Биотрансформация экотоксикантов

Неорганические экотоксиканты. Многие организмы имеют ес­тественные механизмы метаболизма и удаления тяжелых метал­лов, чаще всего в форме металлорганических соединений. Один из наиболее изученных механизмов биометилирования включает перенос метил-аниона от модифицированной формы витамина В₁₂ (метилкобаламина). Донором метил-аниона служат также про­изводные М-метилтетрагидрофолата и 8-аденозилметионина. По такому механизму происходит биометилирование ртути, свинца и олова.

Процессы биометилирования наиболее интенсивно осуществ­ляются микроорганизмами (псевдомоноподобными бактериями), обитающими в донных отложениях.

Вследствие довольно высокой химической устойчивости и липофильности органические формы ртути и некоторых других тя­желых металлов накапливаются в жировых тканях и передаются по пищевым цепям.

Метаболизм органических экотоксикантов. Энзиматические реакции могут приводить как к детоксикации экотоксикантов (которые при попадании в организм становятся ксенобиотиками), так и к образованию метаболитов с более высокой токсичностью, в последнем случае говорят об активации. Возможны три типа превращений под действием энзимов: полная минерализация; разрушение ксенобиотика до низкомолекулярных соединений, которые затем выделяются в окружающую среду и включаются в природный круговорот веществ; химическая трансформация с накоплением метаболитов в клетках организма.

Неспецифические энзиматические превращения. Живые организ­мы, за исключением некоторых видов бактерий, не имеют специ­фических энзимов для преобразования ксенобиотиков. Неспеци­фические энзиматические превращения обычно включают реак­ции окисления, восстановления и гидролиза. Окислительные про­цессы наиболее распространены. Типичен пример окислительного метаболизма этанола алкоголь- и затем альдегиддегидрогеназами (СН₃СН₂ОН → СН₃СНО → СН₃СООН).

К реакциям гидролиза в первую очередь относится протеолитическое расщепление крахмала, белков и нейтральных жиров, катализируемое ферментами гидролазами. Среди средств химической защиты растений от насекомых существует много веществ со сложноэфирной группировкой, осо­бенно среди фосфорорганических соединений. Это объясняется тем, что в организмах насекомых в отличие от организма млеко­питающих набор эстераз беден, поэтому у насекомых не происходит их быстрого обезвреживания и они накапливаются до ле­тальных концентраций.

Конъюгация. У растений, не имеющих системы выделения, ана­логичной органам выделения животных, обычно происходит конъюгирование ксенобиотиков (или их метаболитов) с углево­дами и депонирование в местах, не связанных с общим метабо­лизмом.

Важной стадией биологической трансформации у позвоноч­ных животных является перевод гидрофобных соединений в во­дорастворимые, способные выводиться с мочой. Предваритель­ной стадией трансформации гидрофобного ксенобиотика долж­но быть введение в молекулы полярной группы, например его С-гидроксилирование. Далее происходит конъюгация — связы­вание ксенобиотиков или продуктов их трансформации с гидро­фильными молекулами, такими, как сульфат-ион и глюкуроновая кислота. В малых концентрациях эти молекулы присутствуют в биосредах.

Суммарный процесс С — гидроксилирования и конъюгации с сульфат-ионом приведен для молекулы бензола:

С₆Н₆ → С₆Н₅ОН → С₆Н₅ОSО₃К + Н₂О

В конечном результате токсичный бензол удаляется из орга­низма с мочой в виде калиевой соли сульфоэфира фенола.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение понятий «биосфера» и «биота».

2. В чем состоит различие понятий «окружающая среда» и «среда обитания»?

3. Какой элементный химический состав биосферы?

4. Перечислите функции, которые выполняет биота в биосфере. При­ведите примеры.

5. Благодаря каким свойствам и функциям биосферы можно утверждать: совокупность живых организмов обладает средообразующей и средорегулирующей функциями и, в частности, играет главенствующую роль в обеспечении качества окружающей среды?

6. Каковы особенности химических процессов в биосфере?

7. Рассмотрите фотосинтез как окислительно-восстановительный про­цесс.

8. С каких позиций рассматривал биосферу В. И. Вернадский? Что та­кое «ноосфера»?

10.Какие методы применяют для определения токсичности веществ?

11.Какие меры токсичности вы знаете?

12.Перечислите основные элементы из тяжелых металлов и их дей­ствие на организм.

13.Как влияет на окружающую среду применение различных пести­цидов?

14.Приведите пример действия диоксинов. Какие диоксины вы зна­ете?

15.Опишите поведение экотоксикантов в окружающей среде.

16.Назвать источники попадания токсичных соединений в пищевые продукты.

17.Какую опасность представляет собой отравление ртутью и ее соединениями?

18. Существуют ли безопасные и полезные металлы для человека?

19.Почему запрещено производство и использование этилированного бензина?

20.Какие вещества более опасны для человека — нитраты или нитриты?

21.Каким образом можно снизить содержание нитратов и нитритов в продуктах питания?