывает комплекс с рецепторами.

Смешанный – взаимодействие агониста и антагониста с рецептором, происходит комплексообразование антагонист-рецептор; агонист-рецептор, а так же образование тройного комплекса.

Функциональный – взаимодействие агониста и антагониста с независимыми рецепторными системами.

Физический – вызывается противоположным физиологическим действием эффекторов, активирующих независимые рецептор-эффекторные системы.
Неконкурентный антагонизм – взаимодействие неконкурентного антагониста с собственными рецепторами не приводящее к независимому биологическому эффекту, а снижается эффект при образовании комплекса агонист-рецептор.

20. Механизмы взаимодействия агонистов и антагонистов с мембранными структурами. Примерами антагонизма и синергизма разных ксенобиотиков.


Аддитивность - отсутствие влияния одного ксенобиотика на ха­рактер действия другого.

Синергизм - усиление биологического ответа при совместном дей­ствии ксенобиотиков по сравнению с эффектами, вызываемыми каж­дым веществом в отдельности.

Антагонизм - ослабление или подавление биологическо­го эффекта при совместном действии по сравнению с влиянием от­дельных агентов.

Химический антагонизм, проявляется при непосредственном взаимодействии антагониста с аго­нистом, приводящим к инактивации последнего.

А+В --- Е

Антогонисты делят на классы:

1.Конкурентный антагонизм проявляется ко­гда антагонист взаимодействует с теми же сайтами, что и агонист, но в отличие от последнего антагонист не вызывает биологической реакции.

2.Неконкурентный антагонизм Взаи­модействие неконкурентного антагониста с собственными рецептора­ми не приводит к независимому биологическому эффекту, а снижает эффект при образовании комплекса агонист-рецептор.

3. метакоидным. Антагонизм, приводящий к уменьшению внутренней активно­сти агониста

4.метаффиноидным. антогонизм , при котором занятие антагонистом неконкурентного центра вызывает некоторые изменения рецеп­тора агониста, приводящие к снижению его сродства к агонисту

5. Функциональный ан­тагонизм взаимодействием двух агентов с независимыми рецепторными системами, вызывает­ся противоположное влияние в одной и той же эффекторной системе.

6.физический антагонизма вызывается противоположным физиологиче­ским действием эффекторов, активирующих полностью независимые рецсптор-эффекторные системы.

7.Бесконкурентный антагонизм инактивация ком­плекса агонист-рецептор лигандом, не способным образовывать ком­плекс с рецептором, не занятым агонистом.

Взаимодействие бесконкурентного антагониста с агонист- рецепторным комплексом возможен только когда агонист и антагонист обладают сродством к различным функциональным группам рецептора.

8. Смешанный антагонизм представляет собой более общую схему взаимодействия агониста А и антагониста В с рецепторами, допус­кающую комплексообразование рецепторов с обоими лигандами, а также образование тройного комплекса.

Эквивалентен действию смеси конкурентного и бесконкурентного антагонистов в равных концентрациях.

21. Механизмы транспорта: пассивная и облегченная диффузия, активный перенос, редокс-цепи, пиноцитоз и фагоцитоз.
Физиологическая активность ксенобиотиков зависит от способности взаимодействовать с клеточными мембранами; не менее важное значение имеет их способность проникать внутрь клетки.

Выделяют следующие формы прохождения ксенобиотиков через мембраны:

1) пассивная диффузия;

2) облегченная диффузия (переносчики);

3) активный транспорт веществ, выполняемый молекулярными машинами (АТФазы) и редокс-цепями (РЦ);

4) активный транспорт веществ, осуществляемый за счет сопряжения термодинамических (электрохимических) градиентов.

При пассивной диффузии (пассивный транспорт) ксенобиотики проходят через мембрану в результате случайного молекулярного движения, и величина потока линейно зависит от концентрации и коэффициента проницаемости мембраны для данного вещества.

Неполярные вещества легко проникают в клетку (гидрофобные грeggs способствуют увеличению проникающей способности, полярные ее уменьшают)

Количественный параметр проникновения вещества в клетку – коэффициент проницаемости. Чем выше липофильность вещества, тем выше коэффициент распределения. I/A * dS/dt = - DK_p ((c^н - с^β)/∆Х * где, где D - коэффициент диффузии; А - площадь поверхности; Сн, Св – конц. снаружи и внутри; Кр - коэффициент распределения, представляющий отношение концентрации растворенного вещества в мембране к концентрации вне мембраны; Ах - расстояние, преодолеваемое соединением при прохождении через мембрану.

P= DK_p/ ∆X – коэф. Проницаемости.

При облегченной диффузии (пассивн тр) происходит обратимое соединение транспортируемого в-ва со специфич. Переносчиком и образующийся комплекс в-во – переносчик диффундирует внутри мембраны от наружной поверхности к внутренней, где комплекс диссоциирует с высвобождением вещества внутрь клетки. Свободный же переносчик диффундирует назад к наружной поверхности мембраны, где соединяется с новой молекулой вещества, и цикл повторяется.

Активный перенос происходит с затратой энергии и идет против градиента электрохимического потенциала.

Следует различать первичный и вторичный (или сопряженный) активный транспорт.

Первичный активный транспорт - используется энергия либо АТФ, либо энергия ОВ реакций. Он подразделяется на:

а) электрогенный активный транспорт

б) электронейтральный активный транспорт

Вторичный активный перенос совершается, когда в качестве энергетических источников используются градиенты электрохимических потенциалов других ионов.

И наконец, следует отметить попадание в клетку веществ с помощью пиноцитоза и фагоцитоза (транспорт макромолекул) Пиноцитоз подразделяется на:1) адсорбция на мембране молекул в-ва; 2) впячивание или выпячивание (инвагинация) мембраны, образование пиноцитозного пузырька и отрыв его от мембраны с затратой энергии АТФ; 3) миграция пузырька внутрь протопласта, органеллы или наружу; 4) растворение мембраны пузырька (при действии фермента) или просто ее разрыв.