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

Автор: Саратовских Елена Анатольевна

Работы по созданию локальных очистных сооружений были выполнены нами на производственном обувном объединении «Спартак» в г. Казани. Собственно производственный сток данного предприятия не значителен по объёму и не содержит сложных для разложения молекул. Но в объединённый заводской коллектор попадают стоки: чисто производственные, транспора, содержащие бензин, мазут и моторные масла; а также бытовые, в том числе душевых комнат при раздевалках рабочего персонала, содержащие поверхностно активные вещества. Предложенная рациональная схема очистки и техническое решение размещения системы УФ очистки в водосборном коллекторе. Для эффективного разложения всех ЗВ разработана конструкция УФ установки, которая позволяет не только сливать в общегородской коллектор чистую воду, но и повторно её использовать в технологических целях, что обеспечивает большой экономический эффект.

1. Загрязняющие вещества техногенного происхождения образуют комплексы с микроэлементами, нуклеотидами (АТФ, НАДН, ДНК, РНК), липидами клеточных мембран, ферментами. Процессы комплексообразования играют определяющую роль в механизме токсического поражения живого организма.

2. Техногенные токсиканты образуют бидентатные комплексы с металлами в объектах окружающей среды и микроэлементами в клетках живых организмов. Прочность комплексов изменяется в ряду: NiL2 > FeL2 > МоL2 = СоL2> СuL2> MnL2 > ZnL2 > MgL2. По сравнению с исходным загрязняющим веществом, металлокомплексы с медью, никелем, кобальтом, молибденом и железом повышают прочность 3-х компонентных комплексных систем с нуклеотидами и ферментами, что обуславливает значительное возрастание токсичности для тест-объектов (в отношении однодольных и злаковых растений, почвообитающих микроартропод и гидробионтов). Металлокомплексы пестицидов практически не разлагаются микроорганизмами активного ила и УФ составляющей солнечного света, что способствует их накоплению в природных водных экосистемах.

3. Скорость процесса переноса загрязняющего вещества через липиды клеточных мембран характеризуется константой массопереноса, имеющей обратную корреляцию с константой комплексообразования. Транспорт металлокомплексов происходит с большей скоростью, чем соответствующего лиганда. Комплексообразование токсикантов с липидами приводят к их накоплению в неполярном слое клеточной мембраны, и является основной причиной биоаккумуляции загрязняющих веществ в тканях живых организмов.

4. Образование комплексов техногенных загрязняющих веществ с АТФ приводит к энергодефициту в тканях организмов. По величинам констант комплексообразования, исследовавшиеся соединения выстраиваются в два ряда активности: 1) зенкор > лонтрел (L) > кузагард > раундап > сетоксидим > базагран > тачигарен > тилт; 2) CuL2 > CoL2 >NiL2 > L ? FeL2? ZnL2?MoL2 >> MgL2?MnL2. Отмечается прямая корреляция констант комплексообразования со способностью токсикантов подавлять прорастание семян, образование хлорофилла в листьях, рост вегетирующих растений, снижать численность микроартропод (коллембол видов Folsomia candida и Xenylla grisea) и гидробионтов (инфузорий Tetrahymena pyriformis).

5. Техногенные загрязняющие вещества ингибируют активность ферментных систем в организмах. Блокирование деятельности ферментов коррелирует с комплексообразующей способностью токсикантов. Антиредуктазная активность (на примере НАДН-оксидоредуктазы) возрастает в ряду: ион металла < пестицид < металлокомплекс. Это является причиной токсичности (снижение активности люциферазы бактерии Benekea harvey), останавливает протекание окислительных процессов в многоклеточных организмах, приводит к элиминации видов активного ила и накоплению загрязняющих веществ.

6. Биологический эффект от действия техногенных токсикантов на тест-объекты разного систематического положения коррелирует с величинами их констант комплексообразования с ДНК и РНК. Степень влияния на численность и жизненные циклы микроартропод (коллембол видов Folsomia candida и Xenylla grisea), подавление репродуктивной способности гидробионтов (инфузории Tetrahymena pyriformis) убывает в последовательностях 1): зенкор ( лонтрел (L) ( кузагард ( раундап ( базагран ( тачигарен; и 2): CuL2 > CoL2 > NiL2 > MoL2 > MnL2 > ZnL2 > L ( MgL2.

7. Образование комплексных соединений техногенных загрязняющих веществ с ДНК и РНК является причиной их генотоксичности. Пестициды и комплексы гербицида лонтрела с металлами проявляют прямую мутагенную активность, вызывая мутации типа сдвига рамки считывания. Генотоксичность MоL2, NiL2, MgL2 и FeL2 выше, чем у лонтрела. Все исследованные вещества являются промутагенами (на штаммах ТА98 и ТА100 бактерий Salmonella typhimurium).

8. Разработан новый метод экспресс-анализа токсичности объектов водной среды и водных вытяжек из твёрдых веществ. Он основан на корреляционной зависимости токсичности от величины энергодефицита, создаваемого загрязняющим веществом. Метод позволяет исследовать индивидуальные вещества и смеси. Достоинствами метода является использование дешёвых реагентов отечественного производства, возможность проведения анализов в полевых условиях, соотнесение с биологическими тест - системами.

9. Мониторинг среднего течения реки Волги показал, что хлорирование коммунально-промышленных, сточных и питьевых вод приводит к повышению содержания токсичных хлорорганических соединений в природных водных объектах. Разработанные способы УФ очистки питьевой и сточных вод, исключающие стадию хлорирования в 80-90 гг. прошлого века были новыми технологическими решениями. Широкое использование созданных вариантов комбинированного применения УФ обработки и биологических методов, локальных очистных сооружений – остаются актуальными для практики настоящего времени.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Алиев З.Г., Атовмян Л.О., Саратовских Е.А., Криничный В.И., Карцев В.Г. Синтез, структура и спектральные характеристики комплексов меди с производными пиколиновой кислоты // Известия АН СССР. Сер. хим. – 1988. - №11, С.2495 – 2501.

2. Саратовских Е.А, Кондратьева Т.А., Психа Б.Л., Гвоздев Р.И., Карцев В.Г. Комплексообразование некоторых пестицидов с аденозинтрифосфорной кислотой // Известия АН СССР. Сер. хим. – 1988. - №11, С.2501 - 2507.

3. Саратовских Е.А., Болдырева Н.М., Карцев В.Г. О применении метода мутагенной обработки активного ила для биоразложения гербицида лонтрел // Бюллетень по водному хозяйству. – 1988. - №1/2, С.28 - 33.

4. Саратовских Е.А., Личина М.В., Психа Б.Л., Гвоздев Р.И. О характере взаимодействия ди- и полинуктеотидов с некоторыми пестицидами // Известия АН СССР. Сер. хим. – 1989. - №9, С.1984 - 1989.

5. Саратовских Е.А. Синтез бидентатных комплексов 3,6-дихлорпиколиновой кислоты // Известия АН СССР. Сер. хим. – 1989. - №10, С.2327 - 2329.

6. Саратовских Е.А., Орлов В.И., Криничный В.И. ЭПР-спектроскопическое изучение металлокомплексов 3,6-дихлорпиколиновой кислоты // Известия АН СССР. Сер. хим. – 1989. - №11, С.2477 - 2481.

7. Саратовских Е.А., Папина Р.И., Карцев В.Г. Влияние некоторых пестицидов на двудольные и злаковые культуры // Сельскохозяйственная биология. Сер. Биология растений. – 1990. - №5, С.152 - 159.

8. Саратовских Е.А., Козлова Н.Б., Гончаров В.В. Оценка загрязнения Волги в зоне влияния сточных вод Казани // Водные ресурсы. - 1997. - Т.24. - №1, С.56 - 60.

9. Саратовских Е.А., Папина Р.И., Кондратьева Т.А. Нарушение энергетического метаболизма клеток в процессе прорастания семян двудольных и злаковых растений при действии на них различных пестицидов и металлокомплексов // Цитология. - 1999. - Т.41. - №3-4, С.308 - 309.

10. Saratovskikh E.A., Kondratieva T.A., Psikha B.L. On the transport of pesticide Lontrel through liposomal membranes // Cellular & Molecular Biology Letters. – 2000. - V.5. - №3, P.367 - 370.

11. Саратовских Е.А., Психа Б.Л., Гвоздев Р.И. Пестициды и окружающая среда // Вестник БГТУ. - 2004. - №8. ч.1, С.38 – 40.

12. Саратовских Е.А., Коршунова Л.А., Гвоздев Р.И., Куликов А.В. Ингибирование НАДН-оксидоредуктазной реакции гербицидами и фунгицидами различного строения // Известия АН. Сер. хим. – 2005. - №5, С.1284 - 1289.

13. Саратовских Е.А., Козлова Н.Б., Папин В.Г., Штамм Е.В. Разложение гербицида лонтрел биологическими и фотохимическимим методами // Прикладная биохимия и микробиология. - 2006. - Т.42. - №1, С.44 - 51.

14. Саратовских Е.А., Полякова О.В., Рощупкина О.С., Лебедев А.Т. Продукты фотолиза 3,6-дихлорпиколиновой кислоты (гербицида лонтрел) в водных растворах // Прикладная биохимия и микробиология. - 2007. - Т.43. - №2, С.252 - 256.

15. Саратовских Е.А., Штамм Е.В. Влияние хлор- содержащих фенолов на стабильность ДНК // Химическая физика. – 2007. - Т.26. - №7, С.77 - 83.

16. Саратовских Е.А., Коршунова Л.А., Рощупкина О.С., Скурлатов Ю.И. Ингибирование NADH-оксидоредуктазы соединениями металлов // Химическая физика. – 2007. - Т.26. - №8, С.46 - 53.

17. Саратовских Е.А., Бокова А.И. Влияние гербицидов на популяцию почвообитающих коллембол // Токсикологический вестник. - 2007. - №5, С.17 - 23.

18. Саратовских Е.А., Глазер В.М., Костромина Н.В., Котелевцев С.В. Корреляция генотоксичности экотоксикантов с их способностью к комплексообразованию с ДНК // Экологическая генетика. - 2007. - Т.5. - №3, С.46 - 55.

19. Саратовских Е.А., Козлова Н.Б. Изучение аккумуляции пестицидов в жирной фазе // Токсикологический вестник. - 2008. - №1, С. 29 - 33.

20. Саратовских Е.А., Психа Б.Л., Гвоздев Р.И., Скурлатов Ю.И. Кинетическая модель процесса переноса техногенных загрязняющих веществ через липосомальные мембраны // Химическая физика. – 2008. – Т.27. - №7, С. 59–65.

21. Саратовских Е.А., Козлова Н.Б., Байкова И.С., Штамм Е.В. Корреляция между токсическими свойствами загрязняющих веществ и их константами комплексообразования с АТФ // Химическая физика. - 2008. - Т.27. - №11, С. 87–92.

22. Саратовских Е.А., Булатов А.В., Карцев В.Г. Синтез комплекса меди с 3,6-дихлорпиколиновой кислотой и её спектральные характеристики // Тр. ИХФ. Кинетика и механизмы физико-химических процессов. Черноголовка. – 1986. вып. 9. - С. 38.

23. Алиев З.Г., Карцев В.Г., Саратовских Е.А. Молекулярная структура комплексов Cu с производными пиколиновой кислоты // Кристаллохимия неорганических и координационных соединений. Тез. докл. IV Всесоюз. совещания 1986 г. – Бухара. - М.: Наука, 1986. - С. 67.

24. Саратовских Е.А, Карцев В.Г. Изучение комплексообразования медного комплекса гербицида лонтрел с другими бидентантными лигандами // Тр. ИХФ РАН. Кинетика и механизмы физико-химических реакций. Черноголовка. – 1987. вып. 10. - С. 35.

25. Саратовских Е.А., Психа Б.Л., Шестаков А.Ф., Карцев В.Г., Алиев З.Г. Изучение физико-химических характеристик и реакционной способности пестицидов в модельных системах // Всесоюз. координационного совещания по пестицидам: Тез. докл. - Черноголовка, 1988. - С. 96.

26. Карцев В.Г., Кирковский Л.И., Богатыренко В.Р., Саратовских Е.А., Богатыренко Т.Н., Доброхотов В.Г., Лисецкая И.В., Лисицын Е.А. Разработка теоретических основ направленного синтеза фотодинамических гербицидов // Всесоюз. координационного совещания по пестицидам: Тез. докл. - Черноголовка, 1988. С. 129.

27. Саратовских Е.А., Психа Б.Л., Гвоздев Р.И., Карцев В.Г. Взаимодействие пиридинсодержащего гербицида лонтрел с аденозинтрифисфорной кислотой // Тр. Всесоюз. совещания по химии и технологии пиридин содержащих пестицидов: Тез. докл. - Черноголовка, 1988. вып. 2. - С. 78.

28. Саратовских Е.А., Личина М.В., Психа Б.Л., Гвоздев Р.И. Образование комплекса 3,6-дихлорпиколиновой кислоты с динуклеотидами // Тр. Всесоюз. совещания по химии и технологии пиридин содержащих пестицидов: Тез. докл. - Черноголовка, 1988. вып. 2. - С. 79.

29. Саратовских Е.А. Некоторые аспекты взаимодействия пиридинсодержащих пестицидов с ферментными системами // Тр. Всесоюзного совещания по химии и технологии пиридин содержащих пестицидов: Тез. докл. - Черноголовка, 1988. вып. 2. - С. 80.


загрузка...