Юрин - Основы ксенобиологии - 2001 (947302), страница 2
Текст из файла (страница 2)
е. при рассмотрении экологических проблем. Принципы метаболизма ксенобиотиков и особенно ферментов, принимающих участие в этих процессах, с успехом используются в синтезе органических веществ. Сейчас известны ферментативные реакции превращения большинства классов органических соединений живыми организмами. Специфичность и эффективность делают их более выгодными по сравнению с химическим синтезом. Таким образом, отмечается связь с другой бурно развивающейся отраслью науки — биотехнологией. Создание новых лекарственных препаратов и установление механизма их действия невозможно без всестороннего изучения нх метаболизма, что, в конечном итоге, обеспечивает безопасность лечения н указывает на тесную связь с медициной.
Актуальность проблем, рассматриваемых в ксенобнологни, все возрастает. Это обусловлено тем, что ежегодно на Земле синтезируются десятки тысяч новых соединений. Ряд из них вовлекаются в круговорот веществ в природе. Чем шире масштабы производства химических соединений, тем большее влияние они оказывают на биологические процессы в почве, водоемах н на суше, тем сильнее проявляются побочные и отдаленные последствия их действия на живые системы.
Воздействие ксенобиотиков на живой мир, и на человека в частности, происходит в самых различных комбинациях этих соединений не только друг с другом, но и с факторами окружающей среды. Поэтому многие из ксенобиотиков, вошедших в сегодняшнюю практику, могут являться носителями опасного биологического действия. Однако среди имеющегося многообразия ксенобиотнков наряду с вредными соединениями (высокотоксичные, мутагенные, канцерогенные и т. п.) существует ряд полезных веществ, о которых человечество не знает.
Среди ранее созданных по целевому назначению ксенобиотиков могут быть вещества, необходимые медицине, растенневодству, животноводству и т. д. Поэтому к одной из задач ксенобиологии следует отнести разработку приемов и подходов для создания системы определения биологической активности как уже используемых ксенобиотиков, так и вводимых в практику человеческой деятельности. Скорость формирования знаний в этом направлении должна быть соизмерима со скоростью образования массива новых химических соединений или даже выше этой скорости: в этом случае окажется возможным, с одной стороны, просматривать массив уже существующих чужеродных соединений, а с другой стороны, проектировать вещества, еще не существующие, но необходимые для управления определенными процессами в биосфере.
Таким образом„курс «Основы ксенобнолоппи включает краткое рассмотрение нескольких взаимосвязанных разделов, а киенно: — основные закономерности взаимодействия химических соединений с клеточными структурами (мембранами) и развитие под их влиянием биологической реакции; — механизмы поступления ксенобиотиков в клетку, ткань и организм в целом, их биотрансформацин, основные пути нх выведения и процессы биоаккумулирования; — биологическая активность различных видов ксенобиотиков и методов ее определения; — поведение ксенобиотиков в экосистемах.
Гпава 1. КРАТКАЯ ЭКОЛОГО-ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ТИПОВ ХИМИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ БИОСФЕРЫ Серьезные экологические проблемы, возникшие перед человечеством и биологическими науками, в частности ксенобиологией, связаны с действием двух основных факторов: быстрым повышением народонаселения в мире (демографический взрыв): с ! млрд человек в 1825 г. до 6,0 млрд в 2000 г. и ростом промышленного производства, приведшим к большому антропогенному прессу на природу.
К основным причинам, усложнившим экологическую проблему, можно отнести следующие: — значительное увеличение объема промышленного производства, связанное с повышением производительности труда; — появление экологически опасных видов техники и технологий; — накопление на химпредприятиях больших запасов опасных токсических веществ; — резкое повышение расходования природных ресурсов (нефть, газ, уголь, сланцы) с выбросом продуктов из хозяйственного использования в биосферу; — повышение сложности технических систем, с которыми оперирует человек, приводящее к увеличению частоты промышленных аварий и катастроф. В настоящее время считают, что в биосфере находится более б млн индивидуальных химических соединений, не говоря уже об их комбинациях.
Из всех веществ, имеющихся в биосфере, 90 % — синтетического происхождения, которые в подавляющем большинстве являются для организма чужеродными. Выделяют следующие типы глобального химического загрязнения биосферы: — загрязнение газообразными веществами; — тяжелыми металлами; — удобрениями и биогенными элементами; — органическими соединениями; — радиоактивными веществами (радионуклидами). Последний тип загрязнения является предметом изучения радио- биологии, поэтому мы остановимся на характеристике первых четырех типов загрязнений.
1.1. Газообразные вещества Большое беспокойство вызывает загрязнение атмосферы углекислым газом — СО2, В течение последних десятилетий идет рост содержания СО~ в атмосфере за счет сжигания ископаемого топлива, вырубки лесов, окисления органического вещества почвы. После 1957 г. содержание СО2 увеличивалось на 0,3 — 0„5 %. Такие темпы прироста СО.
сохраняются, причем наметилась тенденция к их увеличению, а это может привести к нестабильности климата„учащению климатических аномалий (засух, снегопадов, наводнений и т. д.) и в перспективе вызвать изменение климатических зон и глобальное потепление. В отличие от СО, монооксид углерода (СО) — угарный газ образуется при неполном сгорании углеродсодержащих веществ. Наибольшие его количества образуются в результате вулканической деятельности и окисления метана в атмосфере. Внутри помещений СО появляется при неполном сгорании топлива в печах и курении.
Монооксид углерода представляет опасность для человека прежде всего потому, что он может связываться с гемоглобином крови. Кроме того, СО может образовывать высокотоксичные соединения — карбонилы. Скорость связывания СО с гемом зависит от его концентрации, интенсивности обмена веществ в организме, в том числе и от частоты дыхания. Насыщение гемоглобина монооксидом углерода при объеме поступающего в легкие воздуха 10 л /мин с содержанием О,1 % СО происходит через б ч, а при тяжелой работе и интенсивном дыхании (30 л/мии) оно достигается уже менее чем через 2 ч.
Накоплению выделяемого в атмосферу СО препятствуют высшие растения, водоросли и особенно микроорганизмы. У высших растений СО может связываться с аминокислотой — серином, также может происходить его окисление до СО,. В почве некоторые микроорганизмы либо частично включают СО в органические соединения, либо окисляют до СО2.
Поэтому почва играет особую роль в удалении СО из атмосферы. Немалую опасность представляет также и попадание в атмосферу окислов азота и серы, образующихся при сжигании ископаемого топлива. Количество выбросов окислов азота вместе с аммиаком оценено приблизительно в 200 — 350 млн т в год. Часть присутствующих в атмосфере оксидов (ХО, БО) и диоксидов (1чОь БО~) азота и серы образуются в ходе естественно протекающих природных процессов — вулканических извержений, разрядов атмо- 10 сферного электричества, жизнедеятельности микроорганизмов.
Из ежегодно накапливающихся в биосфере оксидов азота на долю природных процессов приходится 1100 млн т этих соединений, антропогенная часп составляет еще около 53 млн т. Следует помнить об образовании оксидов азота внутри помещений, накапливающихся в результате эксплуатации бытовых газовых приборов. Немалый вклад в их накопление вносит и курение. Содержание оксида и диоксида азота в табачном дыме соответственно составляет 98-135 и 150-226 мг/м'. Выкуривание одной сигареты сопровождается появлением в воздухе помещения 160-500 мг оксида азота. Основную токсикологическую опасность из окислов азота представляют диоксиды азота. В концентрации 100 мкг/м диоксид не вызывает каких-либо морфологических изменений в органах дыхания у крыс.
Однако повышение концентрации диоксида азота до 600 мг/м в организме животных приводит к развитию бронхита и начальным проявлениям пневмосклероза. Длительное воздействие диоксида азота вызывает целый спектр изменений физиологических систем организма животных (нарушение рефлекторной деятельности, гематологические изменения и т.
д.). Диоксид азота в концентрациях 40-140 мг/м при экспозиции не более часа может вызывать развитие бронхита и бронхопневмонии. Наиболее опасное проявление острого отравления оксидами азота— отек легких. Убедительных даннььх о канцерогенности, мутагениости и тератогенности оксидов азота в настоящее время не имеется. При оценке биохимических эффектов диоксидов азота в ранние сроки от начала воздействия в тканях легких и печени прежде всего снижается содержание глугатиона.
В атмосфере крупных промьппленных городов постоянными спугниками оксидов азота являются оксиды серы. По существующим данным, ежегодно в результате деятельности человека вырабатывается около 150 млн т серы, преимущественно в результате утилизации ископаемого топлива (до 70 % — при сжигании каменного угля и 16 %— нри сгорании нефтепродуктов). При выплавке меди, свинца и цинка количество образующегося диоксида серы достигает 15 млн т. Определенное количество выброшенных в атмосферу окислов азота и серы удаляется в результате сорбции почвой, растительным покровом, водой и кислотных дождей. Последние снижают интенсивность фотосинтеза, вызывают гибель наземно растительных сообществ, подкисление водоемов и связанную с ним гибель гидробнонтов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
