ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Биотрансформация и биодоступность из "Научные основы экобиотехнологии" Токсичные ксенобиотики биообезвреживаются в окружающей среде различными путями. В зависимости от конечного результата превращения тех или иных веществ различают полную деградацию (минерализацию, полную деструкцию), неполную деградацию (трансформацию, частичную минерализацию, частичную деструкцию), связывание поллютантов или их метаболитов с другим веществом - матрицей (полимеризация, конъюгация, конденсация). [c.309] Соединения, которые подвергаются полной деградации, могут использоваться микроорганизмами в качестве источника углерода и энергии или в процессах кометаболизма. Полное разрушение стойких органических ксенобиотиков в природе происходит, как правило, в результате совместного действия сообщества организмов и абиотических факторов. Микробная минерализация является наиболее эффективным и экологически приемлемым способом удаления органических ксенобиотиков из окружающей среды. [c.309] Термин трансформация (неполная, частичная деструкция) чаще всего используют для обозначения превращений, которые существенно изменяют, главным образом упрощают структуру органического вещества, но не приводят к его полной деструкции. Трансформация органических соединений может сопровождаться частичной их минерализацией, например, в результате реакций дезаминирования, декарбоксилирования. [c.309] В микробиологии под трансформацией подразумевают изменение органических соединений под действием одного или нескольких ферментов микроорганизмов, сопровождающееся накоплением в среде продуктов трансформации, при этом не происходит синтеза веществ de novo. [c.309] При полимеризации (конъюгации) сохраняется основная структура органического соединения и происходит его связывание с другим соединением с образованием продукта с большей молекулярной массой. Полимеризация наблюдается, например, в почве при гумификации и включении связанных остатков ксенобиотиков в почвенную матрицу. [c.310] Результат воздействия ксенобиотика на живой организм определяется свойствами ксенобиотика, организма, биоценоза и биотопа и обусловлен биодосг пностью соединения. [c.310] Под биодоступностью понимают способность различных соединений подвергаться биотрансформации. Биодоступность определяется генетическими свойствами организмов, осуществляющих трансформацию поступающих в организм веществ, условиями окружающей среды, влияющими на скорость переноса соединений в организмы или клетки, токсичностью соединений для организма-мишени и их концентрацией в окружающей среде. В зависимости от времени полураспада im химические соединения классифицируют на легко доступные (ti/2 от 1 до 7 сут), умеренно доступные (ti/2 от 7 сут до 4 недель), трудно доступные (ti/2 от 4 недель до 6 мес.), устойчивые (ti/2 от 6 мес. до 1 года). [c.310] В процессе биотрансформации ксенобиотика микробной клеткой можно выделить пять стадий взаимодействия ксенобиотика и организма (рис. 5.1). [c.310] Сравнение биодоступности полиароматических углеводородов показывает, что чем больше ароматических колец в их молекуле, тем менее доступны они для биодеградации (за 18 месяцев разлагается 90% ПАУ с двумя и тремя кольцами, молекулы с четырьмя ароматическими кольцами разлагаются на 60%, у молекул с пятью кольцами не наблюдается существенной деградации). Находящиеся на конце молекулы четвертичные аминогруппы, неалкильные заместители или сильно разветвленные алифатические группы затрудняют микробное разложение алкильных производных бензола, особенно в тех случаях, когда разложение начинается с а- или Р-окисления алкильной части молекулы. Галогены, метильная группа или другие заместители также повышают устойчивость ароматических и алифатических соединений. [c.313] Характеристика доступности для микробиологической трансформации наиболее важных органических токсикантов в аэробных и анаэробных условиях приведена в табл. 5.1. [c.313] Способность чужеродного вещества подвергаться первичной биохимической атаке и последующей трансформации зависит от генетических особенностей живой клетки. Установлено, что в природе постоянно появляются новые комбинации генетического материала. В генетическом потоке возможен случайный обмен генетическим материалом как только происходит удачная перестановка, новый микроорганизм получает селективное преимущество. Благодаря обмену генами микроорганизмы могут быстро приобретать свойства, необходимые для деструкции новых для них веществ. [c.314] Центральный метаболизм (домен) клетки включает пути, общие для большинства организмов. Они развивались в течение миллиардов лет, оптимизированы селекцией, отрегулированы и закреплены естественным отбором. Примеры таких консервативных путей - цикл трикарбоновых кислот, Р-окисление и др. В этом домене быстрая эволюция маловероятна. [c.315] Периферийный метаболизм (домен) - это начальные этапы метаболизма ксенобиотиков и других субстратов. Для ферментов периферийного домена и особенно ферментов первичной атаки чужеродных веществ характерна широкая субстратная специфичность. Поэтому микроорганизмы могут атаковать и частично превращать самые разнообразные по структуре соединения. Ферменты периферийного (подготовительного) метаболизма, как правило, являются индуцибельными, индуцируются многочисленными соединениями, даже не являющимися их субстратами, или их синтез и активность находятся под контролем ряда других сложных регуляторных механизмов. Пути метаболизма в периферийном домене отличаются большой гибкостью, поскольку они трансформируют разнообразные соединения, которые затем вовлекаются в центральный домен. Поэтому пути метаболизма в периферийном домене характеризуются быстрым обменом генетическим материалом между популяциями микроорганизмов, перегруппировкой совокупной последовательности и рекомбинацией больших участков ДНК. Комбинация консервативного центрального метаболизма с относительно высоко пластичным периферийным позволяет микроорганизмам постоянно адаптироваться к новым субстратам и условиям окружающей среды. [c.315] Методами генной инженерии можно создавать генетически модифицированные микроорганизмы и конструкции с измененным периферийным метаболизмом. Молекулярная генетика оптимизирует биодеградирующие способности микроорганизмов, создает новые возможности и пути метаболизма в результате сборки разных катаболических сегментов из разных микроорганизмов. [c.315] Многие синтезированные ксенобиотики подобны по химическим свойствам природным веществам-аналогам. Биотрансформация таких ксенобиотиков осуществляется так же, как и их природных аналогов. Так, биодеградация галогенсодержащих органических веществ протекает по путям катаболического распада их негалогенированных аналогов, но с меньшей скоростью. [c.315] Продукт метаболизма ксенобиотика-косубстрата может быть устойчив к дальнейшей биотрансформации. Иногда метаболизм косубстрата прекращается, если образующиеся метаболиты являются ингибиторами. В зависимости от механизмов кометаболизма действие субстратов и косубстратов может быть специфическим. [c.316] Вернуться к основной статье