Chemia/Związki chemiczne w środowisku – wpływ na organizmy żywe

Z Brain-wiki

Zagrożenia

  • Wzrastające stężenie związków chemicznych w środowisku stanowi bezpośrednie zagrożenie dla organizmów żywych.
  • Najbardziej toksyczne zanieczyszczenia:
    • metale ciężkie,
    • policykliczne węglowodory aromatyczne,
    • chlorowcopochodne węglowodorów,
    • związki fosforoorganiczne.

Toksyczne właściwości metali

  • Do uznanych kancerogenów wobec organizmów ludzkich zalicza się związki chromu(VI), niklu, arsenu i kadmu.
  • Najsilniejsze właściwości toksyczne wykazują nieorganiczne związki metali, łatwo rozpuszczalne w wodzie, dzięki czemu przedostają się do różnych struktur komórkowych.
  • Metale wykazują szkodliwe działanie w stosunku do tkanki nerwowej, prowadzą do zaburzeń gospodarką wapniową, wiążą się z grupami tiolowymi i karboksylowymi białek powodując zmiany w ich funkcjonowaniu.
  • Obecność jonów metali ciężkich w komórkach prowadzi do uszkodzeń DNA (podwyższony poziom utlenionych zasad nukleinowych, jedno i dwuniciowe pęknięcia DNA) oraz tworzenia dodatkowych wiązań między fragmentami DNA oraz wiązań białko-DNA (sieciowanie).

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne

  • Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne są to związki mało lotne, o właściwościach hydrofobowych, bardzo słabo rozpuszczalne w wodzie. Kumulują się w osadach dennych i organizmach wodnych. Do organizmu ludzkiego dostają się drogą pokarmową , oddechową oraz przez skórę.
  • W komórkach organizmów żywych węglowodory aromatyczne ulegają procesom hydroksylacji . Elektrofilowe produkty są bardzo reaktywne względem cząsteczek biologicznych, tworzą addukty z DNA i białkami.
  • 16 wielopierścieniowych węglowodorów zostało uznanych jako rakotwórcze, zaleca się oznaczanie ich stężeń w analizach środowiskowych.

Związki fosforoorganiczne

  • Związki fosforoorganiczne są estrami lub amidoestrami kwasów fosforowych. Są to silne czynniki alkilujące. Za ich biologiczną aktywność na poziomie molekularnym odpowiada reakcja z miejscami nukleofilowymi w kwasach nukleinowych i białkach.
  • Związki fosforoorganiczne powodują uszkodzenia materiału genetycznego poprzez uszkodzenia struktury pierwszo, drugo i trzeciorzędowej DNA, jak również kompleksu chromatynowego
  • Zaburzają syntezę DNA i RNA. Są inhibitorami polimeraz RNA.

Bio-detekcja w środowisku

  • Zastosowanie materiału biologicznego w badaniach środowiska pozwala wyciągać bezpośrednie wnioski na temat wpływu zanieczyszczeń na organizmy żywe.
  • Wyróżnia się 3 typy biologicznych detektorów:
    • bioindykatory,
    • biomarkery,
    • biosensory.

Bioindykatory

  • Bioindykatory (najczęściej organizmy roślinne) dzieli się na 3 grupy:
    • organizmy wskaźnikowe, które informują o całkowitym stanie ekosystemu,
    • organizmy testowe, które są używane w wysoko standaryzowanych badaniach laboratoryjnych,
    • organizmy monitoringowe używane do określania szkodliwego wpływu związków chemicznych w środowisku.
  • Projekt badawczy EuroBionet realizowany od 1999 r przez 11 miast UE wykorzystuje rośliny bioindykacyjne wrażliwe na związki siarki, metali ciężkich, węglowodory aromatyczne.

Biomarkery

  • Wyróżnia się 3 rodzaje biomarkerów: ekspozycji, efektu, wrażliwości.
  • Biomarkery ekspozycji stosuje się w celu określenia zaabsorbowanej dawki przez różne tkanki.
  • Biomarkery efektu są to zmiany powstałe w wyniku zaabsorbowania szkodliwej substancji, które w sposób jakościowy lub ilościowy pozwalają przewidzieć wystąpienie choroby.
  • Biomarkery wrażliwości pozwalają ocenić podatność różnych organizmów na działanie szkodliwych czynników.
  • Jako biomarkery wykorzystuje się cząsteczki DNA i białek (albumina, hemoglobina). Ich analiza wymaga bardzo czułych metod detekcji.

Biosensory

  • Biosensorem nazywa się element pomiarowy, który zawiera biologicznie aktywny materiał w bezpośrednim kontakcie z odpowiednio dobranym elementem przetwornikowym w celu oznaczania stężeń określonych typów związków chemicznych.
  • Materiałem biologicznym są enzymy, preparaty komórkowe z bakterii, roślin i zwierząt oraz mikroorganizmy.
  • Metody detekcji najczęściej stosowane w biosensorach:
    • potencjometryczna (zmiana potencjału elektrody),
    • spektrofotometryczna ( zmiana intensywności pasma absorpcyjnego lub emisyjnego),
    • kalorymetryczna (wykorzystująca efekty cieplne).
  • Zaletą stosowania biosensorów w analizie środowiska jest możliwość nie tylko detekcji, ale również określanie toksyczności związków chemicznych.