Юрин - Основы ксенобиологии - 2001 (947302), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Реакции этого типа подразделяются на ряд классов: а) дегидрогалогенирование; б) окнслительное дегалогенирование с образованием двойной связи; в) дегалогенирование — гидроксилирование с участием молекулярного кислорода, 142 Дегндрогалогенирование (а) изучено, например, при метаболизме ДДТ. Одним из продуктов его деградации является ДДЕ. Фермент, осуществляющий эту реакцию, назван ДДТ-дегидрохлориназой. Эту же реакцию (ДЦТ-+ДДЕ) осуществляют и микроорганизмы. Окислительное дегалогенирование (б) с образованием двойной связи описано при разложении почвенными микроорганизмами этилендибромида, который превращается в этилен, а также при биотрансформации линдана. Дегалогенирование — гидроксилирование с участием молекулярного кислорода (в) — происходит при участии моно- и диоксигеназ.
Монооксигеназы, как показано, могут участвовать в деградации многими микроорганизмами хлорированных феноксиалкановых кислот. Бактериальная монооксигеназа может отщеплять от ароматического кольца фтор в процессе гидроксилирования. Диоксигеназы могут участвовать в метаболизме, например, фторзамешенных ароматических соединений и гербицида пиклорама. Итак, метаболические преврашения ксенобиотиков можно дополнительно классифицировать с учетом природы ферментов, участвующих в реакциях. Окисл ем ие микросомаль ными ферментами: гидроксилированне ациклических, ароматических и алициклических соединений, эпоксидирование, дезалкилирование, дезаминирование и сульфирование.
Восстановление микросомальными ферментами: восстановление нитро- и азосоединений. Немикросамное окисление: дезаминирование, окисление спиртов и альдегидов, ароматизация алициклических соединений. Немикросачное восстановление: восстановление альдегидов и кетонов. Гидролиз: гидролиз сложных эфиров и амидов с участием микросомальных и немикросомальных ферментов. Прочие реакции: сюда относятся дегидроксилирование катехолов и гидроксамовых кислот, дегалогенирование, разрыв кольца, образование кольца, восстановление ненасыщенных соединений, восстановление дисульфидов в тиолы, окислительное расщепление мышьяковистых соединений в арсеноксиды и т.
д. Основная тенденция метаболических процессов в организмах высших животных заключается в снижении сложности молекулы, введении в нее при необходимости полярных заместителей и в дальнейшем повышении растворимости в воде посредством сопряжения (конъюгирования) еще до вывода из организма с последующей секрецией. 143 б.З. Некоторые особенности метаболизма ксенобиотиков У многих организмов, как уже отмечалось, описана окислительная активность цитохрома Р-450, который способен метаболизировать широкий круг ксенобиотиков, включая пестициды, ПХБ, полициклические ароматические углеводороды, терпены древесины, фенолы природного и антропогенного происхождения и многие другие вещества.
Высшие организмы сохраняют также способность к реакции конъюгации, которые, как полагают, эволюционно возникли еще у таких беспозвоночных животных, как плоские черви и иглокожие (рис. 6.2) ПОЗВОНОЧНЫЕ (С, ГУК,О, В, Г, АК ГГ А) ООБРАЗНЫЕ ,Г,С,АК) ООБРАЗНЫЕ (О, С, Гл) ОРНОКА АК, Ф) Е ЧЕРВИ Г) РКОТОСНОКОА (С. ГУК) ИГЛОКОЖ (С, ГУК) ГУБКИ Рнс. 62. Филогенетическое дерево н наличие в организмах разных таксонов ферментов, участвующих в метаболизме ксеиобиотиков. У организмов приведенных на рисунке таксонов встречмотгл ферменты, осуществляющие те реакции трансформации ксенобиотиков, которые указаны с помощью следующих обозначений: Π— окисление,  — восстяиовленис, à — гилрслиз„АК вЂ” конъюгвцня с ямииокисяотями, Гà — коннотация с глугятионом, А — вцстилирояяиие, С вЂ” конмогвция с сулъфягсм, Гл — коиъккяция с глюкозой, ГУК— канъюгвция с глюкурснояой кислотой, Ф вЂ” фосфсрияировяние Различия между организмами в их реакции на действие ксенобиотиков могут быть очень существенными и обусловлены разной способностью метаболизировать эти вещества.
Например, в процессе деметили- рования антипирена препарат печени хомяка почти в 200 раз активнее препарата печени краба. Более низкая активность, по-видимому, характерна для всех водных организмов, что хорошо согласуется с нх способностью аккумулировать вещества из среды обитания. В пределах одного вида уровень микросомной активности зависит от пола организма и стадии его развития. В разных органах — печени, кишечнике, легких и т. д.
— активность также различна. Далее следует отметить, что в природе очень распространены процессы ферментатнвной модификации молекул различных по химическому строению и физико-химическим свойствам ксенобиотиков микроорганизмами. Микроорганизмы обычно содержат большое число ферментов, участвующих в процессах трансформации ксенобиотиков. Отметим, что между микроорганизмами, обитающими во внешней среде и живущими внутри организма, существуют значительные различия в метаболизме ксенобиотиков. Так, многие микроорганизмы внешней среды, в отличие от кишечной микрофлоры, способны к более глубокой деградации ксенобиотиков ~разрыву ароматических ядер и гетероциклических колец). Продукты расщепления служат для микроорганизмов единственным источником углерода.
Источником серы для них могут быль также продукты трансформации некоторых ксенобиотиков. Типичные реакции метаболизма ксенобиотиков микроорганизмами указывают на их идентичность с процессами, характерными для животных организмов. Однако существует и особенность в трансформации чужеродных соединений микроорганизмами. В микробиологической трансформации ксенобиотиков различаются процессы метаболизма и кометаболизма. Под первым понимают превращение соединения до конечного проду«- та реакции, который не участвует в трансформации.
Кометаболизм — это изменение структуры молекулы ксенобиотика, катализируемое ферментами микроорганизмов, которые выросли на субстратах или их метаболитах. Субстраты оказывают индуцирующее действие на такие ферменты. Существует и другое определение кометаболизма как трансформационного процесса, в котором обязательно должны участвовать ростовые субстраты определенного химического состава. Многие ксенобиотики (например, ДДТ и некоторые другие пестициды) могут разлагаться рядом микроорганизмов только в условиях кометаболизма, т.
е. при обеспеченности соответствующими косубстратами, кофакторами и т. д. Так, в экспериментальных условиях метаболизм некоторых пестицидов значительно стимулировался добавками этанола, глюкозы и т. д. 145 Во многих случаях в метаболизм сложных органических веществ вовлекается не одна, а несколько ферментативных систем микроорганизмов. По аналогии с животными данный процесс называется политрансформацией. Среди микроорганизмов чаще всего встречаются штаммы, осуществляющие неполную деградацию ксенобиотиков. Поэтому полное разрушение, например, пестицидов требует, как правило, совместного действия нескольких организмов и абиотических факторов.
Очень важен тот факт, что генетическая способность некоторых штаммов бактерий разрушать тот или иной ксенобиотик зависит от наличия в клетках плазмид. Было обнаружено, что один из штаммов почвенной бактерии А)са1щеиез рагадохцз содержит плазмиду, придающую способность разрушать широко распространенный гербииид 2,4-Д (дихлорфеноксиуксусная кислота). Показано„что эта плазмида находится и у другого вида бактерий (А. еи1горйцз); она относится к группе плазмид с широким спектром хозяев. Вероятно, с помощью генной инженерии и конструирования плазмид, объединяющих гены, ответственные за отдельные последовательные стадии разрушения устойчивых пестицидов, можно будет придать бактериям способность разрушать ряд ксенобиотиков.
Возможно, что полезным окажется клонирование (операция, приводящая к накоплению большого числа копий определенного участка ДНК) генов резистентных насекомых, ответственных за детоксикацню пестицидов. Обнаружено около полутора десятков плазмид, придающих бактериям способность разрушать органические вещества. В метаболизме некоторых ксенобиотиков бактериями действуют окислительные ферменты — диоксигеназы. В отличие от монооксигеназ диоксигеназы внедряют два атома кислорода в субстрат.
В высших наземных и водных растениях функции активаторов кислорода и его восстановления осуществляют пероксидазы, каталаза и полифенолоксидазы. Растения способны к метаболическому превращению ксенобиотиков, хотя, в отличие от животных, не имеют органа или специальной ткани„ ответственных за их метаболизм. Различные части растений содержат ферменты„катализирующие превращение ксенобиотиков.
Так как один и тот же организм имеет участки различного возраста, то их активность неодинакова. Микросомальная система, участвующая в процессах биотрансформации, распространена в разных растительных органах и тканях: корнях, корнеплодах, корневищах, листьях и зрелых плодах. 146 Наличие системы биотрансформации соединений у растений удалось выявить в результате опытов с мечеными веществами. Растения могут запасать токсины в своих клетках в нетоксичной связанной форме (например, НСИ связывается в виде цианистого гликозида). Наиболее изучена у растений, как и у других организмов, трансформация органических ксенобиотиков.
Трансформация ксенобиотиков у растений происходит, как и у животных„за счет реакций окисления, восстановления, гидролиза и последующей конъюгации. Цель у растений, как и у животных, одна— инактивировать ксенобиотик и довести его до растворимого состояния с тем, чтобы в дальнейшем либо изолировать в клеточных вакуолях, либо вынести через корневую систему и листья (редко). Для растений характерна коньюгация с глюкозой; иногда происходит конъюгация ксенобиотика с аминокислотой или белками.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
