ксенобиология. ответы. экзамен. 1. Масштабы и причины химического загрязнения. Классификация загрязнений
 Скачать 1.55 Mb.
|
|
1.Масштабы и причины химического загрязнения. Классификация загрязнений: химические (изменение состава окружающей среды), биологические, физические (шум, вибрации, излучение), естественные (вулканы, наводнения, загрязнения), антропогенные. До 6 млн загрязнений находится в окружающей среде. 90% синтетического происхождения. Серьёзные экологические проблемы связаны с действием 2 основных факторов: увеличение численности населения и быстрый рост промышленного производства. Основные причины химического загрязнения: 1)значительное увеличение объёма производства связано с повышением производительности труда. 2) появление экологически опасных веществ техники и технологии (АЭС, холодильные установки, утечка аммиака, нефтеперерабатывающие заводы). 3)накопление на предприятиях больших запасов химических веществ. 4)резкое повышение расходования природных ресурсов (нефть, газ, уголь, сланцы, торф, древесина) с выбросом продуктов хозяйственного использования в биосферу. 5)повышение сложности технических систем, которыми оперирует человек, приводящие к увеличению частоты промышленных аварий и катастроф (АЭС, установки фрионами и аммиаком, танкеры с нефтепродуктами). Пути загрязнения : 1) выброс в атмосферу > атмосферные осадки > почва > с/х растения > человек. 2) промышленные, бытовые отходы > вымывание дождём > почва > растения > животные > человек. 3) сброс в поверхностные воды > водная флора и фауна > рыба > человек. 2.Основные типы глобального хим загрязнения, их токсикологическая и экологическая характеристика. Выделяют следующие типы веществ, вызывающих глобаль ное химическое загрязнение биосферы:сгазообразные вещества; тяжелые металлы; удобрения и биогенные элементы; органические соединения; радиоактивные вещества (радионуклиды) − предмет изучения радиобиологии. Газообразные вещества. Наибольшее беспокойство вызывает загрязнение атмосферы углекислым газом (СО2), угарным газом (СО), оксидами азота и серы, фторсодержащими углеводородами, полициклическими ароматическими углеводородами. Причины роста содержания углекислого газа в атмосфере: сжигание ископаемого топлива, вырубка лесов, окисление органического вещества поч вы. Угарный газ образуется при неполном сгорании углерод содержащих веществ. Наибольшие его количества образуются в результате вулканической деятель ности и окисления метана в атмосфере. СО образует высокотоксич ные соединения – карбонилы, может связываться с гемоглоби ном крови. Оксиды азота и серы образуются при сжигании ископаемого топлива. Воздействие оксидов серы на дыхательные пути приводит к увеличению числа респираторных заболеваний у населения, ослабляет иммунную защиту у людей и животных и т. д. Тяжелые металлы. Наиболее часто металлы попадают в окружающую среду в результате промышленных сбросов в водоемы со сточными водами, не подвергающимися эффективной очистке, а также при использовании пестици дов, в состав которых они входят. К числу наиболее токсичных металлов следует отнести кадмий, ртуть, свинец, хром и некоторые дру гие: они оказывают повреждающее действие на биообъекты в концентрациях, не превышающих 1 мг/л. Удобрения и биогенные элементы. Общее потребление минеральных удобрений (N + Р2О5 + К2О) составляет около 100 млн. т в год. Особую тревогу вызы вает применение азотных удобрений, т. к. повышенное содержание нитратов и нитритов в питьевой воде, овощах, зе леных кормах представляет токсикологическую опасность для человека и животных. Органические соединения. Наиболее распространенные загрязнители − нефть и нефтепродукты, пестициды, полихлорбифенилы (ПХБ) и поверхностно-активные вещества (ПАВ). Пестициды− этохимическиесредства защиты сельскохозяйственных растений от сорняков, насекомых, грибов. Наиболее широко распространены два класса пестицидов – фосфорорганические (ФОП) и хлорорганические (ХОП) пести циды. Классическим представителем ХОП является дихлордифенил-трихлорэтан (ДДТ). Полихлорбифенилы (ПХБ) – загрязнение окружающей среды ПХБ связано главным образом с утилизацией отходов при их сжигании, а также с утечкой их при транспортировке, при авари ях на производстве и при удалении жидких промышленных отходов. Поверхностно-активные вещества (ПАВ). ПАВ оказывают влияние на активность ферментов в мембране, причем при низких концентрациях в ряде случаев наблюдается активация, а при высоких – ингибирование ферментативной активности. 3.Предмет, проблемы и задачи ксенобиологии. Ксенобиотики - чужеродные химические вещества, поступающие в организм и ранее не встречающиеся в нём. К ним относятся синтетические и природные лекарственные препараты, пестициды, промышленные яды, отходы производства, пищевые добавки, косметические средства. Термин достаточно условный, так как для одних организмов вещество м.б.естественным (алкалоиды для растений), а для других чужеродны (алкалоиды для человека и животных). Как наука она имеет отрасли: биофизика, ксенобиохимия, ксенофизиология. Статическая (химическая структура ксенобиотиков) и динамическая (что происходит с момента попадания в организм до выведения) ксенобиология. Ксенобиология изучает закономерности и пути поступления, выведения, распространение, превращения чужеродных химических соединений, в живом организме и механизмы, вызываемых ими биологических реакций. Предмет изучения - метаболизм ксенобиотиков. Задачи : 1) установление структуры молекул метаболитов ксенобиотиков. 2) распределение метаболитов ксенобиотиков в организме. 3) механизмы реакций превращения ксенобиотиков. 4) разработка приёмов и подходов для создания системы определения биологической использованности уже используемых ксенобиотиков и вводимых в практику человеческой деятельности. Проблемы динамической ксенобиохимии: исследование структуры, каталитичечких свойств ферментов, их специфичности, локализации, что помогает подробно понять процессы обмена мутагенных веществ. Разделы, которые рассматривает ксенобиология: а) основные закономерности взаимодействия ксенобиотика с клеточными структурами и развития под их влиянием биологической реакции. б) Механизмы поступления ксенобиотиков в клетку, ткань и организм в целом, их биотрансформация, основные пути выведения и процессы биоаккумулирования. в) биологическая активность различных веществ ксенобиотиков и методов её определения. г) поведение ксенобиотиков в экосистемах. Основные группы ксенобиотиков : с/х удобрения, лекарственные препараты, микробы паразиты, красители, радиоактивные вещества, пищевые добавки. 4.Связь с другими науками. Объекты ксенобиологии. Ксенобиология подраз деляется на более узкие области – ксенобиофизику, ксенобиохимию, ксенофизиологию и др. Это означает, что ксенобиология неразрывно связана с такими дисциплинами, как биохимия, биофизика, физиология и т. д. Действие различных веществ на организм или отдельные структуры изучается фар макологией и токсикологией. Задачами ксенобиофизики являются изучение процессов взаимодействия экзогенных ксенобиотиков с транспортными системами организма, с различными клеточными структурами, в первую очередь с плазмолеммой, и механизмов поступления ксенобиотиков. Предметом изучения ксенобиохимии является метаболизм ксенобиотиков в организме. Это направление ксенобиологии включает ряд разделов биологической, органической и анали тической химии, фармакологии, токсикологии и дру гих наук. В задачу статической ксенобиохимии входит установление структуры молекул метаболитов ксенобиотиков, образующихся в организме, изучение их распространения, локализации в организмах и тканях. Динамическая ксенобиохимия исследует механизмы превра щения ксенобиотиков в организме, структуру и каталитические свойства ферментов, участвующих в этих превращениях. Ксенофизиология изучает процессы жизнедеятельности, и функции живых организмов на всем протяжении их разви тия в условиях действия ксенобиотиков. Ксенофитофизиология изучает особенности поступления и выделения, специфику процессов био трансформации и аккумулирования ксенобиотиков в растительном организме. Ксенобиология связана с биотехнологией, которая использует принципы метаболизма ксенобиотиков, в частности ферментный катализ, в синтезе органических веществ. Связь ксенобиологии с 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 ксенобиотиков существует ряд полезных веществ, необходимых медицине, растениеводству, животноводству и т. д. Поэтому одной из задач ксенобиологии является разра ботка приемов и подходов для создания системы определения биологической активности ксенобиоти ков. Ксенобиология стремится с одной стороны, анализировать массив уже существующих чужеродных соединений, а с дру гой – проектировать вещества, еще не существующие, но не обходимые для управления определенными процессами в био сфере. 5.Виды ксенобиотиков. Выделяют следующие типы веществ, вызывающих глобаль ное химическое загрязнение биосферы: газообразные вещества; тяжелые металлы; удобрения и биогенные элементы; органические соединения; радиоактивные вещества (радионуклиды) − предмет изучения радиобиологии. Газообразные вещества. Наибольшее беспокойство вызывает загрязнение атмосферы углекислым газом (СО2), угарным газом (СО), оксидами азота и серы, фторсодержащими углеводородами, полициклическими ароматическими углеводородами. Тяжелые металлы. К числу наиболее токсичных металлов следует отнести кадмий, ртуть, свинец, хром и некоторые дру гие: они оказывают повреждающее действие на биообъекты в концентрациях, не превышающих 1 мг/л. Удобрения и биогенные элементы. Особую тревогу вызы вает применение азотных удобрений, т. к. повышенное содержание нитратов и нитритов в питьевой воде, овощах, зе леных кормах представляет токсикологическую опасность для человека и животных. Органические соединения. Наиболее распространенные загрязнители − нефть и нефтепродукты, пестициды, полихлорбифенилы (ПХБ) и поверхностно-активные вещества (ПАВ). В зависимости от источника происхождения и практичес кого применения токсические вещества (яды) подразделяют на следующие группы: – промышленные яды: органические растворители (дихлорэтан, тетрахлорметан, ацетон и др.), вещества, применяемые в качестве топлива (метан, про пан, бутан), красители (анилин и его производные), фреоны, химические реагенты, полупродукты органического синтеза и др.; химические удобрения и средства защиты растений, в том числе пестициды; лекарственные средства и полупродукты фармацевтической промышленности; бытовые химикаты, используемые в качестве инсектицидов, красителей, лаков, парфюмерно-косметических средств, пи щевых добавок, антиоксидантов; растительные и животные яды; боевые отравляющие вещества. В зависимости от преимущественного поражения соответ ствующих органов и тканей человека яды подразделяют на сле дующие категории:сердечные яды, нервные яды, печеночные ядф; почечные яды; кровяные (гемические) яды; желудочно-кишечные яды, легочные яды; яды, поражающие иммунную систему; яды, поражающие кожу. 6. История поиска бав. Первый период – освоение новых природных источников биологически активных веществ предками человека (до завершения формирования второй сигнальной системы). Длительность периода около 600-800 тыс. лет вплоть до появления человека разумного. Биологически активные вещества исполь зовались прежде всего как пища. Накопление и передача знаний осуществлялись в пре делах узких групп. Второй период – первичное накопление знаний о биологи чески активных веществах человеком разумным. Это период от первых сообществ человека разумного до античности (40-2,5 тыс. лет до н. э.). Накопление знаний о биологической актив ности веществ продолжало осуществляться в основном путем случайной выборки, или «проб на зуб». Третий период – от античных времен до современности. Для этого периода характерны доминирование логического мышления, стремление к систематизации знаний о биологически активных веществах, развитие экспериментальных и теоретических спосо бов поиска и определения биологической активности, постоян ное увеличение числа задач, для решения которых применяются биологически активные вещества. В данном периоде выделяют четыре этапа: – становление системы знаний о биологически активных веществах (создание лекарств). Этап завершается в первой поло вине XVI в.; – слияние химии и медицины. На этом этапе возрастает осознанный поиск новых химических веществ с заданными свой ствами и проводится их испытание на биологическую актив ность; – формирование фармакологии на основе достижений химии, биологии, медицины. Создается большое количество новых химических соедине ний, в том числе и не существовавших в природе. − исполь зование современных биотехнологий и ЭВМ в сфере поиска и создания новых биологически активных веществ. Этап охватывает промежуток с 50-х годов XX в. до настоящего времени. Открылись принципиально новые возмож ности для конструирования молекул с заданной структурой и биологической активностью. 7.Формирование представлений о биологической активности веществ. Разнообразие видов и классификация ксенобиотиков по видам биологической активности. Все ксенобиотики в той или иной степени воздействуют на живую материю, т. е. проявляют би ологическую активность. Биологическое действие того или иного вещества мо жет быть ограничено каким-то уровнем и не проявляться на функциональном уровне организма в целом. Мно гообразие химических соединений в организме предполагает возможность взаимодействия практически с любым попадаю щим в него ксенобиотиком. Свойство живых систем быть реакци онно-способным по отношению к любому ксенобиотику обуславливают тот факт, что все химические соединения обладают биологичес кой активностью. Биологической активностью ксенобиотика называют его спо собность изменять функциональные возможности либо компо нентов организма (in vitro или in vivo), либо живого организма в целом, либо сообщества организмов. Любое прояв ление биологической активности ксенобиотика связано с его спо собностью пройти путь от внешней среды до мишени, связаться с ней и вызвать ее реакцию. Разнооб разие видов биологической активности ксенобиотиков определяется следующими факторами: -множеством биологических объектов, их состояний и про текающих в них реакций. Можно обоснованно говорить об индивидуальной реакции на данный ксенобиотик; -способом попадания ксенобиотика в организм (доза, фи зическая форма вещества, временной режим введения, место введения и т. д.); -наличием или отсутствием дополнительных воздействий, предшествущих попаданию в организм химичес кого соединения, сопутствующих ему или следующих за ним (действие других веществ, электромагнитных, гравитационных полей, температуры, давления, других организмов и т. д.); -способом, временем наблюдения, принципом подбора биообъекта, анализа информации и т. д. Биологическая активность ксенобиотиков весьма разнообразна. Негативное действие ксенобиотиков на организм человека может быть раздражающее, дерматоксическое, пульмотоксическое, нейротоксическое, гематоксическое, гепатоксическое, нефротоксическое, иммунотоксическое, тератогенное, мутагенное, канцерогенное действие. Цели определения биологической активности ксенобиотиков: -выявление соединений, обладающих полезными для чело веческого организма свойствами, например средств профилактики и лечения болезней, расширения физиологических и интеллектуальных возможностей человека и т. д; -обнаружение вредных для человеческого организма биологических активностей у испытуемых ксенобиотиков, особенно таких видов активности, как мутагенная, канцерогенная, эмбриотоксическая и т. п.; -поиск ксенобиотиков, влияющих на продуктивность и биологическое равновесие естественных и искусственных экосистем (сельское, лесное, рыбное хозяйства, микробиологическая промышленность); -установление чужеродных соединений, которые могут вызвать неконтролируемое опасное или недостаточно прогнозируемое нарушение биологического равновесия природных экосистем, например, резко увеличить вероятность гибридизации вирусов гриппа; -нахождение чужеродных соединений, которые могут служить реактивами для исследовательских работ в биологии, медицине, нацеленных на развитие принципиально новых методов исследования; -накопление знаний, позволяющих предсказывать биологическую активность вещества по его химической структуре. 8.Понятие о токсическом действии ксенобиотиков; приемы классификации. Токсичность – мера несовместимости вещества с жизнью, величина, обратная абсо лютному значению среднесмертельной дозы (1/LD50) или кон центрации (1/LC50). Вели чины LC50 или LD50 – это соответственно концентрация или доза вещества, вызывающая половинное подавление регистрируе мой реакции (например, гибель 50 % организмов). Опасность чужеродного вещества – ве роятность появления вредных для здоровья эффектов в реальных условиях их производства и применения. Вредные вещества, с которыми контактирует человек, по степени опасности (токсичности) подразделяют на четыре класса: I – чрезвычайно опасные (чрезвычайно токсичные); II – высокоопасные (высокотоксичные); умеренно опасные (умеренно токсичные);
|