WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 13 |

На правах рукописи

САРАТОВСКИХЕлена Анатольевна

ПРОЦЕССЫКОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ ВМЕХАНИЗМЕ

ТОКСИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

ТЕХНОГЕННОГОПРОИСХОЖДЕНИЯ

03.00.02 – биофизика

03.00.16 – экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации насоискание учёной степени

докторабиологических наук

Москва – 2008

Работа выполнена вИнституте проблем химической физики РАНи

Московскомгосударственном университете им. М.В.Ломоносова

Научныйконсультант:

докторбиологических наук, профессор

О.Ф. Филенко

Официальные оппоненты:

докторбиологических наук, профессор

Ю.П. Козлов

докторфизико–математических наук,профессор

Е.В. Веницианов

докторбиологических наук

Л.В. Семеняк

Ведущаяорганизация:

Московскийгосударственный университет

технологий иуправления

Защита диссертациисостоится «____» _____________2008 г. в _________часов

на заседанииСпециализированного Совета Д 501.001.55 приМосковском государственномуниверситете им. М.В. Ломоносова,биологический факультет по адресу: 119992, г.Москва. Ленинские горы. МГУ. Биологическийфакультет, ауд. № 389.

С диссертацией можноознакомиться в библиотеке Московскогогосударственного университета им. М.В.Ломоносова.

Автореферат разослан«____» __________ 2008 г.

Ученый секретарь

Специализированногосовета,

кандидат биологическихнаукН.В. Карташева

©Саратовских Е.А., 2008

©Институтпроблем химической физики РАН, 2008

ОБЩАЯХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальностьработы. Опасностьхимического загрязнения окружающей средыпроявляется в прямом и опосредованномтоксическом действии на живые организмызначительных количеств веществ,техногенного происхождения. Техногенныезагрязняющие вещества приводят квозникновению химических реакций – в объектахокружающей среды и изменениюбиохимических реакций, протекающих ворганизмах. В результате экосистемы теряютспособность к самоочищению. Накоплениетоксикантов в природных объектахобусловливает прогрессирующие темпысокращения объемов иухудшения качества ресурсовжизнеобеспечениячеловечества –запасов питьевой воды, промысловыхорганизмов, почв, пригодныхдля сельскохозяйственногоиспользования.

При существующихтехнологиях, рост промышленногопроизводства и энергетики связаны собразованием отходов пропорциональнообъёму произведённой продукции, чтовызывает соответствующий рост загрязнениябиосферы. Кардинальное решение проблемысостоит в переходе на безотходныетехнологии и реутилизацию материалов впроизводстве и потреблении, оборотныесхемы водопользования и комплексноеиспользование ресурсов.

В области сельскогохозяйства (с/х) опасность примененияпестицидов и других химических средствзащиты растений (ХСЗР) обусловлена ихпрямой токсичностью по отношению к почвенныммикроорганизмам, формирующим плодородиепочв. Зачастую,ХСЗР отличаются высокой устойчивостью кбиотрансформации, из-за блокирования окислительныхпроцессов, и характеризуются низкойспособностью кразложению под действием солнечнойрадиации; поэтому аккумулируются в почве,воде, в живых организмах. В результатеможет снижаться продуктивность с/х культури ухудшаться качество продукции;возникновение мутаций приводит кпоявлению более токсикорезистентных видовсорной растительности. Переход химическихзагрязняющих веществ (ЗВ) с продуктами питания ворганизмы животных и человека являетсяпричиной возникновения практически всех формхронических заболеваний у населения, а также такихтяжёлых нарушений, как онкологические илипатологии у новорождённых.

Решение совокупностиэтих сложных проблем в значительнойстепени определяется успехамифундаментальных исследований в областифизической химии, биохимии, химическойэкологии. Раскрытие молекулярныхмеханизмов биологического действияэкотоксикантов наструктурно-функциональные системы клетки -ферментные системы, биомембраны,генетический аппарат - необходимы дляуспешной борьбы за чистоту окружающейсреды и безопасность существованиячеловека. Без понимания химическихмеханизмов формирования токсичностиневозможно создавать методы контролясостояния окружающей среды,прогнозировать возможную токсичность,отдалённые последствия примененияпрепаратов, предотвращать возникновениевредных продуктов трансформации исходныхсоединений, разрабатывать эффективные иэкологически безопасные способыпереработки отходов промышленных ис/х-производств, стоковкоммунально-бытового хозяйства.

Огромные объёмывыбросов ЗВ в объекты окружающей среды;биоаккумуляция, в сочетании сбиотрансформацией поллютантов, приводящейк появлению более персистентных итоксичных соединений, чем исходные, -привели к высокому уровню загрязнениябиосферы: санитарно-эпидемиологическиестанции (СЭС) выполняют более сотниизмерений каждой отобранной пробы. Поэтомунеобходимы новые интегральные методыбиотестирования. Разработка способовдетоксикации, очистки объектов природы отпромышленных, с/х- и коммунальных стоков, сцелью охраны биосферы, как среды обитаниячеловека - задача, в которой новые решениямогут возникать только на базефундаментальных исследований и на стыкенескольких научных дисциплин.

На защиту выноситсяновая научнаягипотеза об определяющейроли процессов комплексообразованиятехногенных токсикантов с компонентамиструктурно-функциональных системам клеткив механизме токсического пораженияорганизма.

Цель работы. Изучение роли процессовкомплексообразования в механизме действиятоксикантов на структурно-функциональныесистемы клетки и их значения дляобщебиологических проявленийинтоксикации и экологических эффектов.

В связи с поставленнойцелью решались следующие задачи:

Исследование механизмахимического действия экотоксикантов(пестицидов, комплексов металлов,хлорорганических соединений (ХОС), вчастности, хлор фенолов) на микроэлементы,нуклеотиды; мембрано-связанныеметаллсодержащие окисляющие ферменты;липиды мембранных структур.

Установление корреляциимежду процессами комплексообразования ЗВ,протекающими в организме, энергодефицитомклетки и физиологическими эффектамиin vivo. Созданиеинтегрального метода экспресс-контролятоксикологического состояния водныхобъектов окружающей среды.

Исследование продуктовразложения ЗВ. Разработка технологиидетоксикации и очистки питьевой и сточнойвод, вытяжек из твёрдых объектов илипромышленных отходов от ЗВ сиспользованием процессовкомплексообразования, обработкиультрафиолетом (УФ), в комплексе сбиологическими методами.

Выявление связи междурезультатами, полученными в ходецеленаправленного мониторинга водногообъекта (на наличие пестицидов, металлов,ХОС) и технологией очистки сточных вод нагородских очистных сооружениях.

Научная новизна. Впервые показано, что техногенныетоксиканты, относящиеся к соединениямразличных химических классов, а такжеобразованные ими комплексы с рядомметаллов проявляют высокую способность кдальнейшему комплексообразованию с такимикомпонентами живой клетки, как моно - идинуклеотиды. Создана математическаямодель, позволяющая количественно оценитьстепень комплексообразования токсикантовс нуклеотидами. Определены константыустойчивости образующихсякомплексов.

Впервые проведеносравнение ингибирования активностиокислительной металлсодержащейферментной системы - НАДН-оксидоредуктазы,восьмью пестицидами различногохимического строения, комплексамигербицида лонтрел с восьмью разнымиметаллами, и солями этих металлов.Определены кинетические параметры и типингибирования. Выявлен порядок измененияантиредуктазной активности ЗВ взависимости от величины их константыингибирования фермента. Показано, что вактивном центре фермента соли металловконкурируют за место связывания сакцептором электронов, а лиганды икомплексы – сдонором. Прочность связи ЗВ с ферментом (итоксические свойства этого ЗВ) возрастаетпри переходе от иона металла к лиганду и ккомплексу.

Создана новая математическаямодель процесса переноса токсикантовчерез липосомальные мембраны, впервыедоказывающая, чтокомплексообразование с липидами являетсялимитирующей стадией процесса переносачерез мембраны и причиной биоаккомуляцииЗВ. Рассчитанные коэффициентымассопереноса имеют обратную корреляцию сконстантами комплексообразования.

Выявлено, что причинойвозникновения мутаций (типа сдвига рамкисчитывания), при действии ЗВ (ХОС,пестицидов и металлокомплексов) намногоклеточный организм являетсяобразование комплексов с ДНК и РНК,приводящих к нарушению нативности двойнойспирали, гидролизу фосфодиэфирных связей.Определены константы устойчивостикомплексов ЗВ с полинуклеотидами. Показанакорреляция констант комплексообразованияс физиологическими эффектами токсичности,проявляемыми in vivo: влиянием на ростчисленности почвообитающихмикроорганизмов и гидробионтов, состепенью генотоксичности изученныхЗВ.

Впервые установлено, чтообразование комплекса техногенноготоксиканта с аденозинтрифосфорнойкислотой (АТФ) приводит к энергодефицитуклетки, который является важной причинойразвития интоксикации, приводит к гибеликлетки и целого организма. Характеристикойэнергодефицита является константакомплексообразования, которая коррелируетс количественными параметрамибиологического действия ЗВ: подавлениемпрорастания семян, ростом вегетирующихрастений, жизнедеятельностью организмов,подавлением ферментативной активности,индуцированием генных мутаций.

Показано, что гербицидлонтрел и его комплексы с металлами трудноподдаются биологической деградации.Впервые установлены продукты,образующиеся при разложении гербицидалонтрел под действием УФ составляющейсолнечного света. Выявлена повышеннаятоксичность продуктов разложениягербицида лонтрел по сравнению с исходнымсоединением.

Практическаязначимость. Получены новыеданные о существовании в раствореустойчивых бидентатных комплексовпестицидов с ионами металлов. Показанаэкологическая опасность возможноговозникновения подобных комплексныхсоединений в открытых водоёмах и клеткахживых организмов, включая теплокровныхвысших трофических уровней, из-заповышенных токсических свойствкомплексов.

Установлена корреляциямежду константой комплексообразованияпестицидов с АТФ и эффектом подавленияпрорастания семян, гербицидным действиемна вегетирующие растения, содержаниемхлорофилла в листьях, что может бытьиспользовано в качестве экспресс-теста наэтапе первичного скрининга пестицидов сАТФ-зависимым механизмом действия.

Исследованыкинетические закономерности УФ разложениягербицида лонтрел, которые могут бытьиспользованы при очистке стоковпромышленных производств, разработкетехнологий очистки почв, вод, утилизациизапасов ХСЗР.

Показана потенциальнаяканцерогенная и мутагенная опасность ЗВ(пестицидов: лонтрел, зенкор, базагран,раундап, кузагард, сетоксидим, тачигарен,тилт; металлокомплексов гербицида лонтрел;хлорсодержащих фенолов), обусловленная ихкомплексообразованием с ДНК и РНК.

Доказано, чтотехногенные ЗВ ингибируют действиеокисляющих ферментных систем в организмах,что снижает способность к самоочищениюводоёмов и почв.

Предложен новый методопределения интегральной токсичностиобъектов окружающей среды: воды, почв,продуктов питания.

Проводившийся в течениенескольких лет целенаправленныймониторинг среднего течения реки Волги,показал, что причиной наличияхлорорганических ЗВ в концентрациях,значительно превышающих ПДК, являетсяхлорирование сточных вод на городскихочистных сооружениях.

Разработаны способыочистки вод (питьевого водоснабжения,технологического цикла, сточных вод) сприменением УФ излучения. На основаниипроведённого мониторинга состоянияочистных сооружений и питьевоговодоснабжения г. Казани, предложены методыинтенсификации очистки и увеличения ихпропускной способности. Заменахлорирования на УФ обработку сточных вод ициркуляция их - значительно улучшитэкологическую обстановку водныхбассейнов.

Вклад автора в работы, выполненные в соавторствеи включённые в диссертацию, состоит вформировании направления, постановкеобщей задачи, личном участии во всех этапахработы: в ходе экспериментальногоисследования, в анализе и интерпретацииполученных данных, в планировании на ихоснове новых перспективных направленийнаучных исследований и технологическихразработок.

Апробация работы. Материалы диссертации былидоложены на XIX и XVI международномСимпозиуме «Современная химическаяфизика» (Туапсе, 2007, 2004); на международномКонгрессе «Вода: экология и технология»(Москва, 2000, 1996, 1994); на международнойконференции «Высокоорганизованныекаталитические системы» (Москва, 2004); на XIмеждународной конференции «Химияорганических и элементорганическихпероксидов» (Москва, 2003); на международномсеминаре «Активация малых молекулкомплексами металлов» (Ленинград, 1989); на IVВсесоюзном совещании по кристаллохимиинеорганических и координационныхсоединений (Бухара, 1986); на Всесоюзномкоординационном совещании по пестицидам(Черноголовка, 1988); на Всесоюзном совещаниипо химии и технологии пиридин содержащихпестицидов (Черноголовка, 1988), и др.

Публикации. По материаламдиссертации опубликована 21 работа вреферируемых журналах, 3 отчёта попрограмме Минэкологии РФ «Экологическаябезопасность России», 7 отчётов понаучно-практическим хоздоговорнымработам.

Структура и объёмдиссертации. Диссертациясостоит из введения; обзора литературы;главы, посвящённой материалам и методам; 6глав собственных исследований; заключения;выводов; списка литературы, охватывающего585 источника, из них - 50% иностранных. Работаизложена на 485 страницах машинописноготекста, включает 80 рисунков, 56 таблиц, 11схем, 6 фотографий, 2 чертежа.

СОДЕРЖАНИЕРАБОТЫ

Глава 1.МОЛЕКУЛЯРНЫЕ АСПЕКТЫЭКОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОБЛЕМ. Литературныйобзор

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 13 |






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