Почему соли тяжелых металлов являются ядами для организма

Обновлено: 17.05.2024

Признаки отравления кадмием. Поражение крови и почек тяжелыми металлами

Преимущественно кардиогенный шок развивается не только при отравлении тяжелыми металлами, но и при остром отравлении ФОС, дихлорэтаном, снотворными препаратами, раздражающими ядами (аммиак, хлор), т.е. практически не зависит от вида химического агента. Но развитие гиповолемии определяется при разных видах интоксикаций неодинаковыми механизмами, что необходимо учитывать при назначении терапевтических средств.

При ингаляционных отравлениях, вызванных вдыханием паров и пыли оксида Cd в концентрации более 1 мг/м3 в течение 8 ч рабочей смены или более высоких концентраций за меньшее время, развивается токсическая пневмония, а затем отек легких. Симптомы появляются через 1—8 ч скрытого периода (при более низких концентрациях явления интоксикации наблюдаются спустя 10—36 ч). Первый признак отравления — раздражение гортани.

В этот период наблюдаются раздражение слизистых оболочек верхних и глубоких дыхательных путей, сладкий вкус во рту, боль в области лба, головокружение, слабость, тошнота, боль в подложечной области. Возникают трахеит, бронхит, бронхиолит с приступами судорожного кашля с мокротой, сильной одышкой и синюхой, часто развиваются пневмонии, отек легких, возникает боль за грудиной, в суставах, застойные явления (расширение сердца, увеличение печени). При тяжелых ингаляционных отравлениях возможна смерть на 3—5-е сутки от отека легких или бронхопневмонии (до 15 % пострадавших с тяжелыми формами отравления). Подобная картина характерна также для соединений ртути. Ингаляция паров соединении меди и цинка приводит к резкому подъему температуры (до 39—40 °С) и развитию признаков литейной лихорадки: головная боль, общая слабость, одышка, сухой кашель.
Для большинства ядов данной группы, особенно меди, мышьяка, свинца, характерно развитие гемолитической и гипохромной анемии.

При отравлении кадмием в крови повышается число лейкоцитов, неитрофилов и эритроцитов. Лейкоцитоз исчезает через 2 дня, но сохраняется увеличенное число эритроцитов. При отравлениях сулемой в крови вначале увеличивается содержание гемоглобина и эритроцитов, затем развивается анемия. Резистентность эритроцитов понижена, выявляются нейтрофильный лейкоцитоз, ускоренная СОЭ. Наступают также существенные изменения в периферической крови при остром отравлении свинцом (нейтрофилез, лимфопения, эозинофилия, ускорение СОЭ, умеренная гипохромная анемия).

Токсическая нефропатия наблюдается у 67,6 % пострадавших. При этом в зависимости от степени тяжести отравления появляются белок в моче, дегенеративные и воспалительные изменения, в начальной стадии интоксикации усиливается мочеотделение, которое на последних этапах отравления уменьшается и даже полностью прекращается. Для "сулемовых" некронефрозов ("сулемовой почки") характерны отсутствие отеков, повышение общего содержания белка в крови, некрозы эпителия извитых канальцев с рападом и слущиванием, к которым часто присоединяется обызвествление мертвых элементов.

С нефропатией, как правило, сочетается поражение печени (жировая инильтрация и дегенерация клеток, застойные явления, увеличение печени болезненность при пальпации).

Токсическое действие тяжелых металлов и мышьяка, в особенности их органических соединений, проявляется в широкой гамме психоневрологических симптомов вплоть до токсической энцефалопатии.

При отравлении кадмием характерны повышенная возбудимость, раздражительность либо угнетение, бессонница, головная боль и головокружение; при действии сулемы и нитрата ртути — атаксия, общая возбудимость, в ряде случаев тремор, парезы, иногда судороги; при отравлении свинцом — изменения вегетативной нервной системы (астения, потливость, яркий разлитой дермографизм).

При острых отравлениях соединениями Рb у человека отмечаются металлический вкус во рту, головная боль, понос, набухание и кровоточивость десен. В дальнейшем появляются неустойчивость походки, тремор, параличи конечностей, снижение остроты зрения и слуха, слепота, боль в суставах, затрудненное мотание, непроизвольные мочеиспускание и дефекация — типичная картина токсической энцефалопатии.

Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.

Влияние некоторых тяжелых металлов и микроэлементов на биохимические процессы в организме человека

библиографическое описание:
Влияние некоторых тяжелых металлов и микроэлементов на биохимические процессы в организме человека / Зинина О.Т. // Избранные вопросы судебно-медицинской экспертизы. — Хабаровск, 2001. — №4. — С. 99-105.

код для вставки на форум:

Одними из наиболее вредных для биосферы Земли загрязнений, имеющих самые разнообразные вредные последствия, как для здоровья людей, так и для жизнедеятельности живых организмов, являются загрязнения тяжелым и металлами. Наряду с пестицидами, диоксинами, нефтепродуктами, фенолами, фосфатами и нитратами тяжелые металлы ставят под угрозу саму существование цивилизации. Увеличивающийся масштаб загрязнений окружающей среды оборачивается ростом генетических мутаций, раковых, сердечно-сосудистых и профессиональных заболеваний, отравлений, дерматозов, снижением иммунитета и связанных с этим болезней. В подавляющем большинстве случаев первоисточником загрязнений является экологически безграмотная деятельность человека. Среди опасных для здоровья веществ тяжелые металлы и их соединения занимают особое место, та к как являются постоянными спутниками в жизни человека.

Очень часто многоэлементный анализ используют в медицине при выяснении причин острых и хронических отравлений, а так же при лечении профессиональных болезней, связанных с хроническим воздействием тяжелых металлов на организм в условиях реального производства и экологических особенностей.

В химико-токсикологическом анализе применяется метод минерализации при исследовании биологического материала (органов трупов, биологических жидкостей, растений, пищевых продуктов и др.) на наличие та к называемых «металлических ядов». Эти яды в виде солей, оксидов и других соединений в большинстве случаев поступают в организм через пищевой канал, в соответствующих отделах которого они всасываются в кровь и вызывают отравления.

Важнейшим и «металлическими ядами » являются соединения бария, висмута, кадмия, марганца, меди, ртути, свинца, серебра, таллия, хрома, цинка и соединения некоторых неметаллов (мышьяка, сурьмы). Ряд перечисленных выше химических элементов, соединения которых являются токсичными. В небольших количествах содержатся в тканях организма как нормальная их составная часть, В виду незначительных количеств этих химических элементов. Содержащихся в организме, их называют микроэлементами.

Установлены предельно-допустимые концентрации микроэлементов в организме.

Каждый элемент имеет присущий ему диапазон безопасной экспозиции, который поддерживает оптимальные тканевые концентрации и функции;
У каждого элемента имеется свой токсический диапазон, когда безопасная степень его экспозиции превышена [Mertz, 1982].

Правила Мертца особенно важны для токсикологической химии. Металлы с малыми значениями диапазона концентраций условно отнесены в разные группы по «степени опасности» (чем меньше диапазон, тем «опаснее»):

As, Be, Cd, Hg, Pb, Tl, Zn;
B, Co, Cr, Cu, Mo, Ni, Sb, Sc;
Ba, Mn, Sr, V, W.

Общепризнанно, что наиболее опасными элементами для человека, да и вообще для теплокровных животных, являются кадмий, ртуть и свинец (Cd, Hg, Pb).

Кадмий вызывает отравление, описанное в Японии как болезнь «итаи-итаи» (ох-ох). Название болезни происходит от боли в спине и ногах, сопровождающей остеомаляцию (декальцификацию) костей, что приводит к ломкости костей. Хроническое отравление кадмием разрушает печень и почки, приводя к сильнейшему нарушению функции почек. Избыток кадмия нарушает метаболизм металлов, особенно железа и кальция, нарушает действие цинковых и иных металло-ферментов, блокирует сульфгидрильные группы ферментов, нарушает синтез ДНК. Кадмий легко замещает металлфлавопротеиновых комплексах, где главенствующую роль играют железо и молибден, нарушая двухстадийный процесс окисления.

Ртуть токсична в любой своей форме. Ртуть в природных условиях довольно быстро превращается в летучее токсическое соединение — хлорид метилртути. В организме ионы метилртути быстро попадают в эритроциты, печень и почки, оседают в мозге, вызывая серьезные необратимые кумулятивные нарушения ЦНС. Это приводит, к конце концов, к общему и церебральному параличу, деформации конечностей, особенно пальцев, затрудненному глотанию, конвульсиям и смерти. Ртуть блокирует активность ряда важнейших ферментов, в частности карбоангидразы, карбоксипептидазы, щелочной фосфатазы. Легко замещает кобальт в корриноидах, извращая метаболические реакции, связанные с витамином В12. Повреждение механизма биосинтеза ДНК из-за недостаточности витамина В12 является причиной мегалобластических анемий и наиболее распространенной формы - пернициозной анемии, что приводит к дегенеративным изменениям нервной системы.

Свинец известен как токсическое вещество почти 5 тысяч лет среди греческих и арабских ученых. В современных условиях наибольшим источником загрязнения свинцом среды обитания считаются выхлопы бензиновых двигателей автомашин, поскольку в бензин добавляется тетраэтилсвинец для повышения октанового числа. Свинец препятствует одной из ступеней биосинтеза гема, считается сильнейшим нейротоксином, вызывает повышенную агрессивность. Хроническое отравление свинцом постепенно приводит к нарушениям функций почек, нервной системы, анемии. Токсичность свинца увеличивается при недостатке в организме кальция и железа. Свинец блокирует SH-группы белков, образуя комплексы с фосфатными группами рибозы у нуклеотидов, особенно у цитидина, и тем самым быстро разрушает РНК, ингибирует ферменты, в частности карбоксипептидазу.

Мышьяк относится к числу наиболее сильных и опасных ядов. В присутствии кислорода быстро образует очень ядовитый мышьяковистый ангидрид. При пероральном отравлении высокая концентрация мышьяка наблюдается в желудке, кишечнике, печени, почках и поджелудочной железе, при хроническом отравлении постепенно накапливается в коже, волосах и ногтях. Из-за ингибирования различных ферментов нарушает метаболизм. В процессе отравления первыми страдают аксоны, что приводит к периферической нейропатии и параличу конечностей. Мышьяк считается канцерогенным для человека.

Таллий очень токсичен, зачастую его называют «химическим СПИДом». Таллий, проникая через клеточные мембраны, образует сильные комплексы, например, нерастворимый комплекс с рибофлавином. Это приводит к нарушению метаболизма серы и разрушению иммунной системы. Отравление таллием приводит к гастроэнтеритам, периферической нефропатии, при большой абсорбции к смерти. Через 2-3 недели после небольшого отравления у человека выпадают волосы.

Цинк в виде двухвалентного элемента входит в состав свыше 20 ферментов, включая участвующие в обмене НК. Большая часть цинка в теле человека находится в мышцах, а самая высокая концентрация — в простате. В крови он присутствует в эритроцитах как кофактор в карбоангидразе. Избыток цинка может разбалансировать метаболические равновесия других металлов. Разбалансировка отношения цинк/медь является главным причинным фактором в развитии ишемической болезни сердца. Избыточное потребление солей цинка может приводить к острым кишечным отравлениям с тошнотой. В общем, цинк не очень опасен, а возможность отравления, вероятнее всего зависит от совместного присутствия токсичного кадмия.

Медь является необходимым кофактором для нескольких важнейших ферментов, катализирующих разнообразные окислительно-восстановительные реакции, без которых нормальная жизнедеятельность невозможна. Медь входит в качестве необходимого элемента в состав цитохромоксидазы, тироназы и других белков. Их биологическая роль связана с процессами гидроксилирования, переноса кислорода, электронов и окислительного катализа. В тканях здорового организма концентрация меди в течение всей жизн и поддерживается строго постоянной. В норме существует система, препятствующая непрерывному накоплению мед и в тканях путем ограничения ее абсорбции ил и стимуляции ее выведения. Хронический избыток меди в тканях При соответствующих заболеваниях вызывают токсикоз : ведет к остановке роста, гемолизу, снижению содержания гемоглобина, к деградации тканей печени, почек, мозга. Около 95 % меди в организме присутствует в составе гликопротеина крови церулоплазмина. Известен факт недостатка этого белка При болезни Вильсона-Коновалова - врожденном дефиците метаболизма (гепатолентикулярная дегенерация). Из-за генетического дефекта в синтезе церулоплазмина его содержание в крови резко снижено. В результате медь не связывается в комплекс с нормальной для организма константой устойчивости. Это приводит к недостатк у мед и в цеп и реакций метаболизма, приводящей к естественному для здорового организма синтез у соединительной ткани. Для осуществления нормального процесса сшивки мономеров эластина и коллагена не хватает активной Си-лизолоксидазы. С другой стороны «освободившиеся» ионы меди, лишившись по сути единственного нормального потребителя, откладываются в специфических тканях (печень, ядра мозга, почки, эндокринные железы, радужная оболочка глаз), где оказывают прямой токсический эффект. Создается парадоксальная ситуация избытка меди в специфических тканях при ее недостатке в нормальной цепи метаболизма.

Хром один из наименее токсичных элементов. При острых отравлениях накапливается во внутренних органах. Считается, что трехвалентный хром в виде комплекса с никотиновой кислотой и алифатическим и аминокислотам и работает в организме в качестве «фактора толерантности к глюкозе». Его действие заключается в усилении гипогликемического действия инсулина. В обычных условиях отрицательным является недостаток хрома в организме.

Сурьма — менее токсичный элемент, чем мышьяк. При отравлении накапливается в скелете, почках, селезенке.

Барий в виде двухвалентного катиона ядовит из-за его антагонизма с калием (но не с кальцием). У обоих ионные радиусы подобны. Барий является мускульным ядом. Абсорбированный барий откладывается в костях и в пигментной оболочке глаз.

Марганец — элемент почти нетоксичен, особенно в виде двухвалентного иона. В виде перманганат-иона токсичен из-за окислительной способности. Отравление происходит в случае вдыхания оксида в промышленном производстве.

Серебро. Элемент накапливается в печени и в меньших количествах, но равномерно, в остальных органах и тканях. Отложения серебра отмечено в клубочках почек и в субэпителиальных слоях кож и («аргироз» — голубоватое окрашивание кожи).

При различных патологиях имеет место изменение содержания микроэлементов в организме. Исследование сыворотки больных острым вирусным гепатитом, а также при постгепатитном циррозе показало, что у пациентов с острым гепатитом концентрация цинка почти не менялась, концентрация кадмия значительно увеличивалась. Концентрация меди и марганца незначительно уменьшалась. При хроническом гепатите и постгепатитном циррозе содержание меди и цинка в сыворотке уменьшалось, а кадмия увеличивалось. Содержание марганца почти не менялось. Выделение с мочой меди, превышающее 115 мкг/сутки и сопровождаемое низким содержанием в крови, свидетельствует о синдроме системного заболевания, например, болезни Вильсона-Коновалова. Повышенное содержание в крови и моче алюминия, особенно у пожилых людей, может сопровождать энцефалопатию, болезнь Альцгеймера и другие формы слабоумия, а при почечной недостаточности также остеомаляцию и микроцитарную гипохромную анемию. Повышенное содержание в крови и моче лития характерно для больных с патологией мочевыделительной системы, нефропатиями.

Повышенное относительно ПДК содержание в биологических жидкостях отдельных тяжелых металлов может свидетельствовать о хроническом воздействии токсикантов на организм и перенапряжении работы почек и печени. Это требует мер по очистке организма от избытка тяжелых металлов, например, с помощью препаратов с полианионами (морская капуста) в незапущенных случаях.

Повышенное содержание в крови и моче наиболее токсичных тяжелых металлов (кадмия, ртути, свинца) требует энергичных мер по их выведению, поскольку их избыток разрушает нервную, сердечно-сосудистую и иммунную системы.

Повышенное содержание в крови и моче таллия и селена может пролить свет на причины облысения и плохое самочувствие таких больных.

Повышенное содержание в организме бора должно привлечь внимание к тяжелым металлам, содержание которых не превышает ПДК, т.к. он оказывает синергистское (усиливающее) влияние на их токсические свойства.

Токсичность «металлических ядов» объясняется связыванием их с соответствующими функциональными группами белковых и других жизненно важных соединений в организме. В результате нарушаются нормальные функции соответствующих клеток и тканей в организме, и наступает отравление, которое в ряде случае в заканчивается смертью.

Соли тяжелых металлов

Известно более 40 элементов, которые относят к тяжелым металлам. Они имеют атомную массу больше 50 а.е. Как не странно именно эти элементы обладают большой токсичностью даже при малой кумуляции для живых организмов. V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo. Pb, Hg, U, Th. все они входят в эту категорию. Даже при их токсичности, многие из них являются важными микроэлементами, кроме кадмия, ртути, свинца и висмута для которых не нашли биологическую роль.

Откуда же поступают тяжелые металлы в нашу среду обитания? Причины присутствия таких элементов могут быть сточные воды с разных промышленных объектов занимающийся черной и цветной металлургией, машиностроением, гальванизацией. Некоторые химические элементы входят в состав пестицидов и удобрений и таким образом могут быть источником загрязнения местных прудов.

Многие тяжелые металлы, такие как железо, медь, цинк, молибден, участвуют в биологических процессах и в определенных количествах являются необходимыми для функционирования растений, животных и человека микроэлементами. С другой стороны, тяжёлые металлы и их соединения могут оказывать вредное воздействие на организм человека, способны накапливаться в тканях, вызывая ряд заболеваний. Не имеющие полезной роли в биологических процессах металлы, такие как свинец и ртуть, определяются как токсичные металлы. Некоторые элементы, такие как ванадий или кадмий, обычно имеющие токсичное влияние на живые организмы, могут быть полезны для некоторых видов.

Ртуть, свинец, кадмий входят в общий перечень наиболее важных загрязняющих веществ окружающей среды, согласованный странами, входящими в ООН.

Кадмий является относительно редким и рассеянным элементом, в природе концентрируется в минералах цинка. Поступает в природные воды в результате смыва почв, выветривания полиметаллических и медных руд, и со сточными водами рудообогатительных, металлургических и химических производств. Кадмий в норме присутствует в организме человека в микроскопических количествах. Загрязнение кадмием может возникнуть во время выщелачивания почв, при разложения разных микроорганизмов которые его накапливают, а также из-за миграции из медных и полиметаллических руд.

Уровень кадмия в чистых реках и озерах колеблется на уровне меньше микрограмма на литр, в загрязнённых водах уровень этого элемента доходит до нескольких микрограммов на литр.

Некоторые исследователи считают, что кадмий, в малых количествах, может быть важным для нормального развития животных и человека. Повышенные концентрации кадмия очень опасных для живых организмов. При накоплении организмом соединений кадмия поражается нервная система, нарушается фосфорно-кальциевый обмен. Хроническое отравление приводит к анемии и разрушению костей. Хроническое отравление кадмием разрушает печень и почки, приводя к сильнейшему нарушению функции почек. Избыток кадмия нарушает метаболизм металлов, нарушает синтез ДНК.

Загрязнены мышьяком в основном районы, которые находятся близко к минеральным рудников с высоким содержанием этого элемента (вольфрамовые, медно-кобальтовые, полиметаллические руды). Очень малое количество мышьяка может произойти при разложении живых организмов. Благодаря водным организмам, он может усваиваться этими. Интенсивное усваивание мышьяка из раствора замечается в период бурного развития планктона.

В реках, как правило, содержание мышьяка очень низкое (на уровне мкг/л), а в морях - в среднем 3 мкг/л. Некоторые минеральные воды могут содержать большие количества мышьяка (до несколько миллиграммов на литр).

Больше всего мышьяка могут, содержат подземные водохранилища - до несколько десяток миллиграммов на литр.

Его соединения очень токсичны для всех животных и для человека. В больших количествах, нарушаются процессы окисления и транспорт кислорода к клеткам.

Мышьяк относится к числу наиболее сильных и опасных ядов. В присутствии кислорода быстро образует очень ядовитый мышьяковистый ангидрид. При пероральном отравлении высокая концентрация мышьяка наблюдается в желудке, кишечнике, печени, почках и поджелудочной железе, при хроническом отравлении постепенно накапливается в коже, волосах и ногтях. Процессе отравления приводит к периферическойнейропатии и параличу конечностей. Мышьяк считается канцерогенным для человека.

Ртуть переносится в океан с материковым стоком (прежде всего — из стока промышленных вод) и через атмосферу. В составе атмосферной пыли содержится около 12 тыс. т. ртути. До трети от этого количества образуется при выветривании пород, содержащих ртуть. Ртуть антропогенного происхождения попадает в атмосферу в первую очередь при сжигании угля на электростанциях. Около половины годового промышленного производства этого металла (910 тыс. тонн) попадает в океан. Некоторые бактерии переводят токсичные хлориды ртутив ещё более токсичную метилртуть. Соединения ртути накапливается многими морскими и пресноводными организмами в концентрациях, во много раз превышающих содержание её в воде.

Употребление в пищу рыбы и морепродуктов неоднократно приводило к ртутному отравлению населения. Так, к 1977 году насчитывалось 2800 жертв болезни Минамата, причиной которой послужило поступление в залив со сточными водами отходов предприятий, на которых в качестве катализатора использовалась хлористая ртуть. Соединения ртути высокотоксичны для человека.

Ртуть поступает в окружающую среду при производстве и использовании ртути в химической и электрохимической промышленности. Металлическая ртуть попадает в комнатный воздух из разбитых градусников и люминесцентных ламп.

Свинец— рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Помимо того, свинец поступает в окружающую среду в результате хозяйственной деятельности человека. До запрета на использование в топливе в качестве антидетонатора тетраэтилсвинца в начале XXI века, выхлопные газы транспорта были заметным источником свинца в атмосфере. С континентальной пылью в атмосфере океан получает 20-30 тысяч тонн свинца в год.

В организм человека свинец попадает как с пищей и водой, так и из воздуха. Свинец может выводиться из организма, однако малая скорость выведения может приводить к накоплению в костях, печени и почках.

Свинец известен как токсическое вещество почти 5 тысяч лет среди греческих и арабских ученыхХроническое отравление свинцом постепенно приводит к нарушениям функций почек, нервной системы, анемии. Токсичность свинца увеличивается при недостатке в организме кальция и железа.

Наиболее восприимчива к свинцу гематопоэтическая система, особенно у детей. Для женщин свинец представляет особую опасность, так как этот элемент обладает способностью проникать через плаценту и накапливаться в грудном молоке. Свинец вызывает обширные патологические изменения в нервной системе, крови, сосудах, активно влияет на синтез белка, энергетический обмен клетки и ее генетический аппарат. Он угнетает окисление жирных кислот, нарушает белковый, липидный и углеводный обмены, способен занимать кальций в костях. Свинец нарушает деятельность сердечно-сосудистой системы, вызывая изменения электрической и механической активности сердечной мышцы. Воздействие свинца нарушает женскую и мужскую репродуктивную систему.

Исследователи изучили процесс накопления свинца в почве. Из атмосферы в почву свинец попадает чаще всего в форме оксидов, где постепенно растворяется, переходя в гидроксиды, карбонаты или форму катионов.

Установлено, что в слое глубиной до 5 см свинец накапливается более интенсивно, чем медь, молибден, железо, никель и хром. И это плохо, поскольку из всего этого ряда свинец – самый ядовитый. Отмечена интересная особенность растений – различных своих частях накоплять различное количество свинца. Например, салат и сельдерей в листьях накапливают значительно больше свинца, чем в корнях, а морковь и одуванчик – наоборот.

Отмечено активное накопление свинца в капусте и корнеплодах, причем именно в тех, которые повсеместно употребляются в пищу; например, отмечают большое содержание свинца в картофеле.

Но рекордсменом среди растений по стойкости к соединениям свинца являются дрожжи. Биологи утверждают, что дрожжи могут поглощать огромные количества свинца в виде уксуснокислой соли – до 15 тысяч частей на миллион частей веса дрожжей – без всякого угнетения обмена веществ. Так может быть дрожжи помогут в борьбе с загрязнением солями свинца? Хлористый и йодистый свинец угнетают брожение. Но - нет, дрожжи – рекордсмен по «свинцовостойкости». Этим замечательным свойством обладают не все растения.

Тяжелые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам, контроль за содержанием которых является обязательным для объектов окружающей среды (вода, воздух, почва, отходы), промышленной продукции, пищевых продуктов и сырья.

Заведующая санитарно-гигиенической лабораторией филиала Центра гигиены и эпидемиологии в Республике Марий Эл в Советском районе

§ 8. Свойства и функции белков

Степень денатурации зависит от интенсивности воздействующего фактора и может быть обратимой и необратимой. Необратимая денатурация происходит под воздействием различных химических веществ (концентрированных растворов кислот, щелочей, солей тяжёлых металлов), высоких температур, радиоактивного излучения. При этом разрушаются все структуры белка, изменяются электрические заряды его молекул, что приводит к их слипанию и сворачиванию. При температуре выше 40–50 °С многие белки сворачиваются, т. е. денатурируют необратимо. Соли лёгких металлов и разбавленные растворы кислот и щелочей вызывают обратимую денатурацию, и при снятии фактора воздействия белок восстанавливает свои свойства и функции.

Вопросы и задания

1. Что такое денатурация белка? В какой последовательности при денатурации идёт разрушение структур белка? Что такое ренатурация?

Изменение структуры и потеря белком его природных свойств и структуры под воздействием каких — либо факторов называется денатурацией. Сначала разрушается слабая водородная связь в четвертичной стадии белка, далее она переходит в третичную (имеет форму глобулы), потом в двоичную (спиралевидная молекула с водородными связями) и наконец в первичную (просто цепочка с очень прочными пептидными связями).

Процесс, обратный денатурации, называют ренатурацией. Восстановление белка можно наблюдать только в том случае, если изменения не затронули его первичную структуру

2. Ионы тяжёлых металлов (ртути, мышьяка, свинца) легко вступают в реакцию с серой, образуя сульфиды. Объясните, что произойдёт с белком при взаимодействии с этими металлами. По каким связям идёт взаимодействие?

Необратимая денатурация происходит под воздействием различных химических веществ (концентрированных растворов кислот, щелочей, солей тяжёлых металлов), высоких температур, радиоактивного излучения. При этом разрушаются все структуры белка, изменяются электрические заряды его молекул, что приводит к их слипанию и сворачиванию. Разрушаются дисульфидные мостики (третичная структура), идёт взаимодействие c серосодержащими аминокислотными фрагментами

3. Почему соли тяжёлых металлов являются ядами для организма?

Большинство биоорганических веществ (белки, нуклеиновые кислоты) содержат электронно — донорные группы, включающие азот, серу, кислород. Эти группы образуют водородные связи, формирующие третичную структуру белка. Тяжелые металлы, взаимодействуя с этими группами, разрушают водородные связи в молекулах белков и нарушают третичную белковую структуру. Изменяются биологические свойства вещества (активность, транспортные свойства, процессы транскрипции и трансляции нуклеиновых кислот). В этом заключается канцерогенное и мутагенное действие тяжелых металлов.

4. Определите функции следующих белков: коллагена сухожилия, яичного альбумина, инсулина поджелудочной железы, кератина волос, тромбина крови, фиброина паутины, пепсина желудочного сока, гемоглобина, миоглобина.

коллаген сухожилия: двигательная

яичный альбумин: защитная

инсулин поджелудочной железы: ферментативная

кератин волос: строительная

тромбин крови: защитная

фиброин паутины: строительная

пепсин желудочного сока: ферментативная

5. При окислении 1 г белков выделяется столько же энергии, сколько при окислении 1 г углеводов. Почему организм использует белки как источник энергии только в крайних случаях? Ответ поясните.

Функции белков –строительная, ферментативная, транспортная, и только в крайних случаях организм использует или тратит белки на получение энергии, только тогда, когда в организм не поступают углеводы и жиры, когда организм голодает.

6. Какие виды денатурации белка вам известны? Какие факторы вызывают денатурацию? Перечертите в тетрадь и заполните таблицу.

7. Внесите в таблицу «Химический состав клетки» (см. ст. 41) сведения о белках.

Почему соли тяжелых металлов являются ядами для организма

Токсичность тиоловых ядов. Механизмы токсичности тяжелых металлов

В патогенезе отравлений и функциональных нарушений организма, экспонированного тяжелыми металлами, тесно сочетаются специфические элементы (избирательная токсичность) и реакция стрессорного, неспецифического характера.

Это определяется особенностями рассматриваемой группы ядов, с одной стороны, и различиями в реагировании организмов на их поступление, обусловленными фило- и онтогенетическими отличиями, — с другой. В первом случае важно учитывать физико-химические свойства металла в элементарной, ионизированной (соли) и соединенной с органическим лигандом формах. А.Альберт указывает на четыре основные группы факторов, определяющих избирательную токсичность ядов в этом плане: ионизация, редокс-потенциал, стерические особенности ковалентной связи и растворимость. Однако перечисленные свойства отнюдь не относятся к категории независимых и конвергируют в широких пределах. Так, стерические факторы влияют на ковалентную гидратацию.

Например, метильная группа повышает липофильность соединения, препятствуя присоединению молекулы к соседней двойной связи. Электронодонорная метильная группа при наличии ее связи с атомом углерода понижает кислотность и ведет к росту основности соединения с существенным изменением его биологической активности. Значение указанных закономерностей наиболее четко прослеживается при рассмотрении мышьяк-, олово-, свинец- и ртутьорганических соединений, биологические эффекты которых обусловлены свойствами металла, органического лиганда и молекулы в целом.

Что касается объекта воздействия, то, во-первых, большая часть металлов относится к категории биоактивных и необходимых для нормальной жизнедеятельности организма. Это вызывает негативные реакции, изменение физиологических функций и метаболизма не только при избытке, но и при недостатке микроэлементов в организме. Р.Мартин распределяет химические вещества, в том числе и ионы металлов, в зависимости от их поведения в живых системах на необходимые, инертные и токсичные. При этом он сразу же оговаривает условность такого подразделения, так как в зависимости от концентрации и времени контакта металл может действовать по каждому из названных типов.

Слабость такой классификации объясняется также тем неоспоримым фактом, что само понятие "необходимость" постоянно уточняется. При этом главное внимание справедливо уделяется взаимосвязи между химией ионов металлов и их жизненно важной ролью, хотя в решении этой проблемы, по справедливому мнению Х.Зигеля, мы находимся в самом начале пути.

Именно приложение координационной химии металлов к биологическим проблемам привело к развитию нового перспективного направления в биохимии, получившего наименование "неорганическая биохимия". Во-первых, раскрытие закономерностей образования комплексов металлов с олигомерами, пептидами, белками и небелковыми макромолекулами может иметь большое значение для познания, в частности, механизмов токсического действия ионов металлов, в том числе переходных и тяжелых. Во-вторых, имеет место функциональное взаимодействие эссенциальных, бионеобходимых микроэлементов в организме, вне деформации которого рассмотрение механизмов токсического действия тяжелых металлов не может быть признано удовлетворительным.

Наконец, в-третьих, в известных пределах существует обратная функциональная взаимосвязь между величиной действующей или суммарной дозы тяжелого металла и выраженностью его избирательной токсичности (полнотой проявления специфических биологических свойств, особенно на клеточном и молекулярном уровнях). В то же время воздействие в очень низких дозах, если исключить парадоксальные эффекты, представляет наибольшие трудности в интерпретации наблюдаемых изменений, так как в сложных и многоэтапных процессах биотрансформации вводимого вещества, сочетания повреждающих и компенсаторных реакций вычленить и охарактеризовать токсическое действие крайне затруднительно, а сделанные обобщения могут носить лишь спекулятивный характер.

Отличительной особенностью рассматриваемой группы токсикантов является их выраженная способность к материальной кумуляции в биообъектах с возможными признаками токсического действия после более или менее продолжительного латентного периода (хронотропность данной группы ядов).

Безусловно, существуют определенные особенности клинических проявлений отравлений тяжелыми металлами при разных путях их поступления в организм, зависящие от соотношения местного и общего (общетоксического) компонентов повреждения и реагирования, распределения ядов в тканях и скорости достижения критической концентрации металла в органе, т.е. такой (по определению ВОЗ) концентрации, когда в любой из его клеток возникают обратимые или необратимые неблагоприятные функциональные изменения. При этом за критический орган принят такой, в котором впервые или раньше достигается критическая концентрация металла при определенных условиях для данной популяции данного биологического вида. При этом для данной группы ядов биохимические изменения в организме человека и животных являются наиболее показательными.

Ведущим механизмом токсического действия тяжелых металлов признается угнетение ими многих ферментных систем в результате блокирования сульфгидрильных и других функциональных групп в активных центрах и иных биологически важных участках белковых молекул.

Традиционно объектами наиболее пристального внимания являются ферментные системы энергетического обмена. Например, ведущим процессом в механизме токсического действия мышьяка и арсенитов, кадмия свинца, ртути и других металлов, принадлежащих к числу меркаптидообразующих тиоловых ядов, является блокирование SH-групп пируватоксидазной системы, которая содержит ковалентно-связанный дитиоловый кофактор — липоевую кислоту.

На ее примере был прослежен один из ставших классическим в токсикологии биохимических механизмов токсичности, давший начало систематическому изучению тиоловых ядов, позволивший кардинально решить проблему их антидотной терапии, а также положивший начало широкому использованию химических соединений с известным механизмом действия и природных ядов в препаративной биохимии, молекулярной биологии, фармакологии и экспериментальной терапии.

Читайте также:

Почему соли тяжелых металлов являются ядами для организма

Признаки отравления кадмием. Поражение крови и почек тяжелыми металлами

Влияние некоторых тяжелых металлов и микроэлементов на биохимические процессы в организме человека

похожие статьи

Соли тяжелых металлов

§ 8. Свойства и функции белков

Почему соли тяжелых металлов являются ядами для организма

Токсичность тиоловых ядов. Механизмы токсичности тяжелых металлов