10. Взаимосвязь строения и состава химических веществ (экотоксикантов) с их биологическим (токсическим) действием.

Связь химического строения вещества с его действием одна из проблем, интерес к которой не остывает несколько десятков лет.

Специфика строения БАВ лежит в основе селективного реагирования специализированных рецепторных компонентов клеток и тканей на химическое воздействие. Одновременно было подтверждено, что если вещество, находящееся в молекулярном дисперсном состоянии, то его морфологическое токсикологическое состояние зависит от его химического строения. Данное положение остается верным и в случае физико-химического взаимоотношения рецепторов с ксенобиотиками, поскольку свойства: агрегатное состояние, температура кипения и замерзания, электропроводность и т.п. зависят от его химического строения.

Русский токсиколог Пеликан Евгений Венцеславович писал: «Действие ядов определяется химическим строением или свойствами, числом и расположением частиц, поэтому вещества, аналогично составленные и имеющие аналогичные реакции, оказывают аналогию в образе своего действия». Под руководством Эрлиха были проведены работы в области химиотерапии рака, было сформулировано положение о функциональном значении отдельных частей молекул БАВ. Стало ясно, что для понимания БАВ надо раскрыть молекулярную природу его взаимодействия с рецептором. Обнаружились неожиданные явления: незначительно различающиеся по химическому строению вещества нередко оказывают противодейственное свойство, в то время как ряд соединений относящихся к разным группам давал сходный эффект. В то же время одно и тоже вещество может проявлять себя по разному, в зависимости от того, на какую биоструктуру воздействует. При этом высокая степень избирательного взаимодействия с рецепторами присуще ксенобиотикам, также как медиаторам, гормонам и биомолекулам.

11. Связь токсичности химических веществ с их молекулярной массой, размерами молекул и их структурным строением.

Было установлено, что сила биодействия многих принадлежащих к разным классам химических веществ связана с их молекулярной массой. При прочих равных условиях, чем больше размер молекулы вещества, тем выше его биологическая активность. Эта зависимость была определена в ряду алкалоидов.

Согласно правилу Ричардсона наркотическое действие неэлектролитов возрастает в гомологическом ряду с увеличением числа атомов углерода, т.е. с возрастанием молекулярной массы. Однако это правило имеет ряд исключений. Первые представители гомологических рядов – производные метана оказывают более сильное общее токсическое и специфическое действие, чем последующие. Так, муравьиная кислота, формальдегид, метанол значительно токсичнее, чем уксусная кислота, ацетальдегид и этанол. Дальнейшее нарастание наркотического эффекта идет только до определенного ряда, а затем уменьшается, что связано с резким изменением растворимости.

Изменение токсичности происходит неравномерно. При переходе от этанола к пентанолу молекулярная масса возрастает в 2 раза, а токсичность возрастает в 20 раз.

При переходе от пентанола к октанолу молекулярная масса увеличивается в 1,5 раза, а токсичность в 1000 раз.

Если молекулярную массу спиртов изменять посредством числа увеличения гидроксильных групп — снижается наркотическое действие спиртов.

| | | | | V

слабая токсичность HO-CH2-CH2-OH (этиленгликоль) HO-CH2-CH(OH)-CH2-OH глицерин токсичность уменьшается

гликоли

При исследовании других классов органических соединений было показано, что удлинение углеродной цепи у кетонов, альдегидов, органических кислот усиливает их раздражающее действие на слизистые оболочки и вызывает отек легких.

В каждом классе органических соединений встречаются вещества с аномальными свойствами, когда правило Ричардсона не подтверждается.

У органических соединений серы R-SH — меркаптаны, в гомологическом ряду меркаптанов токсичность вначале убывает от C1 к C3, но далее при увеличении молекулярной массы до C6, возрастает ядовитость меркаптанов. У других веществ этого класса органических сульфидов R-S-R постепенный рост токсичности – при увеличении от C1 до C9, а с C10 – свойство ослабляется. Аналогичное явление наблюдается при оценке запахов углеводородов альдегидов органических кислот; их пахучесть возрастает от C1 до C5-C6, а затем постепенно ослабляется и исчезает при C11-C16.

Биологическая активность и токсичность вещества не всегда зависит от увеличения молекулярной массы на всем протяжении гомологичного ряда.

Понять физико-химическую сущность таких колебаний в «поведении» названных химических соединений в организме позволяют следующие закономерности:

1. В гомологичных рядах растворимость в воде падает быстрее, чем нарастает биологическая токсичность.

2. С другой стороны, скорость расщепления в организме органических молекул падает с увеличением молекулярной массы.

3. Необходимо знать, что с увеличением размера молекулы возникают трудности во взаимодействии молекул со специфическими рецепторами.