Основные представления о биологической активности и скрининге ксенобиотиков. Примеры скрининга. Факторы определяющие, разнообразие проявления биологической активности ксенобиотиков Реферат

Живой организм - упорядоченная во времени и пространстве система взаимосогласованных химических реакций, совокупное течение которых обеспечивает устойчивое поддержание и развитие системы в направлении ее дублирования и воспроизводства.

Для организмов характерно множество протекающих химических реакций, разнообразие физико-химических и структурных свойств веществ, как попадающих, так и слагающих организм. Это создает пред-посылку того, что и чужеродные для данного организма вещества обладают способностью воздействовать на живую материю: на ее молекулярные компоненты, молекулярно-мембранные и биохимические процессы, физиологические и психологические проявления жизнедеятельности. При этом биологическое действие веществ может быть ограничено любым из уровней и не проявляться на функциональном уровне организма в целом.

Биологической активностью ксенобиотика называют его способность изменять функциональные возможности либо компонентов организма, либо живого организма в целом, либо со¬общества организмов. Такое определение биологической активности означает, что практически любое химическое соединение или композиция соединений обладает тем или иным видом биологической активности. Это обстоятельство, отметим еще раз, обусловлено огромным разнообразием физико-химических компонентов живой материи, способных вступать во взаимодействие с самыми различными по своим свойствам и структуре веществами.

Ксенобиотики, попавшие в клетку, могут проявить биологическую активность под влиянием дополнительных физических или химических факторов среды (например, многие красители способны к фотодинамическому эффекту при световом облучении).

Ионы и незаряженные молекулы весьма различны по своим физикохимическим свойствам. Так, например, ионы и незаряженные молекулы вступают в разные химические реакции, по-разному проникают через мембраны и по-разному адсорбируются на различных поверхностях.

Поэтому, прежде чем перейти к рассмотрению поступления ксенобиотиков в клетку, процессов их биотрансформации и т. д., необходимо иметь представление о процессах ионизации веществ. Последние в значительной степени определяют биологическую активность чужеродных соединений.

Многие вещества при растворении в воде не повышают ее электропроводности. Это так называемые неэлектролиты (примерами могут служить сахароза, хлороформ), они понижают температуру замерзания воды пропорционально их молярной концентрации.

С другой стороны, кислоты, основания и соли повышают электропроводность воды. Большинство биологически активных веществ представляют собой кислоты, основания и соли, а следовательно, являются электролитами. Все электролиты понижают температуру замерзания воды в значительно большей степени, чем можно было бы ожидать, исходя из их молярной концентрации. Например, в разбавленных растворах соляной кислоты, гидроксида натрия и хлорида натрия данное понижение оказалось в два раза больше ожидаемого. Это послужило основанием для создания Аррениусом теории ионизации электролитов. В водном растворе хлористый водород (соляная кислота) полностью ионизирован на катионы водорода и анионы хлора (Н+ и С Г), гидроокись натрия - на катионы натрия и анионы гидроксила (Na и ОН*), хлорид натрия - на катионы натрия и анионы хлора (Na+ и С Г).

Выявление связи между химической структурой соединения и его физико-химическими свойствами, с одной стороны, и характеристиками биологической активности, с другой стороны, позволяет в какой-то степени прогнозировать и предсказывать последствия при его попадании в организм, в биосферу и способствует целенаправленному синтезу веществ с заданными свойствами.

Биологическая активность в этом случае может быть представлена по попаданию нового тестируемого соединения в один их кластеров, объединяющих соединения со сходными видами активности. Однако надо иметь в виду, что при таком подходе вероятность ошибки предсказания активности может быть очень велика. Например, отсутствие у стероидов метильной группы у С18, лишающее их активности, практически не скажется на спектрах поглощения в ближней УФ-области. При исследовании закономерностей изменения биологической активности в ряду аналогов некоторого вещества обычно модификации, вызывающие сдвиг биологической активности, разделяют на две группы: модификации, связанные с изменением сродства молекулы к мембранактивным структурам (рецептору), и модификации, нарушающие развитие реакции системы на образование комплекса вещество-рецептор.

В самом кратком виде можно отметить некоторые особенности показателей связи между структурой веществ и их биологической активностью.

Цель работы – сравнительный анализ фитотоксического и палинотоксического действия различных концентраций БИ-58 на Allium cepa L. В исследованиях использовали БИ-58 (40% концентрат эмульсии с рекомендуемой нормой расхода 10 мл на 20 л воды).

В качестве объекта исследования использовали проростки семян Allium cepa L. сорта Халцедон. У указанной культуры изучали: фитотоксичность, документированную на основе ингибирования корневого прироста и угнетения всхожести; палинотоксичность, определяемую по ингибированию продукции фертильной пыльцы.

Материалом для исследования фитотоксичности служили семена A. cepa, обработанные 0,05; 0,1 (рекомендуемая доза); 0,2 и 0,4 мл/л концентрациями пестицида БИ-58 при 6-часовой экспозиции. Контроль – дистиллированная вода. Проращивание проводили при постоянной температуре и влажности. По всем вариантам исследования учитывали следующие параметры: всхожесть (%) – количество проросших семян (отношение общего количества семян к проросшим); длину корешков на основании которой рассчитывали показатель фитотоксичности. Полученные данные ранжировали по классификации ЕС10-90.

Для определения палинотоксического эффекта тестируемого препарата A. cepa выращивали в открытом грунте в условиях обработки БИ-58 в диапазоне концентраций 0,05 – 0,4 мл/л. Контрольные растения выращивали без обработки. Грунт экспериментальных делянок – чернозем, рН нейтральное. Рабочие концентрации готовили непосредственно перед применением. Обработку растений проводили однократно в фазу закладки и формирования соцветий при помощи пульверизатора, так как наиболее чувствительными стадиями онтогенеза к пестицидному воздействию являются бутонизация и цветение. Собранные соцветия фиксировали в уксуснокислом алкоголе и хранили в 80%-ном этиловом спирте при t= –20 С. Фертильность пыльцевых зерен определяли йодным методом на временных давленых препаратах.

Актуальность проблем, рассматриваемых в ксенобиологии, 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 и 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.