Метаболизм пестицидов в организме

Поступление ядовитого вещества в организм вызывает ответные защитные реакций, ограничивающие токсическое действие яда. К таким реакциям относятся: выведение чужеродного вещества из организма в неизмененном виде; отложение (депонирование) его в тканях и органах; разрушение яда до более простых веществ с последующим выведением их или включением в общие процессы метаболизма.

Большинство пестицидов - липофильные вещества, поэтому выведение их из организма в неизмененном виде происходит довольно редко (это свойственно обычно стойким химическим соединениям, например хлорорганическим пестицидам, которые могут выделяться из организма с молоком). То же можно сказать о соединениях гидрофильного характера - только некоторые из них могут выделяться из организма в неизмененном виде.

Выведение яда из организма может происходить с экскрементами, особенно с непереваренными веществами, и в процессе рвотного акта, когда токсический агент вызывает сильное раздражение слизистых оболочек пищеварительного тракта.

Депонирование токсического вещества свойственно всем живым организмам и приводит к временной локализации яда в тканях, которые не принимают активного участия в жизненно важных процессах.

Наиболее распространенная реакция любого организма на введе­ние чужеродного вещества - его разрушение. В результате могут об­разовываться как менее токсичные (детоксикация), так и более ядовитые (активация) продукты. К наиболее стойким к разрушению относятся галоиодопроизводные циклических углеводородов и гетеро­циклические соединения, к менее стойким - эфиры фосфорной кисло­ты. В конечном итоге в процессе превращения получаются более простые и гидрофильные вещества, легко выделяемые из организма или включаемые в общие процессы метаболизма.

Известно несколько основных типов реакций, происходящих в орга­низме: гидролиз, окисление, восстановление, дегидрохлорирование и коньюгирование. Эти реакции катализируются ферментами, а мно­гие требуют еще и донора водорода.

Гидролиз. Гидролиз ядов в организмах может идти как химичес­ким, так и энзиматическим путем. Основную роль в этом процессе иг­рают ферменты, амидазы, карбоксиэстеразы и некоторые другие, ак­тивность которых в живых организмах довольна велика.

Гидролитическое расщепление характерно для пестицидов из группы амидов (пропанид), эфиров различных кислот (эфиры 2,4-Д и 2М-4Х), алкилкарбаматов (севин), арилкарбаматов (карбин). органических соеди­нений фосфора (метафос) и галоиодопроизводных углеводородов (гексахлорбугадиен). При этом образуются, с одной стороны, кислоты, а с другой - спирты или амины. Особые соединения - арил- и алкилкарбаматы, так как образующиеся при их гидролизе кислоты очень нестойки и быстро распадаются до углекислоты и соответствующих аминов.

При гидролизе липофильные вещества превращаются в гидрофиль­ные, и характер поведения ядов в организме резко меняется. Продукты реакции слабо проникают через мембраны к жизненно важным центрам и быстрее выводятся из организма.

В большинстве случаев в результате гидролиза образуются вещества. менее токсичные для организма.

Однако имеются яды, токсичность которых после гидролитическо­го расщепления увеличивается. Например, ацетилдиптерекс гидролизуется под влиянием ферментов до хлорофоса, более токсичного для насекомых и животных.

Окисление - один из распространенных типов превращений ядов в
организме. Механизм этих реакций зачастую довольно сложен, и для прохождения необходимы ферменты и коэнзимы, а также доноры водорода. Для многих веществ, стойких к гидролизу, окисление служит основным путем метаболизма в организмах. При этом могут образовываться как более, так и менее токсичные вещества, малостойкие к гидролизу и более стойкие.

Различные жирные кислоты и их производные, попадая в живой организм, разрушаются с помощью механизма окисления, который представляет собой ступенчатое расщепление фрагментов углеводородной цепи с четным числом атомов углерода до уксусной кислоты.

Особое значение имеет этот процесс для производных феноксикарбоновых кислот. Феноксимасляные кислоты, обладающие невысокой физиологической активностью, могут подвергаться в растениях окислению до соответствующих феноксиуксусных кислот, характеризующихся более высокой фитотоксичностью.

Окисление боковых связей циклических и гетероциклических соединений часто происходит в тех случаях, когда непосредственное гидроксилирование кольца затруднено. При этом образуются более полярные и менее токсичные продукты, а также одновременно ускоряют процессы разрушения кольца.

Примерами неспецифических реакций окисления могут служить реакции N- и О-деалкилирования, которые катализируются различными оксигеназами и требуют донора водорода, например НАДФ.Н₂. Эти реакции представляют собой основной негидролитический путь разложения некоторых пестицидов в биологических средах, особенно алкиламинов, алкиламидов, алкилкарбаматов.

О-деалкилирование играет значительную роль в процессе разрушения пестицидов производных фосфорной и фосфоновой кислот, а также других веществ, содержащие алкоксигруппу; резко увеличивая гидрофильность метаболитов.

В метаболизме пестицидов большое значение имеют реакции окисления атомов серы в молекулах некоторых веществ (тиофос). Это характерно для инсектицидов из группы производных карбаминовой и фосфорной кислот. Окисление тиоэфирной среды у этих соединений происходит независимо от структуры остальной части молекулы. При этом вначале образуется соответствующий сульфоксид, а затем сульфон.

Продукты окисления не отличаются по токсичности от исходного вещества, но значительно более стойки к гидролизу. Токсичность некоторых продуктов реакции окисления для млекопитающих увеличивается в десятки и сотни раз по сравнению с исходным веществом. Однако эти токсичные метаболиты легко гидролизуются и поэтому сохраняются в биологических средах непродолжительное время.

Реакции окисления имеют большое значение в процессе разрушения ароматического кольца и метаболизма стойких пестицидов, например галоидопроизводных углеводородов. Для циклодиеновых соединений (гептахлор) характерно прямое окисление двойных связей с образованием эпоксидов, которые более токсичны, чем исходные вещества, и являются первыми метаболитами, с которых начинается разрушение пестицида в организмах.

Гидроксилирование ароматического кольца в молекулах многих ядов служит предпосылкой для дальнейшего его расщепления и происходит при участии донора водорода. При этом в молекулу яда вводится полярная группа -ОН, вследствие чего полярность молекулы увеличивается и соответственно уменьшается токсичность соединения.

Восстановление. Из других реакций, приводящих к потере токсичности яда в организме, следует отметить восстановление нитрогруппы. Это характерно для веществ, имеющих нитро группу при бензольном кольце (метафос), и приводит к образованию соответствующих аминопроизводных с меньшей физиологической активностью.

Дегидрохлорирование (отщепление молекул хлористого водорода). Данная реакция свойственна хлорированным углеводородам и некоторым другим пестицидам и протекает в щелочной среде или при участии ферментов. В результате этой реакции могут образовываться как менее (ДДТ—ДДД—ДД-уксусной кислоты), так и более токсичные (хлорофос - дихлорофос) продукты.

Конъюгирование. Реакции конъюгирования представляют собой биосинтетические процессы, при которых чужеродные организму вещества соединяются с эндогенными химическими соединениями. Образующиеся при этом комплексы (конъюгаты), как правило, более полярны, подвижны и менее токсичны. Среди таких реакций различают: ацетилирование, образование сульфатов, конъюгирование с аминокислотами, глюкозой и глутатионом.

О- и S-метилирование. Они свойственны в первую очередь пестицидам, содержащим в молекулах фенольные, гетероциклические и другие циклические группировки.

В процесс конъюгирования включаются как сами пестициды, так и
продукты их метаболизма (спирты, фенолы, карбоновые кислоты, амины, тиолы, гетероциклические и циклические соединения).

В заключение надо сказать о том, что в организме процесс превращения пестицидов, также как любого ядовитого вещества не идет одним строго определенным путем. Напротив, одно и то же соединение может вовлекаться в различные реакции, в результате которых образуются разнообразные продукты обмена. При этом одни реакции приводят к активированию яда. другие обусловливают его детоксикацию. Направленность этих процессов зависит от видовых и индивидуальных особенностей организма и в значительной степени определяет избирательность действия пестицидов.