Стереохимическая специфичность биологически активных соединений

Стереохимическая специфичность биологически активных соединений. Стереохимическая специфичность - это одно из важнейших свойств всех живых систем. И абсолютное большинство молекул аминокислоты, белки, углеводы, жиры оптически активны. Пространственная изомерия обуславливает заданные параметры фиксации и прохождения БАВ через мембранные структуры.

Если представить структуру биорецептора в виде стереохимически предопределенной макромолекулы, то фиксация на нем оптических изомеров произойдет только тогда, когда в этом процессе будут участвовать соответствующие оптически активные изомеры. Органические молекулы белки, углеводы, жиры содержат несколько ассиметрических углеродных атомов, тогда количество их возрастает. Поэтому строение D- или E- изомера имеет определенные пространственные параметры. Химическая активность и проявляемая ими биологическая активность или токсичность может отличать D- и L- изомеры от 40 до 100 раз и более.

Однако в терапевтической практике и в экспериментальных исследованиях используется смесь оптических антиподов - рацемат. Поэтому они обнаруживают активность, близкую к средне-арифметическому своих изомеров. Например, морфин, содержащийся в естественных растительных средах, является левовращающимся изомером и вызывает у человека и животных аналгизию.

В тоже время синтезированный правовращающийся изомер полностью лишен этого действия. Из пространственных изомеров известны отличающиеся по токсичности цис-транс-изомеры. Среди этих соединений известен кокаин. В нем одинаковые группировки находятся по одну сторону цис-изомер. Если эти группировки находятся по разные стороны транс-изомер - псевдо кокаин. По физико-химическим свойствам они отличаются друг от друга и их биологическая активность или токсичность также неодинакова.

Обезболивающее действие кокаина в 8,5 раз сильнее псевдо кокаина. 15. Загрязнение атмосферы пылью и аэрозолями, их токсическое действие. Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей природной средой и представляет собой смесь газов и аэрозолей приземного слоя атмосферы, сложившуюся в ходе эволюции Земли, деятельности человека и находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений. Из естественных и антропогенных источников в атмосферу ежегодно поступают сотни миллионов тонн аэрозолей.

Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Аэрозоли разделяются на первичные выбрасываются из источников загрязнения, вторичные образуются в атмосфере, летучие переносятся на далекие расстояния и нелетучие отлагаются на поверхности вблизи зон пылегазовыбросов. Устойчивые и тонкодисперсные летучие аэрозоли - кадмий, ртуть, сурьма, йод-131 и др. имеют тенденцию накапливаться в низинах, заливах и других понижениях рельефа, в меньшей степени на водоразделах.

К естественным источникам относят пыльные бури, вулканические извержения и лесные пожары. Газообразные выбросы например, SO2 приводят к образованию в атмосфере аэрозолей. Несмотря на то, что время пребывания в тропосфере аэрозолей исчисляется несколькими сутками, они могут вызвать снижение средней температуры воздуха у земной поверхности на 0,1 - 0,3С0. Не меньшую опасность для атмосферы и биосферы представляют аэрозоли антропогенного происхождения, образующиеся при сжигании топлива либо содержащиеся в промышленных выбросах.

Средний размер аэрозольных частиц составляет 1-5 мкм. В атмосферу Земли ежегодно поступает около 1 куб. км пылевидных частиц искусственного происхождения. Большое количество пылевых частиц образуется также в ходе производственной деятельности людей. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ПРОЦЕСС ВЫБРОС ПЫЛИ, МЛН. Т ГОД 1.Сжигание каменного угля 93,6 2.Выплавка чугуна 20,21 3.Выплавка меди без очистки 6,23 4.Выплавка цинка 0,18 5.Выплавка олова без очистки 0,004 6.Выплавка свинца 0,13 7.Производство цемента 53,37 Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы.

Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического состава. Пыль, осаждающаяся в индустриальных районах, содержит до 20 оксида железа, 15 силикатов и 5 сажи, а также примеси различных металлов свинец, ванадий, молибден, мышьяк, сурьма и т.д Постоянными источниками аэрозольного загрязнения являются промышленные отвалы - искусственные насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных пород, образуемых при добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятий перерабатываюшей промышленности, ТЭС. Источником пыли и ядовитых газов служат массовые взрывные работы.

Концентрация аэрозолей меняется в весьма широких пределах от 10 мг м3 в чистой атмосфере до 2.10 мг м3 в индустриальных районах.

Концентрация аэрозолей в индустриальных районах и крупных городах с интенсивным автомобильным движением в сотни раз выше, чем в сельской местности. Основной аэрозоль атмосферы - сернистый ангидрид SO2 , несмотря на большие масштабы его выбросов в атмосферу, является короткоживущим газом 4 - 5 суток. В загрязненной атмосфере, содержащей диоксид азота, сернистый ангидрид быстро переводится в серную кислоту, которая, соединяясь с капельками воды, образует так называемые кислотные дожди.

К атмосферным загрязнителям относятся углеводороды - насыщенные и ненасыщенные, включающие от 1 до 3 атомов углерода. Они подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией. Токсичность Загрязненная приземная атмосфера вызывает рак легких, горла и кожи, расстройство центральной нервной системы, аллергические и респираторные заболевания, дефекты у новорожденных и многие другие болезни, список которых определяется присутствующими в воздухе загрязняющими веществами и их совместным воздействием на организм человека.

Результаты специальных исследований, выполненных в России и за рубежом, показали, что между здоровьем населения и качеством атмосферного воздуха наблюдается тесная положительная связь. 16. Оксиды углерода источники образования, поведение в атмосфере, токсическое воздействие на живые и растительные организмы.

Оксид углерода II - угарный газ СО . Антропогенные источники поступления - бытовые источники неполное сгорание газа в плитах и топлива в печах - пожары опасность отравления СО 50 гибели при пожарах - отравление СО - химическая промышленность производство аммиака, соды, синтез метанола, производство синтетических волокна, кокса - металлургическая промышленность производство стали - автотранспорт более половины антропогенного СО . Содержание СО в выхлопных газах может достигать 12 . Повышение содержания СО в выхлопных газах - на холостом ходу, на малых оборотах, торможении и ускорении. Особенно опасны пробки на дорогах.

Летом СО накапливается в зеленых зонах перед дворами, рядом с магистралью на расстояние до 150 метров. Опасно накопление СО в тоннелях и гаражах. Механизм токсичного действия. СО соединяется с гемоглобином, образуя карбоксигемоглобин нарушается способность крови к переносу кислорода О2 недостаток кислорода в организме.

Острое отравление. При вдыхании концентрации до 1000 мг м3 - тяжесть и ощущение сдавливания головы, сильная боль во лбу и висках, головокружение, шум в ушах, покраснение и жжение кожи лица, дрожь, чувство слабости и страха, жажда, учащение пульса, ощущение недостатка воздуха, тошнота, рвота. В дальнейшем при сохранении сознания - оцепенелость, слабость и безучастность, ощущение приятной истомы, затем нарастает сонливость и оцепенение, смутность сознания, человек теряет сознание.

Далее - одышка и смерть от остановки дыхания. При концентрации 5 000 мг м3 - за 20-30 минут - слабый пульс, замедление и остановка дыхания, смерть. При концентрации 14 000 мг м3 - за 1-3 минуты - потеря сознания, рвота, смерть. Хроническое отравление. Головные боли, головокружение, слабость, тошнота, исхудание, отсутствие аппетита при длительном контакте - нарушение сердечно-сосудистой системы, одышка, боли в области сердца. Нормативы ПДК мг м3 ПДКр.з. в течение рабочего дня 20,0 60 минут 50,0 15 минут 200,0 ПДКм.р. 5,0 ПДКс.с 3,0 4-й класс опасности.

Диоксид углерода СО2 - вырабатывается в процессе сжигания угля или углеводорода, брожения жидкостей, дыхания людей или животных. В небольших пропорциях содержится в атмосфере, поглощается растениями, которые вырабатывают кислород. СО2 обладает слабым раздражающим запахом, бесцветный и тяжелее воздуха. Токсическое действие на центральную нервную и дыхательную системы. 17. Оксиды серы источники образования, поведение в атмосфере, токсическое воздействие на живые и растительные организмы.

Оксид серы IV - сернистый газ SO2. Антропогенные источники поступления Сжигание угля и нефтепродуктов 80 - в промышленности и быту 19 - металлургия 1 - транспорт. Min S - природный газ, max S - уголь, нефть зависит от сорта. В металлургии - при выплавке меди, цинка, свинца, никеля из сульфидных руд колчеданов Механизм действия. Оказывает многостороннее общетоксическое действие. Нарушает углеводный и белковый обмен, ингибирует ферменты.

Обладает раздражающим действием. Нарушает функцию печени, желудочно-кишечного тракта, сердечно-сосудистой системы, почек. Острое отравление. В лекгих случаях концентрация 0,001 по объему - раздражение верхних дыхательных путей и глаз. Слезотечение, чихание, першение в горле, кашель, осиплость голоса. При поражение средней тяжести общая слабость, сухой кашель, боль в носу и горле, тошнота, боли в подложечной области, носовые кровотечения. В тяжелых случаях - острое удушье, мучительный кашель, отек легких, смерть.

Хроническое отравление. Нарушение дыхательной, сердечно-сосудистой систем и желудочно-кишечного тракта. Одна из форм поражения - бронхиты кашель, боли в груди, одышка, слабость, утомляемость, потливость. Поражение печени - токсический гепатит - тяжесть и боль в правой подреберной области, тошнота, горечь во рту. Поражение желудка - боль натощяк или после еды, изжога, тошнота, снижение аппетита, язва желудка и двенадцатиперстной кишки. Нормативы.

ПДКр.з. 10 мг м3 ПДКм.р. 0,5 мг м3 ПДКс.с. 0,05 мг м3 2-й класс опасности. Серный ангидрид SO3 - бесцветная жидкость с удушающим запахом. Связываясь с водой - образует серную кислоту, и выпадает в виде кислотных дождей. Признаки отравления сернистым ангидридом замечают по характерному привкусу и запаху. В концентрации 6-20 см3 м он вызывает раздражение слизистых оболочек носа, горла, глаз, раздражаются увлажненные участки кожи. Особенно опасны полициклические ароматические углеводороды типа 3,4-бензопирена, образующиеся при неполном сгорании топлива.

По данным ряда ученых, они обладают канцерогенными свойствами. 18. Оксиды азота источники образования, поведение в атмосфере, токсическое воздействие на живые и растительные организмы. Оксиды азота NO и NO2 Антропогенные источники поступления - сгорание ископаемого топлива - транспорт - производство азотной и серной кислот - бактериальное разложение силоса. Токсическое действие. NO - кровяной яд, препятствует переносу кислорода гемоглобином.

NO2 - выраженное раздражающее и прижигающее действие на дыхательные пути, приводит к развитию отека легких тиоловый яд, блокирует SH-группы белков. Острое отравление. NO - общая слабость, головокружение, онемение ног. При более сильном отравлении - тошнота, рвота, усиление слабости и голокружения, снижение кровяного давления. При тяжелом отравлении - синюшность губ, слабый пульс, легкий озноб. Через несколько часов - улучшение состояния, через 1-3 дня - резкая слабость, сильная головная боль, онемение рук и ног, сонливость, головокружение.

NO2 При 8 мг м3 - запах и небольшое раздражение. При 14 мг м3 - раздражение глаз и носа. Вдыхание в течение 5 минут 510-760 мг м3 - пневмония. 950 мг м3 - отек легких в течение 5 минут. Для острого отравления характерны две фазы Сначала - отек, затем - бронхит и его последствия. Хроническое отравление. NO нарушение функций органов дыхания и кровообращения NO2 воспаление слизистой оболочки десен, хронический бронхит. Нормативы NO NO2 ПДКм.р. 0,4 мг м3 ПДКмр. 0,085 мг м3 ПДКс.с. 0,06 мг м3 ПДКс.с. 0,04 мг м3 3-й класс опасности 2-й класс опасности 19. Озон источники образования, поведение в атмосфере, токсическое воздействие на живые и растительные организмы.

Атмосферный озон играет важную роль для всего живого на планете. Образуя озоновый слой в стратосфере он защищает растения и животных от жёсткого ультрафиолетового излучения. Поэтому проблема образования озоновых дыр имеет особое значение.

Однако тропосферный озон является загрязнителем, который может угрожать здоровью людей и животных, а также повреждать растения. Существуют два источника озона у поверхности Земли в нижней тропосфере. Часть озона попадает в тропосферу из стратосферы при разрыве тропопаузы. Так как этот процесс сопровождается сильными ветрами, то за счет перемешивания происходит быстрое сглаживание пиковых концентраций. Вторая составляющая представляет собой озон, образующийся непосредственно в нижней тропосфере за счет фотохимических реакций из углеводородов и окислов азота.

Образование Озона в атмосфере происходит в результате р-ций О2О О, О О2О3. Массовый выброс в атмосферу оксидов азота в результате развития реактивной авиации и применения удобрений, а также использование хлорсодержащих хладонов фреонов, может привести к убыли Озона в атмосфере. Мощные вулканич. извержения, сопровождаемые выбросом аэрозоля в стратосферу, также приводят к понижению содержания Озона в средних широтах на 4-8 . Озон образуется во всех процессах, сопровождаемых появлением атомарного кислорода, -при УФ облучении воздуха, в электроразрядах, при распаде пероксидов, окислении фосфора и т.п. Токсичность озона Вызывает отек легких.

Нарушает нормальное движение мерцательных волосков в бронхах, которые должны выводить чужеродные вещества. В следствии этого чужеродные вещества накапливаются, что может привести к раковому заболеванию. При концентрации озона 0,2 мг м3 наблюдается усталость, головная боль, резь в глазах и раздражаются слизистые оболочки. 0,3 - 0,4 мг м3 - предельная концентрация. 20. Смог источники образования, поведение в атмосфере, токсическое воздействие на живые и растительные организмы.

Смог от англ. smoke - дым и fog - туман - один из видов загрязнения воздуха в крупных городах и промышленных центрах. Первоначально под смогом подразумевался дым, образованный сжиганием большого количества угля смешение дыма и диоксида серы SO2 . В 1950-х гг. был впервые описан новый тип смога - фотохимический, который является результатом смешения следующих загрязнителей воздуха оксиды азота, например, диоксид азота продукты горения ископаемого топлива тропосферный озон летучие органические вещества парым бензина, красок, растворителей, пестицидов и других химикатов перекиси нитратов.

Все перечисленные химикаты обычно обладают высокой химической активностью и легко окисляются, поэтому фотохимический смог считается одной из основных проблем современной цивилизации.

Смог бывает следующих типов Влажный смог лондонского типа - сочетание тумана с примесью дыма и газовых отходов производства. Сажа и диоксид серы, образующиеся непосредственно при сжигании топлива, являются первичными загрязнителями воздуха. В условиях сырости и тумана, характерных для зимнего Лондона, они стали причинами длительных смогов, приводящих к росту легочных заболеваний. Ледяной смог аляскинского типа - смог, образующийся при низких температурах из пара отопительных систем и бытовых газовых выбросов.

Сухой смог лос-анджелесского типа - смог, возникающий в результате фотохимических реакций, которые происходят в газовых выбросах под действием солнечной радиации устойчивая синеватая дымка из едких газов без тумана. Фотохимический смог - смог, основной причиной возникновения которого считаются автомобильные выхлопы. Автомобильные выхлопные газы и загрязняющие выбросы предприятий в условиях инверсии температуры вступают в химическую реакцию с солнечным излучением, образуя озон. Фотохимический смог может вызвать поражение дыхательных путей, рвоту, раздражение слизистой оболочки глаз и общую вялость.

В ряде случаев в фотохимическом смоге могут присутствовать соединения азота, которые повышают вероятность возникновения раковых заболеваний. Главным источником образования смога являются транспорт, потепление климата и промышленные предприятия. Распределение загрязнений в воздухе в большой степени зависит от погодных и климатических явлений. Ветры увеличивают скорость рассеяния и перемешивания, а воздушные потоки, направленные от земли, выносят загрязнения в верхние слои атмосферы.

Однако могут возникнуть условия, при которых атмосферные слои становятся очень стабильными. Тогда загрязнения, вместо того чтобы перемещаться в верхние слои атмосферы, остаются вблизи поверхности земли. Необычное состояние атмосферы, при котором температура воздуха в тропосфере не убывает с высотой, называют инверсией. Это приводит к тому, что более холодный воздух располагается ниже более теплого, и не может подняться вверх и рассеяться в атмосфере.

Под крышей из теплого воздуха загрязнения накапливаются в таких больших количествах, что становятся опасными для здоровья. Воздействие на здоровье Смог особенно опасен для детей, пожилых людей и людей с пороками сердца и лёгких, больных бронхитом, астмой, эмфиземой. Смог может стать причиной одышки, затруднения и остановки дыхания, головных болей, кашля. Также он вызывает воспаление слизистых оболочек глаз, носа и гортани, снижение иммунитета.

Во время смога часто повышается количество госпитализаций, ремиссий и смертей от респираторных и сердечных заболеваний. 22.