Ферментные системы - раздел Электроника, ОСНОВЫ ТОКСИКОЛОГИИ Механизм Токсического Действия Большой Группы Ядов Обусловлен Преимущественно...
Механизм токсического действия большой группы ядов обусловлен преимущественно воздействием их на ферментные системы организма. Известно, что большинство обменных процессов в клетке осуществляется с помощью ферментов, согласованное и в ряде случаев синхронизированное функционирование которых в значительной степени обеспечивает гомеостаз.
Биохимическая основа токсического действия ядов заключается в следующем: 1) токсические вещества модифицируют активность ферментов путем прямого взаимодействия с ними; 2) токсические вещества воздействуют на активность ферментов, косвенно вмешиваясь в процессы их синтеза или распада, взаимодействуя с природными ингибиторами, активаторами или субстратами ферментов, нарушая процессы гормональной регуляции ферментативной активности, изменяя проницаемость биологических мембран, повреждая внутриклеточные структуры.
Типичным примером подавления активности ферментов путем прямого взаимодействия с ними яда является действие антихолинэстеразных соединений (фосфорорга-нические соединения - ФОС), которые легко вступают во взаимодействие с нуклеофильной группировкой активного центра фермента. При воздействии на холинэстеразу фосфорорганических соединений образуется стойкий фермент-ингибиторный комплекс, так как реакция фосфорилирования этого фермента ФОС трудно обратима. Выключение фосфорорганическими соединениями холинэстеразы из цепи биохимических реакций влечет за собой накопление физиологического ацетилхолина и перевозбуждение холинергических структур, что и лежит в основе разнообразных проявлений токсического действия этих ядов.
Другим примером прямого воздействия токсических веществ на ферментные системы является блокирование входящих в них атомов металлов. Широко известно ингибирование цианидами, нитрилами, сероводородом, азидом, оксидом углерода цитохромных систем путем взаимодействия с железом их простетической группы. Наибольшее значение для механизма действия этих ядов имеет подавление таким путем активности цитохромоксидазы. Этот фермент является активатором молекулярного кислорода, он служит терминальной оксидазой в дыхательной цепи митохондрий. Цитохромоксидаза локализуется на внутренней митохондриальной мембране и обеспечивает нормальное протекание окислительных реакций, являющихся основным источником образования и аккумулирования энергии в клетке. Подавление активности цитохромсодержащих дыхательных ферментов лежит в основе токсического действия ядов, вызывающих тканевую гипоксию. Эта группа ядов, помимо блокирования митохондриального пути дыхания, вызывает нарушения окислительных реакций, протекающих в мембране эндоплазматического ретикулума. Это так называемые реакции “свободного” окисления, несопряженные с фосфорилированием и не сопровождающиеся аккумулированием энергии в макроэргах.
В процессе этих реакций происходит окисление с помощью молекулярного кислорода разнообразных химических соединений, как эндогенной природы (стероиды, гормоны, холестерин), так и экзогенного происхождения.
Следует отметить, что цитохром Р-450 обладает выраженным сродством к оксиду углерода. Так, для того, чтобы ингибировать активность цитохромоксидазы на 50%, соотношение СО:О2 должно быть равно 10. Для ингибирования активности цитохрома Р-450 на 50% это соотношение СО:О2 должно быть равно 1. Цитохром Р-450 является терминальной оксидазой для цепей переноса электронов в мембранах эндоплазматического ретикулума. Поэтому блокирование его активности промышленными ядами нарушает функционирование микросомальных энзимов - многоцелевых оксидаз, обеспечивающих метаболирование большой группы экзогенных и эндогенных соединений.
Весьма распространенным путем подавления активности ферментных систем ядами является взаимодействие их с существенными функциональными группировками, блокада или разрушение которых приводит к утрате или снижению активности фермента. К числу таких группировок относятся: а) функциональные группы активного центра, составляющие контактную площадку и участвующие в образовании связи между ферментом и субстратом или коферментом; б) каталитические группы, катализирующие превращение и распад фермент-субстратного комплекса; в) группы, находящиеся вне активного центра, но блокада которых вызывает падение активности фермента за счет конформационных изменений его белковой молекулы; г) группы аллостерического или регуляторного центра ферментной системы, взаимодействующие с продуктами ферментной реакции.
Известно, что число тиоловых ферментов достигает более 100 наименований. Наиболее важные из них - это сукцинатдегидрогеназа, лактатдегидрогеназа, глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, аденозинтрифосфатаза, глицерофосфатдегидрогеназа, ферменты трансфосфорилирования, трансаминазы и целый ряд других.
Токсические вещества могут вступать во взаимодействие с тиоловыми группировками путем осуществления реакций меркаптидообразования, окисления, алкилирования, арилирования, присоединения к двойной связи, сульфенилирования, тиолдисульфидного обмена.
Образование меркаптидов характерно для действия на тиоловые и дитиоловые группы арсеноксидов, арсенитов. Эти соединения мышьяка взаимодействуют в организме только с сульфгидрильными группами. Подавление мышьяковистыми соединениями активности пируватоксидазной системы обусловлено блокированием дитиоловой группировки липоевой кислоты, входящей в качестве кофактора в эту сложную ферментную систему.
СН2 - СН2 - СН - (СН2)4 - СООН
½ ½
SH SH
(Липоевая кислота в восстановленной форме)
Мышьяковистые соединения блокируют течение цикла реакций окислительного декарбоксилирования пирувата, вступая в соединение с дитиоловыми группами липоевой кислоты с образованием прочного циклического соединения. В состав активного центра липоатдегидрогеназы входит дитиоловая группировка, образующаяся за счет пространственного сближения SH-групп амиинокислоты цистеина. С этой группировкой также взаимодействуют арсеноксиды, подавляя активность липоатдегидрогеназы. Аналогичным образом блокируется a-кетоглутаратдегид-рогеназный комплекс, в состав которого входит липоевая кислота. Таким образом, мышьяковистые соединения блокируют важнейшие звенья углеводного и энергетического обмена, нарушая функционирование лимоннокислого цикла Кребса и нарушая связи между углеводным, белковым и жировым обменом, через превращения пировиноградной кислоты.
Помимо мышьяка, в реакции меркаптидообразования с сульфгидрильными группами вступают различные тяжелые металлы, их соли, оксиды, металлорганические соединения. Широко известно, например, действие на тиоловые группировки соединений ртути, кадмия, ванадия и других соединений, которые в зависимости от особенностей своего поступления и распределения в организме и от своей химической природы и химических свойств фермента блокируют те или иные SH-содержащие биохимические структуры. Так, поражение почек при отравлении ртутьсодержащими соединениями обусловлено блокадой сульфгидрильных ферментов почечной ткани и SH-групп мембраны почечных канальцев.
Другим путем прямого воздействия ядов на ферментные системы являюеся воздействие по типу “летального синтеза”. Механизм этого явления был раскрыт при изучении токсических свойств фторацетата. Это соединение, само по себе практически не токсичное, попадая в организм, претерпевает превращения (летальный синтез), приводящие к образованию сильного яда - фторлимонной кислоты. Фторацетат вступает во взаимодействие с коэнзимом А, образуя фторацетаткоэнзим А. Последний конденсируется со щавелевоуксусной кислотой, образуя фторлимонную кислоту.
Фторлимонная кислота, являясь структурным аналогом лимонной, взаимодействует с ферментом аконитатгидратазой с образованием прочного ферментингибиторного комплекса. Таким образом, аконитатгидратаза, в обычных условиях катализирующая превращение лимонной кислоты в цикле Кребса, оказывается выключенной из цепи биохимических реакций. Это приводит к накоплению в тканях лимонной кислоты и нарушению функционирования цикла Кребса. Такие биохимические изменения влекут за собой тяжелые нарушения энергетического обмена.
Сходным образом действуют и другие фторорганические соединения: метилфторацетат, диоксифторглицеролы, фторэтанол, фторальдегиды, фторпроизводные некоторых органических кислот. Общим для всех этих соединений является способность метаболизировать до высокотоксичной фторлимонной кислоты, т.е. действовать по принципу летального синтеза.
Нарушение ферментативной активности может быть следствием косвенного действия ядов на ферменты. Токсический агент, не воздействуя непосредственно на энзим, изменяет его активность, связывая природные активаторы и ингибиторы, взаимодействуя с субстратом, тормозя или активируя процессы синтеза и распада фермента. По такому пути действуют комплексообразователи, связывая в организме металлы, играющие роль активаторов ряда ферментных систем. Фториды связывают кальций и магний, необходимые, в частности, для нормального функционирования ферментов углеводно-фосфорного обмена.
Торможение синтеза ферментов может быть вызвано веществами, блокирующими синтез белка. К их числу относятся: актиномицин D, блокирующий ДНК-зависимый синтез РНК, взаимодействуя с гуаниновым основанием дезоксирибонуклеиновой кислоты; пуромицин, блокирующий наращивание полипептидных цепей в процессе синтеза белковых молекул.
Активация ферментных систем может быть обусловлена торможением химическими веществами скорости их распада. Так, широко известный факт повышения активности микросомальных энзимов под влиянием повторных введений барбитуратов является следствием торможения этими веществами скорости распада указанных ферментов.
Большая группа промышленных ядов, относящихся к ароматическим нитропроизводным (динитрофенолы, динитроортокрезол, пентахлорфенол, динитробутилфенол), осуществляет воздействие на ферментные системы путем повреждения внутриклеточных структур, вызывая набухание митохондрий, изменяя проницаемость митохондриальной мембраны и разобщая дыхание и фосфорилирование.
Повреждение митохондриальных мембран, изменение механохимических свойств митохондрий и как следствие этого нарушение регуляции гликолиза митохондриальными факторами, угнетение активности аденозинтрифосфатазы - все это лежит в основе токсического действия таких распространенных пестицидов, как ДДТ и севина.
Примером косвенного влияния химических веществ на ферментативную активность является избирательное повреждение ядами желез внутренней секреции. Например, амфенон вызывает подавление выработки как глюко-, так и минералокортикоидов. Такое воздействие вызывает нарушение гормональной регуляции ферментативной активности, так как ряд ферментов контролируется гормонами коры надпочечников. Кортизон и гидрокортизон тормозят активность гистидиндекарбоксилазы, повышают активность трансаминаз, глюкозо-6-фосфатазы.
В ряде случаев в основе механизма действия ядов лежат реакции с другими биохимическими структурами. Имеется в виду взаимодействие с функциональными группами структурных белков биологических мембран, с нуклеиновыми компонентами внутриклеточных структур (галоид- и нитрозоалкиламины) с другими биологически активными веществами неферментативной природы, имеющими существенно важное значение в жизнедеятельности. Так действует оксид углерода, некоторые метгемоглобинообразователи и гемолитические агенты (более подробно об этом в последующих соответствующих разделах). Но и в этих случаях в основе интоксикации лежат ферментативные нарушения, так как гипоксия, характерная для действия указанных ядов, приводит к нарушению ферментативных процессов.
БЕЛАРУСЬ... БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ М А ГРИЦ Н В ГРИЦ...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Ферментные системы
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
В В Е Д Е Н И Е
Любой вид человеческой деятельности прямо или косвенно связан с влиянием на организм химических веществ, количество которых составляет десятки тысяч и продолжает непрерывно расти. В числе таких хим
И ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТАХ
Современная химическая промышленность создает колоссальное количество новых химических соединений, которые постоянно внедряются в различные сферы производства и быта. В промышленно развитых странах
Токсические вещества в воздухе
Определенную степень профилактики химической опасности можно обеспечить рядом запретительных и ограничительных мероприятий, касающихся употребления воды и пищи. Но в отношении ингаляционного пути в
Токсические вещества в воде
Основным источником химического загрязнения гидросферы являются промышленные и бытовые сточные воды, представляющие собой сложные гетерогенные смеси минеральных и органических веществ в растворенно
Токсические вещества в продуктах питания
Загрязнение продуктов питания происходит через воздух, воду и почву. Например, используемые в пищу растения, выращенные на почвах с содержанием химических удобрений и пестицидов, становятся источни
ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ТОКСИКОЛОГИИ
Токсикология (от греческих toxicon – яд и logos – учение) – это наука, изучающая взаимодействие организма и яда. В роли яда может оказаться практически любое химическое соединение, попавшее в колич
Основные параметры токсикометрии
Основными показателями токсичности ядов являютя DL50, DL100, CL50, CL100, ПДК, ОБУВ.
DL50, DL100 - это среднесмертельная (
Острые отравления
Острым профессиональным отравлением называется заболевание, возникающее после однократного воздействия вредного вещества на работающего. Острые отравления могут иметь место в случае аварий, значите
Хронические отравления
Хроническим отравлением называется заболевание, развивающееся после систематического длительного воздействия малых концентраций или доз вредного вещества, то есть доз, которые при однократном посту
Воздействии токсических веществ
Для каждого яда есть граница эффективных концентраций и доз, ниже которой вредного действия при обычной производственной работе не наступает. Такие безопасные, или предельно допустимые концентрации
Воздействиях вредных веществ
На производстве, как правило, в течение всего рабочего дня не бывает постоянных концентраций вещества. Они либо постепенно увеличиваются, либо оказываются резко колеблющимися. В случае обслуживания
РАЗВИТИИ ТОКСИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА
Вопрос о соотношении специфического и неспецифического действия ядов до сих пор остается открытым, так как единой точки зрения среди специалистов нет.
Специфическое действие - это действие
Материальная и функциональная кумуляция
Накопление массы яда в организме называют материальной кумуляцией, а накопление вызванных ядом изменений - кумуляцией функциональной.
Без функциональной кумуляции невозможно хроническое от
Свойств промышленных ядов
Традиционно количественная оценка функциональной кумуляции вредных веществ производилась по показателю гибели животных при повторных затравках. В этих случаях оцениваются результаты повторного введ
АДАПТАЦИИ И ПРИВЫКАНИЕ
Свойство живого организма приспосабливаться к меняющимся условиям среды существования путем коррекции процессов жизнедеятельности называется адаптируемостью.
Процессом адаптации обозначает
Интоксикации
Реакцию организма при хроническом воздействии яда можно условно разделить на 3 фазы: фаза первичных реакций; вторая фаза привыкания; третья фаза выраженной интоксикации.
Фаза перви
МЕХАНИЗМЫ ПРИВЫКАНИЯ К ЯДАМ
Привыкание к ядам на клеточном уровне обусловлено повышением сопротивляемости клеток за счет снижения их чувствительности к конкретному действующему фактору, или за счет повышения способности клето
Комплексном воздействии
Привыкание к комбинированному действию различных токсичных веществ в случае одно направленности всех составляющих сходно с привыканием к одному яду. Если на организм воздействуют одновременно вещес
Привыкание к ядам специфического действия
Привыкание к ядам специфического действия основано на ослаблении влияния ядов на структуры, имеющие сродство к данному яду.
Известно, что защитно-приспособительные механизмы животных и чел
О механизмах толерантности
Одним из наиболее сложных проявлений адаптации следует считать толерантность. Толерантность - это устойчивость (терпимость, переносимость) организма к воздействиям (часто повторным) химических веще
ГОМЕОСТАЗ И ХИМИЧЕСКАЯ ПАТОЛОГИЯ
В результате взаимодействия токсических веществ с живыми системами может произойти нарушение равновесия организма с внутренней средой, т.е. нарушение гомеостаза. Таким образом, понятие “гомеостаз”
Яда с биологиЧеским объектом
Выделяют 4 стадии взаимодействия яда с биологическим объектом: поступление яда в организм; распределение между органами и тканями; биотрансформация (метаболизм) токсических веществ; выведение яда и
Дыхательные пути
Всасывание токсических веществ через дыхательную систему является наиболее быстрым путем поступления токсикантов в организм. Это объясняется большой поверхностью легочных клеток альвеол и непрерывн
Желудочно-кишечного тракта
Желудочно-кишечный тракт является одним из важнейших путей проникновения в организм чужеродных соединений.
Часть ядовитых веществ может всасываться в кровь уже из полости рта благодаря про
Всасывание токсических веществ через кожу
Одним из возможных путей проникновения ядов в организм является кожа. Особенности строения кожи обеспечивают возможность быстрого проникновения жирорастворимых соединений через эпидермис - липопрот
Транспорт токсических веществ
Токсические вещества, независимо от пути их поступления в организм, далее попадают в кровь и лимфу. С током крови они переносятся в межклеточную жидкость, а затем в клетки. При этом различные ядови
Веществ в организме
Распределение химического вещества в организме определяется его относительной концентрацией в плазме крови, скоростью кровотока через различные органы и ткани, скоростью, с которой вещество проника
Превращение токсических веществ в организме
Большая часть ядов, попадая в организм, претерпевает в нем те или иные изменения. В зависимости от вида вещества его превращения могут быть более или менее глубокими и затрагивать все поступившие в
Выведение токсических веществ из организма
Пути и механизмы выделения многочисленных ядовитых соединений различны. Токсические соединения и их метаболиты выделяются через легкие, почки, желудочно-кишечный тракт, кожу; часто они экскретируют
И ВОЗНИКАЮЩИМ ЭФФЕКТОМ
Известно, что чем больше доза или концентрация воздействующего на организм вредного вещества, тем, при прочих равных условиях, больший эффект эта доза вызывает.
Однако для развития эффекта
НА ДЕЙСТВИЕ ЯДОВ
Температура.Токсический эффект большинства ядов в различных температурных условиях проявляется по-разному. Эффект может усиливаться как при повышении, так и при понижении температу
ДЕЙСТВИЕМ
Известный русский токсиколог Е.П.Пеликан в середине прошлого века писал: “Действие ядов определяется их химическим составом или свойством, числом и расположением частиц, их образующих; поэтому веще
Их структурной сложностью
Сопоставление эффективности биологического действия большого количества принадлежащих к разным классам химических соединений с их молекулярной массой позволило установить закономерность, получившую
Состав вещества химических группировок и атомов
Существенные, подчас резкие сдвиги токсичности ряда химических соединений наблюдаются при введении в их молекулы галоидов. Например, атом хлора или фтора в молекуле углеводорода усиливает ее химиче
По чувствительности к ядам
В настоящее время общепризнанным является факт о различной видовой чувствительности животных к ядам. Например, при введении ацетофоса в DL50 активность фермента холинэстеразы через один
Зависимость токсического эффекта от пола
Вопрос о влиянии половых особенностей организма на проявление токсического эффекта до сих пор остается дискуссионным. В исследованиях одних авторов более чувствительными к яду являются самки, у дру
Возраст и токсический эффект
Сведения о влиянии возраста на проявление токсического эффекта при воздействии на организм различных ядов являются противоречивыми, т.е. одни яды оказываются более токсичными по отношению к молодым
ТИОЛОВЫЕ ЯДЫ, МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ
Важнейшими тиоловыми (“металлическими”) ядами являются соединения бария, висмута, кадмия, меди, ртути, свинца, хрома, цинка, серебра, таллия и некоторых других. К этой группе относят также соединен
Сульфгидрильные группы биомолекул
РТУТЬ. В чистом виде ртуть применяется в производстве некоторых медицинских и других препаратов, взрывчатых веществ (гремучая ртуть), ядохимикатов (гранозан), а также для заполнения термометров, ба
Химизм действия тиоловых ядов
Каков же общий механизм взаимодействия ядов с сульфгидрильными соединениями? Прежде всего надо отметить, что в результате реакции ионов металлов с SH-группами образуются слабо диссоциирующие и, как
Строение печени
В поддержании и регуляции гомеостаза значительная роль принадлежит печени. Это самый крупный из внутренних органов, участвующих в гомеостазе. Она контролирует многие обменные процессы, играющие важ
Функции печени
Печень выполняет несколько сотен функций, включающих тысячи различных химических реакций. Все эти функции связаны с положением печени в кровеносной системе и с тем огромным объемом крови, который п
СОДЕРЖАЩИХ ВЕЩЕСТВ НА ОРГАНИЗМ И ПУТИ БИОТРАНСФОРМАЦИИ ЭТАНОЛА
Угрожающая тенденция к росту потребления алкогольных напитков и, как следствие, увеличение числа больных алкоголизмом наблюдаются во многих странах. За последние 20-30 лет потребление алкоголя в ми
Алкоголь в организме: пути биотрансформации
Алкоголь (этанол, этиловый спирт, винный спирт) относится к первичным спиртам (СН3-СН2-ОН) и содержится не только в спиртных напитках, но в пределах долей процента обнаружен в
Метиловый спирт как высокотоксичный яд
Метиловый спирт широко применяется в качестве одного из исходных продуктов производства пластмасс, искусственной кожи, стекла, фотопленки, при синтезе ряда биопрепаратов и лекарств, а также как орг
ФУНКЦИИ КРОВИ У МЛЕКОПИТАЮЩИХ
Кровь состоит из клеток, взвешенных в жидкой среде, называемой плазмой. Клетки составляют около 45%, а плазма - 55% общего объема крови. Плазма состоит на 90% из воды и на 10% из растворенных и взв
ГЕМОЛИЗА
Гемолитические яды - это яды, оказывающие прямое действие на гемоглобин и эритроциты, а также вызывающие ферментативные нарушения. Все гемолитические яды условно делят на:
1) вещест
НЕЙРОНЫ, СИНАПСЫ, МЕДИАТОРЫ
Для упорядоченного и эффективного функционирования сложного многоклеточного организма необходима согласованная деятельность его разных частей, а следовательно, необходимы механизмы, контролирующие
Нейроны
Нервная система построена из отдельных клеток - нейронов. Диаметр среднего нейрона составляет несколько менее 0,1 мм. В нейроне различают три части: тело клетки, длинный аксон,
Синапсы
Нервная система состоит из нейронов, но действует как единая система проводящих путей, т.е. между нейронами существуют функциональные связи. Межнейронные соединения называются синапсами - эт
Медиаторы нервной системы
Основные медиаторы нервной системы - ацетилхолин и норадреналин, хотя существуют и другие. Нейроны, высвобождающие ацетилхолин, называют холинэргическими, а норадреналин - адренэргиче
СОЕДИНЕНИЙ
Ядохимикаты, применяемые в сельском хозяйстве, принадлежат к различным классам химических соединений. Все они объединены под общим названием “пестициды”. Пестициды - это химические ве
Естественные и искусственные радионуклиды
Естественными радиоактивными веществами принято считать такие радиоактивные вещества, которые образовались и постоянно вновь образуются без участия человека. Это, прежде всего, долгоживущие,
Поступление радиоактивных веществ в организм
Важнейшими оценочными критериями опасности радиоактивных веществ являются величина их всасывания, скорость выведения из организма и кратность накопления в том или ином органе или ткани.
Распределение радионуклидов в организме
Существует ряд факторов, влияющих на распределение радионуклидов в организме: скорость всасывания радиоизотопа в организм, путь поступления его, рН среды, где находится радиоизотоп, и т.д.
РАДИАЦИОННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ
В реальных условиях в окружающей среде на человека действует сложный комплекс разнообразных факторов физической, химической и биологической природы, которые могут сочетаться с ионизирующим излучени
Яды, вызывающие гемическую гипоксию
Оксид углерода. СО относится к числу наиболее распространенных промышленных и бытовых ядов. Образуясь в процессе неполного сгорания углеродсодержащих материалов, этот газ является причиной о
ВЕЩЕСТВ
Радионуклиды обладают различной биологической эффективностью. По своему биологическому действию радиоактивные вещества различаются между собой в зависимости от вида, энергии излучения, периода полу
РАДИОТОКСИНЫ
При действии ионизирующих излучений на биосреды, органеллы, клетки, ткани и целые организмы в них образуется группа веществ с большой биологической активностью, объединяемых под общим названием “
МИКРООРГАНИЗМОВ-Деструкторов
Загрязнение окружающей среды происходит в результате выброса разнообразных ксенобиотиков, многие из которых плохо подвержены деструкции или биотрансформации во внешней среде. Эти вещества накаплива
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов