Введение
С развитием индустриального общества произошли перемены в формировании биосферы. Множество чужеродных веществ, являющихся порождением деятельности человечества, попало в окружающую среду. В итоге они влияют на жизнедеятельность всех живых организмов, в том числе и нашу [1].
По разным причинам многие химические вещества, поступающие в организм и ранее не встречающиеся в нем, получили название чужеродных или ксенобиотиков (от греческих слов xenos - чужой, biotos- жизнь). К таким веществам можно отнести синтетические и природные лекарственные препараты, пестициды, промышленные яды, отходы производств, пищевые добавки, косметические средства и прочие.
Влияние ксенобиотиков на живой мир, и на человека в частности происходит, в самых различных комбинациях этих соединений не только друг с другом, но и с фактором окружающей среды. Поэтому многие из ксенобиотиков, вошедших в сегодняшнюю практику могут являться носителями опасного биологического действия [2].
1 Основные реакции метаболизма ксенобиотиков
Биотрансформация — это метаболическое превращение эндогенных и экзогенных химических веществ в более полярные (гидрофильные) соединения.
Биотрансформация представляет собой биохимический процесс, в ходе которого вещества претерпевают изменения под действием различных ферментов организма. Это явление называют также метаболизмом или детоксикацией. Его биологический смысл — превращение химического вещества в форму, удобную для выведения из организма.
Метаболизм, или обмен веществ, в общем случае представляет собой совокупность процессов превращения определенных веществ внутри клеток с момента их поступления до образования конечных продуктов. В процессе метаболизма образуются метаболиты—продукты промежуточного и конечного обмена веществ [3].
Следствием химической модификации молекулы ксенобиотика могут стать:
1. Ослабление токсичности;
2. Усиление токсичности;
3. Изменение характера токсического действия;
4. Инициация токсического процесса.
Метаболизм многих ксенобиотиков сопровождается образованием продуктов существенно уступающих по токсичности исходным веществам. Так, роданиды, образующиеся в процессе биопревращения цианидов, в несколько сот раз менее токсичны, чем исходные ксенобиотики. Гидролитическое отщепление от молекул зарина, зомана, диизопропилфторфосфата иона фтора, приводит к утрате этими веществами способности угнетать активность ацетилхолинэстеразы и существенному понижению их токсичности. Процесс утраты токсикантом токсичности в результате биотрансформации обозначается как "метаболическая детоксикация" [2].
В процессе метаболизма других веществ образуются более токсичные соединения. Примером такого рода превращений является, в частности, образование в организме фторуксусной кислоты при интоксикации фторэтанолом.
В ряде случаев в ходе биотрансформации ксенобиотиков образуются вещества, способные совершенно иначе действовать на организм, чем исходные агенты. Так, некоторые спирты (этиленгликоль), действуя целой молекулой, вызывают седативно-гипнотический эффект (опьянение, наркоз). В ходе их биопревращения образуются соответствующие альдегиды и органические кислоты (щавелевая кислота), способные повреждать паренхиматозные органы и, в частности, почки.
2 Факторы, влияющие на метаболизм ксенобиотиков
Особенности метаболизма ксенобиотиков микроорганизмами
Различия между организмами в их реакциях на воздействие ксенобиотиков обусловлены разной способностью метаболизировать эти вещества и могут быть очень существенными. В пределах одного вида уровень микросомальной активности зависит от пола организма и стадии его развития. В разных органах – печени, кишечнике, легких и т. д. – активность также различна.
Микроорганизмы обычно содержат большое число ферментов, участвующих в процессах трансформации ксенобиотиков.
Между микроорганизмами, обитающими во внешней среде и живущими внутри организма, существуют значительные различия в метаболизме ксенобиотиков [5].
Типичные реакции метаболизма ксенобиотиков в микроорганизмах напоминают таковые у животных организмов, есть и специфические механизмы. В микробиологической трансформации ксенобиотиков различаются процессы метаболизма и кометаболизма.
Под метаболизмом понимают превращение соединения до конечного продукта 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 [6].
Во многих случаях в метаболизм сложных органических веществ вовлекается не одна, а несколько ферментативных систем микроорганизмов. По аналогии с животными данный процесс называется политрансформацией.
Очень важен тот факт, что генетическая способность некоторых штаммов бактерий разрушать тот или иной ксенобиотик зависит от наличия в клетках плазмид. Обнаружено около полутора десятков плазмид, придающих бактериям способность разрушать органические вещества.Возможно, что полезным окажется клонирование (операция, приводящая к накоплению большого числа копий определенного участка ДНК) генов резистентных насекомых, ответственных за детоксикацию пестицидов.
В метаболизме некоторых ксенобиотиков бактериями действуют окислительные ферменты – диоксигеназы. В отличие от монооксигеназ диоксигеназы внедряют в субстрат два атома кислорода [5].
Заключение
Ксенобиотики — условная категория для обозначения чужеродных для живых организмов химических веществ, не входящих в биотический круговорот. К ним относят: пестициды, некоторые моющие средства (детергенты), радионуклиды, синтетические красители, полиароматические углеводороды и др.
Воздействие ксенобиотиков на живой мир, и на человека происходит, в самых разных комбинациях этих соединений не только друг с другом, но и с факторами окружающей среды. Попадая в окружающую природную среду, они могут вызвать повышение частоты аллергических реакций, гибель организмов, изменить наследственные признаки, снизить иммунитет, нарушить обмен веществ, нарушить ход процессов в естественных экосистемах вплоть до уровня биосферы в целом.
Ксенобиотики подвергаются реакция биотрансформации. Биотрансформация ксенобиотиков - это их превращения в организме в полярные водорастворимые метаболиты, легко выводимые из организма.
Выделяют 2 фазы биотрансформации ксенобиотиков. Первая фаза – это реакции окисления, восстановления и гидролиза. А вторая – это реакции синтеза (конъюгация).
На протекания данных реакций оказывают влияния различные факторы. В том числе и факторы окружающей среды, куда можно отнести стресс, ионизирующую радиацию, стимулирование метаболизма чужеродными соединениями, ингибирование метаболизма чужеродными соединениями и др.
1. Стожаров, А. Н. Медицинская экология: учеб. Пособие / А.Н. Стожаров. – Минск: Высш. шк., 2007. - 368 с.
2. Юрин, В. М. Основы ксенобиологии: Учеб. пособие / В. М. Юрин. - Мн.: БГУ, 2001. – 234 с.
3. Саприн, А.Н. Детоксикация ксенобиотиков в организме / А.Н. Саприн. Итоги науки и техники. Общие проблемы физико-химической биологии. - М.: ВИНИТИ, 1990. – 350 с.
4. Кукес, В.Г. Метаболизм лекарственных средств: клинико-фармакологические аспекты / В.Г. Кукес. - М.: Реафарм, 2004. - С. 113-120. 5. Кузнецов, А.Е. Научные основы экобиотехнологии / А.Е. Кузнецов. - Москва: Мир, 2006. – 260 с.
5. Саловарова, В. П. Введение в биохимическую экологию: учеб. пособие / В. П. Саловарова, А. А. Приставка, О. А. Берсенева. – Иркутск: Иркут. гос. ун-та, 2007. – 159 с.
6. Биотрансформация ксенобиотиков в растениях / [С. В. Дурмишидзе, Т. В. Девдариани, Х. А. Кахниашвили, О. А. Буадзе ; Ред. О. Т. Хачидзе]; АН ГССР, Ин-т биохимии растений, 1998. - 286 с
7. Ксенобиотики и живые системы: материалы III Междунар. науч. конф., Минск, 22–24 октября 2008 г. / редкол.: В.М. Юрин (отв.ред.) [и др.]. – Минск.: центр БГУ, 2008. – 181 с.
