WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

«Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет» В. П. Саловарова, А. А. Приставка, О. А. Берсенева ВВЕДЕНИЕ В БИОХИМИЧЕСКУЮ ЭКОЛОГИЮ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ 1 УДК ...»

-- [ Страница 2 ] --

У многих млекопитающих функцию половых феромонов самцов выполняют андрогены: 5 андрост 16 ен 3 он домашней свиньи, тестостерон у человека и т. д.

2. Вещества, воздействующие на половое созревание и ре продуктивную активность других особей.

Данный тип химической сигнализации известен у грызу нов и у позвоночных животных, обитающих в водной среде.

Например, самки мышей с мочой выделяют вещества, воз действующие на половое созревание и репродуктивную актив ность других самок. По этой причине молодые самки, содер жащиеся в одиночестве, достигают половой зрелости раньше, чем такие же самки, живущие группой в одной клетке. При групповом содержании самок у них подавляется эстральный цикл, и удлиняются промежутки между наступлением эструса.

Экологический смысл данного явления заключается в снижении рождаемости в условиях чрезмерной плотности популяции.

Феромоны самцов также могут влиять на репродуктивную активность самок. В моче самцов мышей присутствуют низко молекулярные пептиды, стимулирующие готовность самок к раз множению и вызывающие нормальную цикличность в деятельно сти яичников даже у тех самок, у которых ранее не было течки.

Некоторые экзометаболиты рыб и амфибий также дейст вуют как ингибиторы роста и развития при повышенной плот ности популяции. Тем самым эти вещества выступают в качест ве регуляторов, приводящих плотность популяции в со ответствие с экологической емкостью местообитаний.

Судя по результатам исследований последних лет, в хи мической регуляции размножения и полового поведения позво ночных животных может участвовать целый комплекс половых феромонов, каждый из которых вызывает определенные фи зиологические изменения в организме и соответствующее изме нение поведения.

Например, самки золотой рыбки (Carassius auratus) пе ред началом овуляции выделяют феромон праймер, вызываю щий у самцов увеличение уровня гонадотропных гормонов и, как следствие, усиленное образование спермы.

После того, как процесс овуляции прошел, самка начинает выделять другой феромон – релизер, который вызывает у сам цов брачное поведение. А непосредственно во время нереста золотая рыбка выделяет еще один релизер, учуяв запах которо го, самцы не могут удержаться от выброса молок.

Таким образом, выделение партнерами половых продуктов синхронизируется, что особенно важно для видов с наружным оплодотворением (рис. 30).

Рис. 30. Участие половых феромонов в регуляции репродуктивного по ведения золотой рыбки Б. Вещества, служащие для мечения территории Эти феромоны служат для передачи особям того же вида информации о занятости территории. Экологическая функция – обеспечение каждого животного (семьи или группы – в зависи мости от их социобиологии) участком, достаточным для обеспе чения его и потомства кормовыми ресурсами.

Примером таких феромонов является фенилуксусная ки слота, служащая для мечения территории у самцов песчанки (Meriones unguiculatus).

Среди оседлых рыб также имеется немало видов, которые охраняют свои участки обитания. Для маркирования этих уча стков они используют целый набор веществ, например желчные кислоты и их производные, которые поступают в воду с фека лиями. Некоторые морские прибрежные рыбы метят участки с помощью кожной слизи, частички которой остаются на камнях и других предметах. Самцы трехиглой колюшки (Gasterosteus aculeatus) в период размножения метят собственное гнездо с помощью клейкого секрета почек, который используется при сооружении гнезда. Специфический запах секрета не только сигнализирует другим особям, что участок занят, но и помогает самим хозяевам находить его, если им случится уплыть далеко.

В. Вещества, служащие для индивидуального опознания особей Многие позвоночные способны использовать химические сигналы для узнавания не только особей другого вида, но и для индивидуального распознавания животных своего вида. Имею щиеся данные позволяют выделить следующие функции этих соединений.

Отличие особей своего вида от чужих.

«Клановый» запах, позволяющий стадным животным идентифицировать членов сообщества.

Идентификация персонально знакомых особей. Напри мер, рыжие полевки (Clethrionomys glareolus) способны отли чать и помнить запах мочи знакомых и незнакомых особей.

Аттрактанты для детенышей, привлекающие их к матери.

Уход за потомством. Например, химические сигналы, выделяемые мальками циклид (Cichlidae), вызывают «охран ное» поведение родителей. Сигнальная значимость запаха мо лоди сохраняется до тех пор, пока не приходит время для рас пада семейной группы. Самцы трехиглой колюшки по запаху отличают икру из охраняемого ими гнезда от чужой. Самки полуобезьян тупай (Tupaia belangeri) метят новорожденных детенышей пахучими веществами, при отсутствии которых но ворожденного выбрасывают из гнезда и съедают.

Г. Феромоны тревоги Играют большую роль в регуляции оборонительного пове дения рыб, например отряда карпообразных. Вещества выраба тываются специальными клетками кожи и попадают в воду при повреждении кожных покровов жертвы хищником.

Поведенчеcкий ответ на этот сигнал выражается в насторожен ности рыб, а затем в бегстве или затаивании. Более того, рыбы в течение многих дней опасаются посещать те места, в которых они столкнулись с тревожным запахом.

Кроме описанных типов феромонов позвоночных есть све дения о наличии химических сигналов, которые передают ин формацию о стрессированности других особей того же вида. В экспериментах было показано, что моча стрессированных элек трораздражением крыс вызывала у интактных особей такие же физиологические эффекты, какие наблюдалось у животных, находящихся в условиях стресса.

Прикладное использование феромонов позвоночных животных Средства химической сигнализации позвоночных пока не нашли широкого применения на практике в силу их недоста точной изученности, однако они не менее перспективны чем аналогичные хемомедиаторы беспозвоночных животных.

Среди разрабатываемых направлений практического ис пользования феромонов выделяют следующие.

Борьба с нежелательными видами грызунов путем исполь зования аттрактантов для привлечения животных к ловушкам.

Повышение эффективности искусственного осеменения в животноводстве с помощью половых феромонов, ускоряющих появление эструса у сельскохозяйственных животных.

Повышение продуктивности аквакультуры путем кон троля уровня феромонов, регулирующих плотность и простран ственную структуру популяции рыб.

4.2. Межвидовые взаимодействия Вещества, участвующие во взаимодействиях между раз ными видами животных, делят на две группы (рис. 28):

алломоны – вещества, приносящие пользу или преиму щество тем организмам, которые их вырабатывают;

кайромоны – соединения, приносящие преимущество тем организмам, которые их воспринимают.

4.2.1. Алломоны К алломонам животных относят три группы соединений:

токсины, репелленты и приманки (рис. 28).

А. Токсины Токсины животных (зоотоксины), участвующие в межви довых взаимодействиях, в зависимости от биологических и эко логических особенностей вида, выполняют противоположные функции: у хищных животных служат средством агрессии, у потенциальных жертв являются орудием защиты от нападения хищных видов. Соответственно, токсичные алломоны способст вуют выживанию отдельных видов и в то же время регулируют специфику трофических цепей и скорость переноса энергии по экосистемам.

Можно выделить несколько особенностей, характеризую щих токсины животных в целом.

В качестве токсинов используются вещества различных химических классов – от низкомолекулярных (хиноны, амины, терпеноиды) до высокомолекулярных (пептиды и белки).

Один и тот же вид в качестве химического оружия мо жет использовать комплекс веществ, зачастую совершенно раз личных по химической природе.

Одно и то же токсичное вещество может продуцировать ся несколькими неблизкородственными видами.

Некоторые виды животных накапливают токсичные ве щества из организмов, служащих для этих видов пищей. Более того, источником токсинов могут являться ядохимикаты, ис пользуемые в сельском хозяйстве. Например, 2,5 дихлорфенол, обнаруженный у саранчи Romalea microptera, является произ водным гербицидов.

Описано множество токсинов у наземных, водных беспо звоночных и у позвоночных животных, включая рыб, амфибий, рептилий и млекопитающих. По способу введения зоотоксина в ор ганизм другого вида ядовитые животные делятся на две группы:

1. Активно ядовитые (змеи, пауки, скорпионы) – в основ ном продуцируют токсины белковой природы, которые вводят ся в тело жертвы с помощью специального аппарата (жала, зу бов, игл и др.).

2. Пассивно ядовитые (рыбы, кишечнополостные, жестко крылые) – часто вырабатывают не пептидные яды, оказываю щие действие при поедании животного продуцента.

Считается, что на начальном этапе эволюции животных возникли виды с чертами примитивной ядовитости, способные аккумулировать ядовитые метаболиты в тканях и органах. В последующем некоторые из них приобрели способность выраба тывать яд в специальных органах. Вероятно, вначале это про исходило в результате усиления защитной функции наружного слоя тела (иглокожие, кишечнополостные, черви), затем – пу тем образования специализированных органов на базе желез внешней и внутренней секреции. Так, ядовитый аппарат пере пончатокрылых связан с половой системой, у змей и моллюсков – с пищеварительной.

По химическому составу все зоотоксины подразделяются на две основные группы: белковой и небелковой природы.

Токсины белковой природы Обычно яды, содержащие в качестве активного начала вещества белковой природы, включают также минорные белко вые компоненты и ряд органических и неорганических веществ, определяющих в совокупности физиологическую активность и характер токсического действия. По этой причине яды белковой природы принято классифицировать по видам животных, выра батывающих яд и характеризовать как целый яд, так и его наи более значимые компоненты.

Сравнительная токсичность зоотоксинов из разных групп организмов представлена в табл. 6.

Яды змей. Считается, что ежегодно около 1 млн человек подвергаются укусам ядовитых змей, при этом в 24 % случаев развиваются тяжелые поражения, а 2–3 % укусов – со смер тельным исходом.

Токсины змей представляют собой комплекс активных ве ществ, в состав которого входят:

ферменты – во всех ядах найдены: гиалуронидаза, фосфолипаза А, нуклеотидаза, фосфодиэстераза, дезоксирибо нуклеаза, рибонуклеаза, аденозинтрифосфатаза, нуклеотид пирофосфатаза, оксидаза L аминокислот и экзопептидаза;

полипептиды, относящиеся к нейро и гемотоксинам;

белки со специфическими свойствами, например, фактор роста нейронов, антикомплементарный фактор и др.;

неорганические вещества.

Таблица Сравнительная токсичность ядов различной природы из разных групп животных ЛД50, мг/кг Токсин Продуцент (мыши) Диамфотоксин Личинки жука Diamphidia locusta 0, Палитоксин Коралловые полипы Polithoa toxica 0, Батрахотоксин Кожный секрет бесхвостых земно 0, водных рода Phyllobates Тайпотоксин Змея тайпан Oxyuranus scutellatus 0, Тетродотоксин Рыба иглобрюх Fugu, моллюск 0, Babylonia japonica, жаба Atelopus varius Титьютоксин Скорпион Androclonus australis 0, Конотоксин I Моллюск Conus geographus 0, Нейротоксин AS5 Актиния Anemonia sulcata 0, Токсин (белок) Корнеротая медуза Stomolophus 0, meleagris Латроксин Каракурт (род Latrodectus) 0, Нейротоксин II Кобра Naja oxiana 0, Токсин (белок) Крылатка Pterois volitans 0, Токсин (белок) Обыкновенная пчела Apis mellifera 3, По характеру действия на теплокровных животных яды змей подразделяются на две основные группы – нейротоксины и гемотоксины.

1. Нейротоксичные – действуют на нервную систему.

Наиболее характерны для аспидов (кобры, бунгарусы, мамбы) и морских змей.

Нейротоксины, в свою очередь, делятся на пресинаптиче ские и постсинаптические.

Пресинаптические (яды австралийских и азиатских змей). Некоторые пресинаптические токсины, например, тай поксин из тайпана (Oxyuranus scutellatus), обладают фосфо липазной активностью и вызывают изменения в высвобождении нейромедиаторов пресинаптическими окончаниями – ослабле ние секреции либо полное ее угнетение в результате поврежде ния везикул. Пресинаптический каудоксин из яда африканской гадюки (Bitis caudalis) блокирует высвобождение ацетилхоли на из двигательных нервных окончаний.

Некоторые нейротоксины состоят из двух компонентов.

Например, крототоксин из яда гремучей змеи (Crotalus terrificus) представляет собой комплекс щелочной фосфатазы с кислым белком кротопатином, не обладающим ни заметной ток сичностью, ни ферментативной активностью. Считают, что кро топатин предотвращает неспецифическую сорбцию фосфолипа зы, что благоприятствует ее связыванию с пресинаптическими участками.

Постсинаптические токсины (яды кобр, бунгарусов, мамб и некоторых австралийских змей) менее однородны по строению и отличаются более широким спектром активности:

гемолитической, кардиотоксической и цитотоксической.

По структуре молекулы постсинаптических токсинов под разделяются на «короткие» (60–62 аминокислотных остатков, дисульфидные связи, мол. м. ~7000) и «длинные» (71–74 ами нокислотных остатков, 5 дисульфидных связей;

мол. м. 8000) В основе действия этих токсинов лежит способность мо дифицировать поверхностные клеточные мембраны, при этом возбудимые мембраны деполяризуются.

2. Гемотоксичные яды – действуют на кровь. К ним отно сятся большинство ядов гадюк и гремучих змей.

Гемотоксины представлены двумя группами: сериновыми протеазами и металлопротеазами. Первые – эндопептидазы, по характеру действия близкие к тромбиноподобным ферментам и кининогеназам. Вторые – ферменты, катализирующие гидролиз казеина, гемоглобина, инсулина и др. Металлепротеазы акти 2+ вируются двухзарядными ионами (например Са ) и действуют в основном на связи остатков лейцина и фенилаланина. Отно сительное содержание протеаз в ядах сильно варьирует: в яде гадюки Vipera berus 75 % протеолитической активности прихо дится на металлопротеазы и 25 % – на сериновые;

в яде гюрзы V. lebetina – обратное соотношение.

Протеазы ядов могут вызывать нарушение свертываемости крови и фибринолиза, приводя к тромбоэмболиям или геморра гиям. Действуя на разные звенья гемокоагуляционного каскада, протеазы большинства ядов оказывают двоякое действие;

вна чале наблюдается внутрисосудистое свертывание крови, затем кровь может на длительный период терять способность к свер тыванию.

Интоксикация ядами гадюк и гремучников характеризует ся геморрагическими отеком и некрозом тканей в зоне введения яда. В тяжелых случаях развивается шок, чему способствуют развитие сердечной недостаточности, уменьшение венозного объема крови, нарушение функций форменных элементов кро ви, сгущение крови, тромбоэмболия, дисбаланс электролитов, различные нарушения центральной нервной системы.

Гемотоксины разных видов змей могут оказывать проти воположное действие: так, яд коричневой змеи (Pseudonaja textilis) обладает сильным коагулирующим действием, а яд кобры (Naja naja) замедляет свертываемость крови.

Кроме этого, действие яда кобр обусловлено не только токсичными компонентами, но и развитием процессов аутоин токсикации вследствие высвобождения гистамина, простаглан динов и других биологически активных веществ.

Яды паукообразных изучены меньше, чем яды змей.

Наибольшее токсикологическое значение имеют скорпионы (свыше 1500 видов), от укусов которых ежегодно страдают около 150 тыс. человек, причем число смертельных исходов в некоторых зонах составляет 11–16 %. Наиболее опасны скор пионы родов Leiurus, Buthus, Androctonus (Африка, Азия), Centruroides (США, Мексика), Tityus (Бразилия). При еди ничном ужалении обычно выделяется менее 1 мг яда.

Яды скорпионов содержат полипептиды, ферменты (фос фолипазы А и В, кислая фосфатаза, фосфодиэстераза, ацетил холинэстераза, 5' нуклеотидаза и др.), моно и полисахариды, в некоторых ядах найдены серотонин и гистамин.

Уникальное свойство ядов некоторых видов (семейства Buthidae и Scorpionidae) – наличие нейротоксинов, избира тельно действующих на млекопитающих, насекомых или рако образных. Токсины млекопитающих обычно имеют молекуляр ную массу около 7 кДа. Исключение составляет токсин скор пиона Scorpio maurus palmatus, состоящий из 32 аминокислот ных остатков с молекулярной массой 3478. Механизм действия нейротоксинов обусловлен модификацией Na каналов электро возбудимых мембран.

Яды пауков обладают нейро и гемотоксической активно стью. В состав ядов входят полипептиды, ферменты, биогенные амины и другие активные вещества. Яды некоторых видов об ладают сравнительно высокой токсичностью для теплокровных Наиболее изучен яд каракурта (р. Latrodectus). Активное начало – латроксин, который действует на пресинаптическом уровне, вызывая массовый выброс медиатора из везикул.

Иным характером токсического действия и составом об ладает яд пауков рода Loxosceles (Сев. Америка). Наличие в составе секрета ядовитых желез сфингомиелинидазы Д опреде ляет дерматонекротическое действие яда и промотирует слипа ние тромбоцитов и распад эритроцитов.

В яде паука Atrax robustus (Австралия) содержатся ней ротоксин атраксин, аминомасляная кислота, белок спермин и гиалуронидаза. Токсин действует на адренорецепторы и вы зывает высвобождение ацетилхолина из холинергических нерв ных окончаний.

Среди клещей к ядовитым относится несколько видов ро дов Ixodes и Ornithodoros. В слюнных железах I. holocyclus (Австралия) найден паралитический токсин, который на преси наптическом уровне разобщает процесс деполяризации нервных окончаний и механизм секреции медиатора. Укус клеща приво дит к развитию паралича, заканчивающегося часто смертель ным исходом Следует отметить, что белковые токсины – ингибиторы протеаз – содержатся также в яйцах некоторых иксодовых клещей (Amblyomma hebraeum, Boophilus decoloratus и др.).

Яды перепончатокрылых (пчелы, осы) также облада ют относительно высокой токсичностью. Хотя количество выде ляемого при ужалении яда невелико, даже единичные укусы могут привести к смертельному исходу, если возникает быстро развивающаяся аллергическая реакция. Наиболее опасными считаются насекомые, ведущие общественный образ жизни.

Обычно их яды действуют на вегетативную и центральную нервные системы, как следствие наблюдаются тахикардия, су дороги и параличи, общая слабость, возможна смерть от пара лича дыхания.

Яды общественных перепончатокрылых имеют много об щих элементов состава (табл. 7) и характеризуются относитель но невысоким содержанием ферментов. Их токсическое дейст вие определяют в основном полипептиды и биогенные амины.

Таблица Основные компоненты ядов пчел, ос и шершней Тип компонента Пчелы Осы Шершни Биогенные ами Гистамин Гистамин, Гистамин, ны серо тонин катехоламины, ацетилхолин Полипептиды Мелиттин, апа Кинины, Кинины, мин, МСД МСД пептид, нейро токсины пептид (вызы нейрото вает разруше ксины, гемо ние тучных литический клеток), тер белок поли тиапин, сека стин пин Ферменты Фоофолипаза Фосфолипаза Фосфолипазы А, гиалурони А, гиалурони А и В, гиалу даза, кислая даза, ДНК азы ронидаза, про фосфатаза теазы, ДНК азы Яды жуков включают самый мощный зоотоксин – одноцепо чечный полипептид диамфотоксин (молекулярная масса 60 кДа), содержащийся в личинках листоедов диамфидий (Diamphidia locusta) распространенных в Африке. Токсическое действие диамфотоксина обусловлено образованием в мембране каналов + + для ионов К и Na. Ядовитые свойства личинок диамфидий давно известны бушменам, которые использовали их для при готовления яда для стрел – одной стрелой можно убить жира фа массой до 500 кг.

Многие жуки, например колорадский (Leptinotarsa decemlineata), имеют гемолимфу, токсичную для насекомых и млекопитающих. Токсическая доза гемолимфы колорадского жука для мышей ~5 мкл. Активное начало гемолимфы – белок лептинотарзин (50 кДа), действующий на нервно мышечные окончания.

Основные компоненты ядов кишечнополостных (меду зы, коралловые полипы) – вещества белковой природы (нейро, кардио, гемо и цитотоксины, ферменты, гистаминолиберато ры, кинины). Обладая сложным составом, эти яды имеют очень широкий спектр токсического действия.

Яды медуз помимо токсичных белков содержат также био генные амины, ферменты, простагландины (например, морская крапива Chrysaora quinquecirrha), углеводы, гистаминолибераторы.

Яды кишечнополостных содержатся в стрекательных клетках (нематоцитах, или киндобластах), что осложняет их изучение и характеристику. Нативным ядам обычно свойствен ны местное (сильная боль, воспаление, иногда некроз тканей) и общетоксическое действие (нарушение сердечной деятельности и дыхания, судороги, и др.).

Действующее начало яда брюхоногих моллюсков рода конус (Conus) – пептиды с нейротропной активностью. Лучше всего изучены пептиды (конотоксины) яда С. geographus. Они содержат 13–15 аминокислотных остатков с двумя дисульфид ными связями (молекулярная масса 1500–2000). Конотоксины по характеру действия подобны постсинаптическим токсинам змей, но почти на порядок превосходят их по токсичности.

Среди пептидных токсинов бесхвостых амфибий (Anura) особый интерес представляют тахикинины, содержащиеся в ядах свистунов (р. Physalaemus), австралийских жаб (р. Uperoleia), квакш (р. Hyla) и др. Тахикины подобно бра дикининам вызывают расширение кровеносных сосудов и паде ние артериального давления, но в отличие от последних приво дят также к быстрому сокращению внесосудистой мускулатуры.

Из кожи Phyllomedusa sauvagei выделен новый класс сильных опиоидных пептидов – дерморфинов. Активность дер морфина (Туr – D Ala – Phe – Gly – Туr – Pro – Ser – NH ) в 11 раз выше, чем у морфина, при этом токсин является уни кальным примером включения D аминокислоты в природную пептидную цепь.

Белковые токсины ядовитых рыб обладают относи тельно невысокой токсичностью для теплокровных (табл. 8).

Тем не менее, яды активно ядовитых рыб имеют определенное значение, т. к. поражения ими купающихся и ныряльщиков достаточно часты – у побережья США за год до 750 случаев поражений скатом хвостоколом. Помимо токсичных белков в состав ядов обычно входят биогенные амины и ферменты, на пример холинэстераза – у дракончика (Trachinidae), гиалуро нидаза – у бородавчатковых (Synanceiidae), 5' нуклеотидаза и фосфодиэстераза – у ската (U. halleri).

Токсичные белки содержатся также в ядах организмов других систематических групп:

черви немертины – слизистый секрет Cerebratulus lacteus содержит нейро и цитотоксины;

головоногие моллюски – осьминоги Eledone moschata и Е. aldrovandi продуцируют нейротоксин эледозин, С концевая последовательность которого имеет сходство с медиатором бо левых импульсов в спинном мозге;

чешуекрылые – пептид кайин (молекулярная масса 1000) бабочки медведицы токсичен для насекомых и тепло кровных.

Токсины небелковой природы Выделяют две группы зоотоксинов непептидной природы:

1) низкотоксичные вещества, являющиеся минорными компонентами ядов белковой природы и основными состав ляющими многокомпонентных ядов небелковой природы;

2) высокотоксичные вещества, определяющие токсичность и характер физиологического действия яда.

Многие соединения первой группы (табл. 8) встречаются как в организме продуцента яда, так и реципиента. Токсиче ский эффект этих соединений обусловлен избыточностью их концентраций после попадания в организм реципиента и нало жением эффектов поражения различных тканей – мишеней.

Соединения второй группы являются чужеродным для реципи ента веществами. Наиболее активные представители этих ток синов представлены на рис. 31 и табл. 6.

Палитоксин содержится в шестилучевых кораллах зоо нтариях (р. Polythoa). Предполагается, что токсин продуциру ется вирусом, находящимся в симбиозе с зоонтариями. Абори гены острова Таити и Гавайских островов используют зоонта рии для изготовления отравленного оружия.

Механизм действия обусловлен связыванием токсина с + + Nа, К АТФ азами клеток нервной ткани, сердца и эритроци тов. Образующиеся в местах связывания в цитоплазматических + 2+ мембранах поры приводят к потере клетками К и Са и гибели животных в результате сужения коронарных сосудов и оста новки дыхания.

Батрахотоксин содержится в кожных железах бесхво стых земноводных из рода Phyllobates. Стойко и необратимо + повышает проницаемость покоящейся мембраны для ионов Na, блокирует аксональный транспорт. Противоядия к батрахоток сину не найдены до сих пор Таблица Соединения небелковой природы, входящие в состав ядов животных Класс соединений Животное Биогенные амины Муравьи, бабочки пестрянки, амфи бии, скорпионы, пауки, пчелы, ки шечнополостные и др.

Серная кислота H2SO4 Моллюски Синильная кислота HCN Бабочки пестрянки, многоножки Apheloria Карбоновые кислоты (органический радикал Муравьи C1 C4) Сложные эфиры Моллюски (р. Murex), каменные окуни Аммониевые соли Моллюски семейства [RN(CHV)3]+C1, где R = CH3S(CH2)3, Turbinidae, амфи (CH3)2S+CH2)3, Аr(СН2)2 и др. бии аминомасляная кислота Пауки Atrax H2NCH2CH2CH2COOH robustus Гидрохиноны, хиноны, фенолы Жуки бомбардиры, многоножки Сапонины Морские звезды, голотурии Нейротоксические алкалоиды, кардиотокси Амфибии ческие стероиды Конденсированные азотсодержащие гетероцик Немертины лы Монотерпены, диалкилпиридины, индолы Муравьи (Myrmica natalensis, Sole nopsis richeri, Phei dole pallox) Фурановые, гидрохиноновые и изонитриль Губки, моллюски ные сесквитерпеноиды Ароматические бромиды Губки Полиолы, включающие фурановые циклы Коралловые полипы Рис. 31. Структура зоотоксинов небелковой природы:

1 – палитоксин;

2 – батрахотоксин;

3 – тетродотоксин;

4 – буфотоксин;

5 – кантаридин;

6 – аплизиатоксин (R=Br) Тетродотоксин является ярким примером зоотоксина, характерного для разных неблизкородственных видов живот ных. Он содержится в коже жаб из рода Atelopus, яйцах кали форнийского тритона (Taricha torosa), слюнных железах ось минога (Hapalochlaena maculosa), моллюсках (Babylonia japonica), яичниках и печени рыб семейства иглобрюхие (Tetraodontidae). Из этих рыб готовят знаменитое и почитае мое в восточных странах блюдо «фугу». Тетродотоксин облада ет мощным нейротоксическим действием – избирательно бло + кирует Na каналы в мембранах нервных окончаний, в связи с чем активно используется в научных исследованиях для изуче ния мембранной проводимости, строения рецепторов и плотно сти ионных каналов. В ряде стран на его основе производятся обезболивающие препараты.

Среди токсинов стероидной природы наибольшая актив ность характерна для ядов жаб и саламандр. Эти соединения по структуре близки агликонам сердечных гликозидов растений и так же обладают кардиотонической активностью. Примером токсичных стероидов является буфотоксин, содержащийся в кожном секрете обычных жаб. Его кардиотоническое действие связано с ингибированием активности транспортной АТФ азы.

По некоторым данным, помимо защитной функции соединение является феромоном тревоги.

Среди насекомых небелковые токсины продуцируются в основном жесткокрылыми, например кантаридин, содержа щийся в жуках нарывниках (сем. Melqidae), в частности в шпанской мушке (Lytta vesicatoria). Является ядом кожно нарывного действия и одновременно афродизиаком. При попа дании капель гемолимфы жуков нарывников на кожу поража ются устья фолликул с образованием крупных волдырей, в случае поражений обширных участков кожи развиваются параличи.

В секреторной жидкости брюхоногих моллюсков – мор ских зайцев (сем. Aplysiidae) обнаружен аплизиатоксин, так же обладающий кожно нарывным и паралитическим действием.

Практическое применение ядов животного происхождения 1. В медицине яды животных используются в качестве ле карственных средств. Например, препараты на основе ядов пчел и змей традиционно применяют как обезболивающие и противовоспалительные средства;

на основе ядов жаб готовят стимуляторы сердечной деятельности, средства для лечения кровоизлияний и язв. В экспериментальной терапии токсины применяются для диагностики и моделирования некоторых за болеваний нервной и сердечно сосудистой систем.

2. Научные исследования. Некоторые токсины животных оказались незаменимыми инструментами для исследования ме ханизмов проведения нервного импульса и транспорта ионов через мембраны. Например, палитоксин трансформирует на триевую помпу мембран эритроцитов в небольшие поры, про ницаемые для ионов натрия, калия и холина.

3. Сельское хозяйство. Некоторые природные токсины или их синтетические аналоги могут быть использованы в каче стве биопестицидов. Например, на основе продуцируемого по лихетами нереистотоксина, обладающего сильным нейротокси ческим действием по отношению к насекомым, синтезирован и производится в промышленном масштабе инсектицид падан.

Этот препарат токсичен для такого опасного фитофага, как ко лорадский жук, причем действуют и на такие расы насекомого, которые устойчивы к фосфорорганическим пестицидам.

Б. Репелленты К репеллентам относятся сильнопахнущие вещества, про дуцируемые некоторыми животными при нападении на них, при стрессе или ощущении опасности, и способные отпугивать хищников.

Классическим примером является полосатый скунс (Me phitis mephitis), анальные железы которого секретируют паху чую смесь, включающую три серосодержащих соединения: кро тил и изопентилмеркаптан и метил кротилсульфид. В условиях стресса сильнопахнущие вещества секретируют и другие млеко питающие, например гиена (Нуаеnа hyaena), гигантская бело зубка (Suncus murinus) и чернохвостый олень мул (Odocoileus hemionus). Возможно, что вещества этого типа несут одновре менно несколько функций и участвуют как во внутривидовых, так и в межвидовых взаимодействиях организмов.

Репелленты продуцируют некоторые рыбы. Например, в прибрежной зоне западной части Индийского океана обитает камбала Pardachirus memoratus, получившая у местных жите лей название рыбы Моисея. В основании спинного и анального плавников этой камбалы есть железы, выделяющие секрет, ко торый отпугивает акул на длительный срок – до 10 часов. Ре пеллентное действие определяется пептидом, получившим на звание пардаксин. По своим фармакологическим свойствам он напоминает мелиттин – основной компонент пчелиного яда.

Интерес к пардаксину связан с тем, что полноценный ре пеллент, отпугивающий акул, до сих пор не получен. Интен сивные исследования в этом направлении, начатые в США во время Второй мировой войны, привели к созданию препарата «истребитель акул», который представляет собой смесь ацетата меди и красителя нигрозина. Средство достаточно малоэффек тивное, но ничего лучшего придумать так и не сумели.

Не был достигнут желаемый результат и с препаратами, созданными на основе секрета рыбы Моисея – все действую щие вещества, входящие в его состав, очень нестойки при хра нении, а после высушивания резко теряют свою эффектив ность. Тем не менее, эксперименты с этими веществами про должаются.

В. Приманки Это наименее распространенная и слабо изученная группа алломонов. Например, некоторые равнокрылые выделяют ве щества (трисахариды), привлекающие муравьев Lasius niger, которые защищают равнокрылых от хищников и паразитов.

4.2.2. Кайромоны К этой группе хемомедиаторов относятся вещества, кото рые приносят пользу организму реципиенту. Выделяют не сколько типов кайромонов (рис. 28):

вещества, привлекающие к пище;

индукторы, стимулирующие адаптацию – например, ве щества, выделяемые хищными беспозвоночными и вызывающие образование шипов у беспозвоночных жертв (коловраток);

сигналы, выделяемые организмом донором и предупре ждающие реципиента об опасности со стороны донора, либо его токсичности;

стимуляторы (факторы роста).

Особенно большую роль играют кайромоны при поиске хищником своей жертвы (либо паразитом – хозяина). Напри мер, молочная кислота, присутствующая в выделениях кожных желез человека, привлекает комаров Aedes aegypti.

Очень часто феромоны некоторых животных могут одно временно выступать в роли кайромонов для их паразитов и хищников – феромон агрегации жука короеда (Ips paracon fusus) привлекает хищных жуков рода Cleridae, а половой фе ромон самки бабочки Heliothis zea, увеличивают долю яиц, ата кованных паразитической трихограммой (Trichogramma pre tiosum). Некоторые хищные членистоногие (например, жуки Staphilinidae) могут использовать феромоны следа муравьев для поиска муравейника.

Кайромоны могут использоваться и потенциальными жерт вами для обнаружения опасного для них хищника.

Например, многие рыбы распознают пахучие вещества, выделяемые хищниками, что помогает им избежать неприятных встреч. Эти ольфакторные сигналы, которые для самих хищни ков могут быть феромонами, для их жертв становятся сигнала ми тревоги. Многие кайромоны вызывают не только поведенче ские реакции, но и физиологические, например запах щуки вы зывает у гольяна появление черной полосы на боках. Кайромо нами могут быть экзометаболиты не только рыб, но и других хищников, например вещества, попадающие в воду с кожи и шкур опасных для рыб животных. Этот сигнал получил назва ние «фактор звериной шкуры». Так, присутствие в воде ве ществ, попавших со шкуры медведя, может сильно задерживать нерестовый ход тихоокеанских лососей (Oncorhynchus) в реки.

Кайромоны могут играть определенную роль в расселении популяции. Например, рыбы клоуны (Amphiprion melanopus) живут в симбиозе с крупными актиниями, под защитой их щу палец. Тут же развивается икра амфиприонов, и появляются на свет мальки, которые затем разносятся течением. Но прежде чем покинуть актинию, молодь запоминает ее запах, т. к. пре доставить убежище рыбам могут только три вида актиний (Entacmaea quadricolor, Heteractic crispa, Heteractic magnifica). Когда молодые рыбы подрастают, они находят себе актинию именно того вида, запах которой им знаком.

На практике искусственное нанесение кайромонов на сель скохозяйственные посевы может применяться как мера, стиму лирующая активность энтомофагов и паразитов на данном уча стке. Тем самым может активироваться естественная защита урожая от членистоногих фитофагов.

Природные вещества с функцией экологических хеморегу ляторов, попадая в организм животного или растения, подвер гаются биотрансформации, как и антропогенные загрязняющие вещества. Следующий раздел посвящен вопросам, связанным с биохимическими превращениями веществ, относящихся к хими ческим поллютантам окружающей природной среды.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Назовите основные группы эколого биохимических взаимо действий между животными.

2. Дайте определение понятий: феромоны релизеры, феромо ны праймеры, феромоны тревоги, агрегационные феромо ны, феромоны метки. Для каких видов животных характер ны данные феромоны?

3. В чем заключается практическое использование феромонов беспозвоночных животных?

4. Охарактеризуйте феромоны, характерные для позвоночных животных. Назовите их основные функции.

5. Прикладное использование феромонов позвоночных животных.

6. В чем отличие зоотоксинов белковой природы от небелко вой? Приведите примеры токсинов белковой природы.

7. В чем заключается практическое применение ядов животно го происхождения?

Раздел ЭКОЛОГО БИОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БИОТРАСФОРМАЦИИ КСЕНОБИОТИКОВ Химическое загрязнение окружающей природной среды является одним из важнейших аспектов химического и биохи мического взаимодействия между человеком и биосферой.

В настоящее время известны тысячи химических веществ, используемых человеком в быту, медицине, на производстве, в сельском хозяйстве. Поскольку любое из химических веществ при тех или иных условиях может вызвать повреждение или гибель биологических систем, то в основу классификации пол лютантов положены разные принципы (табл. 9).

Таблица Некоторые способы классификации токсических соединений Признак Группы токсикантов классификации 1 По химическому В зависимости от химической природы со строению единения (белки, алкалоиды, гликозиды, хиноны и т. д.) По происхождению 1. Естественного происхождения • биологические (бактериальные, расти тельные, животного происхождения) • неорганические соединения • органические соединения небиологиче ского происхождения (нефть, уголь и т. д.) 2. Синтетические По способу исполь 1. Ингредиенты химического синтеза и спе зования человеком циальных видов производств 2. Пестициды 3. Лекарства и косметика 4. Пищевые добавки 5. Топлива и масла 6. Растворители, красители, клеи 7. Побочные продукты химического синтеза, примеси и отходы Окончание табл. 1 По условиям воз 1. Загрязнители окружающей среды (возду действия ха, воды, почвы, продовольствия) 2. Профессиональные (производственные) 3. Бытовые 4. Вредные привычки и пристрастия (табак, алкоголь, наркотические средства, лекарства и т. д.) 5. Поражающие факторы при специальных условиях воздействия:

• аварийного и катастрофального проис хождения • боевые отравляющие вещества и дивер сионные агенты В предыдущем разделе были рассмотрены вопросы, свя занные с выработкой многими организмами веществ, токсичных для других видов. Эти ядовитые вещества, попадая в организм тех или иных видов, подвергаются метаболизму, накапливаются или выводятся во внешнюю среду. Судьба химических веществ антропогенного происхождения, поступающих в экосистемы, схожа с природными токсинами – они также метаболизируют ся, накапливаются, либо выводятся наружу. Для биохимиче ского аппарата клетки до некоторой степени безразлично, отку да в нее поступают чужеродные вещества – из другого орга низма или из техносферы. Эволюционная необходимость для организмов иметь биохимическую защиту против токсинов есте ственного происхождения определяет способность современных экосистем разлагать и обезвреживать большое количество ток сичных антропогенных веществ, загрязняющих биосферу.

Необходимо отметить, что, несмотря на наличие биохими ческого аппарата, с помощью которого живая клетка защищает ся от поллютантов, его возможности ограничены, что создает серьезные экотоксикологические и природоохранные проблемы.

Поэтому большое значение имеет поиск альтернатив, которые могли бы уменьшить загрязнение экосистем опасными веществами.

В цели данной дисциплины не входит подробный анализ антропогенных источников загрязнений и экологических по следствий поступления поллютантов в экосистемы. Непосредст венная задача биохимической экологии – изучение путей мета болизма в организме чужеродных соединений с учетом общно сти биохимических механизмов превращений природных хемо эффекторов и антропогенных загрязняющих веществ.

Экологическая опасность химического загрязнения имеет три основных аспекта:

прямая токсикологическая опасность воздействия на ор ганизмы неблагоприятных для них веществ;

опасность изменения физико химических условий сре ды, важных для нормального протекания в природных средах биохимических реакций с участием экзометаболитов;

опасность нарушения химической коммуникации и опо средованных экологическими хемомедиаторами взаимодействий организмов.

Для полного понимания вопросов, связанных с химиче ским загрязнением окружающей среды, необходимо ознако миться со следующими терминами и определениями.

1. Ядовитое вещество – химическое соединение, которое при взаимодействии с организмом вызывает его заболевание или гибель.

2. Токсикант – более широкое понятие, употребляющееся не только для обозначения веществ, вызвавших интоксикацию, но провоцирующих и другие формы токсического процесса, и не только организма, но и биологических систем иных уровней организации: клеток (цитотоксикант), популяций (экотоксикант).

3. Ксенобиотик (от греч. xenos чужой + bios жизнь) – чужеродное (не участвующее в пластическом или энергетиче ском обмене) вещество, попавшее во внутренние среды организма.

Метаболизм ксенобиотиков в организме иногда называют детоксикацией. Однако при биохимических превращениях не которых ксенобиотиков получаются более токсичные вещества.

Поэтому более удачный термин – биотрансформация.

5. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ВЛИЯНИЕ ПОЛЛЮ ТАНТОВ НА ЭКОСИСТЕМЫ Среди наиболее значимых факторов, определяющих эко логическую опасность загрязняющих веществ, можно выделить следующие:

токсичность соединения;

способность вещества к биодеградации.

5.1. Свойства ксенобиотиков, определяющие их ток сичность Токсичность разных веществ не одинакова. Поскольку она проявляется во взаимодействии ксенобиотика с биологической системой, её величина зависит от свойств как самого токсикан та, так и биосистемы, и в конечном итоге определяется:

1. Способностью вещества достичь структуры мишени, взаимодействие с которой инициирует токсический процесс.

2. Характером и прочностью связи, образующейся между токсикантом и структурой мишенью.

3. Значением структуры мишени для поддержания гомео стаза в организме.

Строение вещества определяет размеры молекулы, её мас су, растворимость, летучесть, агрегатное состояние при нор мальных условиях и химическую активность. Все эти свойства влияют на токсичность вещества, вместе с тем ни одно из них не является единственно значимым.

А. Размеры молекулы Можно выделить следующие закономерности, связываю щие размеры молекулы токсиканта с его биологической актив ностью.

1. С увеличением молекулярной массы затрудняется по ступление ксенобиотика в организм и распределение его в орга нах и тканях. Однако способность проникать через биологиче ские барьеры во многом определяется растворимостью вещест ва. Гидрофильные молекулы небольшой молекулярной массы обладают ограниченной проникающей способностью, а высоко молекулярные липофильные вещества относительно легко про никают в органы и ткани. Крупные молекулы веществ, плохо растворимых в воде и липидах, практически не проникают во внутренние среды организма и, следовательно, не обладают общетоксическим действием.

2. С увеличением молекулярной массы увеличивается чис ло возможных изомеров молекулы токсиканта и возрастает спе цифичность их действия. Поскольку структуры организма, вступающие во взаимодействие с токсикантом, имеют опреде лённую пространственную организацию, активность ксенобио тика определяется его конформацией. Чем больше молекула, тем отчетливее выступает эта зависимость. Так, низкомолеку лярные предельные углеводороды действуют неспецифично, т.

к. малые размеры этих молекул обусловливают ограниченное количество их изомерных форм, следовательно, увеличивают количество участков их неспецифического связывания в орга низме. С увеличением размеров молекул возрастает число ве ществ, имеющих одинаковую массу и близкое строение, но об ладающих различной токсичностью.

3. С увеличением размеров молекулы возрастает вероят ность взаимодействия токсикантов с мишенью за счет сил Ван дер Ваальса. Чем больше размеры молекулы, тем большее чис ло атомов контактирует с участком связывания, и тем прочнее образующаяся при этом связь.

Многие нейромедиаторы и гормоны взаимодействуют со своими рецепторами в основном за счет сил Ван дер Ваальса.

Так как силы эти не велики, то сразу происходит диссоциация комплекса «гормон (нейромедиатор) – рецептор». Некоторые вещества (агонисты), напоминающие строением эндогенные биорегуляторы, также вступают во взаимодействие с рецепто рами, имитируя их эффекты. Такой механизм лежит в основе токсического действия многих алкалоидов, гликозидов и т. д.

Если токсикант имеет большие размеры, чем естественный аго нист, то за счет сил Ван дер Ваальса осуществляется его проч ная фиксация на рецепторе, что приводит к экранированию ре цепторов, т. е. эти вещества являются антагонистами. Так дей ствуют, например, атропин и курарин на М и Н холинорецепторы.

Б. Конформация молекулы Большое количество химических веществ, отличающихся высокой токсичностью, существует в форме изомеров.

У низкомолекулярных веществ различия пространствен ной организации изомеров незначительно сказываются на их биологической активности. Как уже указывалось, такие моле кулы вызывают неспецифические эффекты (нарушение прони цаемости возбудимых биологических мембран, образование ко валентных связей с молекулами белков, нуклеиновых кислот и т. д.). Значительные различия наблюдаются при действии крупных молекул токсикантов, взаимодействующих со специ фическими рецепторами эндогенных биорегуляторов. Подобная закономерность характерна для токсикантов, являющихся кон курентным ингибиторам ферментов (например, ингибитор аце тилхолинэстеразы – фосфорорганические соединения).

Основные закономерности, определяющие влияние изоме рии на токсичность веществ, состоят в следующем.

1. Чем специфичнее взаимодействие вещества и рецептора, тем отчетливее различия в действии изомеров.

2. Если асимметричный атом в молекуле токсиканта зани мает позицию, определяющую его эффект, то различия в дейст вии изомеров, как правило, существенны. И, напротив, если асимметричный атом находится в положении, не определяющем биологический эффект, то стереоизомеры обладают практиче ски одинаковой токсичностью.

3. Чем жестче конформация рецептора, тем более выраже ны различия активности действующих на него изомеров токси канта. Так, структурная гибкость Н холинорецепторов ганглио нарных и нейромышечных синапсов выражена настолько, что стереоизомеры веществ, взаимодействующих с ними, обладают практически одинаковой активностью.

4. Различия в токсичности стереоизомеров могут опреде ляться разной скоростью их трансформации. Например, алка лоид L скополамин быстрее гидролизуется эстеразой плазмы крови, чем D скополамин, который не разрушается ферментом и поэтому действует дольше.

В. Физико химические свойства К физико химическим свойствам, определяющим степень токсичности веществ, относится их растворимость и кислотно основные свойства.

Растворимость поллютантов определяется соотношением в структуре молекулы гидрофобных и гидрофильных (поляр ных) групп, при этом и водорастворимые и жирорастворимые ксенобиотики выполняют определенную роль в механизме ток сического действия на организмы и экосистемы.

Растворимость токсиканта в воде – необходимое условие его распределения во внутренней среде организма, т. к. вода является основой межклеточной жидкости. В то же время ли пофильность вещества имеет основное значение для проникно вения крупных молекул токсикантов в организм и их биоакку муляции в жировой ткани. Кроме того, чем выше раствори мость вещества в липидах, тем хуже оно выводится из организ ма. Высокомолекулярные, нерастворимые в липидах вещества, как правило, являются малотоксичными.

Еще один важный аспект гидрофильности (гидрофобно сти) поллютантов – доступность молекулы для ферментов. Ли пофильные соединения менее доступны для ферментов, следо вательно, медленнее подвергаются биотрансформации.

Наконец, растворимость токсикантов в разных раствори телях определяет скорость перехода загрязняющих веществ из одного блока биогеоценоза в другой (организм – вода, почва – вода, вода – атмосфера и т. д.). С наибольшей эффективно стью между абиотическими компонентами экосистем мигрируют гидрофильные вещества, а между организмами разных трофи ческих уровней – липофильные.

По кислотно основным свойствам большинство токси кантов являются либо слабыми кислотами, либо слабыми осно ваниями, т. е. могут, в зависимости от рН среды, находиться в протонированной или депротонированной форме.

Часто ионизация токсиканта сопровождается усилением его сродства к рецептору, однако одновременно затрудняется прохождение молекулы через биологические барьеры.

В ряде случаев растворимость токсиканта в воде опреде ляется тем, в какой форме – ионизованной или деионизованной – он находится. Например, растворимость анилин гидрохлори + да (Н форма) на два порядка выше растворимости анилина (депротонированное состояние). Наличие заряда в молекуле токсиканта существенно сказывается на его способности рас творяться в воде, усиливая диполь диполь взаимодействие рас творителя и растворенного соединения.

Токсины, являющиеся сильными кислотами и щелочами (полностью диссоциирующие в водных растворах), при дейст вии на ткани организма, резко изменяя рН, вызывают денату рацию макромолекул клеток – химический ожог.

Г. Стабильность в среде Биологическое действие ксенобиотик может оказывать при условии его стабильности в окружающей среде и средах орга низма. Активные в химическом отношении вещества редко ста новятся непосредственными причинами токсического действия.

Эти вещества либо уже в окружающей среде вступают в хими ческие реакции, превращаясь в менее токсичные соединения, либо растрачивают свой химический потенциал, реагируя с по кровными тканями организма.

После попадания в организм большая часть ксенобиотиков с различной скоростью подвергается биотрансформации. При поступлении в желудочно кишечный тракт пептиды и белковые молекулы быстро инактивируются пептидазами и протеиназами.

В процессе разрушения токсикантов различного строения уча ствует и кишечная флора. Метаболизм ксенобиотиков заверша ется в крови и тканях после их резорбции. Поэтому, порой, очень трудно решить, какое именно вещество является непо средственно действующим началом развивающегося токсическо го процесса.

Д. Наличие эпоксигрупп У ряда соединений замена двойной связи на эпоксигруппу приводит к увеличению токсической активности ксенобиотика.

Примером такого эффекта является превращение фумарата в эпоксисукцинат в растительных клетках под влиянием экзоме таболитов фитопатогенных грибов (п. 1.2.4 Б) Е. Химические свойства Большинство высокотоксичных соединений – инертные в химическом отношении молекулы. Сила взаимодействия между токсикантом и биологической мишенью действует, как правило, локально и образующаяся связь способна к диссоциации. Осво бодившаяся от токсиканта биомишень восстанавливает исход ные свойства. В подобных случаях достаточно удалить не свя завшуюся часть токсиканта из организма для того, чтобы сдви нуть химическое равновесие в сторону разрушения комплекса ток сикант–мишень и, тем самым, устранить действие ксенобиотика.

С другой стороны, в ряде случаев между токсикантом и молекулой мишенью образуются прочные связи. Разрушить та кой комплекс возможно только с помощью других средств, об разующих с токсином еще более прочные комплексы. Напри мер, для восстановления активности ацетилхолинэстеразы, ин гибированной фосфорорганическими соединениями, применяют вещества из группы оксимов, вступающие во взаимодействие с токсикантами и вызывающие тем самым дефосфорилирование активного центра фермента.

При взаимодействии токсиканта с биологическими струк турами мишенями могут образовываться различные типы хими ческих связей.

Ионная связь Негативные последствия подобного взаимодействия в ор ганизме развиваются в случае образования нерастворимого в воде комплекса ионизированного токсиканта с биологическим ионом мишенью. Например, при интоксикации фторидами ион фтора может вступать во взаимодействие с ионом кальция, в итоге образуется нерастворимый фторид кальция. Развиваю щаяся гипокальциемия является причиной развития целого ря да патологий, т. к. кальций в организме выполняет множество функций регуляторного и структурного характера.

Поскольку степень диссоциации многих веществ в водном растворе существенно зависит от рН среды, количество образо вавшихся за счет ионной связи комплексов «токсикант мишень» также зависит от этого показателя.

Ковалентная связь Высокая стабильность этого типа связи обуславливает не обратимый характер присоединения токсиканта к мишени.

Примерами веществ, образующих с биомолекулами подобную связь, являются фосфорорганические соединения, которые взаимодействуют с серином, входящим в структуру активного центра ацетилхолинэстеразы, иприт, взаимодействующий с пу риновыми основаниями нуклеиновых кислот и др.

Восстановление функций биологических структур возмож но либо с помощью специальных средств, разрушающих кова лентный комплекс, либо за счет синтеза биомишени de novo.

Донорно акцепторная связь Это ковалентная связь, в которой обобществленною пару электронов предоставляет только один из участвующих в связи атомов. Акцепторами чаще всего являются катионы металлов или атомы переходных металлов (Zn, Cu, Fe), входящих в со став молекулы. Например, подобным образом оксид углерода (II) взаимодействует с железом гемоглобина, с образование карбоксигемоглобина.

Водородная связь Данный тип связи имеет большое значение для поддержа ния пространственной структуры белков, нуклеиновых кислот и других высокомолекулярных соединений. Вещества, способные разрушать водородную связь, могут нарушать пространствен ную структуру макромолекул. Например, мутагенное действие этидиумбромида определяется его влиянием на стабильность водородных связей между нитями ДНК.

Если в состав молекул токсикантов входят группы, спо собные участвовать в образовании водородных связей, то они уча ствуют в образовании комплекса «ксенобиотик – биомишень».

Связи Ван дер Ваальса Энергия Ван дер Ваальсовых взаимодействий очень мала (1–4 кДж/моль), однако она существенно возрастает при уве личении числа участков контакта между взаимодействующими молекулами. Со стороны токсиканта это могут быть ароматиче ские, гетероциклические, алкильные радикалы;

со стороны ре цептора – неполярные участки молекул аминокислот (лейцин, валин, аланин, пролин и др.). При тесном контакте больших неполярных молекул энергия связи может достичь очень боль ших величин. Поэтому при образовании комплекса токсикант– биомишень силы Ван дер Ваальса могут обеспечивать очень прочную фиксацию ксенобиотика. Сила, ответственная за фор мирование связи, не может обеспечить притяжение молекул токсиканта, свободно циркулирующих в биосредах, к рецепто ру. В этом процессе первостепенную роль играют силы элек тростатического взаимодействия. Однако после того как контакт между токсикантом и рецептором осуществился, силы Ван дер Ваальса обеспечивают его ориентацию и плотную фиксацию.

Гидрофобное взаимодействие Гидрофобные связи формируются в водной среде, когда молекулы взаимодействующих веществ контактируют друг с другом неполярными (гидрофобными) участками. В отличие от взаимодействия Ван дер Ваальса и донорно акцепторного взаи модействия, которые также формируются при взаимодействии неполярных групп, образование гидрофобных связей обуслов лено свойствами воды. Движущей силой образования связи яв ляется рост энтропии системы «растворитель – растворенные молекулы». Структурная организация гидрофобных взаимодей ствующих молекул возрастает (уменьшение энтропии), но при этом существенно дезорганизуется (энтропия возрастает) струк тура растворителя (воды).

Гидрофобные связи имеют большое значение при взаимо действии неполярных молекул ксенобиотиков с клеточными и внутриклеточными мембранами, для образования их комплек сов с белками, при этом возможно нарушение конформации макромолекул.

Необходимо подчеркнуть, что при взаимодействии ксено биотика с биомишенью практически всегда формируется не сколько типов связей, т. к. молекула токсиканта включает по лярный и неполярный фрагменты.

Ионные связи, за счет которых осуществляется притяже ние молекулы к биомишени, мало специфичны, взаимодействие между неполярными группами также неспецифично. Однако если в структуре мишени полярные и неполярные группы про странственно организованы, между этими участками и участка ми молекулы токсиканта образуются специфичные связи, обу словленные ее пространственной организацией. После ориента ции молекулы ксенобиотика с помощью ионного взаимодейст вия между ней и биомишенью формируются тесные связи за счет водородных и Ван дер Ваальсовых сил. Образующийся комплекс тем более прочен, чем более комплементарны молеку лы токсиканта и мишени.

5.2. Способность ксенобиотиков к биодеградации В зависимости от стабильности поллютантов в окружаю щей среде их можно разделить на три группы.

1. Биодеградабельные токсиканты, относительно легко разрушающиеся в окружающей среде под влиянием как абио тических, так и биотических факторов. К ним относятся веще ства биологического происхождения и некоторые органические соединения небиологического генезиса (n алканы нефти, спир ты, альдегиды и т. д.).

Экологическая опасность поллютантов данного типа опре деляется скоростью их поступления в экосистемы, способно стью накапливаться в компонентах биогеоценозов, а также хро ническим действием сублетальных концентраций.

Экотоксикологическое значение многих ксенобиотиков оп ределяется не только их токсичностью и способностью к биоде градации, но так же скоростью поступления этих поллютантов в экосистемы. Если скорость поступления разлагаемых поллю тантов превышает скорость их естественной биодеградации, то это может вызвать нарушения в составе и структуре экосистем.

Большую опасность представляет собой биоаккумуляция загрязняющих веществ, например, липофильных соединений, в живых организмах. В результате может усиливаться их токси ческое воздействие и ухудшаться качество кормовой базы для организмов вышестоящих трофических уровней. Многие пол лютанты могут накапливаться в экосистеме, сорбируясь на час тицах почвы и взаимодействуя с гумусом. Например, некоторые пестициды (тиофос), которые в водном растворе малоустойчи вы, связываются с почвенными частицами и длительно сохра няются в природной среде. Затем, по мере минерализации гу муса, связанные с ним молекулы токсиканта освобождаются и могут оказывать повреждающее действие на организмы данной экосистемы.

Присутствие в экосистемах загрязняющих веществ в не значительных (сублетальных) количествах также не свидетель ствует об их безопасности:

хроническое отравление малыми дозами поллютантов может способствовать снижению репродуктивной способности популяции;

сублетальные концентрации токсикантов могут нарушать регуляцию эколого биохимических взаимодействий, опосредо ванных различными хеморегуляторами (раздел 1);

сублетальные концентрации могут оказывать неодинако вое воздействие на конкурирующие виды, нарушая тем самым естественный баланс в экосистемах;

сублетальные дозы некоторых ксенобиотиков могут сти мулировать воспроизводство популяции нежелательных видов, что также может способствовать нарушению видовой структуры агроценозов и естественных экосистем.

2. Персистентные ксенобиотики – очень устойчивые со единения, разлагающиеся крайне медленно. Среди этой группы соединений наибольшую известность получили хлорорганиче ские пестициды, в частности ДДТ (рис. 32). Хотя это вещество было синтезировано еще в 1874 г., его инсектицидные свойства были обнаружены лишь в 1939 г. швейцарским химиком Пау лем Мюллером, удостоенным за это открытие десять лет спустя Нобелевской премии. ДДТ широко использовался для борьбы с вредителями, однако сейчас запрещен к производству и приме нению в большинстве развитых стран. Запрет на применение ДДТ обусловлен следующими причинами:

высокая и неспецифическая токсичность;

появление новых рас сельскохозяйственных вредителей, устойчивых к пестициду;

способность вещества концентрироваться в трофических цепях до значений, превышающих санитарно гигиенические нормативы;

высокая устойчивость молекулы к внешним воздействи ям различной природы – по некоторым оценкам период полу разложения ДДТ в биосфере составляет порядка 100 лет.

Рис. 32. Структура некоторых хлорорганических пестицидов Персистентность ксенобиотиков определяется, прежде все го, особенностями их молекулярной структуры. Можно выде лить несколько факторов, достоверно повышающих стабиль ность молекулы токсиканта:

гидрофобность вещества, определяющая устойчивость молекулы к действию большинства ферментов;

содержание хлора (либо других галогенов) – с повыше нием количества атомов хлора в молекуле поллютанта увеличи вается химическая устойчивость данного соединения в биосфере;

наличие эпоксигрупп не только увеличивает биологиче скую активность вещества, но и снижает скорость его распада;

конформация молекул – многие ксенобиотики, являю щиеся по отношению друг к другу оптическими изомерами, мо гут существенно отличаться по степени устойчивости.

3. Рекальцитранные ксенобиотики – соединения, кото рые практически не разлагаются, либо вообще в принципе не могут разлагаться. К ним, в первую очередь, относятся тяжелые металлы и радионуклиды с большим периодом полураспада.

В естественных условиях металлы встречаются в форме руд и минералов. Выплавка металлов из руд и использование в самых разнообразных отраслях человеческой деятельности при вели к существенному увеличению их содержания в окружаю щей среде. Наибольшее токсикологическое значение имеют ртуть, кадмий, хром, мышьяк, свинец, бериллий, цинк, медь, таллий и др. Помимо промышленной деятельности происходит естественное поступление тяжелых металлов в биосферу вслед ствие выветривания горных пород и выноса реками.

Источником поступления радионуклидов в биосферу яв ляются производство и испытание ядерного оружия, ядерная энергетика, а также использование радиоактивных изотопов в медицине и научных исследованиях.

Можно выделить следующие общие черты токсикантов.

1. Химическое загрязнение крайне разнообразно и включа ет в себя многие классы химических соединений.

2. Уровень поллютантов увеличен в регионах повышенной концентрации населения.

3. Биологическое действие нескольких поллютантов может быть неаддитивным и давать синергический эффект.

4. С биохимической точки зрения воздействию токсикантов могут подвергаться различные структурно функциональные системы клетки – генетический аппарат, биомембраны, белки.

5. Биотрансформация поллютантов может приводить к по явлению более персистентных и более токсичных соединений, чем исходные вещества (см. гл. 6).

6. Многие загрязняющие вещества (гидрофобные соедине ния, тяжелые металлы, радионуклиды) способны аккумулиро ваться в организмах в более высоких концентрациях, чем в ок ружающей среде.

7. Экологическую опасность представляют даже низкие, сублетальные концентрации поллютантов, которые могут сни жать воспроизводство и приводить к вымиранию популяции.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Какие принципы положены в основу классификации поллю тантов?

2. Чем токсические вещества биологического происхождения от личаются от поллютантов химического происхождения?

3. Дайте определение понятий: ядовитое вещество;

токсикант;

ксенобиотик;

детоксикация.

4. Охарактеризуйте факторы, определяющие влияние поллютан тов на экосистемы.

5. Приведите примеры пагубного влияния высокотоксичных за грязнителей на живые организмы.

6. Почему толерантность в популяции к факторам среды значи тельно шире, чем у особи и каково экологическое значение это го явления?

7. Какие загрязняющие вещества представляют наибольшую опасность для популяции человека и природных биотических сообществ?

6. МЕТАБОЛИЗМ КСЕНОБИОТИКОВ Многие ксенобиотики, попав в организм, подвергаются различным биохимическим превращениям и выделяются в ок ружающую среду в виде продуктов обмена. Биотрансформация загрязняющих веществ зачастую очень сложный и многоста дийный процесс, эффективность которого зависит от химиче ской структуры поллютанта и активности ферментных систем организма. Биологический смысл явления – превращение хи мического вещества в форму, удобную для выведения из орга низма, и тем самым, сокращение времени его действия.

Разнообразие каталитических свойств ферментов био трансформации и их низкая субстратная специфичность позво ляет организму метаболизировать вещества самого разного строения. Вместе с тем у организмов разных видов метаболизм ксенобиотиков проходит далеко не одинаково, поскольку фер менты, участвующие в превращениях чужеродных веществ, часто видоспецифичны.

6.1. Общая характеристика процессов биотрансформации ксенобиотиков 6.1.1. Концепция двухфазного метаболизма токси кантов Метаболизм ксенобиотиков проходит в две фазы (рис.

33). В ходе первой фазы к молекуле поллютанта либо присое диняются полярные функциональные группы, либо осуществ ляется экспрессия таких групп, находящихся в субстрате в скрытой форме. Это может достигаться за счет ферментативных окислительно восстановительных или гидролитических реак ций, в ходе которых молекула становится более реакционно способной и гидрофильной.

Во второй фазе происходят процессы биологической конъюгации промежуточных продуктов метаболизма с эндоген ными молекулами (глутатион, глюкуроновая кислота, сульфат и т. д.), в результате чего липофильный и, следовательно, трудновыводимый ксенобиотик становится гидрофильным про дуктом, что обусловливает возможность его быстрой экскреции.

1-я 2-я фаза фаза Ксенобиотик Промежуточный Гидрофильный продукт конъюгат Окисление Глюкуронидация Восстановление Сульфатация Гидролиз Метилирование Связывание с Рис. 33. Фазы метаболизма токсикантов Классическим примером биотрансформации ксенобиотиков является метаболизм бензола в организме (рис. 34). В ходе l й фазы метаболизма липофильный субстрат превращается в по лярный продукт путем включения в молекулу гидроксильной группы. В ходе 2 й фазы фенол взаимодействует с эндогенным сульфатом, в результате полярность образующегося продукта еще более возрастает и водорастворимый фенилсульфат легко выводится из организма.

Рис. 34. Метаболизм бензола Необходимо подчеркнуть, что далеко не всегда биотранс формация ксенобиотиков представляет собой простое чередова ние 1 й и 2 й фаз метаболизма. Возможна и более сложная по следовательность реакций (рис. 35).

Рис. 35. Схема последовательности метаболических превращений дибромэтана (GST – глутатион S трансфераза;

GS – глутатион) 6.1.2. Биологические системы, осуществляющие биотрансформацию ксенобиотиков Важную роль в удалении ксенобиотиков из окружающей среды играют бактерии и микромицеты. Однако среди микро организмов практически не встречаются штаммы, способные осуществлять полную деградацию поллютантов. Поэтому эф фективная утилизация загрязняющих веществ возможна только с участием микробных сообществ, в которых проявляются раз личные типы взаимодействия – кооперация, комменсализм, симбиоз и т. д. Именно благодаря гетерогенности природных микробных сообществ ксенобиотики в принципе могут подвер гаться биодеградации, а наличие в микробных сообществах взаимосвязанных метаболических путей разрушения токсинов является основой для борьбы с загрязнением окружающей среды.

При повторном попадании в среду многих химических со единений время до начала их трансформации (так называемый адаптационный период микроорганизмов по отношению к дан ному субстрату) значительно короче по сравнению с первым попаданием этого соединения. В течение этого периода микро организмы в ходе адаптации к токсическому соединению селек тируются по способности деградировать данный субстрат. В результате естественным путём возникают микробные популя ции, которые могут сохраняться в почве в течение нескольких месяцев после полной деградации токсиканта. Поэтому к мо менту нового поступления этого соединения в почву в ней уже присутствуют адаптированные микроорганизмы, способные ата ковать токсикант.

Таким образом, после попадания ксенобиотиков в окру жающую среду можно выделить микробные виды, способные деградировать конкретные ксенобиотики. Появление микроор ганизмов с новыми катаболическими функциями объясняется процессом природного генетического конструирования. Огром ная роль в процессах межорганизменного переноса генетиче ской информации, приводящих к биохимической изменчивости популяций, принадлежит внехромосомным генетическим эле ментам – плазмидам. Катаболические (деградативные) плазми ды, кодирующие реакции минерализации или трансформации ксенобиотиков, придают микроорганизмам способность пере распределять между собой пул деградативных генов.

В настоящее время описаны разнообразные природные ка таболические плазмиды, встречающиеся у различных предста вителей почвенной микрофлоры, особенно часто они иденти фицируются среди рода Pseudomonas (табл. 10).

Информация, которую несут плазмиды, может расширить круг субстратов микроорганизма либо за счёт объединения двух метаболических путей, либо полным кодированием нового пути, либо дополнением существующих метаболических путей. Внут ри и межплазмидные рекомбинации приводят к перетасовке генов на плазмидах и возникновению новых метаболических путей. Известны также случаи перераспределения генетическо го материала между плазмидами и хромосомой хозяина, приво дящие к появлению совершенно новых генов. Пластичность ка таболических плазмид обеспечивает перераспределение генети ческого материала, которое способно привести к возникновению в природе нового организма, эффективно деградирующего но вый субстрат. Таким образом, природные генетические меха низмы обмена информации позволяют получать эффективные штаммы – деструкторы ксенобиотиков.

Однако, несмотря на свою высокую экологическую и гене тическую гибкость, микроорганизмы не в состоянии осуществ лять глубокую деградацию некоторых ксенобиотиков, напри мер, полиароматических углеводородов или галогенсодержащих органических соединений. Эти вещества очень устойчивы в ок ружающей среде в результате прочной адсорбции биологиче скими и осадочными породами и плохой миграции.

Таблица Природные катаболические плазмиды (по Д. Хардмену, 1990) Плазмида Субстрат Хозяин pJPl 2,4 Дихлорфеноуксусная кислота Alcaligenes paradoxus pUU220 Галогеналкилы Никотин Arthrobacter oxidans САМ D Камфора Pseudomonas putida SAL Салицилат P. sp.

NAH Нафталин P. putida ОСТ Октан P. oleovorans XYL Ксилол P. arvila TOL Толуол, m ксилол, n ксилол P. putida NIC Никотин 3,5 Ксиленол P. convexa, P. putida рАС25 3 Хлорбензол n Крезол P. putida pWW17 Фенилацетат P. sp.

Для эффективной биотрансформации персистентных ксе нобиотиков предложена идея конструирования катаболических путей путем объединения нескольких деградативных плазмид в одной микробной клетке. Например, для борьбы с нефтяными загрязнениями с помощью генетического конструирования соз дан «суперштамм» Pseudomonas, несущий несколько плазмид, каждая из которых кодирует фермент для расщепления одного класса углеводородов.

Однако использование методов генетического конструиро вания микробных деструкторов ксенобиотиков для практиче ского применения находится на ранней стадии. Одна из основ ных проблем при конструировании микроорганизмов на основе природных катаболических плазмид – стабильность систем «хо зяин – вектор». При возвращении микроорганизма с новой ка таболической функцией в исходную природную среду ему при ходится конкурировать с хорошо адаптированной к данным ус ловиям среды естественной микрофлорой, сталкиваться с ог ромным разнообразием источников углерода, в том числе высо котоксичных. При этом стабильность новой катаболической функции и самого штамма может нарушаться.

Пока существует большой разрыв между достижениями, полученными в конструировании микроорганизмов, и возмож ностями их практического применения. Вероятно, наиболее перспективными для детоксикации ксенобиотиков будут биоло гические системы, состоящие из микробиологической консорции индивидуальных организмов и микробных сообществ, получен ных методами клеточной и генетической инженерии.

Основным органом метаболизма ксенобиотиков в организ ме позвоночных животных является печень, благодаря разно образию и высокой активности различных ферментов. Кроме того, портальная система обеспечивает прохождение всех ве ществ, поступивших в желудочно кишечный тракт, через пе чень, до того, как они проникнут в общий кровоток. Сеть пече ночных капилляров, огромная площадь контакта между кровью и поверхностью гепатоцитов, обеспечивающаяся микроворсин ками базальной поверхности печеночных клеток, обусловлива ют высокую эффективность печеночной элиминации токсиканта на клеточном уровне (рис. 36).

Рис. 36. Локализация этапов метаболических превращений ксенобиотиков в организме Продукты l й фазы метаболизма поступают в общий кро воток и могут оказывать действие на органы и системы. Печень выбрасывает в кровь также продукты 2 й фазы метаболизма.

Из крови продукты превращения могут захватываться почками, легкими, другими органами, повторно печенью для экскреции с желчью. С желчью метаболиты поступают в кишечник, где час тично реабсорбируются и повторно поступают в печень (цикл печеночной рециркуляции).

Несмотря на доминирующую роль печени в метаболизме ксенобиотиков, другие органы также принимают участие в этом процессе. Особенно велика роль почек, т. к. здесь имеется спе цифическая система захвата и катаболизма продуктов конъюга ции, образующихся в печени. В процессе внепеченочного мета болизма могут образовываться продукты как аналогичные про дуктам печеночного происхождения, так и отличные от них.

Иногда в ходе внепеченочного метаболизма может осуществ ляться активация метаболитов, образующихся в печени.

Ферменты, участвующие в метаболизме ксенобиотиков, локализованы в основном внутриклеточно. Небольшое их коли чество находится в циотозоле, митохондриях, большинство же связано с гладким эндоплазматическим ретикулумом. Методом ультрацентрфугирования гладкий эндоплазматический ретику лум выделяется из исследуемых клеток в виде фрагментов мем бранных структур, называемых микросомами. Поэтому основ ная группа ферментов, участвующих в метаболизме ксенобио тиков, получила название «микросомальные ферменты».

Часть ферментных систем метаболизма ксенобиотиков ло кализуются в жидкостях организма. Прежде всего, это эстеразы плазмы крови, участвующие в гидролизе целого ряда чужерод ных веществ, таких как фосфорорганические соединения, неко торые алкалоиды (атропин) и лекарства.

Часто метаболизм ксенобиотиков опосредован взаимодей ствием биохимических систем позвоночных животных и сим биотической кишечной микрофлоры.

1. Бактериальные гидролазы (глюкуронидазы и сульфата зы) разлагают продукты 2 й фазы метаболизма, поступающих в кишечник с желчью, с образованием исходных метаболитов.

Продукты гидролиза реабсорбируются кишечником, и кровью переносятся обратно в печень – внутрипеченочная рециркуля ции ксенобиотиков.

2. Бактериальные редуктазы в анаэробных условиях ки шечника восстанавливают некоторые ксенобиотики. Например, восстановление нитроароматических соединений сопровождает ся образованием аминов, которые, поступая в печень, вновь подвергается метаболизму.

Взаимодействие печеночных и бактериальных ферментов может способствовать токсификации ксенобиотиков (рис. 37).

Рис. 37. Взаимодействие ферментных систем печени и микро флоры кишечника в процессе биоактивации канцерогена 2,4 динитротолуола 6.1.3. Следствия химической модификации молеку лы ксенобиотика А. Ослабление токсичности Метаболизм многих ксенобиотиков сопровождается обра зованием продуктов, уступающих по токсичности исходным веществам. Так, роданиды, образующиеся в ходе биопревраще ния цианидов, в несколько сот раз менее токсичны, чем исход ные ксенобиотики (п. 3.2.1 А). Гидролитическое отщепление от молекул зарина и зомана иона фтора приводит к утрате этими веществами способности угнетать активность ацетилхолинэсте разы и существенному понижению их токсичности. Процесс утраты ксенобиотиком токсичности в результате биотрансфор мации называется «метаболическая детоксикация».

Б. Усиление токсичности В процессе метаболизма ряда веществ образуются более токсичные соединения. Примером таких превращений является образование в организме фторуксусной кислоты при интокси кации фторэтанолом.

Процесс образования токсичных продуктов метаболизма называется токсификация, а продукты биотрансформации, об ладающие высокой токсичностью – токсичными метаболитами.

Во многих случаях токсичный метаболит является нестабиль ным продуктом, подвергающимся дальнейшим превращениям.

В этом случае он также называется промежуточным или реак тивным метаболитом. Общим свойством практически всех реак тивных метаболитов является их высокая электрофильность.

Эти вещества вступают во взаимодействие с нуклеофильными молекулами, повреждая их. К числу последних относятся мак ромолекулы клеток, в структуру которых входят в большом количестве атомы кислорода, азота, серы – белки и нуклеино вые кислоты. Реактивные метаболиты либо присоединяются к нуклеофильным молекулам, образуя с ними ковалентные связи, либо вызывают их окисление. В обоих случаях структура и функции макромолекул нарушаются.

В. Изменение характера токсического действия В ряде случаев в ходе биотрансформации ксенобиотиков образуются вещества, способные совершенно иначе действовать на организм, чем исходные агенты. Так, некоторые спирты (этиленгликоль) вызывают седативно гипнотический эффект (опьянение, наркоз). В ходе их биопревращения образуются соответствующие альдегиды и органические кислоты (щавеле вая кислота), способные повреждать паренхиматозные органы и, в частности почки. Многие низкомолекулярные вещества, являющиеся факультативными аллергенами, подвергаются в организме метаболическим превращениям с образованием реак ционноспособных промежуточных продуктов. Так, соединения, содержащие в молекуле амино или нитрогруппу, в ходе мета болизма превращаются в гидроксиламины, активно взаимодей ствующие с протеинами крови и тканей, формируя полные ан тигены. При повторном поступлении таких веществ в организм помимо специфического действия развиваются аллергические реакции.

Г. Инициация токсического процесса Иногда сам процесс метаболизма ксенобиотика является пусковым звеном в развитии интоксикации. Например, в ходе биологического окисления ароматических углеводородов обра зуются ареноксиды, формирующие ковалентные связи с нук леофильными структурами клеток (белками, сульфгидрильны ми группами, нуклеиновыми кислотами и т. д.) и активирую щие перекисное окисление липидов биологических мембран (рис. 38). В итоге инициируется мутагенное, канцерогенное, цитотоксическое действие токсикантов.

Рис. 38. Образование ареноксидов (бензпирендиолэпоксида) в процессе метаболизма бенз(а)пирена при участии оксидаз смешанных функций Аналогично ареноксидам на клетки действуют нитрозами ны, гидроксиламины, нафтанол и многие другие ксенобиотики, также являющиеся канцерогенами и мутагенами.

6.2. Реакции первой фазы метаболизма ксенобиотиков Разнообразие чужеродных химических веществ, способ ных подвергаться в организме метаболическим превращениям, является следствием многообразия и низкой субстратной спе цифичности ферментов, участвующих в l й фазе биотрансфор мации. Многие из этих ферментов существуют в нескольких изоформах, различающихся по своим физико химическим свой ствам, отношению к индукторам и ингибиторам и активностью в отношении субстратов различного строения.

Как уже указывалось, особое значение для биотрансфор мации ксенобиотиков имеют микросомальные ферменты, кото рые не принимают участие в окислении большинства эндоген ных соединений (аминокислоты, нуклеотиды, сахара и т. д.).

Исключение составляют эндогенные стероиды, простогландины, некоторые жирные кислоты, которые наряду со специфически ми ферментными комплексами метаболизируются микросомаль ными оксидазами.

Ферменты l й фазы, участвующие в процессе биотранс формации ксенобиотиков, относятся к двум классам: оксидоре дуктазы и гидролазы.

6.2.1. Реакции окисления ксенобиотиков Известно несколько видов ферментов, катализирующих окислительно восстановительные реакции с участием токсикантов:

цитохром Р 450 зависимая монооксигеназная система;

флавинсодержащие монооксигеназы;

пероксидазы;

дегидрогеназы;

флавопротеинредуктазы.

А. Цитохром Р 450 зависимая монооксигеназная система Цитохром Р 450 зависимые оксидазы (Р 450) обладают низкой субстратной специфичностью, вызывая превращения веществ самого разного строения, и потому часто называются, как и флавинсодержащие монооксигеназы, оксидазами смешан ной функции. Р 450 относятся к группе гемопротеинов типа цитохромов b – пигментов, активно связывающих монооксид углерода. Название «цитохром Р 450» характеризует максимум поглощения света пигментом, связанным с СО, при длине вол ны 450 нм.

Разные ткани содержат несколько различных изоформ Р 450, причем, изоферменты часто проявляют перекрестную суб стратную специфичность. Поэтому в метаболизме ксенобиотика принимает участие более чем один изофермент. Наличие спе цифических форм ферментов обусловлено генетическими меха низмами, а повышение содержания в тканях различных изо ферментов индуцируется различными ксенобиотиками: лекарст вами, ядами, экотоксикантами.

Реакции микросомального окисления, протекающие при участии Р 450, как правило, зависят от содержания O и + NADPH,H в среде. Молекулярный кислород активируется ци тохромом Р 450 с помощью NADPH при участии флавинсодер жащего фермента NADPH цитохром Р 450 редуктазы (рис. 39).

е NADPH флавопротеин ы е- субстрат Р-450 продукт Рис. 39. Кофакторы цитохром Р 450 зависимой оксидазы Суммарное уравнение реакции выглядит следующим образом:

+ + RH + O + NADPH + H ROH + NADP + H O 2 Последовательность реакций, протекающих с участием микросомального монооксигеназного комплекса представлена на рис. 40.

На начальном этапе ксенобиотик (S) вступает во взаимо действие с окисленной формой цитохрома Р 450 (его белковой частью). Затем к этому комплексу с помощью NADPH зависимой цитохром Р 450 редуктазы присоединяется электрон, донором которого является восстановленный НАДФН. После этого комплекс взаимодействует с кислородом. После взаимо действия со вторым электроном происходит активация связан ного с цитохромом кислорода, который приобретает способ ность связывать протоны с образованием воды. Образовавшая ся при этом форма цитохрома Р 450 гидроксилирует субстрат.

Рис. 40. Схема превращения субстрата при участии Р Процесс превращения ксенобиотиков чувствителен к СО, поскольку это вещество вытесняет кислород из геминовой груп пы цитохрома Р 450. Поскольку Р 450 – гемопротеины, их ак тивность отчасти регулируется процессами синтеза гема, т. е.

связана с метаболизмом железа. Нарушение метаболизма, голо + дание, понижение соотношения НАДФН/НАДФ могут приво дить к снижению активности Р 450.

Р 450 может катализировать не только окисление, но и восстановление некоторых субстратов (например, четыреххло ристого углерода) с образованием свободных радикалов. Такое необычное превращение реализуется в условиях пониженного парциального давления кислорода в тканях.

Реакции, катализируемые цитохромом Р I. Эпоксидирование Метаболизм многих ароматических углеводородов и али циклических соединений сопровождается образованием реакци онно способных промежуточных продуктов метаболизма, спо собных вызывать некроз клеток и являющихся канцерогенами.

Таким образом осуществляется, в частности, превращение наф талена и образование канцерогенных продуктов метаболизма афлатоксинов (рис. 41).

Рис. 41. Эпоксидирование нафталена и афлатоксина В, катали зируемое цитохромом Р II. N окисление Превращению могут подвергаться такие вещества, как анилин и его производные, ацетаминофлюорен, имины и др. В результате окисления атома азота могут образовываться гидро ксиламины, оксимы и N оксиды (рис. 42).

Рис. 42. Реакции окисления атома азота в ксенобиотиках III. Десульфурирование Фосфорорганические соединения, являющиеся представи телями большой группы инсектицидов, становятся биологиче ски активными после ферментативного замещения атома серы кислородом. Образующееся соединение является активным ин гибитором ацетилхолинэстеразы (рис. 43).

Рис. 43. Десульфурирование фосфоротиоатов, относящихся к группе фосфорорганических пестицидов IV. Окислительное деалкилирование Классическим примером превращения данного типа явля ется О деалкилирование р нитроанизола. Поскольку продукт превращения легко определяется, реакцию часто используют для оценки активности цитохрома Р 450. Другие примеры ре акций деалкилирования, катализируемых монооксигеназной системой, представлены на рис. 44.

А Б В Рис. 44. Некоторые реакции окислительного деалкилирования:

А – О превращение р нитроанизола;

Б – О деалкилирование инсектицида этоксихлора;

В – N деалкилирование ксенобитиков V. Окисление тиоэфиров При участии цитохрома Р 450 и других монооксигеназ происходит окисление тиоэфирных связей в молекулах многих ксенобиотиков. Например, этот вид превращения характерен для метаболизма сернистого иприта, при этом токсичность про дуктов реакции возрастает (рис. 45).

Рис. 45. Окисление тиоэфира иприта Б. Флавинсодержащие монооксигеназы Флавинсодержащие монооксигеназы (ФМО) также лока лизуются в эндоплазматическом ретикулуме. В отличие от Р 450, ФМО встречаются в тканях в форме одной видоспеци фичной неиндуцибельной изоформы. ФМО, акцептируя элек трон от NADPH, окисляет ксенобиотики лишь определенного строения – азотсодержащие вещества основного характера (гидразины, ариламины) и тиокарбамильные соединения. Мно гие из субстратов ФМО одновременно являются субстратами и Р 450. Примеры некоторых реакций представлены на рис. 46.

тиобанзамид тиобанзамид-S-оксид Рис. 46. Превращение ксенобиотиков при участии флавинмоно оксигеназ В. Пероксидазы Обширная группа пероксидаз участвует в разрушении пе рекиси водорода и других перекисей, превращая их в воду и спирты. В ходе этих реакций возникают побочные продукты, обладающие окислительными свойствами, способные взаимо действовать с различными химическими веществами, такими как ароматические амины, фенолы, гидрохиноны, алкены, по лициклические ароматические углеводороды (рис. 47).

Например, простогландинсинтетаза активирует образова ние простогландинов из арахидоновой кислоты. В ходе после дующего восстановления гидроперекисей окисляются другие субстраты и среди них ксенобиотики, содержащиеся в тканях.

Такой механизм окисления веществ называется кооксидация.

Широкое распространение простогландинсинтетаз в тканях млекопитающих позволяет предположить, что этот механизм лежит в основе целого ряда реакций биопревращения чужерод ных соединений, особенно в тканях с низкой активностью Р 450 (мозговой слой почек, эндотелий мочевого пузыря и т. д.).

Mn зависимая пероксида, входящая в состав лигниназного комплекса некоторых микроорганизмов, также способна окис лять некоторые пестициды.

Перекиси Спирты, ПЕРОКСИДАЗА Субстрат Метаболиты Рис. 47. Принцип действия пероксидаз Г. Дегидрогеназы Помимо микросом, ферменты, участвующие в окислении ксенобиотиков, присутствуют в митохондриях и цитозоле и от носятся к подклассу дегидрогеназ. Основными субстратами этих ферментов являются спирты и альдегиды.

+ NAD зависимая алкогольдегидрогеназа обладает низкой субстратной специфичностью, благодаря чему способна метабо лизировать не только первичные и вторичные алифатические спирты, но и ароматические спирты, р нитробензиловый спирт и т. д. В результате окисления образуются соответствующие альдегиды.

+ Превращение альдегидов в кислоты катализируется NAD зависимыми альдегиддегидрогеназами. Специфическая фор мальдегиддегидрогеназа в качестве кофактора использует еще и восстановленный глутатион.

Часто в ходе дегидрирования образуются высокотоксич ные промежуточные (формальдегид, гликолиевый альдегид) и конечные (муравьиная кислота, оксалат) продукты.

Д. Флавопротеинредуктазы Флавопротеинредуктазы участвуют в метаболизме некото рых ксенобиотиков, причем превращение часто приводит к ге нерации свободных радикалов в клетках. Например, продукты превращения хинонов могут переносить электроны на молеку лярный кислород, что сопровождается регенерацией исходного субстрата и инициацией образования каскада кислородных ра дикалов (рис. 48).

Рис. 48. Образование кислородных радикалов в результате окислительно восстановительного цикла хинона, катали зируемого флавопротеинредуктазой Активируемое таким образом превращение субстратов, дающее начало образованию кислородных радикалов, называ ется «окислительно восстановительный цикл», являющийся од ним из общих механизмов цитотоксичности (рис. 49).

Рис. 49. Окислительно восстановительный цикл трансформации ксенобиотиков, сопровождающийся активацией свобод норадикальных процессов в клетке:

О2* – супероксидный анион;

*ОН – гидроксильный радикал Свободные радикалы, такие как анионы семихинонов, азоанионы, анионы нитроароматических соединений, комплекс ные соединения металлов и др. могут активировать молекуляр ный кислород путем одновалентного восстановления последнего * до супероксид аниона (О ). Супероксид при взаимодействии с водой с большой скоростью дисмутирует с образованием пере киси водорода (Н О ) и чрезвычайно активного оксиданта – 2 гидроксильного радикала (*ОН). Эти так называемые вторич ные радикалы представляют высокую опасность для клетки.

Обладая достаточной стабильностью, они взаимодействуют с самыми разными биомолекулами и не только повреждают их, но и провоцируют цепные реакции дальнейшего образования активных радикалов из липидов, аминокислот, нуклеиновых кислот и т. д. Интегральный эффект такого каскада реакций приводит к значительному нарушению физиологии клетки, её повреждению. На макроскопическом уровне это проявляется некрозом ткани, развитием фиброза в пораженных органах, а в отдаленный период – появлением новообразований.

Вещества, не вступающие в окислительно восстановительный цикл, не являются источниками образования свободных ради калов в клетках. Например, хлороформ (НССl ) является сла бым источником прооксидантных процессов из за низкой спо собности к одноэлектронному восстановлению. Напротив, че тыреххлористый углерод (CCl ) легко метаболизирует в три хлорметильный радикал (*ССl ), способный отнимать водород ные атомы от ненасыщенных жирных кислот, и является ини циатором перекисного окисления липидов. Кроме того, *CCl связывается с липидами микросомальных мембран, активирует кислород, который в свою очередь взаимодействует с макромо лекулами (белками, нуклеиновыми кислотами).

Содержание в клетке активных радикалов контролируется широким спектром биохимических инструментов антирадикаль ной защиты, включая супероксиддисмутазу, каталазу, глутати он пероксидазу, глутатион редуктазу, токоферол, каротин, аскорбиновую кислоту, восстановленный глутатион и мочевую кислоту.

Механизмы антирадикальной защиты включают как фер ментативные, так и неферментативные процессы. Наиболее важной неферментативной реакцией «обезвреживания» радика лов является их взаимодействие с биологическими антиокси дантами, такими как витамин Е, глутатион, витамин С.

Среди ферментативных систем антирадикальной защиты большая роль отводится глутатион S трансферазам (GST) – множественность изоформ GST, их широкая субстратная спе цифичность, высокий уровень активности в различных тканях делают систему глутатионтрансфераз наиболее универсальной и значимой для связывания активных метаболитов.

Глутатионпероксидазы восстанавливают перекись водоро да и другие гидроперекиси до менее токсичных алкоголей и во ды. Глутатион дисульфид, образующийся в ходе этой реакции, подвергается обратному восстановлению до глутатиона с помо щью NADPH зависимой глутатионредуктазы.

Другие ферменты, имеющие большое значение для деток сикации свободных радикалов, это супероксиддисмутаза (СОД) и каталаза. Первый из ферментов катализирует преобразование двух супероксидных радикалов в молекулу кислорода и пере кись водорода, которая затем разрушается с помощью каталазы или глутатионпероксидазного цикла.

Большинство ксенобиотиков окисляется с участием не скольких окислительно восстановительных систем. Например, деградация n алканов нефти, осуществляемая некоторыми бак териями (Pseudomonas) и дрожжами (р. Candida), осуществ ляется путем последовательного процесса, состоящего из не скольких стадий.

Первый этап окисления требует наличия кислорода и про исходит при участии монооксигеназной системы, в состав кото рой входит цитохром Р 450 редуктаза, цитохром Р 450 и NADPH.

В результате происходит включение одного из атомов мо лекулы кислорода в молекулу углеводорода с образованием первичного спирта:

R CH2 CH3 + NADPH + H+ + O2 R CH2 CH2 OH + NADP+ + H2O Первичные спирты, образовавшиеся из алканов, окисля ются до альдегидов при участии алкогольдегидрогеназ:

+ + R CH CH OH + NAD R CH CHO + NADH + H 2 2 Альдегиды окисляются альдегиддегидрогеназами с образо ванием жирных кислот, которые используются в пластическом и энергетическом обмене клетки.

+ + R CH CHO + NAD R CH COOH + NADH + H 2 6.2.2. Реакции восстановления ксенобиотиков Реакции восстановления ксенобиотиков менее обычны, чем реакции окисления. Однако если восстановленная форма со единения лучше выводится из организма, то закон действую щих масс может сдвигать равновесие в сторону восстановления.

Чаще всего восстановление сопровождается усилением токсич ности поллютанта.

Наиболее типичны следующие реакции восстановления.

А. Восстановление альдегидов и кетонов до спиртов под действием алкогольдегидрогеназ.

Б. Восстановление ниторо (NO NO ), нитрозо (NO 3 2 NH ) и азогрупп (N NH ) с использованием соответст 2 3 вующих дегидрогеназ.

В. Восстановление дисульфидов (R – S – S – R ) с обра 1 зованием тиолов.

Г. Восстановление двойных связей некоторых алифатиче ских и алициклических соединений.

Д. Восстановительное дегидроксилирование спиртовых групп. Например, под действием гидроксилаз печени или бак терий происходит восстановление замещенных катехолов с двумя ОН группами до соответствующих монофенолов.

Е. Восстановление атомов с переменной валентностью. При 5+ мером является трансформация арсенатов с пятивалентным As в 3+ арсениты с As. При этом токсичность веществ резко возрастает.

Ж. Восстановительное дегалогенирование, при котором атом галогена в ксенобиотике замещается на водород (рис. 50).

Рис. 50. Восстановительное дегалогенирование дихлордифенилтри хлорэтана 6.2.3. Реакции гидролиза Среди гидролаз, участвующих в трансформации ксенобио тиков, наибольшее значение имеют эстеразы, амидазы и эпок сидгидролазы.

А. Гидролиз эфиров Осуществляется гидролазами подкласса эстераз, низкая специфичность которых обеспечивает гидролиз эфиров различ ного строения. Гидролиз эфирной связи – начальный этап де градации многих пестицидов. Наиболее широко распростране ны холинэстеразы, карбоксилэстеразы, арилэстеразы. Известны ферменты, способные гидролизовать некоторые алкалоиды – атропин, кокаин и др. Примером гидролитической деградации ксенобиотиков является разложение гербицида 2, дихлорфеноксиуксусной кислоты (рис. 51).

Рис. 51. Гидролиз 2,4 Д, катализируемый эстеразами Б. Гидролиз амидов кислот Токсиканты, содержащие эфирные связи, достаточно эф фективно расщепляются биологическими системами, поэтому при синтезе новых пестицидов для повышения их стабильности в организме в молекулу вместо эфирной вводят амидную связь (рис. 52).

Рис. 52. Структура соединений с эфирной и амидной связью Некоторые ткани и микроорганизмы содержат ферменты (дезаминидазы), гидролизующие амидные группировки. Гидро лиз амидной связи характерен для микробиологической дегра дации многих фениламидных пестицидов: ацетиланилидов, фе нилмочевин, фенилкабаматов. Активность ферментов, разру шающих амидные связи в тканях позвоночных, низка, и потому метаболизм таких соединений проходит медленно и имеет вспо могательный характер.

В. Гидролиз эпоксигрупп Эпоксидгидролазы активируют превращение эпоксидов в трансдигидродиолы. Описаны микросомальные и цитозольные ферменты, под влиянием которых осуществляется гидролиз мо ноэпоксидов полициклических ароматических углеводородов.

Образующиеся при этом дигидродиолы являются субстратами Р 450, которые превращают их в диэпоксиды, являющиеся бо лее активными канцерогенами, чем исходные моноэпоксиды (рис. 53).

Рис. 53. Биотрансформация моноэпоксида до диэпоксида, опо средованная эпогидролазой и Р 450 зависимой моноокси геназой Г. Гидролиз циклических структур Реакции этого типа могут происходить с алициклическими и гетероциклическими соединениями. Например, кумарин мо жет гидролизоваться до о оксифенилпирувата.

Д. Флюорогидролаза Этот фермент, обнаруженный в тканях млекопитающих, катализирует отщепление фтора от атома фосфора, входящего в состав высокотоксичных фосфорорганических соединений. Ток сичность веществ в процессе такого превращения резко снижа ется (рис. 54).

Рис. 54. Гидролиз зарина при участии флюорогидролазы 6.3. Реакции второй фазы метаболизма ксенобиотиков Превращение молекул в первой фазе биотрансформации усиливает их полярность, уменьшает способность растворяться в липидах. Благодаря этому целый ряд чужеродных соедине ний эффективнее выводится из организма, и меняется скорость миграции поллютантов через компоненты экосистем. Эффект еще более усиливается, когда к образовавшимся в ходе 1 й фа зы метаболизма продуктам присоединяются такие эндогенные вещества, как ацетат, сульфат, глюкуроновая кислота, глутати он и т. д. Как и ферменты l й фазы метаболизма ксенобиоти ков, ферменты 2 й фазы обладают слабой субстратной специ фичностью и участвуют в превращениях большой группы хи мических веществ. В ряде случаев метаболизм ксенобиотиков во 2 й фазе также сопровождается токсификацией.

Среди ферментов, катализирующих реакции конъюгации, выделяют следующие группы:

ферменты, формирующие эфирные или амидные связи с промежуточными метаболитами (ацетил СоА: амин N ацетилтрансфераза, сульфотрансфераза, UDP глюкуронозил трансфераза);

ферменты, активирующие конъюгацию веществ с глута тионом (глутатион S трансферазы);

ферменты, катализирующие конъюгацию веществ с цис теином (цистеин конъюгирующие лиазы).

А. Ацетилирование Аминогруппы ароматических соединений часто подверга ются ацетилированию. Ацетат переносится на аминогруппу в форме ацетил СоА с помощью соответствующих трансфераз, в частности – ацетил CоА:амин N ацетилтрансферазы:

Ацетилированию могут подвергаться ариламингруппы, сульфамидные группы, алифатические амины, группы гидразина.

Не только ацетат, но и другие органические кислоты спо собны превращаться в организме в активную форму, вступая во взаимодействие с коферментом А – жирные кислоты, карболо вая кислота, бензойная кислота, фенилуксусная кислота и др.

В этой форме вещества вступают в реакцию взаимодействия с соединениями, содержащими аминогруппу (глицином, глутама том), с образованием конъюгатов. Например, при поступлении в организм млекопитающих бензойной кислоты, она активиру ется СоА и затем взаимодействует с молекулой глицина, кото рая выступает в качестве акцептора. В результате образуется гидрофильная гиппуровая кислота – конъюгат бензойной ки слоты с глицином.

Б. Конъюгация с глюкуроновой кислотой Глюкуроновая кислота (рис. 55) имеет большое значение в механизме биотрансформации ксенобиотиков.

Рис. 55. Глюкуроновая кислота Она активно присоединяется к молекулам алифатических и ароматических спиртов, органических кислот, серосодаржа щих соединений. Процесс конъюгации приводит к образованию эфиров глюкуроновой кислоты – глюкуронидов.

В реакцию конъюгации глюкуроновая кислота вступает в ак тивной форме уридиндифосфоглюкуроновой кислоты и переносится на молекулу акцептор с помощью UDP глюкуронозилтрансферазы.

Фермент индуцируется при поступлении в организм таких ве ществ, как фенобарбитал, ПАУ, диоксины, полигалогенирован ные бифенилы.

С помощью конъюгации с глюкуроновой кислотой метабо лизируются и некоторые эндогенные вещества, например сте роиды и билирубин.

В кишечнике под влиянием глюкуронидазы – фермента кишечной микрофлоры – глюкурониды могут расщепляться с образованием веществ, способных к реабсорбции и обратному поступлению в кровь. Это явление получило название кишечно печеночная циркуляции ксенобиотика. Примеры некоторых реакций глюкуронидирования представлены на рис. 56.

UDPGlu UDP UDPGlu UDP UDP UDPGlu Рис. 56. Реакции глюкуронидирования ксенобиотиков:

UDPGlu – уридиндифосфоглюкуроновая кислота;

UDP – уридиндифосфат В. Конъюгация с сульфатом Различные соединения, содержащие фенольные группы выделяются из организма в виде конъюгатов с сульфатом. Про цесс взаимодействия проходит в несколько этапов. На первом этапе образуется активная форма сульфата – 3 фосфоаденазин S фосфосульфат. На втором – осуществляется перенос сульфо группы на молекулу акцептор с помощью сульфотрансферазы (рис. 57).

PAPS PAP Рис. 57. Конъюгация ароматического амина с сульфатом:

PAPS – фосфоаденазин S фосфосульфат;

PAP – фосфоаденазинфосфат Сульфотрансферазы обладают относительно высокой суб стратной специфичностью, поэтому в зависимости от строения молекулы акцептора в процесс вовлекаются разные суль фотрансферазы. Фермент не является индуцибельным, его ак тивность ингибируется пентахлорфенолом, 2,6 дихлор нитрофенолом и др.

У позвоночных животных запасы фосфоаденазин S фосфосульфата в печени крайне незначительны и быстро исто щаются. Поэтому при высоких токсических нагрузках метабо лизм ксенобиотиков переключается в сторону образования про дуктов глюкуронидирования. Сульфатация, таким образом, яв ляется системой с «высоким сродством, но малой мощностью», глюкуронидирование, напротив – с «малым сродством, но вы сокой мощностью».

Г. Конъюгация с глутатионом и цистеином Органические вещества, содержащие в молекуле лабиль ные атомы водорода, галогенов и др., в организме могут взаи модействовать с SH содержащими эндогенными соединениями – прежде всего, цистеином и глутатионом.

Реакции конъюгации восстановленного глутатиона с элек трофильными субстратами катализирует глутатион S трансфераза (GST). Хотя GST обнаружена практически во всех тканях организма млекопитающих, наиболее максимальный уровень фермента в печени – до 10 % от общего количества цитозольных белков. Активность GST индуцируется при посту плении в организм токсикантов и в подавляющем большинстве случаев взаимодействие ксенобиотиков с глутатионом приводит к их детоксикации. Однако известны примеры биоактивации.

Так, конъюгация глутатиона с 1,2 дигалогеналканами (дихлорэ тан, дибромэтан) приводит к образованию 2 галогеналканов, которые в дальнейшем превращаются в токсичный эписульфо ниум ион (рис. 58).

Рис. 58. Биоактивация дибромэтана при участии глутатион S трансферазы Глутатион, вступивший в реакцию конъюгации с вещест вом, подвергается расщеплению. В результате из организма вы деляется метаболит в связанной с N ацетилцистеином форме (меркаптуровые кислоты) (рис. 59).

Рис. 59. Взаимодействие ксенобиотика с глутатионом и после дующее превращение комплекса Аналогичным образом происходит взаимодействие ксено биотиков с цистеином и ацетилцистеином (рис. 60).

Рис. 60. Конъюгация бензилхлорида с ацетилцистеином Д. Метилирование Для многих веществ процесс превращения завершается этапом метилирования молекулы.

Метилированию могут подвергаться молекулы, содержа щие гидроксильные, сульфгидрильные и аминогруппы в струк туре. В качестве донора метильной группы выступает метионин в форме S аденозилметионина (SАМ). Перенос радикала осуще ствляют соответствующие O, S, N метилтрансферазы (рис. 61).

Среди эндогенных веществ таким же образом метаболизи руются катехоламины (фермент катехол О метилтрансфераза), при этом образуются малоактивные 3 метоксипроизводные.

Рис. 61. Реакция метилирования по гидроксильной группе Е. Конъюгация с лигнином В растениях обнаружен особый тип соединений – нераствори мые конъюгаты с лигнином. С ним могут ковалентно связываться молекулы пестицидов, например 2,4 дихлофеноксиуксусная кислота, пентахлофенол, 3,4 дихлоанилин и др. (рис. 62).

Образующиеся комплексы способствуют повышению пер систентности поллютантов, а с другой стороны – определяют миграцию ксенобиотиков по трофическим уровням.

Рис. 62. Ковалентное связывание 3,4 дихлоанилина лигнином с образованием нерастворимого конъюгата КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Что такое биотрансформация ксенобиотиков?

2. На что направлены реакции биотрансформации ксенобиотиков?

3. Где в организме человека и животных протекают основные ме таболические превращения ксенобиотиков?

4. Какие реакции относятся к цитохром Р 450 зависимым био трансформациям ксенобиотиков?

5. Какие ферменты катализируют реакции конъюгации ксенобиотиков?

6. Охарактеризуйте процессы биотрансформации ксенобиотиков.

7. Напишите схему метаболизма бензола в организме человека.

8. Каково значение биологических систем, осуществляющих био трансформацию ксенобиотиков?

9. Какие виды микроорганизмов способны деградировать ксено биотики?

10. В чем заключается роль плазмид в минерализации и биотранс формации ксенобиотиков?

11. Что является следствием химической модификации молекулы ксенобиотиков?

12. Какие побочные продукты образуются в результате метаболиз ма ксенобиотиков?

13. Механизм образования ареноксидов в процессе метаболизма бензапирена.

14. Чем реакции окисления ксенобиотиков отличаются от реакций их восстановления? Приведите примеры ферментов, катализи рующих данные процессы.

15. На чем основан принцип действия пероксидаз?

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В последнее время все большее значение приобретают ис следования, выясняющие особенности экологического равнове сия и биосфере и механизмы его поддержания и нарушения, в которых участвуют различные химические соединения. Зако номерно возникает новый этап в развитии экологии, связанный с возрастанием внимания к факторам, регулирующим формиро вание структуры экосистем, их динамику и функционирование.

Для понимания механизмов поддержания и нарушения эколо гического равновесия большое значение имеет информация на стыке экологии, биохимии, химии и физиологии.

Вещества, являющиеся объектом внимания биохимической экологии, уже давно исследуются биохимией с точки зрения их структуры и метаболизма. Однако биохимическая экология лишь начинает разбираться в сложной системе экологических хеморегуляторов, которые вносят важный вклад в гомеостаз экологических систем. Биохимическая экология помогает по нять биологический смысл существования биологически актив ных веществ, которые являются одним из важнейших объектов биотехнологии, биологические функции которых на концепту альном уровне представлялись зачастую непонятными.

Хемомедиаторы выполняют разнообразные функции в экосистемах: защита от консументов;

атака пищевых объектов;

сдерживание конкурентов;

привлечение;

регуляция взаимодей ствий внутри популяции и т. д. Экологические хеморегуляторы способствуют упорядочению ресурсопользования различными консументами, что предохраняет популяции от излишней кон куренции и вымирания, связанного с переэксплуатацией ресур сов. Существенный интерес представляют данные о том, что возможна регуляция трофических отношений в другую сторону – когда рост первичной продуктивности позволяет увеличить потребление фитомассы фитофагами.

Химические вещества в биосфере могут выступать в двоя кой роли – как факторы ее стабилизации и дестабилизации.

Экологические хеморегуляторы, выполняющие функцию регу ляции экологических процессов, – важный потенциальный ин струмент для корректного и избирательного воздействия на по пуляции и экосистемы. А вот близкие по химическому воздей ствию к природным соединениям синтетические ксенобиотики могут представлять опасность для экосистем. Если раньше оценка их опасности основывалась преимущественно на леталь ных эффектах, то теперь необходимо учитывать и те, которые не вызывают прямую гибель организмов, но нарушают способ ность экосистем к самоочищению и самоподдержанию.

Развитие экосистемы, устойчивость ее, выживаемость вхо дящих в экосистему видов животных и растений, возможность положительного влияния на такую систему человека и необхо димость минимизации отрицательных воздействий химических веществ, создаваемых человеком, требует внимательного изуче ния механизмов биорегуляции, основанных на эколого биохимических взаимодействиях.

СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ Алкалоиды – азотсодержащие органические соединения растительного происхождения, обычно достаточно сложной хи мической структуры, обладающие свойствами слабого основа ния, многие из которых обладают высокой токсичностью для животных.

Аллелопатия (от греч. allelon – взаимно и pathos – ис пытываемое воздействие), взаимное влияние растений друг на друга (замедление роста, цветения и т. д.) в результате выделе ния ими в окружающую среду различных органических ве ществ (антибиотиков, фитонцидов и др.).

Алломоны (от греч. allos – другой, иной и hormao – привожу в движение, возбуждаю) – вырабатываемые организ мом вещества, которые оказывают направленное действие на представителей других видов, вызывая у них поведенческие или физиологические реакции, адаптивно выгодные для выде ляющего алломоны организма.

Антибиоз – форма взаимоотношений, при которой обе взаимодействующие популяции или одна из них испытывает отрицательное влияние.

Антиовипозитанты – вещества растительного проис хождения, которые ингибируют откладывание яиц насекомыми.

Антоцианы – растительные индикаторы кислотности:

при увеличении рН цвет пигмента меняется от розового до желтого.

Аттрактанты – природные и синтетические веще ства, которые привлекают животных, воздействуя на их хе морецепторы.

Аутоингибиторы адаптаций – вещества, сдерживаю щие численность популяции в таких пределах, чтобы она нахо дилась в равновесии с окружающей средой.

Аутотоксины – отбросы, токсичные для организма продуцента и не приносящие пользы другим видам.

Афлатоксины – ядовитые вещества, производные кума ринов, вырабатываемые плесневыми грибами, главным образом аспергиллами. Оказывают токсическое действие на печень мно гих видов млекопитающих.

Биохимическая экология – междисциплинарная об ласть науки о биохимической стабилизации и дестабилизации экологического равновесия.

Гиббереллины – продуценты гриба Gibberella, парази тирующего на рисе.

Гликозиды – соединения, представляющие собой про дукты конденсации циклических форм моно или олигосахари дов со спиртами, фенолами, тиолами, аминами.

Глюкозинолаты – постингибитины, обуславливающие устойчивость растения к паразитическим грибам.

Гормоны роста – вещества, вырабатываемые некото рыми грибами, стимулируют быстрый рост травянистых расте ний в длину.

Депрессоры – отбросы и подобные им продукты, отрав ляющие реципиента, не увеличивая приспособляемости произ водящего их организма к окружающей среде.

Детерренты – вещества, тормозящие биохимические реакции.

Детерренты овипозиции (откладки яиц) – вещества, которыми откладывающая яйца самка насекомых метит либо само яйцо, либо субстрат, на который оно отложено.

Детоксикация – метаболизм ксенобиотиков в организме.

Изофлавоноиды – производные гликозидов, соответст вующие по структуре гетероциклическим фенолам. Содержатся в больших количествах в соевых бобах (до 300 мг/100 г), дру гих стручковых растениях, чечевице, гранатах, финиках, семе нах подсолнечника, капусте, красном клевере.

Ингибитины – вещества фенольной природы, метаболи ты, концентрация которых в тканях растения после инфекции резко увеличивается.

Ингибиторы протеаз – вещества, накапливающиеся в тканях растений и блокирующие действие пищеварительных протеаз фитофага, в результате чего ослабляется эффектив ность питания и снижается воспроизводство популяции этих консументов, относятся к PR белкам.

Кайромоны (от греч. kairos – польза, выгода и (гор)моны) – телергоны, оказывающие специфическое действие на представителей других видов, вызывая у них адаптивные физиологические или поведенческие реакции и приносящие пользу организму эмитору: вещества, привлекающие к пище, индукторы, стимулирующие адаптацию, сигналы, предупреж дающие об опасности или токсичности.

Канцерогены (от лат. cancer – рак, греч. genes – рож дающий, рожденный), они же карциногены (англ. carcinogen, с основами греч. karkinos – краб и греч. genes – рождающий, рожденный) – химические вещества, микроорганизмы, вирусы, излучения, способные при попадании в организм человека или животных приводить к образованию злокачественных новооб разований (опухолей).

Каротиноиды – большая группа пигментов жел того, оранжевого и красного цветов, поглощают свет в си не фиолетовой области спектра, их характерная окраска обусловлена наличием двойных связей.

Комменсализм – постоянное или временное сожительст во особей разных видов, при котором один из партнёров живёт за счёт другого, не причиняя ему никакого вреда.

Конкуренция – взаимодействия между организмами одного и того же вида (внутривидовая к.) или разных ви дов (межвидовая к.).

Консументы (от лат. сonsumо – потребляю) – ор ганизмы, являющиеся в трофической цепи потребителями органического вещества.

Ксенобиотик (от греч. xenos – чужой) – чужеродное (не участвующее в пластическом или энергетическом обмене) вещество, попавшее во внутренние среды организма.

Куместаны – производные гликозидов, содержатся в молодых растениях клевера, люцерны и других клубеньковых.

Основным представителем куместанов является куместрол.

Ламоксирен – половой феромон зрелых женских гамет некоторых видов ламинариевых водорослей (Laminariales).

Лигнаны – класс соединений, по структуре относящихся к дифенолам. Являются продуктами осуществляющегося под воздействием микрофлоры кишечника расщепления некоторых растительных метаболитов, присутствующих в наружном слое зерен (пшеницы, ржи и риса), пищевых растительных волок нах, семенах льна, орехах, в некоторых ягодах, фруктах (виш не, яблоках) и овощах (чесноке, петрушке, моркови и др.).

Метаболиты – промежуточные продукты, образующие ся в ходе метаболизма.

Микориза (от греч. mykes – гриб и rhiza – корень) – симбиотическая ассоциация мицелия гриба с корнями высших растений.

Микотоксины (от греч. mykes – гриб и toxikon – яд) – токсичные продукты жизнедеятельности микроскопических (плесневых) грибов.

Мутуализм – облигатный симбиоз.

Мутагены (от мутации и греч. genes – рождающий, рожденный) – химические и физические факторы, вызываю щие наследственные изменения – мутации.

Нейротоксины – токсины, специфически действующие на нервные клетки – нейроны – обычно взаимодейстующие с ионными каналами и протеинами мембран. Многие яды и ток сины, используемые организмами для защиты от позвоночных, являются нейротоксинами.

Нейтрализм – форма взаимоотношений, при которой совместно обитающие на одной территории организмы не влия ют друг на друга.

Паразитизм – форма взаимоотношений между организ мами различных видов, из которых один (паразит) использует другого (хозяина) в качестве среды обитания и источника пи тания, нанося ему вред.

Пищевые аттрактанты – вещества привлекающие фитофагов к пищевым объектам и участвующие в формирова нии пищевых предпочтений (преференций) растительноядных консументов, их действие прямо противоположно действию ре пеллентов.

Пищевые детерренты (фагодетерренты) – токсичные вещества, но не настолько ядовитые, как токсины;

вещества, снижающие питательную ценность корма;

вещества, отпуги вающие фитофагов – пищевые репелленты.

Пищевые репелленты – вещества, отпугивающие фи тофагов.

Плазмиды – внехромосомные генетические элементы.

Гены бактерий, отвечающие за трансформацию многих ксено биотиков, локализованы именно на плазмидах.

Половые феромоны – специально выделяемые живот ными пахучие вещества, служащие для химического воздейст вия на других особей своего вида.

Постингибитины – вещества, образующиеся при моди фикации предсуществовавших в растении нетоксичных веществ, метаболиты, концентрация которых в тканях растения после инфекции резко увеличивается.

Постинфекционные соединения – группа веществ, от сутствующих в здоровом растении, но появляющихся в нем по сле инфекции гриба.

Преинфекционные соединения – группа веществ, по стоянно присутствующих в высшем растении, независимо от того, произошла атака гриба на него или нет.

Проингибитины – постоянно присутствующие в расте нии метаболиты, которые уже в имеющейся концентрации уменьшают или полностью останавливают развитие патогена.

Продукция (от лат. production – произвожу, создаю) – суммарное количество биомассы, образованной какой либо со вокупностью растущих и размножающихся особей за короткий период времени, или скорость ее образования.

Продуценты (от лат. producens – производящий, соз дающий) – автотрофные организмы, создающие с помощью фотосинтеза или хемосинтеза органические вещества из неорга нических.

Псевдомикоризы – образуются паразитическими гриба ми и, внешне напоминая микоризу, поражают ткани корня.

Репелленты – сильнопахнущие вещества, проду цируемые некоторыми животными при нападении на них, при стрессе или ощущении опасности, и способные отпугивать хищ ников.

Сакситоксин – токсин, продуцируемый динофлагелля тами рода Gonyaulax и некоторыми синезелеными водорослями.

Сапонины – гемолитические яды.

Семиохемик – химическое соединение, вовлеченное во взаимодействие между организмами (феромоны, кайромоны, алломоны).

Симбиоз (symbiosis) – совместное существование орга низмов двух или (реже) более разных видов, при котором один из партнеров или оба приобретают возможность выигрыша в борьбе за существование. Различают облигатный (обязатель ный) и факультативный симбиоз;

классическим примером их объединения являются лишайники – симбиоз гриба (для них симбиоз имеет облигатный характер) и водоросли (факульта тивный симбиоз, т. е. способны жить самостоятельно). По сте пени партнерства и пищевой зависимости друг от друга разли чают несколько типов симбиоза: комменсализм, мутуализм, нейтрализм.

Синомоны – соединения, приносящие пользу одновре менно и организму, вырабатывающему данные вещества, и вос принимающему их.

Танины – водорастворимые фенольные вещества с молеку лярным весом от 500 до 3000, придающие пище вяжущий вкус.

Токсикант – более широкое понятие, употребляющееся не только для обозначения веществ вызвавших интоксикацию, но провоцирующих и другие формы токсического процесса, и не только организма, но и биологических систем иных уровней ор ганизации: клеток (цитотоксикант), популяций (экотоксикант).

Токсификация – процесс образования токсичных про дуктов метаболизма.

Токсичные метаболиты – продукты биотрансформа ции, обладающие высокой токсичностью.

Феромоны – вещества, вырабатываемые и выделяемые в окружающую среду живыми организмами (часто с помощью специализированных желез) и вызывающие специфическую от ветную реакцию (характерное поведение или характерный про цесс развития) у воспринимающих их особей того же биологи ческого вида.

Феромоны релизеры – высоколетучие вещества, рас пространяющиеся по воздуху;

вызывают после их восприятия животным быстро развивающийся, но относительно недолгий поведенческий ответ.

Феромоны праймеры – вещества, вызывающие дли тельные изменения метаболических и регуляторных процессов, что приводит к сдвигам в обмене веществ и интенсивности ды хания, к изменениям в пигментации тела, развитию стресса, подчинению всего поведения определенным целям, часто пере даются контактным путем, запускают сложные эндокринные процессы, в результате которых происходит выработка физио логически активных веществ.

Феромоны тревоги – химические вещества, предназна ченные для оповещения членов группы об опасности.

Феромоны следа – вещества, которыми насекомые мо гут метить свой корм и пути, ведущие к нему.

Фитоалексины – метаболиты, которые образуются по сле инфекции растения совершенно заново в результате индук ции или репрессии соответствующих генов.

Фитоэкдизоны – наиболее активные агонисты экдисте роидов насекомых.

Фитоэстрогены – метаболиты, влияющие на развитие беспозвоночных, в растениях найдены вещества, воздействую щие на плодовитость позвоночных животных.

Флавоноиды – гетероциклические кислородсодержа щие пигменты, относящиеся к фенольным гликозидам.

Хеморецепторы – чувствительные клетки или их структуры, посредством которых организм воспринимает существенные для жизнедеятельности химические вещества.

Хемостерилянты – вторичные метаболиты растений, в определенных концентрациях не вызывающие гибели фитофа гов, но резко снижающие их плодовитость.

Хемотаксис – двигательные реакции свободно передви гающихся растительных и простейших животных организмов, а также клеток (зооспор, сперматозоидов, лейкоцитов и др.) под влиянием химических раздражителей.

Хищничество – форма взаимоотношений между орга низмами разных видов, из которых один поедает другого, обычно предварительно убив его.

Цианогенные гликозиды – группа гликозидных соеди нений, имеющих в качестве агликона цианид (CN ). В ходе ме таболизма образуют цианистую кислоту HCN, которая подав ляет активность цитохромоксидазы дыхательной цепи митохон дрий.

Экдизоны (от греч. йkdysis – линька) – стероидные гормоны членистоногих, стимулирующие линьку и метаморфоз.

Экзометаболит – вещество, имеющее определенное экологическое значение.

Экологический кризис – изменение состояния природы, вызванное антропогенным воздействием, при котором ухудше ние качества окружающей среды влияет на социальное развитие общества.

Элиситоры – вещества, являющиеся сигналом запуска биосинтеза так называемых PR белков (англ. pathogenesis related), которые участвуют в формировании иммунитета у растений.

Химическая экология – дисциплина, изучающая взаи моотношения между живыми организмами и факторами нежи вой природы, опосредованные действием различных молекул.

Юглон (5 окси нафтохинон) – токсическое вещество, со держащееся в корнях, листьях и скорлупе ореха черного и по давляющее рост и развитие растений других видов.

Ядовитое вещество – химическое соединение, которое при взаимодействии с организмом вызывает его заболевание или гибель.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Алекин О. А. Гидрохимия / О. А. Алекин. – Л. : Гидро метеоиздат, 1961. – 372 с.

2. Барбье М. Введение в химическую экологию : пер. с франц. / М. Барбье. – М. : Мир, 1978. – 230 с.

3. Белов П. С. Экология производства химических продуктов из углеводородов нефти и газа / П. С. Белов, И. А. Голубева, С. А. Низова. – М. : Химия, 1991. – 256 с.

4. Беспамятнов Г. П. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде / Г. П. Беспамятнов, Ю. А. Кротов. – Л. : Химия, 1985. – 675 с.

5. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем : пер. с нем. / под ред. Р. Шуберта. – М. : Мир, 1988. – 350 с.

6. Богородский Ю. В. Основы сельскохозяйственной эколо гии / Ю. В. Богородский. – Иркутск, 1995. – 222 с.

7. Брач Б. Я. Мониторинг окружающей среды в Республике Коми / Б. Я. Брач [и др.]. – Сыктывкар : Коми кн. изд во, 1995. – 208 с.

8. Будников Г. К. Диоксины и родственные соединения как экотоксиканты / Г. К. Будников // Соросовский образовательный журнал. – 1997. – № 26. – С. 38–44.

9. Введение в химию биогенных элементов и химический ана лиз / под общ. ред. проф. Е. В. Барановского. – Мн. : Высш.

шк., 1997. – 176 с.

10. Вернадский В. И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения / В. И. Вернадский. – М. : Мысль, 1967. – 374 с.

11. Винокурова Н. Ф. Глобальная экология / Н. Ф. Вино курова, В. В. Трушин. – М. : Просвещение, 1998. – 270 с.

12. Воронков М. Г. Кремний и жизнь / М. Г. Воронков, Г. И. Зелчан, Э. Я. Лукевиц. – Рига : Зинатне, 1978. – 587 с.

13. Вронский В. А. Прикладная экология / В. А. Вронский.

– Ростов н/Д : Феникс, 1996. – 512 с.

14. Герасимов И. П. Научные основы современного монито ринга окружающей среды / И. П. Герасимов // Изв. АН СССР.

Сер. геогр. – 1975. – № 3. –С. 13–25.

15. Гродзинский А. М. Экспериментальная аллелопатия / А. М. Гродзинский, Э. А. Головко [и др.]. – Киев : Наукова дум ка, 1987. – 236 с.

16. Дажо Р. Основы экологии / Р. Дажо. – М. : Прогресс, 1975. – 416 с.

17. Демина Т. А. Экология, природопользование, охрана ок ружающей среды / Т. А. Демина. – М. : Аспект Пресс, 1995. – 143 с.

18. Дерфлинг К. Гормоны растений / К. Дерфлинг. – М. :

Мир, 1985. – 303 с.

19. Джекобсон М. Половые феромоны насекомых / М. Дже кобсон. – М. : Мир, 1976. – 391 c.

20. Дювиньо П. Биосфера и место в ней человека : пер. с франц. / П. Дювиньо, М. Танг. – М. : Прогресс, 1973. – 267 с.

21. Зеленин К. Н. Оксид азота (II): новые возможности давно известной молекулы / К. Н. Зеленин // Соросовский обра зовательный журнал. – 1997. – № 10. – С. 105–110.

22. Иванов В. Д. Феромоны насекомых / В. Д. Иванов // Соросовский образовательный журнал. – 1998. – № 6. – С. 29–34.

23. Израэль Ю. А. Экология и контроль состояния природ ной среды / Ю. А. Израэль. – М. : Гидрометеоиздат, 1984. – 560 с.

24. Исаев А. С. Стволовые вредители лиственницы даурской / А. С. Исаев. – М., 1966.

25. Исаев А. С. Принцип стабильности в динамике числен ности лесных насекомых / А. С. Исаев, Р. Г. Хлебопрос // Докл.

АН СССР. – 1973. – Т. 208, № 1.

26. Исаев А. С. Взаимодействие дерева и насекомых ксилофагов / А. С. Исаев, Г. И. Гирс. – Новосибирск, 1975.

27. Исаев А. С. Эффекты запаздывания в регуляции чис ленности лесных насекомых / А. С. Исаев, Р. Г. Хлебопрос // Докл. АН СССР. – 1977. – Т. 232, № 6.

28. Исаев А. С. Черный пихтовый усач / А. С. Исаев, А. С. Рожков, В. В. Киселев. – Новосибирск, 1988.

29. Исаев А. С. Популяционная динамика лесных насеко мых / А. С. Исаев, Р. Г. Хлебопрос, Л. В. Недорезов [и др.]. – М., 2001.

30. Исидоров В. А. Органическая химия атмосферы / В. А. Исидоров. – Л. : Химия, 1979. – 344 с.

31. Ковда В. А. Биохимия почвенного покрова / В. А. Ков да. – М. : Наука, 1985. – 263 с.

32. Колтун М. Земля / М. Колтун. – М. : Мирос, 1994. – 176 с.

33. Кравцов Ю. А. Физические аспекты моделирования из менений в климатической системе Земли / Ю. А. Кравцов // Со росовский образовательный журнал. – 1997. – № 4. – С. 38–44.

34. Кузьменок Н. М. Экология на уроках химии / Н. М. Кузьме нок, Е. А. Стрельцов, А. И. Кумачев. – Мн. : Изд во ООО «Кра сикопринт», 1996. – 208 с.

35. Лебедева К. В. Феромоны насекомых / К. В. Лебедева, В. А.Миняйло, Ю. Б. Пятнова. – M., 1984.

36. Лебедева К. В. Феромоны насекомых и их использова ние в защите растений / К. В. Лебедева, Ю. Б. Пятнова // Журнал Всесоюз. хим. о ва им. Д. И. Менделеева. – 1984. – Т. 29, № 1. – С. 54–63.

37. Левановский Д. А. Соединения металлов в живой приро де / Д. А. Левановский // Соросовский образовательный журнал.

– 1997. – № 9. – С. 48–50.

38. Лесников Л. А. Разработка нормативов допустимого со держания вредных веществ в воде рыбохозяйственных водоемов / Л. А. Лесников // Сб. науч. тр. ГосНИОРХ. – Вып. 144. – Л., 1979. – С. 3–41.

39. Лурье Ю. Ю. Химический анализ производственных сточных вод / Ю. Ю. Лурье, А. И. Рыбникова. – М. : Химия, 1975. – 326 с.

40. Майстренко В. Н. Эколого аналитический мониторинг су перэкотоксикантов / В. Н. Майстренко, Р. З. Хамитов, Г. К. Будни ков. – М. : Химия, 1996. – 320 с.

41. Макевнин С. Г. Охрана природы / С. Г. Макевнин, А. А. Вакулин. – М. : Агропромиздат, 1991. – 127 с.

42. Мельников Н. Н. Пестициды в современном мире / Н. Н. Мельников, Г. М. Мельникова // Соросовский образова тельный журнал. – 1997. – № 4. – С. 33–37.

43. Метлицкий Л. В., Озерецковская О. Л. Как растения защищаются от болезней / Л. В. Метлицкий, О. Л. Озерецков ская. – М. : Наука, 1985. – 189 с.

44. Миллер Т. Жизнь в окружающей среде / Т. Миллер. – М. : Прогресс Пангея, 1993. – 250 с.

45. Новиков Г. А. Основы общей экологии и охраны приро ды / Г. А. Новиков. – Л. : Изд во ЛГУ, 1979. – 376 с.

46. Одум Ю. Экология : пер. с англ. / Ю. Одум. – М. :

Мир, 1986. – 740 с.

47. Окружающая среда : энциклопедический словарь справочник :

пер. с нем. – М. : Прогресс, 1993. – 640 с.

Pages:     | 1 || 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.