Ксенобиология

Источники загрязнений - теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух оксиды азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попа дают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов. Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних.

В реальных условиях биосистемы, как правило, подвергаются воздействию более чем одного вещества. При этом большинство соединений действуя в достаточной дозе) таким образом изменяют состояние организма, что последующий контакт с другими ксенобиотиками приводит к формированию эффектов качественно и количественно отличающихся, от вызываемых ими у интактных организмов, т.е. вызывают аллобиотические состояния. Например, уже однократный прием хлорорганического инсектицида алдрина мышами приводит к существенному изменению их чувствительности к фосфорорганическим инсектицидам. 

Типы транспорта ксенобиотиков: -пассивный ( простая диффузия, облегченная диффузия); - активный (первичный, вторичный); - пиноцитоз и фагоцитоз.

Пассивный транспорт - это движение вещества по градиенту электрохимического потенциала без затраты энергии, т. е. движущей силой пассивного транспорта веществ служит градиент электрохимического потенциала.

При простой диффузии ксенобиотики проходят через мембрану в результате случайного молекулярного движения, и величина потока линейно зависит от концентрации и коэффициента проницаемости мембраны для данного вещества.

Основные пути поступления наночастиц, как и других ксенобиотиков, – это желудочно-кишечный тракт, кожа и дыхательные пути. Здесь важно отметить следующее. Для растворимых наночастиц основным путем является желудочно-кишечный тракт. Для гидрофобных наночастиц преимущественный путь поступления – через органы дыхания в виде аэрозолей. Использование наночастиц оксида титана, оксида цинка и др. в косметических изделиях открывает канал проникновения через кожу.  Наноматериалы, поступающие в почву, грунтовые воды и воды открытых водоемов в результате антропогенной деятельности, могут проникать в ткани несовершенных грибов и водорослей. 

Ряд гидрофильных ксенобиотиков выводится из организма человека в неизменном виде, но большая часть выделяется только после метаболических превращений.

Окислительные, восстановительные и гидролитические процессы называют реакциями функциональными или преконъюгационными, а реакции синтеза – конъюгационными.

Общей тенденцией является превращение экзогенного вещества в более полярную форму и последующее связывание образовавшегося производного с высокополярным фрагментом, который облегчает выделение ненужных организму веществ посредством имеющихся у него соответствующих функций.

Конъюгация — перенос генетического материала от одной бактериальной клетки (донора) к другой (реципиенту) при их непосредственном контакте. Процесс конъюгации у бактерий обнаружили Дж. Ледерберг и Э. Татум в 1946 г. Они провели следующий эксперимент. Были отобраны два ауксотрофных мутантных штамма Е. coli К-12: не способный синтезировать метионин и биотин штамм Met Bio и не способный синтезировать треонин и лейцин штамм Thr Leu. Оба штамма в течение ночи выращивали вместе на полноценной среде. 

Втоорая фаза метоболизма - коньюгация.

Основные функции этой фазы: увеличение гидрофильности и снижение токсичности ксенобиотиков.

Превращение молекул в первой фазе биотрансформации усиливает их полярность, уменьшает способность растворяться в липидах. Уже только благодаря этому целый ряд чужеродных соединений лучше выделяется с мочой.

Живые организмы нуждаются в катионах металлов, обеспечивающих протекание многих жизненно важных процессов. Более того, многие из этих металлов необходимы для всех форм жизни. К ним относятся: а) тяжелые металлы (кобальт, медь, железо, марганец, молибден, цинк и в меньших количествах хром, ванадий, никель и свинец); б) легкие металлы, обычно встречающиеся в большом количестве (кальций, магний, калий и натрий).Медь, железо, молибден, кобальт и иногда марганец принимают участие в окислительно-восстановительных процессах; действие цинка, магния и марганца связано с процессами гидролиза и переноса групп; кальций играет наиболее важную роль при создании гибких или жестких структур, а также может инициировать реакцию, вызывая по- видимому, структурные изменения (подобное действие иногда проявляет и магний), является вторичным мессенджером. 

Наличие двухфазной реакции организма на металлы свидетельствует о существовании двух разных механизмов действия хелатирующего агента в биологических системах: I – удаление металлов из клетки или «маскировка» их в клетке (в виде комплексов) и II – накопление в клетке металлов в большем количестве, чем в обычных условиях. Дальнейшее подразделение зависит от того, являются ли исследуемые металлы жизненно важными или токсичными для организма.

Механизм I. Большинство хелатирующих агентов, биологическое действие которых осуществляется по механизму I, получили распространение в качестве антидотов, предназначенных для «маскировки» или удаления из организма токсичных металлов, случайно попавших в организм, т. е. в этом случае происходит уменьшение токсического действия металла в результате хелатообразования.