Мех-мы р-ций конъюгации с участием коэнзима А: ацетилирование и пептидная конъюгация.

Ацетильная конъюгация. Ацетилированием называют присоединение к молекуле ксенобиотика или его метаболита остатка уксусной кислоты. Ацетилированию подвергаются вещества, содержащие свободную аминогруппу (алифатические и ароматические амины, аминокислоты, гидразины, гидразиды). Из эндогенных субстратов можно упомянуть аминосахара (глюкозамин, галактозамин) и биогенные амины. Катализируют реакции ацетилирования ферменты ацетилтрансферазы, донором ацетильной группы является ацетил-КоА. Пример реакции - ацетилирование изониазида (изоникотиноилгидразида):

Пептидная конъюгация - взаимодействие ксенобиотиков или их метаболитов с аминокислотами (глицин, глутамин, таурин и др.) при помощи пептидных (амидных) связей. Особенность этой разновидности конъюгации заключается в том, что ксенобиотик вступает в реакцию в активной форме (в других типах конъюгации активируется биомолекула). Пептидная конъюгация характерна для соединений, содержащих карбоксильные группы. Примером может служить конъюгация бензойной кислоты с глицином, в результате чего образуется гиппуровая кислота:

 

Эта реакция лежит в основе пробы Квика, используемой для оценки обезвреживающей функции печени. В реакции конъюгации с глицином (H2N-CH2-COOH) и таурином (H2N-CH2-CH2-SO3H) вступают также желчные кислоты (например, холевая), образуя "парные соединения" или конъюгаты.

 

30.Глутатионовая конъюгация основана на реакционной способности GSH взаимодействовать с ксенобиотиками, которые содержат электрофильные углеродные атомы, в следующих процессах. Катализирует реакции глутатион-S-трансфераза. Фермент устраняет галогены. Аналогично происходит замещение лабильных нитрогрупп или сульфатов. Субстратами для глутатион-S-трансферазы служат ареновые окислы, алифатические эпоксиды или вещества с ненасыщенными связями. Глутатион-S-трансфераза катализирует классическую нуклеофильную реакцию, в результате которой из п-нитрофенилацетата образуется соответствующий тиоэфир. Далее тиоэфир претерпевает ряд превращений. От него отщепляется у-глутаминовая кислота, а затем глициновый остаток. Оставшийся тиоэфир цистеина ацетилируется КоА с образованием меркаптуровой кислоты, экскретирующейся с мочой. По мере образования и выделения меркаптуровой кислоты при действии различных ксенобиотиков в тканях происходит быстрое снижение содержания GSH. Скорость образования глутатионовых конъюгатов определяется активностью глутатион-S-трансферазы и зависит от уровня GSH в организме. Фермент локализован в эндоплазматической сети и цитозоле различных органов и тканей и обладает низкой специфичностью.

31.Активность некот. ферментов зависит только от их состава и структуры. Однако имеется ряд ферментов, активность которых зависит от наличия опред. групп небелковой природы, которые называются кофакторами. В роли кофакторов могут выступать сложные органические вещества, которые называются коферментами, или ионы металлов. Коферменты — это низкомолекулярные орган. соед, обус-щие активность ферментов. При конъюгации в качестве коферментов могут быть УДФ-глюкуроновая кислота (уридиндифосфатглюкуроновая кислота), S-аденозилметионин, ацетилКоА и др. Конъюгация с глюкуроновой кислотой. При образовании глюкуронидов переносчиком (кофермен-том) остатка ГК является УДФ-глюкуроно-вая кислота. Процесс образования глюкуронидов происходит при помощи фермента глюкуронилтрансферазы. Под влиянием фермента ГК с фенолами и спиртами образует О-глюкурониды.ГК с рядом азотсодержащих соединений образует N-глюкурониды. Тиофенолы и ряд других органических соединений, содержащих атомы серы, с ГК образуют S-глюкуро-ниды.Метилирование. В организме М могут подвергаться амины, фенолы и тиолы. В результате М образуются соответствующие N-, О- и S-метильные конъюгаты. При М чужеродных соединений и некоторых метаболитов переносчиком метильных групп является кофермент S-аденозилметионин. Ацетилирование. Процесс А является основным путем метаболизма ароматических аминов, сульфаниламидов и некоторых чужеродных аминокислот. При А происходит присоединение ацетильной группы к молекулам чужер. соед. или метаболитов. Источником ацетильных групп является кофермент ацетил-КоА. Под влиянием фермента ацетилтрансферазы происходит перенос ацетильной группы от ацетил-КоА к соответствующим аминам, сульфамидам и аминокислотам, подвергающимся конъюгации, и освобождается КоА.Конъюгация с глицином. Ароматические карбоновые кислоты, замещенные бензойной кислоты и гетероциклические карбоновые кислоты с глицином (гликоколем) H ₂ N — СН ₂ СООН и другими α-аминокислотами, образуют конъюгаты.

32.Металлы в живых системах и их биоцидные эффекты. Основная масса биологически активных металлов расположена в средней части первого большого периода таблицы Менделеева и относится к так называемым переходным элементам. Исключение составляют четыре металла (натрий, калий, магний, кальций), которые содержатся в организмах в довольно больших количествах. Обычно к переходным относят те элементы, у которых в нейтральных свободных атомах d- и f-атомные орбитали заполнены электронами. Переходные металлы содержатся в организмах в очень малых количествах, и уже из этого можно сделать осторожный вывод, что их значение (доказанное прямым опытом) должно быть связано с катализом. Ведь именно активные катализаторы могут способствовать быстрым изменениям состава вещества действуя в малых концентрациях. Переходные металлы могут еще выполнять (вместе с органическими соединениями) и другую функцию – переносить с места на место группу атомов или целые молекулы, закреплять молекулы в определенном положении, поворачивать их, поляризовать их и т.п. Понятие «жизненно важный» включает только те катионы металлов, которые присутствуют во всех здоровых тканях человека и диапазон концентраций которых практически постоянен в каждой из тканей; исключение таких катионов из организма приводит к физиологическим аномалиям.

Для живых организмов очень важны комплексные соединения металлов, в которых четыре координационных места занимает одна частица, называемая порфином, содержащим четыре пирролоподобных цикла, соединенных =CH-группами.

В.33Хелатообразование и его роль в снижении токсических эффектов. Хелаты или циклические комплексные соединения — клешневидные комплексн. соединения, образ. при взаимодействии ионов металлов с полидентатными (т.е. имеющими несколько донорных центров) лигандами. Хелаты содержат центральный ион— комплексообразователь и координированные вокруг него лиганды. Внутренняя сфера хелата сост. из циклических группировок, включающих комплексообразователь.Лиганды, образующие хелатные циклы, называются хелатирующими реагентами. Примеры полидентатных лигандов: этилендиамин H2NCH2CH2NH2, глицерин HOCH2CH(OH)CH2OH. Образование хим. связей между полидентатным лигандом и центральным атомом наз. хелатообразованием. Хелатообразование — один из путей образования супрамолекулярных комплексов «гость–хозяин».Большую роль хелаты играют в процессах жизнедеятельности: хелатами являются гемоглобин, хлорофилл, витамин B12.Поводом для создания эффективного противоядия явл. либо случайное обнаружение факта антагонизма в-в, либо целенаправленное изучение механизмов действия токсиканта, особенностей его токсикокинетики и установление на этой основе возможности химической модификации токсичности. Современный поиск хелатирующих средств направлен на:1) решение вопросов детоксикации и обезвре­живания тканей, поврежденных химически токсичными или радиоактивными металлами 2) пре­дупреждение хелатообразования, как, например, в случае ка­риеса зубов, преждевременного старения из-за потерь кальция из костной ткани и т. д.

 

34. Биотрансформация некоторых неорганических ксенобиотиков (соединение ртути, цианиды, арсенаты). О метаболизме чуж неорган в-в известно мало по сравнению с органич. Тем не менее в настоящее время уже известны р-и транс­форм отдельных неорган соед-ий, происходящие в живых орган. Некоторые известные в настоящее время ре­акций биотрансформации неорган ксенобиотиков. Реакции метилирования. Микроорга­низмы могут использовать реакции метилирования для превращения металлов в металлорганические соединения. Особое значение имеет способность некоторых м/о превращать ионы ртути в метил- и диметилртуть: Нg²⁺ + донор метильной группы —> СН₃ - Нg⁺, СН₃ - Нg⁺ + донор метильной группы —> СН₃ - Нg⁺ - СН₃. М/о, способные осущес эти реакции, в своих обыч­ных метаболических процес используют трансметилирование, об­разуя метан; в этих системах могут реагировать также и металлы. В этой связи повышается опасность отравл живых орг-мов. В отличие от метал ртути метилртуть почти полностью по­глощается организ и лишь незначительная часть выводится из не­го. Метилртуть распределяется во всех тканях, а неорган ртуть накапливается в печени и почках. Кофак­тором, принимающим участие в переносе метильной группы к иону ртути, является метилкорриноид - вещество, содержащее витамин В₁₂. Неорган соединение мышьяка трансформируется с образо­ванием триметилированного производного: AS₂O₃ C₃H₉-AS На основ представлений об условиях протекания процесса ме­тилирования была предпринята попытка оценить способность других металлов участвовать в этой реакции. Считают, что олово, палладий, золото, серебро и таллий также могут метилироваться, тогда как сви­нец, кадмий и цинк не способны вступать в эту реакцию. Такой вывод обусловлен тем, что алкины свинца, кадмия и цинка в водных раство­рах неустойчивы, а также тем, что витамин В12 не переносит металь­ные группы к этим элементам. Реакции конъюгации. Неорган цианид обезврежив в живых орган конъюгацией с серой, в результате которой образу­ется тиоцианит: SSO₃^2- +CN^- = SO₃^2- +SCN^-Процесс катализирует роданаза. Доноры серы-тиосульфаты, тиосульфонаты, полисульфиды.

35.Избирательная токсичность ксенобиотиков и факторы, ее определяющие. Перспективы применения избирательно токсичных агентов. Избирательным действием обладают многие вещества: большинство лекарственных средств, применяемых в медицине или ветеринарии, а также все фунги­циды, инсектициды и гербициды, используемые в с/х.Избирательность вещ-ва - это его способность воздействовать на клетки, ткани, организмы только одного определенного типа и не вли­ять на другие, даже находящиеся в контакте с первыми. Избирательность действия, обусловленная преимущественным на­коплением и распределением вещества, может быть вызвана морфоло­гическими особенностями. Этот тип избирательности основывается на различии в распределе­нии и накоплении. Агент, токсический как для полезных, так и для вредных клеток, накапливается только в последних. Иногда полезные и вредные клетки находятся в организмах разных видов. Избирательность, обусловленная биохимическими различиями. Все виды живого отличаются друг от друга по внешнему ви­ду и функционируют по-разному, это свидетельствует о наличии отдель­ных биохимических различий между ними; даже в разных тканях од­ного организма биохимические процессы протекают неодинаково. Избирательность действия ксенобиотиков определяется различия­ми в процессах их биотрансформации, а также зависит от его влияния на какой-либо важный биохимический процесс, который у чувстви­тельного организма имеется, а у устойчивого или отсутствует, или не столь чувствителен к данному веществу. Цитологические различия как основа избирательного действия. Различия в строении клеток животных и растений. эукариот и прокариот. Даже у млекопитающих избирательность веществ по отношению к разным тканям связана со значительными различиями в форме и строении клеток. Свойства самого ксенобиотика оказывают большое влияние на из­бирательность действия и, в частности, степень его ионизации. Применения избирательно токсичных агентов: стараются получить вещества (лекарственные пре­параты), обладающие способностью накапливаться вблизи нужных клеток - мишенях (реципиентов). Часто для этих целей используют чисто механическое подведение вещества непосредственно к мишени. Например, кусочек специального пластика, пропитанного лекарствен­ным веществом, прикрепляют к участку тела, где это вещество должно проявить свое действие. Помимо медицины, аналогичные методы, применяют в других областях. Например, для предотвращения зарас­тания днища кораблей морскими ракушками его покрывают резино­выми полосками, пропитанными органическими соединениями олова.

36.Поведение КС в экосистемах. Для КС, попавших в экос-мы и входящие в них орг-змы, можно выделить след. основные этапы. 1. Р-ции превращения КС, включ. распад КС, окислительно-восст. и гидролитические р-ции, р-ции конъюгации. 2. Адсорбция КС на частицах биологич. и абиотич. происхождения. 3. Переход КС из одной среды в другую. Реализация этих этапов в реальных биогеоценозах происходит при теснейшем взаимодействии между различными факторами. Напр., распад (деградация) КС может осуществляться под действием ферментов, а также чисто физико-хим. образом – вследствие фотолиза (под действием света) или гидролиза (при взаимодействии с водой). Роль физико-хим. факторов в превращениях КС в окр. среде. Для понимания хар-ра воздействия КС на экос-мы значение имеет скорость превращения КС. Высокая скорость превращения обычно приводит к исчезновению в-ва и к исчезновению проблемы, связанной с загрязнением окр. среды; при медленном разрушении в-во сохраняется длит. время, что вызыв. его концентрирование. Фотохимические превращения. Солнечная радиация хорошо поглощается нек-рыми молекулами. Поглощенная энергия способна индуцировать изменения в молекуле. Ионизирующее излучение, не настолько сконцентрировано, чтобы вызвать заметный эффект. Энергия инфракрасного излучения достаточна лишь для продуцирования минимальных молекулярных изменений, но не для полного превращения молекул. УФ- излучение поглощается молекулами нек-рых. Окислительно-восстанов. превращения. Многие неорганические и орган. в-ва могут принимать (восстанавливаться) или отдавать электроны (окисляться). При обсуждении поведения КС в окр. среде этот процесс приобретает важное значение:– окисленные и восстановленные формы данного КС могут существенно различаться по биологическим и экологическим свойствам; – существуют довольно значительные вариации в окислительных или восстановительных условиях в окр. среде, что влияет на трансформацию ксенобиотиков.

Гидролиз. Реакции гидролиза обусловлены способностью в-ва вступать в р-ции с водой. В этих р-циях, так же как и в фотохим. процессах, необходимо учитывать распределение электронов в молекуле, особенно если это связано с появлением в ней зарядов. В орг-ме животных биологич. смысл конъюгации ксенобиотиков заключается в том, чтобы придать им повышенную водорастворимость и вывести их в виде водорастворимых конъюгатов. Однако с биогеоценотической точки зрения проблема все равно остается, поскольку КС (в форме конъюгата) попадает в почву или в воду и продолжает циркулировать в биогеоценозе. Одним из типов конъюгирования КС-алкилирование. Для дальнейшей судьбы КС в орг-зме и биогеоценозе очень важно, что при алкилировании может существенно изменяться водо- и жирорастворимость (липофильность) данного соединения, а последнее свойство в-ва определяет его переходы из гидрофильной среды в гидрофобную и обратно. Адсорбция КС на частицах. Доступность КС для ферментов снижается в рез-те сорбции молекул на частицах биолог. или абиотического происхождения. Процессы сорбции–десорбции ксенобиотиков нередко определяют их устойчивость и взаимосвязаны с переносом в биосфере на большие расстояния. Переходы в-в из одной среды в другую. Изменения физико-хим. св-тв в-в в рез-те модификации структуры их молекул, сорбция ксенобиотиков на частицах и др. оказываются существенными при переходе веществ (и продуктов их превращений) из одного блока биогеоценоза в другой. Таковы переходы ксенобиотиков из воды в воздух и обратно, из организмов в воду и обратно, из почвы в воду и т. д. Подобные переходы могут иметь решающее значение для крупномасштабного перемещения ксенобиотиков в атмосфере. КС переносятся воздушными массами и выпадают в виде пыли, с атмосферными осадками в значительных количествах. Так, ксенобиотик может переноситься из Южного в Северное полушарие и загрязнять среду даже в тех странах, где его применение полностью запрещено.

Экологическая опасность КС закл. в том, что они из рассеянного состояния концентрируются в биомассе, включая ту, к-рая служит пищей человеку. Разл. 2 механизма. 1-й основан на том, что орг-змы избирательно поглощают в-ва из окр. их среды. 2-ой механизм основан на концентрировании в-тв по пищевым цепям. Наиб. опасности подвергаются те популяции, к-рые «замыкают» пищ. цепь (находятся на вершине экол. пирамиды), так как во многих случаях концентрация КС (в расчете на биомассу) увеличивается на порядок с продвижением на одно звено. Концентрирование КС приводит к вымиранию нек-рых популяций, упрощению биоценозов с потерей их устойчивости, а в нек-рых случаях представляет прямую опасность для человека.

37. Биологически активные вещества (БАВ) - это соединение, к-рое вследствие своих физико-хим. свойств имеет определенную специфическую активность и выполняет или влияет, меняет каталитическую (ферменты, витамины, коферменты), энергетическую (углеводы, липиды), пластичную (углеводы, липиды, белки), регуляторную (гормоны, пептиды) или иную функцию в организме. За единицу биологической активности химического вещества принимают минимальное количество этого вещества, способного подавлять развитие или задерживать рост определенного числа клеток, тканей стандартного штамма (биотесты) в единице питательной среды. Для каждого вида БАВ существуют свои методы определения биологической активности. Так, для ферментов, метод определения активности Е заключается в регистрации скорости исчезновения субстрата (S) (вещества, на которую действует фермент) или скорости образования продуктов реакции ([Р]). Активность выражают в международных единицах (МЕ - это такое количество фермента, которое при заданных условиях катализирует превращение 1 мкмоль субстрата за 1 мин.). При проведении исследований активность опытного образца сравнивают с активностью стандартного образца при одинаковых условиях и рассчитывают активность А в соответствующих единицах МЕ. Для каждого витамина существует свой метод определения активности (количества витамина в опытном образце (например, таблетках) в единицах МЕ). Эти методы сложны и требуют использования высокоточного, дорогостоящего и сложного оборудования (спектрофотометров, флуорометрия и проч.) многих химических реактивов и проведения сложных расчетов. При проведении исследований необходимо иметь опыт работы с оборудованием, химическими веществами, иметь навыки построения калибровочных графиков. К наиболее распространенным методам относятся методы визуального титрования, высокоэффективной хроматографии и инверсионной вольтамперометрии.

При производстве БАВ на стадиях указанных в технологическом регламенте проводят контроль качества полученной продукции по различным критериям. Среди них, одним из главнейших, является заданная для определенного вида БАВ биологическая активность. Поэтому при производстве БАВ очень важно правильно подобрать технологические режимы их обработки, обеспечивающие максимальное качество при минимальных затратах тепловой энергии.

38.Скрининг биологически активных соединений. Выбор тест-объектов. Использование биодатчиков для оценки состояния окружающей среды. Проверка большого массива ксенобиотиков на один или несколько видов биологической активности получила название скрининга. В 1910г. было испытано 1200 производных акридина, 1966г. 114000 соединений противоопухолевых препаратов. Проверка химических соединений направлена на выявление потенциальных лекарств. Для определения биалогической активности ксенобиотиков, необходимы тест-объекты, на которых регистрируются определенные виды тест реакций (гибель, изменение роста) при их действии. Тест-объекты подбирают по следующим критериям: по молекулярным рецепторам и молекулярному составу, по функциональному сходству, по органному и тканевому происхождению, по близости патологического состояния тест-объекта и реального объекта. Биодатчик - биологически чувствительный прибор, в основе которого мельчайшие живые организмы, присутствие, количество и интенсивность развития которых служат показателями определённых естественных процессов или состояния окружающей среды как элемент.

⇐ Предыдущая12

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: