Вопросы по «Ксенобиологии»

1.Основные представления о биологической активности и скрининге ксенобиотиков. Примеры скрининга.

2.Особенности биотрансформации, поступления и выведения ксенобиотиков у разных организмов.

3.Влияние ксенобиотиков на физико-химические свойства цитоплазмы, проницаемость биологических мембран и метаболические процессы в клетке.

4.Общие представления об избирательном действии ксенобиотиков. Определение понятия избирательности. Роль физико-химических свойств ксенобиотиков в процессах избирательности.

5.Тестирование биологической активности ксенобиотиков. Стандартизация и подбор тест-систем. Специфические и неспецифические модели (тест-объекты).

6.Реакции биотрансформации неорганических ксенобиотиков.

7.Общие представления о стадиях биотрансформации ксенобиотиков. Ферментные системы, основные закономерности действия ферментов. Индукция защитных свойств организма.

8.Принципы организации системы тестирования биологической активности ксенобиотиков. Биологический эпиморфизм. Основные цели биотестирования.

9.Биоаккумулирование ксенобиотиков. Коэффициент накопления. Одно- имногоразовые дозы.

10.Характеристика факторов, влияющих на биоаккумулирование ксенобиотиков. Трофические цепи и экологические пирамиды.

11.Характеристика вредного влияния ксенобиотиковна экосистемы: критериивредного влияния, последствия и формы, зависимость от времени.

12.Разнообразие видов биологической активности, причины ее обуславливающие. Системы классификации биологического действия ксенобиотиков.

13.Система оценки первичной безопасности ксенобиотиков: характеристика тест-объектов и тест-реакций.

14.Экологический мониторинг среды. Биотесты и биоиндикаторы. Использование приемов биотестирования в системе экологического мониторинга.

15.Простая и облегченная диффузия ксенобиотиков через биологические мембраны, их отличительные черты.

16.Влияние физиологических, генетических и факторов окружающей среды на биотрансформацию ксенобиотиков.

17.Основные пути поступления и выведения гидрофильных и гидрофобныхксенобиотиков живыми организмами.

18.Характеристика основных процессов поведения ксенобиотиков в экосистемах. Роль адсорбции и перемещения.

19Экологическая опасность процессов разрушения ксенобиотиков в биоценозах.

20.Реакции метаболического окисления органических ксенобиотиков, основные типы и ферменты.

21.Общая схема и основные реакции конъюгации в живых системах. Ферменты,катализирующие эти реакции.

22.Антагонизм, аддитивность и синергизм биологического действия ксенобиотиков. Примеры синергизма и схема антагонистических взаимодействий.

23.Образование хелатных комплексов. Характеристика лиганд (хелатирующихагентов). Сродство, коэффициент устойчивости.

24.Концепция рецепторов. Критерии отнесения молекулы к рецептору. Регуляция внутриклеточных процессов с участием вторичных мессенджеров.

25.Амфифильные ксенобиотики, их классификация (на примере ПАВ). Характеристика этапов их взаимодействия с биологическими мембранами, характер изменения селективности мембраны.

26.Роль физико-химических факторов в превращении ксенобиотиков в окружающей среде.

27.Химиобиологические закономерности ксенобиотиков и подходы, используемые для их установления.

28.Понятия токсичности и опасности ксенобиотиков для живых систем. Яды и токсины. Приемы классификации.

29.Реакции метаболического восстановления и гидролиза органических ксенобиотиков, основные типы и ферменты.

30.Активный транспорт ксенобиотиков через биологические мембраны: определение и характеристика основных механизмов.

31.Характеристика процессов адсорбции ксенобиотиков . Изотерма Лэнгмюра.

32.Экологическая и токсикологическая характеристика оксидов азота, серы и фторсодержащих углеводородов.

33. Экологическая и токсикологическая характеристика тяжелых металлов.

34.Экологическая и токсикологическая характеристика пестицидов, удобренийи биогенных элементов.

35.Экологическая и токсикологическая характеристика органических ксенобиотиков: полихлорбифенилы, нефть и нефтепродукты, поверхностно-активные вещества.

36.Виды мембранотропных эффектов. Типы мембранотропности ксенобиотиков.

37.Описание процессов связывания молекул ксенобиотиков с активными сайтами биологических мембран в отсутствии диффузионных ограничений.

38.Модели биофазы и Хилла, их использование для описания закономерностей взаимодействия веществ с активными центрами биологических мембран.

39.Пиноцитоз и фагоцитоз ксенобиотиков. Основные этапы.

40.Пассивный транспорт ксенобиотиков. Общие закономерности, виды пассивного транспорта. Движущие силы пассивного транспорта.

41.Масштабы химического загрязнения биосферы. Основные типы и причины роста глобального химического загрязнения.

42.Неорганические ксенобиотики. Металлы. Двухфазность биореакции на действие тяжелых металлов.Факторы, способствующие хелатообразованию.

43.Связь процессов ионизации молекул ксенобиотиков с их биологической активностью.

44.Поверхностные явления в системах воздух-вода, масло (липид) - вода. Классификация поверхностно-активных веществ. Мицеллообразование ПАВ. Виды мицелл.

45.Развитие биологической реакции на действие эффектора. Многоканальная система передачи сигнала.

46.Экологическая и токсикологическая характеристика моно-, диоксида углеродаи озона.

47.Основные типы химических связей и их роль в процессах связывания эффектора с мембранактивными сайтами (рецепторами).

48.Ионизация, ее природа. Константа и степень ионизации молекул ксенобиотиков.

49.Периоды и этапы формирования представлений о биологической активности химических соединений.

50.Роль природы превращений и процессов перемещения ксенобиотиков для функционального состояния экосистем.

51.Накопление и распределение как один из механизмов избирательного действия ксенобиотиков. Цитологический механизм избирательного действия.

52.Биохимический механизм избирательного действия ксенобиотиков для различных организмов.

53.Удаление или маскировка как один из механизмов биологического действия хелатирующих агентов. Характеристика антидотов.

54.Влияние наноматериалов на среду

55.Наноматериалы и примеры их токсическогр действия

56. Аденилциклазные и ионизитодфосфатные пути передачи внутриклеточного сигнала

1. Основные представления о биологической активности и скрининге КС. Примеры скрининга.

Живой организм - упорядоченная во времени и пространстве система взаимосогласованных химических реакций, совокупное течение которых обеспечивает устойчивое поддержание и развитие системы в направлении её дублирования и воспроизводства.

Биол активность (БА) - способность взаимод-ть на живую материю. Принцип реакции живой материи на КС - попадание в организм даже одной молекулы вызывает его ответную р-ю; тип и величина реакции определяются свойствами КС, его концентрацией и биологической мишенью. Принцип - попадание-реакция - любое проявление БА КС связано с его способностью пройти путь от внешней среды до мишени, связаться с ней и вызвать ее реакцию.

Начало пути - первый контакт химического соединения с биологическим объектом мб случайным (через загрязнение среды) или принудительным (введение лекарств), после чего чужеродное соединение и биологический объект взаимодействуют.

БА КС - способность изменять функциональные возможности либо компонентов организма (іn vitro/іn vivo), либо живого организма в целом, либо сообщества организмов.

КС, попавшие в клетку, могут проявить БА под влиянием дополнительных физических или химических факторов среды (многие красители способны к фотодинамическому эффекту при световом облучении). Виды БА, которые определяются факторами:

• множеством биол объектов, их состояний и протекающих в них реакций. Поскольку любой живой организм индивидуален - индивидуальная реакция на данный КС;

• способом попадания в организм (доза, физическая форма вещества, временной режим введения, место введения и т. д.);

• наличием или отсутствием доп-х воздействий, которые предшествуют, сопутствуют или следуют за введением химического соединения. Такими воздействиями могут быть другие вещества или их комбинации, другие искусственные или естественные факторы (физич, электромагнитные‚ гравитационные поля, t, давление и т. д.; биол-е, обусловленные влиянием других орг);

• способом, врем-м нападения, принципом подбора биообъекта, анализом информации и т. д.

Цели определения БА КС весьма широки - от поиска лекарств и химических генно-инженерных приемов до поиска химических средств управления биогеоценозами и окружающей среды в целом. Цели определения БА КС:

• выявление полезных для чел соединений, например, для профилактики и лечения болезней, расширения физиологических и интеллектуальных возможностей человека и т. д;,

• обнаружение вредных для чел БА у испытуемых КС. Особую опасность представляют виды БА химических соединений, как мутагенная, канцерогенная, эмбриотоксическая и т. п.;

• нахождение КС, влияющих на продуктивность и биол-е равновесие естественных и искусственных экосистем. Они нужны c/х, микробиол промыш-ти, лесному, рыбному хозяйству;

• установление таких БА у испытуемых чужеродных соединений, которые могут вызвать неконтролируемое опасное или недостаточно прогнозируемое нарушение биол-го равновесия природных экосистем. Например, способность соединений резко увеличивать вероятность гибрилизации вирусов гриппа или какой-либо другой группы вирусов или мо;

• нахождение хим соед-й, которые могут быть реактивами для исследовательских работ в биологии и медицине и которые могут привести к развитию новых методов исследования;

• накопление знаний, позволяющих предсказать виды БА по химической структуре вещества.

Скрининг - проверка большого массива КС на один или несколько видов БА.

Идея скрининга возникла достаточно давно, во всяком случае в пе­риод становления химической индустрии она уже прочно завоевала себе место в умах фармакологов.

Таким образом, тотальная проверка большого массива химических соединений или природных объектов, направленная на выявление по­тенциальных лекарств, получила в XX в. свое развитие как один из основных методов поиска новых лекарств и вообще химических соеди­нений с заданным типом биологической активности.

Экономическая эффективность скрининга возрастает, если растет число тестируемых активностей, и скрининг становится многоцелевым, а также помимо фармакологии ориентирован и на цели сельского хо­зяйства, микробиологической промышленности, охраны окружающей среды и т. д.

Система тестирования КС по видам биологической ак­тивности - 2 подхода.

1 - уровень целевого объекта испытаний (человек, животное, растение, биогеоценоз), на который должно быть направлено действие искомого ксенобиотика, исходя из целей поиска (лекарства, ветеринарное сред­ство, гербицид и т. д.),

2 - совокупность тест-объектов, базирующихся на использовании более примитивной организации жи­вой материи, чем целевой Использование второго подхода оправдано в тех случаях, когда первый не обеспечивает достаточной производи­тельности и т. д.

В ходе скрининга КС с успехом используют такие тесты, как определение плотности мочи, содержание в ней сахара, крови (с помощью индикаторных бумажек) и т.д.

Тест-объект - организм, используемый при оценке токсичности химических веществ, природных и сточных вод, почв, донных отложений, кормов и др. 

Тест-объекты - "датчики" сигнальной информации о токсичности среды и заменители сложных химических анализов, позволяющие оперативно констатировать факт токсичности (ядовитости, вредности) водной среды ("да" или "нет"), независимо от того, обусловлена ли она наличием одного точно определяемого аналитически вещества или целого комплекса аналитически не определяемых веществ, какой обычно представляют собой сточные воды.

Тест-объекты с известной степенью приближения дают колич-ую оценку уровня токсичности загрязнения водной среды - сточных, сбросных, циркуляционных и природных вод. 

Для биотестирования используются различные гидробионты - водоросли, мо, беспозвоночные, рыбы. Наиболее популярные объекты - ювенальные формы (juvenile forms) планктонных ракообразных-фильтраторов Daphnia magna, Ceriodaphnia affinis. Cемидневный тест на суточной молоди цериодафнии Ceriodaphnia affinis позволяет за более короткий срок (7 сут), чем на Daphnia magna (21 сут) дать заключение о хронической токсичности воды. 

Важное условие правильного проведения биотестирования - использование генетически однородных лабораторных культур, так как они проходят поверки чувствительности, содержатся в специальных, оговоренных стандартами лабораторных условиях, обеспечивающих необходимую сходимость и воспроизводимость результатов исследований, а также максимальную чувствительность в токсическим веществам. 

Что служит основанием для выбора тест-объекта при проведении биотестирования? 

Стандартные методики, регламентированные нормативными документами, определяют тест-объекты, которые используются при определении токсичности тех или иных сред. В Украине в качестве стандартных приняты тесты с ветвистоусыми и жаброногими ракообразными, водорослями, инфузориями, светящимися бактериями.