Влияние факторов окружающей среды на биотрансформацию 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.

Абиотическая трансформация веществ –преобразование (разрушение) химических веществ под действием неживой природы (РН, влажность, вода, температура, ультрафиолетовое излучение. Протекает данный процесс не организме а в окружающей среде.

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].

Метаболизм – это превращения всех поступивших в организм веществ и находящихся в организме до момента выведения (питательных, химических – ксенобиотиков). То есть биотрансформацию можно рассматривать как один из отдельных этапов метаболизма, а именно этап распада ксенобиотиков в организме (чужеродных веществ).

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.

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].

Особенности метаболизма ксенобиотиков растениями

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 по активности неодинаковы. Микросомальная система находится в разных растительных органах и тканях: корнях, корнеплодах, корневищах, листьях и зрелых плодах [2].

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.