Неорганические экотоксиканты. Многие организмы имеют естественные механизмы метаболизма и удаления тяжелых металлов, чаще всего в форме металлорганических соединений. Один из наиболее изученных механизмов биометилирования включает перенос метил-аниона от модифицированной формы витамина В12 (метилкобаламина). Донором метил-аниона служат также производные М-метилтетрагидрофолата и 8-аденозилметионина. По такому механизму происходит биометилирование ртути, свинца и олова.
Процессы биометилирования наиболее интенсивно осуществляются микроорганизмами (псевдомоноподобными бактериями), обитающими в донных отложениях.
Вследствие довольно высокой химической устойчивости и липофильности органические формы ртути и некоторых других тяжелых металлов накапливаются в жировых тканях и передаются по пищевым цепям.
Метаболизм органических экотоксикантов. Энзиматические реакции могут приводить как к детоксикации экотоксикантов (которые при попадании в организм становятся ксенобиотиками), так и к образованию метаболитов с более высокой токсичностью, в последнем случае говорят об активации. Возможны три типа превращений под действием энзимов: полная минерализация; разрушение ксенобиотика до низкомолекулярных соединений, которые затем выделяются в окружающую среду и включаются в природный круговорот веществ; химическая трансформация с накоплением метаболитов в клетках организма.
Неспецифические энзиматические превращения. Живые организмы, за исключением некоторых видов бактерий, не имеют специфических энзимов для преобразования ксенобиотиков. Неспецифические энзиматические превращения обычно включают реакции окисления, восстановления и гидролиза. Окислительные процессы наиболее распространены. Типичен пример окислительного метаболизма этанола алкоголь- и затем альдегиддегидрогеназами (СН3СН2ОН → СН3СНО → СН3СООН).
К реакциям гидролиза в первую очередь относится протеолитическое расщепление крахмала, белков и нейтральных жиров, катализируемое ферментами гидролазами. Среди средств химической защиты растений от насекомых существует много веществ со сложноэфирной группировкой, особенно среди фосфорорганических соединений. Это объясняется тем, что в организмах насекомых в отличие от организма млекопитающих набор эстераз беден, поэтому у насекомых не происходит их быстрого обезвреживания и они накапливаются до летальных концентраций.
Конъюгация.У растений, не имеющих системы выделения, аналогичной органам выделения животных, обычно происходит конъюгирование ксенобиотиков (или их метаболитов) с углеводами и депонирование в местах, не связанных с общим метаболизмом.
Важной стадией биологической трансформации у позвоночных животных является перевод гидрофобных соединений в водорастворимые, способные выводиться с мочой. Предварительной стадией трансформации гидрофобного ксенобиотика должно быть введение в молекулы полярной группы, например его С-гидроксилирование. Далее происходит конъюгация — связывание ксенобиотиков или продуктов их трансформации с гидрофильными молекулами, такими, как сульфат-ион и глюкуроновая кислота. В малых концентрациях эти молекулы присутствуют в биосредах.
Суммарный процесс С — гидроксилирования и конъюгации с сульфат-ионом приведен для молекулы бензола:
С6Н6 → С6Н5ОН → С6Н5ОSО3К + Н2О
В конечном результате токсичный бензол удаляется из организма с мочой в виде калиевой соли сульфоэфира фенола.
Контрольные вопросы
1. Дайте определение понятий «биосфера» и «биота».
2. В чем состоит различие понятий «окружающая среда» и «среда обитания»?
3. Какой элементный химический состав биосферы?
4. Перечислите функции, которые выполняет биота в биосфере. Приведите примеры.
5. Благодаря каким свойствам и функциям биосферы можно утверждать: совокупность живых организмов обладает средообразующей и средорегулирующей функциями и, в частности, играет главенствующую роль в обеспечении качества окружающей среды?
6. Каковы особенности химических процессов в биосфере?
7. Рассмотрите фотосинтез как окислительно-восстановительный процесс.
8. С каких позиций рассматривал биосферу В. И. Вернадский? Что такое «ноосфера»?
10.Какие методы применяют для определения токсичности веществ?
11.Какие меры токсичности вы знаете?
12.Перечислите основные элементы из тяжелых металлов и их действие на организм.
13.Как влияет на окружающую среду применение различных пестицидов?
14.Приведите пример действия диоксинов. Какие диоксины вы знаете?
15.Опишите поведение экотоксикантов в окружающей среде.
16.Назвать источники попадания токсичных соединений в пищевые продукты.
17.Какую опасность представляет собой отравление ртутью и ее соединениями?
18. Существуют ли безопасные и полезные металлы для человека?
19.Почему запрещено производство и использование этилированного бензина?
20.Какие вещества более опасны для человека — нитраты или нитриты?
21.Каким образом можно снизить содержание нитратов и нитритов в продуктах питания?