Особенности взаимодействия ксенобиотиков с абиотическими компонентами окружающей среды

Согласно общепринятой классификации[1] вещества, находящиеся в окружающей среде, можно подразделить на природные вещества и ксе-

нобиотики, т.е. вещества, не свойственные окружающей среде. Такие вещества получают искусственным путем, как правило, с помощью органического синтеза, и по своей структуре и биологическим свойствам они чужды живым организмам. В настоящее время известно около 18 млн химических соединений, из которых почти 100 тыс. используются в промышленном производстве. Эти вещества могут обладать токсическими свойствами, и тогда они называются экотоксикантами.

Экотоксикантами неорганического происхождения являются соединения тяжелых металлов — свинца, ртути, кадмия и др., которые присутствуют в окружающей среде в основном в виде водорастворимых солей и металлоргапических соединений — метилатов и биметилатов. Так, один из наиболее изученных механизмов биометилирования предполагает, что в процессе микробиологического метилирования ртути участвует метил- кобаламин, производное витамина В12 (метилкоррииоид), производимый многими живыми организмами. Процесс включает неэнзиматический переход метиловой группы метилкобаламина к иону ртути Hg2+, при этом переход является карбапиониым (СН3) процессом. В организмах человека и высших животных ионы тяжелых металлов подвергаются метаболизму. Биохимические реакции с участием энзимов (ферментов) могут приводить как к детоксикации тяжелых металлов, так и к образованию метаболитов с более высокой токсичностью. В этом случае можно говорить об активации. Возможны три типа превращений под действием энзимов1:

  • • полная минерализация;
  • • разрушение ксенобиотика до низкомолекулярных соединений, которые затем выделяются в окружающую среду и включаются в природный круговорот веществ;
  • • химическая трансформация с накоплением метаболитов в клетках организма.

Абиотическими механизмами превращения тяжелых металлов в окружающей среде преимущественно являются окислительно-восстановительные реакции с изменением валентности и степени растворимости. В ходе атмосферного переноса происходят постепенное выщелачивание из аэрозольных частиц, преимущественно оксидов, и переход в ионную, т.е. водорастворимую форму. Это обусловлено присутствием в атмосфере серной и азотной кислот.

Экотоксиканты органического происхождения весьма многообразны и многочисленны. К ним традиционно относят все биоциды, т.е. вещества, синтезированные специально для уничтожения живых организмов: пестициды, гербициды, инсектициды, фунгициды и т.д. Все они являются хлорорганическими соединениями различного строения (рис. 2.1) — полихлорированные бифенилы, полихлорированные циклодиены (пестициды дриновой группы, ДДТ — дихлордифенилтрихлорэтан)[2] [3].

Структура основных пестицидов

Рис. 2.1. Структура основных пестицидов

Хлорорганические производные являются малополярными органическими веществами, поэтому обладают кумулятивным токсическим эффектом — накапливаются в жировых тканях. Для атома хлора характерны реакции нуклеофильного замещения, и этим объясняется высокая биологическая активность таких веществ. Они могут вступать в реакции с аминогруппами белков и нуклеиновых кислот, вызывая их необратимое поражение.

Не меньшим разнообразием отличаются представители диоксинов (полихлорированные дибензо-п-диоксины (ПХДД) и дибензофураны (ПХДФ)) (рис. 2.2) — суперэкотоксикантов, которые содержатся в летучей золе мусоросжигательных заводов, стоках целлюлозно-бумажных комбинатов, т.е. в итоге также являются компонентами твердых отходов[4].

Общая структура полихлорированных дибензофуранов и полихлорированных дибензо-п-диоксинов

Рис. 2.2. Общая структура полихлорированных дибензофуранов и полихлорированных дибензо-п-диоксинов

В окружающей среде органические экотоксиканты могут подвергаться следующим абиотическим и биотическим превращениям.

Гидролиз включает гидратацию сложных эфиров, замещение атомов галогенов на гидроксильные группы. Скорость гидролиза сильно зависит от pH почвы и температуры, например в кислых почвах и при низких значениях температуры хлорорганические пестициды не разрушаются несколько лег.

Восстановление (в отсутствие кислорода воздуха) — анаэробные процессы, например в донных отложениях. Под действием анаэробных микроорганизмов происходит выделение водорода, приводящее к восстановлению ионов металлов, карбоксильных и карбонильных групп и некоторым другим процессам.

Окисление происходит в газовой и водной фазах, а также в адсорбированном состоянии за счет различных активированных форм кислорода.

Существует также ряд веществ, которые не оказывают токсического (ядовитого) действия на человека или другие живые организмы, но делают менее благоприятной среду обитания. К таким веществам, например, можно отнести углекислый газ и другие парниковые газы или лигнин, не оказывающий прямого негативного воздействия на человека, но нарушающий экологическое равновесие в водоеме, попадая туда со сточными водами. Лигнин — один из самых устойчивых и широко распространенных органических полимеров в природе. Это строительный материал древесины, который в то же время является стойким органическим загрязнителем, поскольку трудно подвергается деструкции в анаэробных условиях. Однако есть данные, что в разрушении технических лигнинов, поступающих в водные объекты суши со стоками целлюлозно- бумажного производства, участвуют грибы, разрушающие стойкие фракции лигнина1.

  • [1] Международный проект по ликвидации СОЗ. URL: http://www.ipen.org/sites/default/files/documents/4rus_russia_country_situation_report-ru.pdf (дата обращения: 11.06.2014).
  • [2] Зеленин К. Н. Что такое химическая экотоксикология // Соровский образовательныйжурнал. Т. 6. 2009. № 6.
  • [3] Там же.
  • [4] Зеленин К. Н. Указ. соч.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >