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: 4 из 8

22. структурное строение отдельных систем биологических мембран
Каналы — это трансмембранные белки, которые действуют как поры. Иногда их называют селективными фильтрами. Транспорт через каналы, как правило, пассивный. Специфичность транспортируемого вещества определяется свойствами поверхности поры. Как правило, через каналы передвигаются ионы. Скорость транспорта зависит от их величины и заряда. Если пора открыта, то вещества проходят быстро. Однако каналы открыты не всегда. Имеется механизм «ворот», который под влиянием внешнего сигнала открывает или закрывает канал..
Переносчики — это специфические белки, способные связываться с переносимым веществом. В структуре этих белков имеются группировки, определенным образом ориентированные на наружную или внутреннюю поверхность. В результате изменения конформации белков вещество передается наружу или внутрь. Поскольку для транспорта каждой отдельной молекулы или иона переносчик должен изменить конфигурацию, скорость транспорта вещества в несколько раз меньше, чем происходит перенос через каналы. Транспорт с помощью переносчиков может быть активным и пассивным. В последнем случае такой транспорт идет по направлению электрохимического потенциала и не требует затрат энергии. Этот тип переноса называется облегченной диффузией. Благодаря переносчикам он идет с большей скоростью, чем обычная диффузия.
Насосы (помпы) — интегральные транспортные белки, осуществляющие активное поступление ионов. Термин «насос» показывает, что поступление идет с потреблением свободной энергии и против электрохимического градиента.
Насосы делят на две группы:
1. Электрогенные, которые осуществляют активный транспорт иона какого-либо одного заряда только в одном направлении. Этот процесс ведет к накоплению заряда одного типа на одной стороне мембраны.
2. Электронейтральные, при которых перенос иона в одном направлении сопровождается перемещением иона такого же знака в противоположном либо перенос двух ионов с одинаковыми по величине, но разными по знаку зарядами в одинаковом направлении.

23. Проницаемость мембран к различным веществам. Коэфициенты проницаемости и распределения.


Биологические мембраны проницаемы лишь для небольшого числа низкомолекулярных  жирорастворимых веществ (глицерин,спирты, мочевина и др.). Такая  проницаемость (простая диффузия) играет сравнительно малую роль впроцессах переноса веществ через мембраны.

В кач-ве количественного параметра проникновения в-ва в клетку вводится коэф-т проницаемости. Скорость переноса определяют по закону Фика: _*_= -DKp*_

D – коэф-т диффузии, А – площадь поверхности, Сн и Св – конц-и снаружи и внутри, Кр – коэф-т распределения, отношение концентрации растворенного в-ва в мембране к конц-и мембраны; Х- расстояние, преодолеваемое соед-ем при прохождении ч/з мембрану.

Р=DКр/_х (коэффициент проницаемости Р) является единственной из­меряемой величиной, характеризующей мембрану и переносимое рас­творенное вещество, которую легко вычислить, используя выражение:

dS/dt = РА*(СН – СВ), где размерность Р - длина в единицу времени (т. е. скорость), см/с.

Во всех случаях прохождения растворенных веществ через плазма­тическую мембрану обнаруживается тесная связь между проницаемо­стью и коэффициентом распределения для системы масло-вода. Чем выше липофильность вещества, тем выше коэффициент распределения.

Для различных веществ способность проникать через мембрану определяется и коэффициентом распределения. Отношение концентраций какого-либо вещества, состоящего из про­стых молекул, в двух находящихся в равновесии фазах имеет постоян­ное значение и называется константой распределения Кр: КР = С2/С1 ;где С1 - водная фаза, С2 - неводная фаза (масло, липид).

Для этой формулы не учтены взаимодействия в системе м/у молекулами растворенного в-ва и молекулами растворителя.

Коэффициент распределения некоторого вещества зависит от спо­собности его молекул к образованию водородных связей. При этом для соединений с одинаковым коэффициентом распределения в систе­ме липид-вода скорость диффузии через мембрану может значительно варьировать в зависимости от пространственной структуры молекул.

Электрохим. потенциал (µ) хар-ся свободной энергией некоторого в-ва j и другими видами потенциальной энергии, является относительной величиной:

µj = µj*+RT lnCj+ZjFΨ; µj* - энергия на единицу кол-ва в-ва; Cj – конц-я в-ва; Zj-заряд иона; Ψ – электрич потенциал; R- газовая постоянная; Т – абсолютная температура; F- постоянная Фарадея.

В случае переноса ч/з мембрану незаряженных частиц:

µj = µj*+RT lnCj

Система нах-ся в состоянии равновесия, когда электрохимич-й попенциал в-ва одинаков по обеим сторонам мембраны:

µjВ = µjН


24. Влияние ксенобиотиков на барьерно-транспортные свойства мембраны и физико-химические характеристики цитоплазмы.
Физико-химические изменения в цитоплазме являются ведущими в процессах жизнедеятельности клетки.

Вязкость. В протоплазме обнаружена структурная вязкость. Цитозоль содержит систему микрофиламентов, белки и РНК, которые образуют коллоидные растворы (золь(невязкий) или гелем (невязкий)). Вязкость определяют как сопротивление передвижению одного ее слоя относительно другого. Вязкость служит хорошим показателем физиологического состояния, уровня их жизнедеятельности. В структурной вязкости находит отражение реакция живых организмов на изменение внешних условий и на химические агенты.

Движение цитоплазмы. Довольно распространенное явление, играет важную роль в осуществлении обмена и распределения веществ внутри клетки, а так же характеризует уровень жизнедеятельности клетки. Скорость движения цитоплазмы варьирует и зависит от условий окружающей среды (света,температуры, рН) и от присутствия ксенобиотиков.

Изоэлектрическая точка цитоплазмы. Все амфолиты способны давать двойственные ионы: + и -. При определенном значении рН образуется одинаковое количество положительных и отрицательных зарядов (сумма равна 0), белок становится нейтральным. Значение рН, при котором белок имеет минимальный электрический заряд, принято называть ИЭТ. Многие физиологические свойства белка зависят от его электрических свойств, поэтому ИЭТ он имеет минимальное значение вязкости, растворимости, степени гидратации, осмотического давления и электропроводности. Различные ксенобиотики, имеющие кислотные или щелочные свойства, способны сдвигать величину рН в ту или иную сторону и изменять ИЭТ цитоплазмы.

Влияние ксенобиотиков на проницаемость мембран. Биологическая способность ксенобиотиков определяется их способностью взаимодействовать с клеточной мембраной и изменять ее проницаемость для ионов. Химические соединения вызывают структурные перестройки в мембранах, могут изменять условия для диффузии других соединений, как гидрофобные липидные участки, так и через гидрофильные поры (каналы). Способны воздействовать на переносчики, могут влиять на транспорт соединений, которые переносятся через биологические мембраны. Активный перенос может ингибироваться соединениями, нарушающими сопряжение между транспортной системой и источником энергии.

25. Пути поступления и выведения ксенобиотиков.

Основные пути поступления токсических ксенобиотиков (промышленных ядов, пестицидов) в организм человека это пищеварительный тракт (около 70 %), дыхание (около 20 %) и через кожу.

Через слизистую оболочку дыхательных путей поступают ксенобиотики, находящиеся в газо- и парообразном состоянии, в виде аэрозолей и пыли.

Через кожу проникают липофильные вещества, находящиеся в жидком или газообразном состоянии при непосредственном контакте.

Проникновение ксенобиотиков через слизистую оболочку пищеварительного тракта наблюдается при аварийных ситуациях в результате заглатывания распыленных в воздухе токсических аэрозолей, при применении отравляющих веществ, при поступлении отравленных пищи и воды.

Экскреция ксенобиотиков и их метаболитов через различные выделительные системы – заключительный этап в процессе поступления и трансформации. Экскреция осуществляется через почки, легкие, кожу, кишечник, слюнные, потовые, слезные, сальные, молочные железы.

В основе почечной экскреции: клубочковая фильтрация, канальцевая секреция, канальцевая реабсорбция.
экскреция ксенобиотиков легкими. Удаляются в основном летучие и газообразные вещества (ингаляционные наркотики и их метаболиты), промышленные газы, продукты печеночной биотрансформации многих токсических веществ, в т.ч. хлорированных углеводородов, этанол.
экскреция ксенобиотиков печень осуществляется путем выделения метаболитов или конъюгатов из гепатоцитов через систему желчных ходов или обратного всасывания в синусоиды и через почки. Интенсивность желчной экскреции зависит также от соотношений между константами связывания ксенобиотиков с белками гепатоцитов и плазмой крови.


26. Общая схема процесса биотрансформации


Окислительные, восстановительные и гидролитические процессы относятся к преконъюгационным, а реакции синтеза – к конъюгационным. Общая тенденция: превращение экзогенного вещ-ва в более полярную форму и далее связывание образовавшегося производного с высокополярным фрагментом. Широко в ж.о. представлены ферменты и ферментативные системы. Они катализируют процессы гидролиза, окисления, восстановления ксенобиотиков и синтез метаболитов. Наиболее активная система в метаболических превращениях – микросомные ферменты. Реакции, которые участвуют в путях биотрансформации чужеродных соединений делят на 4 класса: 1)реакции окисления; 2)реакции восстановления; 3) реакции гидролиза; 4)реакции конъюгации.

1. Реакции окисленияОксигеназа(монооксигеназа) – фермент, катализирующий реакцию элементарного кислорода с субстратом,в процессе один из атомов кислорода входит в состав субстрата, а второй реагирует с другим акцептором. Основной компонент монооксигеназной системы- цитохром Р-450.

• 
  Окисление спиртов и альдегидов осущ алкогольдегидрогеназой и альдегидоксидазами.
  
• 
  Окисление аминов- в результате окисления диэтиламина образуется диэтилнитрозамин(канцероген).
  
• 
  Гидроксилирование кольцевых систем. Алициклические кольцевые структуры гидроксилируются легче, чем ароматические.
  
• 
  При реакции окисления с участием фермента эпоксидазы образуется эпоксидное кольцо.
  
• 
  Оксиление или окислительное замещение органической серы.
  
• 
  Окислительное дезалкилирование О- и N- атомов.
  

2.Реакции восстановления

1)Альдегиды и кетоны могут восстанавливаться в спирты под действием алкогольдегидрогеназ.

2)Восстановление нитро- и азогрупп. Ряд ароматических нитросоединений восстанавливаются нитроредуктазой.




O₂ N NH₂


3)Восстановление N-оксидов. Процесс катализируется N-оксидредуктазами

4)Немикросомное метаболическое восстановление

5)Восстановление дисульфидов, которые распадаются до тиолов

6)Восстановлние двойных связей

7)Дегидроксилирование

3.Гидролиз.Чужеродные вещества гидролизуются с помощью ферментов гидролаз.

1)Гидролиз эфиров карбоновых кислот. Ферменты, катализирующие гидролиз эфиров называют эстеразами. Их можно классифицировать по группам веществ, на которые они воздействуют: а)арилэстеразы; б)ацетилэстеразы; в) карбоксилэстеразы; г) холинэстергидролазы.

2)Гидролиз амидов, гидразидов и нитрилов.

3)Фосфорорганические вещества гидролизуются с помощью ферментов фторгидролаз, сульфатаз.

4.Реакции конъюгации – процессы биосинтеза, в результате которых из ксенобиотиков или их метаболитов и эндогенных продуктов образуются сложные вещества.

Схема реакции конъюгации: _{фермент}

RX+ эндогенное соед(донорное в-во) конъюгат

Это энергозависимые процессы, подраздел на 2 группы: 1)процессы, где образуются активированные конъюгирующие агенты(метилирование, ацетилирование, глюкуронидирование). 2) процессы, где образуется активированный субстрат(аминокислотная конъюгация).

Реакции конъюгации катализируются трансферазами.

1)Ацетат конъюгируется при участии ацетил-КоА с некоторыми ароматич аминами и сульфонамидами. Катализируется ацетил-трансферазами.

2)Конъюгация глицина с бензойной кислотой.

3)Глутатионовая конъюгация

4)Алкилирование с участием метионина и этионина

5)Рибоза и глюкоза(гликолизирование)

6)Конъюгация ксенобиотиков с глюкуроновой кислотой.

7)Сульфатная конъюгация(сульфатирование)
Дегалогенирование

Реакции дегалогенирования хлорсодержащих ксенобиотиков можно отнести к преконъюгационным. Виды реакций дегалогенирования: гидролитические, восстановительные, окислительные.

27. Функционирование ферментативных систем

Все биохимические реакции носят ферментативный характер, т.е клетки обходятся без высокой температуры и давления благодаря деятельности биологических катализаторов (ферментов) способных ускорять реакции в миллионы раз в обычных условиях.

Ферменты – это белковые молекулы, выполняющие биологические, каталитические функции.

Специфичность – это свойство ферментов, определяющее биологическую значимость этих молекул.

Выделяют субстратную и каталитическую специфичности, определяемые строением активного центра. Среди субстратной специфичности определяют:

1)абсолютную

2)групповую

3)стереоспецифичность
каталитическая специфичность: фермент катализирует превращение субстрата по одному из возможных путей превращения.

Большинство ферментов для проявления ферментативной активности нуждаются в низкомолекулярных органических соединениях небелковой природы (Коферментах) и\или в ионах металлов (КА-факторах) Zn²⁺, Cu²⁺, Fe³⁺, Mg²⁺, Co²⁺, Ni²⁺.

Коферменты производные витаминов (группы В – участвуют в ОВР, накапливают АТФ), геммы в цитохромах, нуклеотиды являются донорами и акцепторами фосфорной кислоты, ФАСФ, САМ, глутатион.

E+S→ES→EP→E+P

28. Характеристика ферментов, катализиющих метаболизм ксенобиотиков. Особенности ферментов, участвующих в реакции окисления.

Общая картина превращения ксенобиотиков в высших организмах представляется следующей: ксенобиотик – диссимиляция(р-ция при конъюгации) – продукты окисления, восстановления и гидролиза – синтез(конъюгация) – конъюгант.

Окислительные, восстановительные и гидролитические процессы называют реакциями функциональными или преконъюгационными, а реакции синтеза - конъюгационными.

Общей тенденцией является превращение экзогенного вещества в более полярную форму и последующее связывание образовавшегося производного с высокополярным фрагментом, который облегчает вы­деление ненужных организму веществ посредством имеющихся у него соответствующих функций.

Наиболее широко в живых организмах представлены ферменты и ферментативные системы, катализирующие процессы окисления, вос­становления, гидролиза ксенобиотиков и синтеза метаболитов, содер­жащих эндогенные соединения. Наиболее активной системой метаболических превращений являются микросомные ферменты р-ции участие в путях биотрансформации чужеродных соединений разделяют на 4 класса: ок-ие,восст-ие, гидролиз, конъюгация.

Окисление: особое место принадлежит микросомным монооксигеназам – они катализируют реакцию элементарного кислорода с субстратом, в результате один из атомов кислорода входит в состав субстрата, второй реагирует с другим акцептором, чаще всего с водородом.

В качестве основного компонента монооксигеназные системы содер­жат терминальную оксид азу - цитохром Р-450(он взаимодействует с субстратом и молекулярным кислородом, а также принимает электроны от соответствующих доноров). Различают микросомальную, митохондриальную и бактериальную монооксигеназные системы цитохрома Р-450.

1)Окисление спиртов и альдегидов осуществляется сравнительно малоспецифической алкогольдегидрогеназой, более специфичными альдегндоксидазами и др. ферментами:

Окисление спиртов в альдегиды или кетоны:

RCH₂OH -> RCHO + Н₂0,

R,CHOHR₂ -► R,COOR₂ +Н₂0.

Окисление альдегидов в карбоновые кислоты: