Изменение активности пероксидазы при воздействии экотоксикантов на организм лабораторных животных
Изменение активности пероксидазы при воздействии
экотоксикантов на организм лабораторных животных.
Одним из наиболее
опасных и масштабных по характеру воздействия на окружающую среду является
химическое воздействие. В настоящее время в результате хозяйственной
деятельности человека в биосфере циркулирует большое число различных чужеродных
для человека и животных соединений, или ксенобиотиков (термин «ксенобиотики»
дословно обозначает «чуждый жизни»), многие из которых имеют исключительно
высокую токсичность. Наиболее опасные соединения называются экотоксикантами.
Экотоксиканты - ядовитые химические загрязнители окружающей среды,
способные долгое время сохраняться, мигрировать и накапливаться в ее
биотических и абиотических компонентах, оказывая длительное токсическое
воздействие на человека и животных. В экологическом аспекте любые химические
загрязнения являются чужеродным комплексом в экосистеме, и их принято
подразделять на четыре класса опасности: I - чрезвычайно опасные, II – высоко
опасные, III - умеренно опасные и IV – малоопасные. В настоящее время скорость
увеличения вредного воздействия средовых химических факторов и интенсивность их
влияния выходит за пределы биологической приспособляемости экосистем к
изменениям среды обитания и создает прямую угрозу жизни и здоровью населения,
поэтому требуется всестороннее изучение экотоксикантов и разработка мер борьбы
с их распространением и повреждающим действием являются актуальной проблемой
всемирного значения.
Поступление токсичных веществ в организм осуществляется различными
путями, в частности через желудочно-кишечный тракт, кожные покровы, через
легкие. Процесс, посредством которого токсиканты попадают в организм из
воздуха, почвы и воды и накапливаются в нем, называется биоаккумуляцией. С
возрастанием силы и длительности воздействия ксенобиотика в организме происходят
поэтапные процессы. Важнейшее значение играет транспорт веществ через клеточные
мембраны, поэтому наибольшей способностью к биоаккумуляции обладают
жирорастворимые вещества. Ксенобиотики адсорбируются волосами, ногтями, кожей и
депонируются в ткани подкожной клетчатки. В результате накопления биоцидов в
организме нарушается деятельность ферментных систем, регулирующих процессы
обмена веществ, иммунологическая реактивность, деятельность органов дыхания,
кровообращения, нервной, эндокринной, репродуктивной системах. На следующем
этапе возникают симптомы болезни, развертывается клиническая картина
заболевания, и при неблагоприятном варианте течения наступает смерть. Не менее
опасным является и канцерогенное и эмбриотоксическое действие ксенобиотиков, их
способность вызывать повреждение структуры ДНК (Mn, V, Pl, Zn) и пикоз ядер.
Вся совокупность ксенобиотиков, находящихся в окружающей среде в
определенных количествах, называется ксенобиотическим профилем среды.
Ксенобиотический профиль различных регионов Земли формировался постепенно в
течение многих миллионов лет и активно изменяется в настоящее время. Особенности
ксенобиотического профиля Самарской области заключается в высоком содержании
высоколорированных диоксинов почве, водоемах и атмосфере, в связи с работой
завода химических удобрений в г. Чапаевск. Опасение вызывает загрязнение
окружающей среды соединениями тяжелых металлов, такими как ртуть, свинец,
кадмий, цинк, ванадий.
В данной работе будет рассмотрено влияние пятиокиси ванадия на
ферментативную систему и состояние организма в целом.
Ванадий – один из токсикантов, широко представленный в окружающей
среде. Он относится к группе микроэлементов и является жизненно необходимым,
так как участвует в процессах метаболизма и подавляет образование холестерина
в кровеносных сосудах. С химической точки зрения ванадий довольно инертен. С
кислородом он образует несколько оксидов: VO, V2O3, VO2,V2O5. В ходе работы
использовался V2O5 — кислотный водорастворимый оксид оранжевого цвета. Поступления
этого соединения в организм происходит преимущественно через органы дыхания,
выводится из организма экскреторными органами.
По характеру поражений органов и тканей водорастворимые соединения
ванадия могут быть отнесены к ядам общетоксического действия. Пятиокись ванадия
в больших количествах вызывает поражение ЦНС, сердечнососудистой и дыхательной
систем. Установлено, что ванадий может тормозить синтез жирных кислот,
подавлять образование холестерина, что способствует развитию атеросклероза.
Ванадий ингибирует ряд ферментных систем, тормозит фосфорилирование и синтез
АТФ, снижает уровень коэнзимов А и Q, стимулирует активность моноаминоксидазы и
окислительное фосфорилирование. Известно также, что при шизофрении содержание
ванадия в крови значительно повышается.
Избыточное поступление ванадия в организм обычно связано с
экологическими и производственными факторами. При остром воздействии
токсических доз ванадия у рабочих отмечаются местные воспалительные реакции
кожи и слизистых оболочек глаз, верхних дыхательных путей, скопление слизи в
бронхах и альвеолах. Возникают и системные аллергические реакции типа астмы и
экземы; а также лейкопения и анемия, которые сопровождаются нарушениями
основных биохимических параметров организма.
ПЕРОКСИДАЗЫ - ферменты класса оксидоредуктаз, катализирующие окисление с
помощью перекиси водорода и разлагающие неорганические и органические вещества
по схеме:
E, E1 и E2-
соответственно исходная пероксидаза и ее окисленные формы; ДН2, ДН•
и Д-соответственно исходный, полуокисленный и окисленный субстраты; k-константа
скорости р-ции.
Молекула
пероксидазы состоит из следующих компонентов:полипептидной цепи, состоящей из
около 300 аминокислотных остатков, простетической группы, представленной
протогематином IX в центре молекулы, и гликопротеиновой части. Вокруг глобулы
белка располагаются молекулы воды. В составе молекулы имеется катион железа Fe
III, связанный 5 координационными связями с белковой частью. В рабочем цикле
белка шестое место занимает молекула пероксида.
Пероксидазы широко распространены в животных
и растительных клетках, они могут находиться как в связанном с клеточной
стенкой состоянии, так и в цитоплазме. В организме человека пероксидаза содержится
преимущественно в лейкоцитах и слизистой тонкого кишечника, где она существует
в виде нескольких форм (изоферментов), состав и соотношение между которыми
зависит от состояния организма и влияния факторов окружающей среды. Обширная
группа пероксидаз участвует в разрушении перекиси водорода и других перекисей,
превращая их в воду и спирты.
Например, лейкоцитарная пероксидаза - пероксидаза
эозинофилов разрушают перекись водорода, продуцируемую в легких клетками крови
при их контакте с кислородом. Поэтому эти энзимы могут участвовать в
биопревращении чужеродных веществ в легких.
Простогландинсинтетаза активирует образование
простогландинов (гидроперекисей жирных кислот) из арахидоновой кислоты. В ходе
последующего восстановления гидроперекисей окисляются другие субстраты и среди
них ксенобиотики, содержащиеся в тканях. В ходе процесса потребляется
арахидоновая кислота и ксенобиотики, а продуцируются простогландины и
окисленные формы этих ксенобиотиков. Широкое распространение ПГС в тканях
млекопитающих позволяет предположить, что этот механизм может лежать в основе
целого ряда реакций биопревращения чужеродных соединений, особенно в тканях с
низкой активностью, например, мозговом слое почек, эндотелии мочевого пузыря.
В эритроцитах, печени, хрусталике глаза имеется
глутатионпероксидаза, которая содержит селен и специфично окисляет
восстановленный глутатион. Глутатиопероксидаза может восстанавливать
гидроперекиси свободных жирных кислот, гидроперекиси фосфолипидов,
эстерифицированных жирных кислот, превращая липоперекиси в менее токсичные
оксикислоты и этим предупреждают повреждение биоструктур.
Миелопероксидаза
разрушает токсическую перекись водорода, образующуюся внутриклеточно в процессе
жизнедеятельности клеток. Миелопероксидаза – железосодержащий геминовый
фермент, локализующийся преимущественно в специфической зернистости
цитоплазмы гранулоцитов и являющийся маркером клеток миелоидной природы. Активированное
этим ферментом разрушение белка клеточной стенки бактерий является смертельным
для микроорганизма, а активированное им йодинирование частиц относится к
бактерицидной функции лейкоцитов.
Цель работы:
Определение активности пероксидазы в крови лабораторных животных при
воздействии на организм пятиокиси ванадия.
Объект
и методы исследования.
Исследования
проводились на лабораторных крысах Wistar, которые содержались в виварии
в НИИ Гигиены на стандартном кормовом рационе. Были сформированы две группы
животных: первая группа - 5 особей – экспериментальная, вторая группа – также 5
особей – контрольная. Пятиокись ванадия вводилась подкожно крысам
экспериментальной группы в количестве 0,25 DL50,
что составляло 3 мг на килограмм массы тела. Необходимая концентрация V2O5 содержалась
в 2,3 мл исходного раствора. Крысам контрольонй группы вводили соответствующие
объёмы дистиллированной воды. «Затравка» проводилась пятикратно с интервалом в
три дня. На третий день после последнего введения пятиокиси ванадия был
произведен забор крови из хвостовой вены лабораторных животных экспериментальной
и контрольной групп для определения активности пероксидазы.
Ход работы:
Определение активности пероксидазы
проводилось по методу В.С.Асатиани. Принцип метода основан на определении
скорости реакции окисления индигокармина пероксидазы в слабокислой среде в
присутствии пероксидазы крови. Мерой активности пероксидазы служит время,
необходимое для окисления индигокармина. Пероксидазная активность крови
выражается в секундах. В норме этот показатель составляет 30-50 секунд.
В результате проведенного
исследования установлено, что в контрольной группе средний показатель
активности пероксидазы составлял 28,33 с. После введения пятиокиси ванадия
активность пероксидазы снизилась до 53,17 c.
Вывод:
В результате проведенных
исследований мы можем выявить действие на организм лабораторных крыс пятиокиси
ванадия. Очевидно, что по сравнению с контрольной группой, у опытных животных
активность пероксидазы снизилась в 1,88 раз. Данный показатель превышает норму
на 3,17 с.
Итак, целью нашей работы являлось
изучение влияния пятиокиси ванадия на ферментативную систему организма. В
работе представлено фактическое доказательство того, что ванадий ингибирует ряд
ферментных систем, тормозит фосфорилирование и синтез АТФ.