Диссертация (Оценка воздействия потенциальных загрязнителей на световые реакции фотосинтеза в присутствии гуминовых веществ), страница 7

При действиибихромата калия на микроводоросли наблюдается нарушение механизмовсогласованияпроцессовметаболизмаклеток,подавлениедвигательнойактивности микроводорослей (Aizdaicher, Markina, 2011; Novikova et al., 2007),снижение численности, концентрации хлорофилла и нарушение фотосинтеза(Dallakyan et al., 2014; Giloni-Lima et al., 2010; Matorin et al., 2013; Vignati et al.,2008).

В некоторых работах отмечается ингибировании фотосинтеза, где главноймишенью бихромата калия является ФС II (Ali et al., 2006; Lazаr, 2006). В работе сС. reinhardtii было обнаружено, что основное воздействие хрома находится науровне ФС II, где световая энергия поглощается хлорофиллом - пигментами ССКи переносится в РЦ ФС II для фотолиза воды, что является топливом дляфотосинтетической цепи переноса электронов от ФС II к НАДФ, через цитохромb6f и комплексов ФС I (Baker et al., 2008).

Изменение ССК являетсядоказательством того, что система расщепления воды подвергалась воздействиюхрома на растениях Spirodela polyrhiza. Влияние хрома на структурные свойстваФС II связано со снижение белка Д1 ФС II и белка 33-kDa КВК (Ali et al., 2006;Perreault et al., 2009). Влияние на КВК было отмечено в работах смикроводорослями Scenedesmus obliqus и высшими растениями Spirodelapolyrrhniza и Pisum sativum (Liu et al., 2006; Srivastava et al., 1997; Strasser et al.,1995). Следовательно, активность ФС II чувствительна к влиянию хрома ифотосинтетическиебиоиндикаторыявляютсянадежнымипоказателямитоксичности (Bassi et al., 1990; Mallick, Mohn, 2003).

В некоторых работахпоказано, что ФС I оказалась даже более чувствительна к хрому. Коэффициент45ФС II/ФС I, рассчитываемый как (FV/FM)/(изменением поглощения при 820 нм),увеличилось более чем на 60% в растениях, обработанных хромом после 10 дней.Это демонстрирует высокую чувствительность ФС I к хрому в сравнении с ФС II.Наиболее токсичными формами хромата, являются формы, связанные скислородом. Эти молекулы могут легко проникать через мембраны клетки вкачестве альтернативного субстрата через сульфат-транспортную систему (Babuet al., 2001). Бихромат калия генерирует появление активных форм кислорода,разрушающие липиды тилакоидов и ведет к разрушению мембран и повреждениюструктуры белково-протеинового комплекса (Hоrcsik et al., 2007; Rai et al., 2004;Rocchetta et al., 2009; Rodriguez et al., 2007; Shanker et al., 2004).

Это ведет кпероксильно-радикальнымкосвенномуповреждениюцепнымреакциям,структурныхуничтожениюпигмент-белковыхмембраныикомплексов,расположенных в мембранах хлоропластов. Появление активных форм кислородаведет к разрушению белка D1 и снижению электронного транспорта (Rutherford etal., 2001). В некоторых работах показана связь между деградацией белка D1 вприсутствии металлов с появлением активных форм кислорода (Lupinkovа et al.,2004; Nishiyama et al., 2004). В работе с Lemna gibba было установлено, что хромвлияет на оборот белка D1 в ФС II и уменьшает содержание белков в КВК, чтоспособствует снижению электронного транспорта (Ali et al., 2006).

С другойстороны, ингибирование электронного транспорта ФС II экзогенными факторами,сталопричинойформированиякислородныхрадикалов,следовательноокислительного стресса (Rutherford, Krieger-Liszkay, 2001). Важно отметить, чтопри токсическом воздействии хрома на растениях Sorghum bicolour и Ocimumtenuiflorum перекисное окисление липидов и изменение синтеза хлорофиллаявлялось индикатором окислительного стресса (Rai et al., 2004; Shanker,Pathmanabhan, 2004). Была обнаружена высокая линейная корреляцию (R2 = 0,986)между формированием АФК и содержанием белка D1 в изолированныхмембранах. Обнаружена высокая корреляция (R2 = 0,956–0,982) междувызванными хромом изменения белка D1 и функциональным состоянием ФС II, атакже между формированием АФК и функциональным состоянием ФС II.

В46клеткахSynechocystisАФКвызваныингибированиемвосстановительныхмеханизмов ФС II путем подавления синтеза белка D1 (Nishiyama et al., 2004).Однако существует также доказательства того, что АФК могут индуцироватьпрямую деградацию пептидных связей белка D1 (Lupınkova, Komenda, 2004). Этимеханизмы токсичности АФК должны быть связаны при воздействии хрома набелок D1. По этим причинам фотоингибирование ФС II не может исключаться каккосвенный эффект, связанный с токсичностью хрома. Было установлено, чтоингибирование хромом L. Gibba стало причиной снижения электронноготранспорта ФС II, что это тесно связано с формированием кислородныхрадикалов и изменением белка D1 и белков КВК. Поэтому функциональныеизменения активности ФС II хромом тесно связано со структурными изменениямикомплекса ФС II.471.8. Токсическое воздействие наноалмазов детонационного синтезаВ современных условиях значительный интерес представляет исследованиетоксичности наноматериалов (Голохваст с соавт., 2012; Мамырбаев, 2012; Changet al., 2008).

Одни наноматериалы, благодаря своей физической природе способныиндуцировать активные формы кислорода (Kang et al., 2008; Long et al., 2007;Reeves et al., 2008). Другие способны проникать через тканевые барьеры внутрьклеток и взаимодействовать с внутриклеточными компонентами (Kaur et al.,2008). Некоторые типы наноматериалов могут нарушать мембранные структуры,повышая их проницаемость (Hong et al., 2004). В настоящее время большойинтерес вызывают углеродные наноматериалы (Долматов, 2011). Благодаря своейнизкой химической реактивности и уникальным физическим свойствам,нанодисперсные вещества могут быть полезны в различных биологическихприложениях, таких как носители генов или белков; новые технологиивизуализации; покрытия для имплантируемых материалов; биосенсоры и медикобиологические нанороботы (Голохваст с соавт., 2012; Шайтан, 2011; Schrand et al.,2007).Наноалмазынаноматериалом,(ДНА)детонационногопромышленноесинтезапроизводствоявляютсякоторогоуникальнымисчисляетсяужедесятками тысяч тонн в год, а практическое применение охватывает такие отраслииндустрии, как машиностроение, транспорт, полимерная и нефтехимия (Hui et al.,2009).

Введение ДНА в промышленный оборот неизбежно приводит к выбросуэтихсинтетическихнаночастицвокружающуюсредувместеспроизводственными отходами и случайными потерями. ДНА получают методомхимических превращений на фронте детонационной волны при взрыве мощныхвзрывчатых веществ (смесь тротила и гексогена). В газах, образующихся придетонации ряда взрывчатых веществ, содержится значительное количествосвободного углерода, из которых в условиях высоких температур и давлений,достигаемых при взрыве, формируется алмазная фаза углерода. Наноалмаз48является самой устойчивой термодинамической формы углерода (Маторин,Алексеев, 2013). ДНА обладают рядом необычных свойств.

ДНА могут бытьиспользованыдлясозданиянанокомпозиционныхматериалов,элементовнаноэлектроники, селективных адсорбентов и катализаторов, объектов медикобиологическогоиспользования.ПрименениеДНАулучшаеткачествомикроабразивных и полировальных составов, смазочных масел, абразивныхинструментов, полимерных композиций, резин и каучуков, систем магнитнойзаписи, позволяет выращивать алмазные пленки на различных подножках.Существует множество работ по исследованию физических свойств ДНА (Kato etal., 2011; Sakurai et al., 2006; Volkov et al., 2012, 2014; Voznyakovskii et al., 2012),химического состава ДНА (Schmidlin et al., 2012), спектральной реакции ДНА(Vul et al., 2011), морфологии детонации ДНА (Turner et al., 2009), модификацииповерхности ДНА путем присоединения различных биомолекул (Perevedentseva etal., 2013), использование ДНА в качестве антибактериальных агентов (Wehling etal., 2014).Засчетсвоихнанометровыхразмеров,кристаллитыДНАимеютколоссальную удельную площадь поверхности (отношение числа атом наповерхности вещества к числу атомов в его объеме).

Поверхность кристалловвсегда дефектна за счет методики производства и очистки, ее структура отличнаот алмазной, а поверхностные атомы имеют нескомпенсированные связи, чтоприводит к сверхвысокой поверхностной активности ДНА. Именно благодаряэтому свойству ДНА обладают уникальной сорбционной способностью и могут суспехом быть использованы не только в технике и производстве, но и какэффективное средство по борьбе с раковыми клетками. Ученые экспериментальноисследовали влияние ДНА на живые клетки и показали, что ДНА действительномогут служить поставщиками лекарственных препаратов к здоровым клеткам, илиже ядовитых веществ, в случае с клетками раковых опухолей. Кроме того,имеются данные о биологической активности ДНА.