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: 6 из 7

44.Однократное и многократное дозирование.

Многократное дозирование: зачастую воздействие вещества на организм оказывается непрерывно. Пример: организм ежедневно получает дозу в 1 г вещества, период полувыведения которого в этом организме составляет 24 ч.



Со временем содержание вещества в организме достигает некоторого предельного максимального значения, так как при повышении концентрации в тканях ежедневное его выведение повышается и становится равным дозе, вводимой ежедневно.
45.Факторы, влияющие на аккумулирование ксенобиотиков организмами (устойчивость, площадь поверхности, распределение веществ, биологические эффекты, цепь питания), классификация, характеристика.

Устойчивость ксенобиотика. Для того чтобы ксенобиотик мог накапливаться в организме, его воздействие должно быть достаточно длительным, особенно когда оно осуществляется через цепь питания. Ксенобиотики, которые устойчивы в окружающей среде, в большинстве организмов имеют относительно продолжительные периоды полувыведения и при высокой концентрации их в окружающей среде способны накапливаться в сравнительно больших количествах. Площадь поверхности. Если процесс аккумулирования чужеродного вещества включает физические стадии (адсорбция, диффузия), степень его накопления в большей мере зависит от площади поверхности контакта организма с окружающей средой. Величина поверхности на единицу массы или объема повышается при уменьшении размера частицы (более мелкие организмы будут накапливать в единице объема большее количество вещества, чем более крупные). Распределение. В жировых отложениях накапливаются ксенобиотики с большими значениями коэффициента распределения. Жировые ткани – не самые активные в процессах метаболического преобразования.

Среда обитания. Среда обитания организма может существенно влиять на его способность аккумулировать ксенобиотики. Устойчивые в окружающей среде ксенобиотики очень плохо растворяются в воде. Организмы, обитающие в донных отложениях, подвергаются воздействию более высоких концентраций ксенобиотика, чем находящиеся в верхних слоях того же самого участка водоема. Размер частиц, проглатываемых организмами. Поскольку на более мелкие частицы в большем количестве адсорбируют на своей поверхности чужеродное вещество, чем крупные, то организмы, проглатывающие такие частицы, будут подвергаться воздействию более высокого содержания ксенобиотика. Количество потребляемой пищи. Организмы, нуждающиеся в относительно большом количестве пищи, могут аккумулировать чужеродное вещество из окружающей среды в большей степени, если процесс накопления ксенобиотика не компенсируется более активным процессом его выведения. Цепь питания. По мере движения ксенобиотика по пищевой цепи к следующему консументу, в организме которого он метаболизируется в незначительной степени, происходит существенное увеличение концентрации чужеродного вещества. Примеры аккумулирования: 1)В результате передачи через почву растениям и сельскохозяйственным животным свинца, входящего в состав этилированного бензина, возможно поступление этого токсиканта в организм человека. С явлениями биоконцентрации связаны и кадмиевые катастрофы, происшедшие в 70-е гг. в ФРГ и Японии. 2) В водной среде аккумулирование ксенобиотика может протекать по двум механизмам: непосредственной адсорбции вещества и (или) его распределения из водной среды; распределения по цепи питания.

Процесс аккумулирования ксенобиотика наземными организмами должен включать его поглощение организмами, обитающими в почве, и последующее перемещение по наземной цепи питания
46.Определение понятия избирательности. Факторы, определяющие избирательность: различия в распределении, биохимические и цитологичекие.

Избирательность вещества – это его способность воздействовать на клетки, ткани, организмы только одного определенного типа и не влиять на другие, даже находящиеся в контакте с первыми. Существует три основных фактора (механизма) определяющие избирательность действия вещества: 1) различия в распределении (соединение может избирательно накапливаться в различных клетках, органах и т. д); 2) биохимические факторы (вмешиваться в биохимические процессы, происходящие в живых организмах); 3) цитологические (соединение может взаимодействовать с цитологическими структурами, существующими только в определенных видах клеток и организмах). Избирательность действия, обусловленная преимущественным накоплением и распределениемвещества, может быть вызвана морфологическими особенностями. Примеры. Тетрациклины, применяемая для лечения бактериальных инфекций у млекопитающих, накапливаются преимущественно в клетках бактерий. Иод избирательно накапливается в щитовидной железе. В зависимости от дозы йод может понижать повышенный уровень метаболизма в железе или повреждать ее, вызывая возникновение опухоли. Следует помнить, что распределение ксенобиотиков (лекарственные препараты, гербициды и т. д.) связано с коэффициентом распределения. Избирательность, обусловленная биохимическими различиями определяется различиями в процессах его биотрансформации; зависит от его влияния на тот или иной биохимический процесс, который имеет место у чувствительного организма, но отсутствует у организма устойчивого (или не столь чувствительного к данному веществу). Примеры. Сульфаниламиды обладают антибактериальным действием, что обусловлено нарушением ими синтеза ДНК через ингибирование синтеза дегидрофолиевая кислоты – предшественника кофермента, необходимого для биосинтеза тимина и всех пуриновых оснований. Причина избирательного действия: у млекопитающих отсутствует фермент, синтезирующий дегидрофолиевую кислоту, поэтому они толерантны к сульфаниламидам, а у патогенных бактерий отсутствуют мембранные белки, с помощью которых дегидрофолиевая кислота попадает в клетки млекопитающих из пищи. Цитологические различия как основа избирательного действия. Разработаны многочисленные гербициды, избирательно нарушающие процесс фотосинтеза на стадии реакции Хилла и, следовательно, совершенно безвредные для млекопитающих. К широко распространенным гербицидам, действие которых основано на ингибировании реакции Хилла, относятся фенил мочевины, триазины, урацилы и др. У растения, грибы, бактерии клеточная стенка значительно отличается по химическому составу. Действие некоторых антибиотиков обусловлено нарушением различных стадий биосинтеза клеточной стенки бактерий. Так, механизм противомикробного действия бензилпенициллина заключается в образовании ковалентной связи с ферментом, в норме образующим поперечные сшивки в муреине на последней стадии биосинтеза. В результате этого растущая бактерия теряет способность строить новую стенку и погибает.
47.Характеристика основных механизмов, обеспечивающих функционирование факторов избирательности.

Избирательность действия, обусловленная преимущественным накоплением и распределениемвещества, может быть вызвана морфологическими особенностями. Например, сильная опушенность сорняков по сравнению с культурными злаками или относительно большая (в расчете на единицу веса или объема) уязвимая поверхность тела насекомых по сравнению с млекопитающими приводит к большой площади контакта распыляемого агента с вредным видом. Этот тип избирательности основывается на различии в распределении и накоплении. Примеры. Тетрациклины, применяемая для лечения бактериальных инфекций у млекопитающих, накапливаются преимущественно в клетках бактерий. Иод избирательно накапливается в щитовидной железе. В зависимости от дозы йод может понижать повышенный уровень метаболизма в железе или повреждать ее, вызывая возникновение опухоли. Распределение ксенобиотиков (лекарственные препараты, гербициды и т. д.) связано с коэффициентом распределения. Избирательность, обусловленная биохимическими различиями. Избирательность действия ксенобиотика определяется различиями в процессах его биотрансформации; зависит от его влияния на тот или иной биохимический процесс, который имеет место у чувствительного организма, но отсутствует у организма устойчивого (или не столь чувствительного к данному веществу). В настоящее время установлен целый ряд соединений, действие которых определяется протеканием метаболических процессов в клетке и организме в целом: 1) ингибирующие начальные стадии синтеза ДНК; 2) взаимодействующие с ДНК (ингибиторы, останавливающие как ее репликацию, так и транскрипцию); 3) разрушающие ДНК; 4) ингибиторы синтеза РНК, белков, ферментов, 5) ингибиторы различных путей катаболизма (метаболизм азота и фосфора), метаболизма углеводов, липидов, цикла трикарбоновых кислот, транспорта электронов и т. д. Примеры. Сульфаниламиды обладают антибактериальным действием, что обусловлено нарушением ими синтеза ДНК через ингибирование синтеза дегидрофолиевая кислоты – предшественника кофермента, необходимого для биосинтеза тимина и всех пуриновых оснований. Причина избирательного действия: у млекопитающих отсутствует фермент, синтезирующий дегидрофолиевую кислоту, поэтому они толерантны к сульфаниламидам, а у патогенных бактерий отсутствуют мембранные белки, с помощью которых дегидрофолиевая кислота попадает в клетки млекопитающих из пищи. Пример 2. Механизм инсектицидного действия ДДТ связан с его способностью блокировать ионные каналы у холоднокровных животных. Избирательность действия ДДТ обусловлена тем, что при температуре тела теплокровных, не образуется донорно-акцепторной связи между бензольными кольцами препарата и противоположно заряженной поверхностью мембраны около устья ионного канала. Пример биохимической избирательности, связанный с процессом биотрансформации, когда устойчивый организм способен разрушать ксенобиотик до нетоксичных соединений, а чувствительный – не способен: растения кукурузы обезвреживают гербицид симазин, гидролизуя в его молекуле хлор до гидроксигруппы. Цитологические различия как основа избирательного действия

У растения, грибы, бактерии клеточная стенка значительно отличается по химическому составу. Различие функций организма существует и внутри клеток благодаря наличию компартментов, отделенных друг от друга избирательно проницаемыми мембранами, в которых одновременно протекают различные взаимоконкурирующие реакции. Метаболические реакции, протекающие в определенном порядке при участии ферментов в отдельных компартментах на поверхности раздела фаз и на мембранах органелл, могут подавляться различными ксенобиотиками.
48.Избирательное действие и успехи применения избирательно токсических агентов.

Свойства самого ксенобиотика, в частности степень ионизации, оказывают большое влияние на избирательность его действия. Ионы не образуют с местами связывания ковалентных связей, а следовательно, могут легко отрываться. Поэтому для поддержания активного центра в насыщенном состоянии необходимо, чтобы в растворе, окружающем место связывания (рецептор), постоянно присутствовал избыток данных ионов. Свойства, отличающие ионы от неионизированных молекул, которые определяют избирательность действия: а) ковалентную реакционную способность (образование и разрыв ковалентных связей); б) адсорбцию на поверхности и в) проникновение (транспорт) через мембраны.

Разрыв ковалентных связей ферментами сильно влияет на избирательность действия агентов, так как при этом они могут превращаться в более активные или, наоборот, инертные вещества. При неспецифической адсорбции нейтральные молекулы адсорбируются сильнее, чем ионы. Это происходит потому, что ион гидролизуется сильнее, чем соответствующие неионизированные молекулы, которые в этом случае легче вытесняются из воды. Специфическая адсорбция свойственна гидрофильным веществам. Так, в результате притяжения к противоположно заряженным участкам поверхности ион будет адсорбироваться сильнее, чем неионизированная молекула. Проникновение ксенобиотиков в клетку зависит от типа мембраны. Причины затруднения прохождения иона через липопротеидную мембрану: 1) ионы имеют относительно большую величину вследствие гидратации; 2) заряд ионов совпадает по знаку с той частью белковой поверхности, к которой он приближается, что приводит к отталкиванию; 3) заряд иона противоположен по знаку с белковой поверхностью, что приводит к фиксации.

Незаряженные молекулы с малой молекулярной массой обычно легко проникают через мембраны. Ионы могут также хорошо проникать в клетки при наличии в мембранах ионных каналов, систем активного транспорта (АТФаз) и др.
49.Судьба ксенобиотиков в биогеоценозах.

Важное значение имеют скорости превращений ксенобиотиков в экосистеме. Высокая скорость превращения обычно приводит к исчезновению вещества и, следовательно, к исчезновению проблемы, связанной с загрязнением окружающей среды; при медленном разрушении вещество сохраняется длительное время, что может приводить к его концентрированию. Ксенобиотики, попадающие в экосистемы, могут претерпевать следующие основные этапы дальнейшей трансформации: 1)реакции превращения: распад ксенобиотиков, окислительно-восстановительные и гидролитические реакции, реакции конъюгации; 2)адсорбция на частицах биологического и абиотического происхождения; 3)переход из одной среды в другую. Судьба ксенобиотика в экосистеме зависит от целого ряда факторов и их взаимодействия. Например, распад (деградация) ксенобиотиков может осуществляться под действием ферментов, а также чисто физико-химическим путем – вследствие фотолиза (действия света) или гидролиза (взаимодействия с водой).
50.Роль физико-химических факторов в превращениях ксенобиотиков в окружающей среде.

Для понимания характера воздействия ксенобиотиков на экосистемы чрезвычайно важное значение имеет скорость превращения ксенобиотиков. Высокая скорость превращения обычно приводит к исчезновению вещества и, следовательно, к исчезновению проблемы, связанной с загрязнением окружающей среды; при медленном разрушении вещество сохраняется длительное время, что может вызвать его концентрирование. Типы физико-химических процессов превращения ксенобиотиков в среде: фотохимические, окислительно-восстановительные, гидролитические реакции.

Фотохимические превращения проходят в три стадии: 1)поглощение излучения определенной длины волны и переход молекулы ксенобиотика в возбужденное состояние; 2)преобразовалие электронно-возбужденного состояния и переход молекулы в невозбужденное состояние (первичный фотохимический процесс); 3)образования различных веществ в результате первичного фотохимического процесса (вторичные, или «темновые» реакции). При этом активные частицы, образующиеся в первичных фотохимических процессах, прежде всего свободные радикалы, могут реагировать с другими молекулами в своем непосредственном окружении, например с молекулами кислорода или воды. Возбужденные молекулы могут передавать поглощенную энергию молекулам другого ксенобиотика, который затем разрушается. Переход молекулы в возбужденное состояние зависит от распределения электронов и их плотности. Степень деструкции ксенобиотика в фотохимических процессах зависит от: его способности перемещаться в атмосфере или оставаться на поверхности; от свойств самого ксенобиотика. Окислительно-восстановительные процессы имеют важное значение, так как: окисленные и восстановленные формы данного ксенобиотика могут существенно различаться по биологическими экологическим свойствам; значительная вариация окислительных или восстановительных условий в окружающей среде влияет на трансформацию ксенобиотиков. Окислительно-восстановительная способность окружающей среды характеризуется величиной рε, позволяющей установить, в какой форме в данной среде может существовать ксенобиотик:

pε = -lg [e^–]

где рε – показатель активности электрона, указывающий на способность среды отдавать или принимать электроны. Высокое значение рε соответствует низкой активности электронов: соединение находится в «обедненной» электронами или окисленной форме; низкое значение рε соответствует высокой активности электронов: соединение «обогащено» электронами или восстановлено. Реакции гидролиза обусловлены способностью вещества вступать в реакции с водой. Гидролиз зависит от распределения зарядов в веществе и от рН среды. Гидролизу подвержены многие соединения, например эфиры и амиды карбоновых кислот, карбонаты, фосфорорганические соединения и др. При гидролизе амидов образуются карбоновая кислота и амин. Многие галогензамещенные соединения также чувствительны к гидролизу. Адсорбция ксенобиотиков на частицах. Доступность ксенобиотика для ферментов и, следовательно, возможность его деградации снижаются в результате сорбции его молекул на частицах биологического или абиотического происхождения. Процессы сорбции-десорбции ксенобиотиков взаимосвязаны с переносом этих соединений в биосфере на большие расстояния. В адсорбированном состоянии они не разлагаются фотохимически и не гидролизуются водой, т.е. устойчивость их повышается. Конъюгация ксенобиотика с различными органическими молекулами. Ксенобиотик в форме конъюгата, образовавшегося внутри живого организма, попадает в почву или в воду и продолжает циркулировать в биогеоценозе. Продукты конденсации некоторых пестицидов (или их метаболитов) с веществами растений разлагаются медленнее, чем исходные вещества (фосфорорганический пестицид винфос). Одним из типов конъюгации ксенобиотиков считается алкилирование. При алкилировании может существенно изменяться водо- и жирорастворимость (липофильность) данного соединения, а последнее свойство вещества определяет его переходы из гидрофильной среды в гидрофобную и обратно. Переходы веществ из одной среды в другую. Таковы переходы ксенобиотиков из воды в воздух и обратно, из организмов в воду и обратно, из почвы в воду и т. д. Например, летучесть ряда пестицидов (особенно хлорорганических) – переход в результате испарения из почвы или воды в воздух – обусловливает их дальнейший перенос на большие расстояния.