Биоциды и вещества организма
Известно, что жизнь есть способ существования белковых тел в непрерывном обмене с ОС. Следовательно, белковые системы – самая уязвимая часть организма и воздействие ТХ на белки – основная причина токсического эффекта (отравления).
Химическую основу белков составляют α-аминокислоты (АК). Общая формула АК: H2N-CH (R1)-COOH, где R= - H, -CH2OH, -CH2COOH – гликоль и др. Например: -RNH2- лизин,-R-NH-C(=NH)-NH2- аргинин,-CH2-SH- цистеин,-CH2-S-CH3- метионин и др. Всего 20 АК. В молекуле белка содержится очень большое количество АК, в самых разнообразных сочетаниях связанных друг с другом пептидными связями. Длинные полипептидные цепи имеют большой молекулярный вес (10000-1000000).
Например, белок гемоглобина содержит 150 пептидных групп.
1. Состав и последовательность входящих в полипептидную цепь АК определяет так называемую первичную структуру белка.
2. Полипептидная цепь молекулы белка свернута в виде спирали (вторичная структура белка), на 3 оборота которой приходится 11 АК остатка. Спираль сохраняет форму за счет водородных связей карбокси- и аминогрупп разных пептидных фрагментов.
3. Полипептидная спираль в свою очередь может самым различным образом скручиваться и свертываться с образованием объемной молекулы белка – третичная структура белка.
На поверхности клубка молекулы белка расположены различные функциональные группы АК полипептидной цепи: меркапто-SH, окси-OH, амино-NH2,имино-NH-, карбокси-COOH группы и др. Количество, состав и функциональное назначение белков в организме чрезвычайно разнообразны. Белки входят в состав мышечной и нервной тканей, образуя внутренние органы, а также в кожные, волосяные и роговые покровы; даже в костях и зубах содержится около 28% белков.
|
|
|
Ферменты. Помимо тканевых белков в организме есть особые специфические белки – ферменты, т. е. биологические катализаторы, способные в очень высокой степени направлять, ускорять или замедлять химические процессы в организме и тем самым оказывать воздействие на жизненные процессы.
Ни один процесс не обходится без ферментов: они расщепляют сложные вещества пищевых продуктов на более простые и синтезируют из простых веществ необходимые сложные; участвуют в химических превращениях, обеспечивающих организм энергией; регулируют деятельность нервной системы и многое другое. В живом организме имеется несколько сот различных ферментов.
Характерной особенностью ферментов является специфичность их действия: каждому типу химических превращений соответствует свой наиболее активный вид фермента. Некоторые ферменты имеют широкий диапазон действий, область действия других ограничена. Например, очень важную роль в деятельности нервной системы играет вещество ацетилхолин (АХ). Оказалось, что это вещество образуется только при помощи фермента холинацетилазы, а разрушение АХ происходит при обязательном участии фермента холинэстеразы (ХЭ).
|
|
|
Количество каждого из ферментов чрезвычайно мало по сравнению с количеством белков в тканях. Только очень высокая производительность ферментов обеспечивает существование живых организмов. Фермент пепсин, к примеру, за 1,5—2 часа в условиях организма расщепляет яичный белок, чего нельзя достигнуть без фермента за такой короткий срок даже при помощи самых активных химических реагентов. Одна молекула ХЭ за 1 сек. катализирует гидролиз 10000 молекул АХ. В живом организме деятельность всех ферментов строго согласована, этим обеспечивается существование белковых тел и непрерывный обмен с ОС. Нарушение нормальной деятельности ферментов приводит к заболеванию или гибели организма. В состав любого фермента входит белок, обычно связанный с разнообразными соединениями небелкового характера — коферментами, которые придают всему ферменту высокую каталитическую и специфическую активность (БАВ, витамины, гормоны и др., а также соединения различных металлов).
|
|
|
Каждый фермент имеет определенные объем и поверхность, образованную полипептидными цепями белка. Рельеф поверхности фермента может иметь самые причудливые очертания, определяемые структурами белка и функциональными группами АК. В химическом отношении эта поверхность неоднородна и на ней обычно имеется только небольшой участок, так называемый активный центр, ответственный за деятельность фермента. Все химические превращения в организме протекают на поверхности фермента – активном центре.
Специфическое действие фермента (реагента, только на вполне определенные вещества-субстраты и на определенный тип химических превращений) связано с соответствием структуры активного центра фермента со структурой субстрата. Чем больше соответствуют эти структуры друг другу, тем ближе подходит субстрат к ферменту; при полном соответствии структур субстрат входит в фермент, как ключ в замок. При этом происходит активация субстрата, вследствие чего он легко химически превращается, быстро освобождая поверхность фермента.
Возможные варианты нарушения деятельности ферментов: например, какой-то другой субстрат, с другими свойствами, но обладающий сходной структурой, может присоединиться к ферменту, закрыв его активный центр, тем самым нарушит или совсем прекратит деятельность фермента. При этом «ложный» субстрат не подвергается химическим превращениям, но препятствует взаимодействию фермента с его естественным субстратом. Вещества, нарушающие нормальную деятельность ферментов, называются ингибиторами.
|
|
|
Помимо геометрического подобия структур фермента и субстрата существенное значение имеет и химическое строение активного центра. Его высокая реакционная способность связана с наличием в его структуре тех или иных функциональных группировок, принадлежащих аминокислотам полипептидной цепи (т. е. -OH, -SH, -NH2, -COOH и т. д.). При этом решающее значение имеет активация этих группировок соседними атомными группами и строением всего фермента в целом.
Как видно из примеров, большинство реакционноспособных группировок, входящих в активные центры ферментов, являются нуклеофильными. Поэтому такие группировки (и ферменты) наиболее легко будут вступать в реакции нуклеофильного замещения и присоединения с веществами – электрофильными реагентами. В соответствии с этим, антиферментной активностью обладают: галоидированные соединения, производные кислот, соединения, имеющие в своем составе атомы с незаполненной электронной оболочкой, а также полярные молекулы, имеющие атомы с сильно пониженной электронной плотностью. При этом могут протекать процессы алкилирования, ацилирования и комплексообразования. В результате произойдет нарушение структуры фермента и его функций, вплоть до полного их прекращения, что приводит к нарушению деятельности организма. Поэтому токсическое действие острых ТХ связано с их определенно выраженным антиферментным действием.
Клетки тканей. Характер и степень токсического действия ТХ зависят как от роли в организме поражаемых систем, так и от их способности легко и быстро реагировать с ТХ, образуя устойчивые соединения. Кроме того, важно восстановление активности ингибированного фермента (реактивация фермента) и скорость образования свежего фермента. В процессе жизнедеятельности организма происходит непрерывное обновление белковых систем, в том числе и ферментов: разрушение старых и образование взамен их новых, работоспособных белков (той же структуры и того же назначения). В одних случаях эти процессы происходят медленно как, например, отмирание старого рогового слоя кожи и образование нового, в других случаях быстро. Так, гемоглобин, содержащий в своей молекуле 300 аминокислот, образуется всего за 1,5 мин, а в каждую секунду разрушается и заново образуется 3 млн. эритроцитов. B этих и им подобных процессах ткани, клетки и образующийся белок ничем не отличаются от им подобных, существовавших до них. Это постоянство строения и функций всех белковых систем обеспечивается аппаратом наследственности, управляющим процессами воспроизводства белков, клеток, тканей и всего организма: ответственной за воспроизводство является клетка.
Сама клетка является сложным образованием, состоящим из оболочки, плазмы и ядра с его оболочкой. В плазме клетки находятся субмикроскопические включения – рибосомы, митохондрии, лизосомы и сетчатый аппарат, так называемые органоиды. Очень важную роль в деятельности клетки играют входящие в ее состав нуклеиновые кислоты (НК). Синтез белка осуществляется в мельчайших образованиях (органоидах) клетки при помощи различных НК и ферментов.
При воспроизводстве белков, клеток, тканей и даже организма в целом возможны всякого рода нарушения работы аппарата наследственности, которые могут привести к тяжелым и даже гибельным для организма последствиям. Эти нарушения могут происходить под влиянием различных факторов, в том числе и под воздействием ядов, которые могут умертвить клетку, либо затормозить некоторые ее функции, либо извратить их, воздействуя на ее НК. Во всех этих случаях вещества являются клеточными ядами. Некоторые ТХ изменяют НК, нарушая воспроизводство и вызывая мутации (мутагены). Степень нарушений или поражений зависит от роли, количества мутировавшего белка, скорости мутации и процессов восстановления белка. Естественно, что химические мутанты токсичны. Многие биоциды и экотоксиканты обладают мутагенным действием.
Обмен веществ может нарушаться т.н. антиметаболитами. Антиметаболитом называется сходное с метаболитом вещество, включаемое вместо него в обмен веществ, нарушающее его. Замена метаболита на антиметаболит – основной принцип фармакологии в борьбе с болезнетворными микробами. Так, заменяют n-аминобензойную кислоту (необходима для роста бактерий) на амид сульфаниловой кислоты (белый стрептоцид) или др. сульфамидные препараты – антиметаболиты, которые блокируют рост бактерий.
Среди биоцидов имеется множество антиметаболитов: замена лишь одного атома в молекуле вещества (например: H на F, Cl; Cl на F и т. п.) может превратить его в мощнейший биоцид. Так, замещение H на F в уксусной кислоте и образование фторуксусной кислоты в цикле Кребса приводит к образованию не лимонной, а фторлимонной и, как следствие, к обрыву всего цикла. Таким образом, причины и механизм ТД ТХ очень разнообразен: антиферментное, мутагенное и антиметаболитное действие. Может и один ТХ проявлять разное действие. Не исключены и другие механизмы ТД, которые могут быть установлены лишь после тщательных биохимических и физиологических исследований действия ФАВ на организм.
Дата добавления: 2016-01-06; просмотров: 20; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!