- •Введение в экологическую химию
- •Глава 1
- •§ 1.1. Биосфера и происхождение жизни на земле
- •§ 1.2. Энергетический и материальный баланс биосферы
- •§ 1.3. Антропогенное воздействие на окружающую среду
- •§ 1.4. Ограниченность природных ресурсов
- •§ 1.5. Энергетика и экология
- •1.5.1. Тепловые электростанции
- •1.5.2. Гидроэлектростажцжи
- •1.5.3. Атомные эяею1росташщи
- •1.5.4.1. Утилизация солнечной энергии
- •1.5.4.2. Термоядерная энергетика
- •1.5A3. Энергия ветра
- •1.5.4.4. Энергия прилива
- •1.5.4.5. Геотермальная энергия
- •1.5.4.6. Другие нетрадиционные источники
- •§ 1.6. Экономические и социальные проблемы охраны окружающей среды
- •Глава 2
- •§ 2.1. Мониторинг как система наблюдения и контроля за состоянием окружающей среды
- •§ 2.2. Процессы массопереноса загрязняющих веществ
- •§ 2.3. Методы контроля загрязняющих веществ в объектах окружающей среды
- •2.3.1. Спектральные методы анализа
- •Глава 3 круговорот веществ в биосфере
- •§ 3.1. Круговорот кислорода, фотосинтез
- •§ 3.2. Круговорот азота
- •§ 3.3. Круговорот фосфора и серы
- •Глава 4 экохимические процессы в атмосфере
- •§ 4.1. Физико-химические свойства атмосферы
- •§ 4.2. Химические процессы в верхних слоях атмосферы
- •§ 4.3. Химические процессы в тропосфере с участием свободных радикалов
- •§ 44. Вода в атмосфере
- •§ 4.5. Проблемы локального и глобального загрязнений воздушной среды
- •4.5.4.1. Монооксид углерода
- •4.5.5. Тяжелые металлы
- •§ 4.6. Способы очистки газовых выбросов
- •4.6.1. Очистка газов от твердых частиц
- •4.6.2. Очистка от газовых примесей
- •Глава 5
- •§ 5.1. Почвенные ресурсы
- •§ 5.3. Почва и вода, эрозия почв
- •§ 5.5. Загрязнение почв пестицидами
- •§ 5.6. Утилизация и переработка твердых отходов
- •Глава 6
- •§ 6.1. Краткие сведения о гидрохимии и гидробиологии
- •§ 6.2. Ашропошнное эвтрофиговжниё водоемов
- •§ 6.3. Лигандный состав и формы существования
- •§ 6.4. Внутриводоемный круговорот пероксида
- •§ 6.5. Роль донных отложений в формировании качества водной среды
- •Глава 7
- •§ 7.1. Виды загрязнений и каналы самоочищения водной среды
- •§ 7.2. Физико-химические процессы на границе раздела фаз
- •§ 7.3. Микробиологическое самоочищение
- •§ 7.4. Химическое самоочищение
- •7.4.1. Гидролиз
- •7.4.2. Фотолиз
- •7.4.3. Окисление
- •§ 7.6. Свободные радикалы в природных водах
- •7.6.2. Свойства радикалов Oj, он
- •§ 7.7. Моделирование поведения загрязняющих веществ в природных водах
- •Глава 8
- •§ 8.1. Молекулярный кислород как окислитель. Образование и свойства металл-кислородных комплексов
- •§ 8.2. Механизмы активации пероксида водорода,
- •§ 8.3. Типовые механизмы каталитических процессов окисления с участием 02, н202
- •§ 8.4. Перспективы технологического использования 02 и н202 как экологически чистых окислителей
- •§ 8.5. Внутриклеточные окислительно-восстановительные процессы с участием 02 и н202
- •Глава 9
- •§ 9.1. Общие сведения о структуре и функции
- •§ 9.2. Виды токсического воздействия загрязняющих веществ
- •§ 9.3. Биотесгирование в оценке загрязнения водной среды
- •Глава 10
- •§ 10.1. Характеристики сточных вод и виды их загрязнений
- •§ 10.3. Особенности биохимической очистки сточных вод
- •10.3.1. Аэробные методы очистки
- •10.3.1.1. Биологические пруды
- •10.3.1.3. Биофильтры
- •10.3.3. Биохимические процессы с участием минеральных форм азота
- •Глава 11
- •§ 11.1. Подготовка питьевой воды
- •§ 11.2. Применение хлора, озона и пероксида водорода в обработке воды и очистке сточных вод
- •1L2.2. Озонирование воды
- •§ 11.3. Методы локальной очистки сточных вод
- •11.3.3. Деструктивные методы очистки
§ 9.2. Виды токсического воздействия загрязняющих веществ
В общем виде воздействие загрязняющих веществ на живой организм подразделяется на три типа: цитотоксическоё, тератогенное и генетическое.
В основе цитотоксического воздействия лежит изменение проницаемости клеточных мембран, нарушение функциональных свойств ферментативных систем клеток. Тератогенное воздействие связано с нарушением действия генов без влияния на наследственные структуры клетки и организма. В основе же генетического воздействия лежит изменение темпа мутагенеза организма. Это особенно существенно на уровне популяций видов, осуществляющих первичную продукцию (низших водорослей).
Действие химических мутагенов (этиленимина, нитрозометилмоче-вины) сходно с действием радиоактивного излучения. В обоих случаях воздействию подвержен наиболее радиочувствительный компонент клетки — ядро, в частности хромосомы. В водных экосистемах по чувствительности к острому облучению и его химическим аналогам на первом месте стоят рыбы, затем ракообразные и моллюски, за ними водоросли и бактерии. В клетке имеются механизмы репарации возникающих первичных повреждений хромосом, но если за время клеточного цикла деления («1ч) в объеме хромосом образуется более 20 радикалов, вновь образующиеся клетки будут поражены хромосомными перестройками.
Наибольшую опасность для человека представляет попадание радионуклидов внутрь организма. Одним из наиболее распрострайенных радиоактивных загрязнителей является криптон-85, образующийся при использовании ядерного топлива на АЭС. Этот газообразный радионуклид инертен, оказывает воздействие на кожу и легкие людей, но в организме не накапливается. Гораздо большую опасность представляет другой распространенный в зоне радиоактивного загрязнения радионуклид — стронций-90. Он способен замещать Са2+ и накапливаться в костных тканях. Распад 90Sr в организме человека вызывает раковые заболевания и лейкемию.
Раковые заболевания провоцируются многими химическими загрязнителями окружающей среды. К ним относятся:
307
полициклические углеводороды, образующие донорно-акцептор-ные комплексы с пуриновыми основаниями ДНК и РНК;
алкилнитрозоамины, алкилирующие белки;
ароматические амины (косвенно), образующие канцерогенно-активные продукты трансформации (гидроксиламины, аминобензолы);
аминоазосоединения (косвенно), образующие N-окси- или N-оксиметиловые производные, которые взаимодействуют с метионино-выми остатками белков.
Первичные токсические эффекты воздействия чужеродных соединений, проникающих внутрь клетки, осуществляются несколькими путями.
Физическое нарушение пространственно-временнбй, структурно-функциональной упорядоченности ферментных систем, связанных с переносом электронов (заряда) и атомов на большие расстояния. Например, нарушение упорядоченности в цепи транспорта электрона в цитохром с-оксидазе будет препятствовать образованию АТФ.
Конкурентное вовлечение загрязняющего вещества в метаболические процессы (веществ — аналогов эндогенных субстратов), не приводящие к необходимым продуктам. Такого рода подмена приводит к обрыву метаболической цепи.
Химическое взаимодействие реакционноспособных загрязняющих веществ с жизненно важными компонентами клеточных систем. Например, алкилирование или арилирование белков и нуклеиновых кислот может вызывать аллергию и канцерогенез.
Одним из наиболее типичных следствий "физических" воздействий является структурное искажение мембраны, нарушающее синхронизацию ферментных систем. Происходит такое искажение в результате сорбции липидами мембран химически инертных веществ, таких, как хлорорганические соединения типа ДДТ, ГХЦГ. Обладая высоким коэффициентом межфазового распределения в системе жир — вода (до 105), эти вещества могут накапливаться в мембранах в настолько высоких концентрациях, что происходит изменение геометрической структуры мембраны. Так, овальные в норме эритроциты при контакте с такими соединениями в растворе становятся как "ежики" — с множеством складок и выступов.
При наличии в организме жировых отложений в клеточных мембранах таких гидрофобных веществ может содержаться и немного — они будут накапливаться в жире. Однако если жир по каким-либо физиологическим причинам рассосется, то произойдет ударный выброс гидрофобных веществ во внутреннюю среду организма и насыщение ими липидных клеточных мембран, что может вызвать резкую
308
токсикацию организма. Это одна из причин возможных отрицательных для здоровья последствий от быстрого похудания.
Во внутриклеточных мембранах сосредоточены ферменты микросо-мального окисления, ферменты дыхательной цепи, в частности осуществляющие транспорт восстановительных эквивалентов цикла Кребса к терминальному окислителю — цитохром с-оксидазе, локализованной в митохондриальной мембране. При функционировании этого фермента для сопряжения переноса электронов с фосфолированием АДФ и действия "протонного насоса", необходимого для восстановления Ог до.воды, требуется высокая степень структурной организации мито-хондриальных ферментов.
Любые внешние воздействия на организм, меняющие функциональное состояние мембран, оказывают влияние и на состояние дыхательной цепи, а тем самым и на метаболизм всей клетки.
С другой стороны, скорость дыхания есть функция редокс-состоя-ния цитохрома с и связана с внутриклеточным распределением окислительно-восстановительных эквивалентов (см. § 6.4).