ксенобиология. ответы. экзамен. 1. Масштабы и причины химического загрязнения. Классификация загрязнений

• Название: 1. Масштабы и причины химического загрязнения. Классификация загрязнений
• Дата: 10.01.2019
• Размер: 1.55 Mb.
• Имя файла: ксенобиология. ответы. экзамен.docx
• Тип: Документы; #63071
• страница: 2 из 7

9. Ионизация, ее природа, константа и степень ионизации, связь с биологической активностью.

Ионы и заряженные молекулы весьма различны по своим физ хим свойствам : реакционная способность проникать через мембраны, способность адсорбировать на различных поверхностях. В значительной степени биологическая активность чужеродных соединений определяют процессы ионизации веществ. Сильные кислоты и сильные основания полностью ионизированы при Рн=0-14,в то время как слабые кислоты и основания при такой имеют разные значения. Основные положения теории Аррениуса : 1) соли, кислоты, основания при растворении в воде, полярных растворителях диссоциируют на ионы; 2) Ионы существуют в растворе в независимости от того, проходит ли через раствор электрический ток или нет; 3) процесс диссоциации описывается законом действующих масс, т.е.протекает обратимо. При уменьшении концентрации диссоциация становится практически полной. 4) коэффициент вант-гоффа - i (изотонический коэффициент) связан со степенью электрической диссоциации. Это среднее значение частиц, образующиеся при диссоциации одной молекулы. Реальная степень ионизации в растворе определяется только двумя факторами: Рн раствора, рКа (константа диссоциации кислотности). Чем сильнее кислота, тем ниже рКа. Чем сильнее основание, тем выше рКа. Степень ионизации любого вещества можно рассчитать при известных рН и рКа с помощью выражений: степень ионизации = 100%/1+10(рКа-рН) для соединения кислотного характера. Степень ионизации = 100/1+10(рН-рКа) для оснований. В зависимости от степени ионизации ксенобиотики обладают различной биологической активностью их можно разделить на три группы: 1) только в ионизированном состоянии 2) в неионизированном состоянии 3) как в ионизированном, так и в неионизированном. Вывод: важно оценивать К дисс ксенобиотиков при изучении их биологического действия; необходимо установить в какой форме эти вещества более эффективны. 
10. Соотношение между структурой и биологической активностью ксенобиотиков (химикобиологические закономерности).

Выявление связи между химической структурой соединения, его физ хим свойствами и характером биологической активности позволяет в какой-то степени прогнозировать и предсказать последствия при его попадании в организм и способствует целенаправленному синтезу веществ с заданными свойствами. Для анализа связи между структурой вещества и их биологической активностью используют различные физ и хим характеристики вещества: молекулярная масса, плотность, молекулярный объем, критическое давление, коэффициент теплопроводности, теплоемкость, вязкость, ковалентное натяжение. В подавленом большинстве биологическая активность ксенобиотиков коррелирует с его способностью определённым образом распределятся между липидной и водной фазой. Особенности показателей связи между структурой веществ и их биологической активности : а) гидрофобность- определяется соотношением в структуре молекулы гидрофобных и гидрофильных групп ; сочетание гидрофобности и стабильности молекул в воде. б) Ионизация или другой показатель распределения электронов. в) содержание галогенов в молекуле ксенобиотика (замена атомов Н2 в молекуле вещества на атомы галогенов увеличивает устойчивость данного соединения) : фреоны в холодильнике. г) конформация молекул - цис транс изомеры, L и D. д) замена двойной связи в молекуле на эпоксигруппу приводит к увеличению биологической активности вещества и в ряде случаев повышает его персистентность (долгоживущие соединения, невозможно разрушить) диолы, трансдиолы. 
11.Роль бав в будущем и прогнозы их использования

БАВ (биологически активные вещества) – это полученные по высоким технологиям химические вещества, которые даже в малых концентрациях обладают физиологической активностью. Представляя будущее с биологически активными веществами, я вижу их некими революционными веществами, способными творить чудеса. Чудесами хочется назвать управление старением человека, продление жизни и омоложение. На мой взгляд это очень актуальные темы, которые не перестанут быть таковыми через многие года.

Всем известно, что без этих веществ нормально организм расти развиваться и сохранить здоровье не может. Так как в мире одной из глобальных проблем является увеличение численности населения, то для будующих поколений в первую очередь необходимо будет создание множества бав с новыми ценными свойствами. Человеку необходимо обеспечивать себя этими веществами. А сейчас уже признано официально в мире, что современная пища к сожалению не обеспечивает человека всеми необходимыми БАВ.

Будут разработаны технологии по внедрению БАВ в человеческий организм. Целые лаборатории и медицинские клиники станут заниматься производством ценных соединений. БАВ можно будет назвать настоящими лекарственными продуктами. А это в первую очередь даст возможность представления косметической отрасли на новой уровне с новыми возможностями. Это значит, что возможно будет вмешательство в глубинные процессы, происходящие в клетках, при этом не нанося никакого вреда организму. БАВ будут действовать на человека изнутри. В наше время они могут влиять лишь на поверхностный слой эпидермиса. А внедрение новой технологии позволит придти к решению проблемы омоложения организма и возможности обернуть процесс старения вспять именно за счет введения инъекций в глубинный слой кожи. Для людей БАВ перестанут быть дефицитными. У ранее дефицитных мам перестанут рождаться дефицитные дети. Абсолютно все будут обогащены витаминно-минеральными комплексами. Женщины и мужщины, ухаживающие за собой, всегда выделяются среди другой массы людей. БАВ в виде косметических средств самый необходимый продукт в повседневной жизни не только сейчас, но и в дальнейшем. Люди будут получать дозу бав не только введением в организм с пищей или инъекцией, но и при использовании косметических средств наружного применения. Основная проблема для женщин и мужчин: образование морщин, станет решаема. Кожа за счет обновленных БАВ будет достаточно увлажнена и обогащена минералами.

Лишь инновационные технологии и позиционирование бав как лекарственных веществ способны «разбудить» аутологичные фибробласты и побудить их к синтезу коллагена и эластина, а значит, способствовать омоложению кожи, именно эти технологии помогут справиться с важнейшими проблемами человечества. А на сегодняшний день как говорится нужно довольствоваться тем, что у тебя есть – это уже богатство!


12.Плазматическая мембрана – первичная мишень действия ксенобиотиков. Мембранактивные структуры.

Все процессы, происходящие в клетке, обусловлены свойствами ее специфических мембранных структур (компартментов), которые играют первостепенную роль в обмене веществ как между клеткой и средой, так и внутри мамой клетки. Через внешние плазматические мембраны осуществляется вывод всех продуктов распада, а также воздействие различных экзо- и эндогенных факторов, в том числе ксенобиотиков. Первичной мишенью взаимодействия химического агента с клеткой является плазматическая мембрана, поэтому для характеристики этого взаимодействия введено понятие мембранотропности (мембранотропного эффекта). Говоря о мембранотропном действии (мембранотропном эффекте) какого-либо вещества, имеют в виду прямую или косвенную (опосредованную) модификацию мембранных структур, вызываемую соответствующими соединениями, и наступающие в результате этого изменения свойств биологической мембраны, прежде всего ее транспортных характеристик. Кроме этого необходимо отметить следующее:

-часто при обсуждении биологической активности химических соединений используется термин «специфическое» или «неспецифическое» действие;

-соединения, вызывающие изменение 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;

-только немногие соединения действуют строго избирательно лишь на один «чувствительный» центр связывания; но даже если это и имеет место, то наступающая за этим реакция мембраны почти всегда носит сложный характер;

-влияние агента на мембрану редко ограничивается изменением какого-то одного структурного элемента, функции или одной регистрируемой характеристики. Все процессы в клетке обусловлены свойствами её специфических мембранных образований. Первичной мишенью взаимодействия химического агента с клеткой является плазматическая мембрана. Функции мембран: 1) отделение клеток от окружающей среды и формирование внутреннего компартмента. 2) контроль и регулирование транспорта огромного разнообразия веществ. 3) обеспечение межклеточных взаимодействий и передача сигнала внутрь клетки. 4) участие в преобразовании энергии пищевых веществ в энергию АТФ. Липиды мембраны : фосфо, глико, холистерол (в головном мозге). Функции липидов в мембране: 1) формирование среды (клетки) для функционирования мембранных белков, принимающих в ней не активную конформацию. 2)выполняют якорную функцию. 3) являются предшественниками вторичных посредников при передаче гормонального сигнала. Белки: участвуют в транспорте (белковые каналы), воспринимают сигналы (рецепторная), ферментативная функция. Перенос веществ через мембраны. Пассивная диффузия: простая (малые количества О2, стероиды), облегчённая (каналы, белки). Активный транспорт (против градиента концентрации с затратой энергии).
13.Концепция рецепторов. Принцип Эрлиха.

Лэнгли и Эрлих: вещества не действуют не будучи связанными. Действие гормонов - связывается с расположеными на поверхности мембраны специальными структурами (рецепторами, молекулами которые способны узнавать гормон взаимодействовать с ними и передавать информацию о его применение). Рецептор состоит: наружная (для связывания вещества) полисахаридная цепь; менее полярная часть молекулы рецептора (закрепление в липидном биослое, передача сигнала внутрь клетки). Взаимодействия между связывающими и переферичными могут участвовать благоприятствует перестройкам, в результате посадки эффектора на участках рецептора. Число рецепторов варьирует (1 клетка печени 250000 рецепторов инсулина). Основные критерии рецепторов: 1) высокое сродство (низкая концентрация 10-9М и ниже). 2) кривая, описывающая процесс взаимодействия эффектора с местами связывания на мембране от концентрации, должен выходить на плото, т.к.количество рецептора ограничено. 3) различие биологической активности у пар оптических изомеров (стереоспецифичность). 4) тканевая специфичность биологического действия веществ. 5) взаимодействие возможно только при строгом соответствии пространственных и за рядовых геометрий, а связывание эффектора с рецептором должно быть обратимым (ацетилхолин активирует рецептор, тубокурарин - блокирует.). Вуд: (многие агенты - лекарственные препараты). - действуют в низких концентрациях; - активность зависит от изменения химической структуры ; - активность подавляется селективными антагонистами (противоядие или яд) ; - активность антагонистов зависит от изменения химической структуры. Т.о. в тканях есть место специфические реакции между агентом и специализированным центром связывания (рецептором). Куатреназас : 1) взаимодействие эффектора с рецептором должны соответствовать требованиям определенной пространственной и структурной специальности 2) ограниченное количество мест связывания, они д.б. насыщенным. 3) связывание эффектора должно иметь тканевую специфичность, соответствующую биологическую специфику. 4) связывание места должно обладать высоким средством к гормону, а их концентрация должна соответствовать физиологическим концентрациям гормона. 5)связывание эффектора рецептором д.б.обратимым.
14.Мембранотропные эффекты.

Классификация мембранотропных эффектов: 1) специфическое и неспецифическое действие. 2) эндогенные продукты и посторонние по своей хим природе вещества. 3) вещества прямого мембранотропного действия и агенты, действующие опосредовано через вмешательство в цитоплазматический метаболизм. 4) по характеру вызываемых ими функциональных сдвигов : соединения, влияющие на транспорт веществ через мембрану (пассивный или активный перенос). Не все действуют строго избирательно на один чувственный центр связывания, но если даже это и имеет место, то реакция мембраны почти всегда имеет сложный характер, обнаруживая сдвиги, характерные для разных эффектов.

Физико-химические изменения в цитоплазме являются ведущими в процессах жизнедеятельности клетки. Вязкость. Вязкость – свойство, присущее жидкостям, обладающим внутренней структурой. Основное вещество цитоплазмы – цитозоль содержит систему микрофиламентов. Крупные молекулы – белки и РНК – образуют коллоидный раствор, который может быть золем (невязким) или гелем (вязким). Взаимодействие гидратированных ионов ксенобиотиков с заряженными белковыми молекулами цитоплазмы может вызывать переходы золя в гель и обратно. Она служит хорошим показателем физиологического состояния клеток, уровня их жизнедеятельности. В структурной вязкости находит отражение реакция живых организмов на изменение внешних условий (температура, освещение и др.) и, конечно, на химические агенты. Движение цитоплазмы. Скорость движения цитоплазмы (СДЦ) варьируется от нескольких микрометров в секунду до десятков и зависит от условий окружающей среды (свет, температур, рН) и от присутствия ксенобиотиков. Индуцируемое химическими агентами движение цитоплазмы получило название хемодинеза. Заметное влияние на СДЦ оказывают ксенобиотики, подавляющие обмен веществ у живых организмов. Изоэлектрическая точка цитоплазмы (ИЭТ). Значение рН, при котором белок имеет минимальный электрический заряд, принято называть ИЭТ. В растворе с рН, равном ИЭТ, белок не движется ни к одному из полюсов, тогда как в кислой среде он перемещается к катоду, а в щелочной – к аноду. Различные ксенобиотики, имеющие кислотные или щелочные свойства, способны сдвигать величину рН в ту или иную сторону и тем самым изменять ИЭТ цитоплазмы. Плазматические мембраны. Вещества, вмешивающиеся в обмен липидов, существенно влияют на свойства биологических мембран. Цитоплазматические мембраны. Токсическое действие многих веществ сопряжено с их влиянием на состояние мембранных структур. Оно может быть прямым и опосредованным. Наиболее вероятными механизмами опосредованного повреждения биологических мембран при интоксикациях являются: 1) активация перекисного окисления липидов; 2) активация фосфолипазной активности.
15.Типы мембранотропности ксенобиотиков и химические связи, определяющие взаимодействие ксенобиотика с мембранактивными структурами.

Типы мембранотропных взаимодействий: первично взаимодействовать с биологическими мембранами; вторично влиять на мембранные функции, определяющие характер биологической активности, м.б.существенным. Мембранотропное действие - прямая или косвенная модификация мембранных структур, вызываемая соответствующими соединениями, и наступает в результате этого изменение свойств биологической мембраны (транспортных характеристик). По принципу образования типы мемранотропности: 1) мембранная рецепция (не проникает внутрь клетки, избирательно накапливается в мембранах или специфически связывается, отсутствие эффектов в бесклеточных системах, которые не содержат мембранных функций. Это прямая мембранотропность. 2) стимуляция или угнетение биосинтетических процессов, протекающих (изменение активности мембранных ферментов, скорости синтеза мембранотропных белков, липидов). 3) изменение барьерно - транспортных свойств мембран. 4) функциональное взаимодействие, действие которых на уровне мембран можно считать установленным (стимулирование и угнетение под влиянием ксенобиотиков). Этапы мембранотропности : 1) установление характера и локализации центров связывания 2) оценка сродства к ним эффектора 3) исследования развития реакции объекта на образование комплексов центров связывания с молекулами эффектора. Химические связи определяющие взаимодействие: высокое сродство длительность и избирательность взаимодействий определяется особенностями химической природы. Ковалентная связь (обобществление двух атомных пар электронов) - необратимые. Электростатические взаимодействия и водородные может разрушаться энергия (обратимые). Ван-дер-ваальсовы - межмолекулярные, силы притяжения, невысокая энергия связи, тоже обратимые.
16.Поверхностные явления на разделе фаз воздух-вода, масло-вода.

Короткодействующие Ван-дер-вальсовы силы обеспечивают взаимное притяжение всех молекул находящихся в контакте друг с другом. Наличие этих сил в жидкостях становится особенно очевидным у поверхности, в объеме жидкости они действуют во всех направлениях с одинаковой интенсивностью, тогда как на границе раздела фаз воздух-вода молекулы испытывают ничтожное взаимодействие газовой фазы и притяжение их жидкостью (водой) почти не имеет противодействия. В результате расположенные на поверхности молекулы притягиваются внутрь жидкой фазы и поверхность приобретает конфигурацию с минимально возможной площадью. Именно этим и объясняется сферическая форма капель жидкости и пузырьков газа. Между молекулами растворителя, находящимися на поверхности и внутри основного объема раствора происходит постоянный обмен молекулами: воздух – вода, амфифильное соединение на поверхности раздела масло – вода. Амфифильные вещества стремятся сконцентрироваться на границах раздела несмешивающихся жидкостей используя минимум энергии. 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 растворителя. Упорядоченное ориентированное расположение молекулы в поверхностном слое и повышение концентрации вещества в нём обуславливает как и в случае адсорбции отличие их химически реакционной способности в поверхностном слое от молекул, находящихся внутри фаз по обе стороны границы разделов. Разбавленные водные растворы амфифильных веществ при определенной высокой концентрации вызывают резкое изменение поверхностного натяжения, осмотическое давление, электропроводности, обусловленное появлением новой диспергированной фазы, образованной агрегатами - мицеллами. Минимальная концентрация вещества, при которой возможно образование мицелл называется критической мицеллярной концентрацией. Мицеллы это агрегаты, состоящие из множества молекул, термодинамически стабильные и не изменяющиеся до тех пор, пока под действием внешних факторов не сместится равновесие, в котором находилась система (внутри гидрофобное ядро, по поверхности гидрофильные), способны к диссоциации. Типичными представителями амфифильных ксенобиотиков являются ПАВ, которые по характеру диссоциации бывают: анионные (СОО-, ОН-) ; катионные (NH3+); неионогенные; амфолитные (катион и анионные) - в зависимости от pH, растворимости образуют две формы.