Процессы комплексообразования  в механизме токсического действия загрязняющих веществ техногенного происхождения (08.12.2008)

Автор: Саратовских Елена Анатольевна

Рис. 18. Корреляционная зависимость между величиной ЕС50 при воздействии пестицидов, определённой на Tetrahymena pyriformis от величины энергодефицита клетки, создаваемого загрязняющим веществом:

1–закономерность изменения ЕС50 от Кк/обр;

- экспериментальные точки;

– Cyprinodon variegate взрослые. Рис. 19. Закономерность изменения ЕС50 комплексов металлов в отношении инфузорий Tetrahymena pyriformis от их констант комплексообразования.

характеризующиеся Кк/обр.

Возникновение биоорганических комплексов приводит к нарушению энергетического метаболизма в организме. Возникает энергодефицит клетки, который приводит к её гибели.

На организменном уровне, такой внутримолекулярный механизм действия ЗВ выражается в форме снижения ферментативной активности бактерий, репродуктивной способности инфузорий, микроартропод, подавления прорастания, роста растений.

§4. Корреляция способности к образованию комплексов ЗВ с ДНК

с их генотоксичностью

Установленная нами способность ксенобиотиков к образованию комплексов с ДНК и РНК (Глава 4), безусловно, сопряжена с серьёзными последствиями для всего организма. Прочные химические связи ЗВ с ДНК могут индуцировать генные мутации, - это вызывает необходимость более глубокого исследования. Результаты определения генотоксичности на тесте Эймса Salmonella/ микросомы приведены в табл. 8. На штамме ТА100 кузагард проявил слабую прямую мутагенную активность (мутагенный индекс МИ=1,8). Все пестициды проявили мутагенность на шта-

ме ТА98. Самым активным мутагеном оказался зенкор, - прямой мутагенный эффект (МА-) = 25,2. Остальные пестициды обнаружили слабый прямой мутагенный эффект, с величиной МИ (МА- < 10). По величине МИ, ЗВ располагаются в ряд активности: зенкор>базагран>лонтрел = кузагард > раундап > тачигарен > сетоксидим. Зенкор, базагран, лонтрел и кузагард вызывают у Salmonella typhimurium на штамме ТА98 мутации ДНК типа сдвига рамки считывания.

Рис. 19. Закономерность изменения ЕС50 комплексов металлов в отношении инфузорий Tetrahymena pyriformis от их Кк/обр.

Таблица 8. Величины мутагенных индексов ЗВ

МА+ - с метаболической активацией; МА- - без метаболической активации.

Пестициды штаммТА98 штамм ТА100 комплексы штаммТА98 штаммТА100

мутагенный индекс

мутагенный индекс

МА+ МА- МА+ МА-

МА+ МА- МА+ МА-

контроль 1 1 1 1 MoL2 3,3 5,2 1,4 1,5

зенкор 3,2 25,2 1,1 1,3 FeL2 4,2 2,8 1,5 1,1

лонтрел 5,5 2,0 0,4 1,1 CoL2 3,0 1,8 1,4 1,1

кузагард 5,3 2,0 1,6 1,80 NiL2 5,2 4,3 1,2 1,4

раундап 5,3 1,8 1,7 1,1 СuL2 3,1 1,6 1,4 1,2

сетоксид. 3,0 0,9 0,7 0,9 MnL2 2,5 2,0 0,8 1,2

базагран 2,3 2,2 1,5 1,5 ZnL2 4,3 1,7 1,5 1,23

тачигар. 2,0 1,5 1,4 1,5 MgL2 2,3 3,8 1,8 1,3

Пестициды активно метаболизируются монооксигеназной системой печени крыс (табл. 8). Метаболиты зенкора оказались менее генотоксичны, чем исходное ЗВ. Метаболиты лонтрела, кузагарда, раундапа и тачигарена проявили мутагенные активности, заметно возросшие по сравнению с прямой активностью этих веществ. В результате метаболической активации их МИ возрастают в 1,5-2,9 раза. Генотоксичность раундапа, сетоксидима и тачигарена выявилась только после метаболической активации, - они оказались промутагенами. При этом МИ раундапа возрастает в 3, а сетоксидима – в 3,3 раза. Рассмотренные пестициды вызывают у штамма ТА98 мутации типа сдвига рамки считывания. Величина МИ изменяется в ряду: зенкор > лонтрел > кузагард > раундап > сетоксидим > базагран > тачигарен.

Все комплексы металлов с лонтрелом (табл. 8) проявили прямую активность на штамме ТА98. Максимальная активность выявлена у MоL2 (МИ=5,2). За MоL2 следуют NiL2 > MgL2 > FeL2 > (L) > MnL2. Не обнаружили прямой мутагенной активности CoL2, ZnL2 и CuL2.

После метаболической активации все металлокомпексы проявили генотоксичность с МИ < 10. Мутагенная активность метаболитов MоL2 и MgL2 снизилась по сравнению с пробами без метаболической активации, у FeL2, NiL2, MnL2, - возросла. CoL2, ZnL2 и CuL2 обнаружили только промутагенный эффект. Мутагенная активность метаболитов в два раза выше, чем у комплексов. По промутагенной активности они выстраиваются в ряд: (L) ~ NiL2 > ZnL2 ~ FeL2 > MоL2 ~ CuL2 ~ CoL2> MnL2 ~ MgL2. Активность метаболитов NiL2 близка к исходному лонтрелу, у MnL2 и MgL2 – существенно ниже.

Комплексы MоL2, NiL2, FeL2 и MgL2 проявили прямую мутагенную активность выше, чем у лонтрела. У MnL2 слабая активность близкая к лонтрелу. Генотоксичность CuL2, CoL2 и ZnL2 ниже, чем у лонтрела и проявляется только после метаболической активации. Только у NiL2 метаболическая мутагенная активность соизмерима с лонтрелом. У других комплексов гербицида лонтрел метаболическая мутагенная активность в 1,5-2 раза меньше, чем у лонтрела.

Установленные величины МИ сравнили с величинами Кк/обр этих соединений с ДНК и РНК, приведенными в табл. 2. Как следует из рис. 20, в изменении величин МИ прослеживается корреляция с последовательностью уменьше-ния значений их Кк/обр с ДНК. Изменение Кк/обр ЗВ с РНК происходит симбатно с Кк/обр этих соединений с ДНК, поэтому зависимость МИ от Кк/обр с РНК имеет аналогичный вид.

У млекопитающих и других высших организмов на проявление мутагенного и канцерогенного эффекта влияет ряд факторов, прежде всего метаболическая активность монооксигеназ, функционирующих в присутствии НАДФН или НАДН. Прямые мутагены не нуждаются в метаболической активации, но, попадая в организм, подвергаются воздействию монооксигеназной системы. В случае промутагенов эта система выполняет роль активирующей, в случае прямых мутагенов она детоксицирует их, - снижает частоту мутаций. При сравнении полученных результатов с приводимыми в Главе 5 данными по ингибированию НАДН-OР, одного из ферментов монооксигеназной системы, обнаруживается идентичный харак-

Рис. 20. Зависимость мутагенного индекса пестицидов от их констант комплексообразования с ДНК (1). Изменения Кк/обр пестицидов с НАДН (2) и констант ингибирования НАДН-OР (Ki) пестицидами (3) от Кк/обр пестицидов с ДНК:

Кривая 2 – , по оси у = Кк/обр·10-1, М-1 с НАДН, табл. 1.

Кривая 3 – , по оси у = 1/Ki·10-4, М-1 табл. 3.

тер (рис. 20, кривая 2) изменений: Кк/обр ?- НАДН от Кк/обр с ?-ДНК; и значений МИ от величины Кк/обр пестицида с ?-ДНК. Обе зависимости прямолинейные, имеющие практически одинаковый угол наклона. Кривая 3 характеризует изменение константы ингибирования (1/Ki) НАДН-OР по НАДН: увеличение МИ происходит симбатно с нарастанием прочности комплекса фермент-ингибитор.

Поскольку, ингибирование ферментативной активности происходит за счёт встраивания пестицида в место присоединения НАДН к ферменту, т.е. такими ЗВ, которые являются донорами электронов, следовательно, вещества, обладающие электроно-донорными свойствами, будут обладать более высокой мутагенной активностью: чем выше электроно-донорная способность ЗВ, тем выше его мутагенный индекс. Выявленная корреляция МИ с комлексообразованием отражает химические свойства пестицидов и их металлокомплексов, их электронно-донорную природу, способность к образованию ковалентных и координационных связей, то есть возникновению стойких химических соединений - комплексов.

Мутагенное действие ЗВ коррелирует с их способностью образовывать устойчивые комплексы с ДНК in vitro. Комплексы MоL2, NiL2, MgL2, FeL2 проявляют более высокую прямую мутагенную активность, чем исходный гербицид лонтрел. Таким образом, пестициды являются генетически опасными веществами. Образующиеся конъюгаты пестицидов с другими неорганическими и органическими загрязнителями окружающей среды способны усиливать мутагенные и канцерогенные свойства, т.е. их применение представляет реальную угрозу для экосистем и для человека.

Вероятный биологический механизм разветвлений направлениий действия техногенных токсикантов внутри клетки, представленный на схеме 4, обобщает всю сумму полученных результатов (Главы 3-7).


загрузка...