Molekularne i komórkowe 
mechanizmy toksyczności 
pestycydów

Paweł Brzuzan

W9: Pestycydy-mechanizmy toksyczności

 

W9: Pestycydy-mechanizmy toksyczności

Pesticide: an agent used to 
kill pests

•Idealne własności pestycydu

Toksyczne jedynie wobec wybranej grupy 
organizmów (target)
Szybka (bio)degradacja
Stężenia w środowisku nie zagrażające 
populacjom
Minimalny BCF

 

Czym są pestycydy?

 

W9: Pestycydy-mechanizmy toksyczności

•Syntetyczne związki chemiczne

(fosforoorganiczne, chloroorganiczne, 
pyretroidy, karbaminiany)

•Feromony
•Bakterie patogenne (Bacillus 
thuringensis)

•Inhibitory i regulatory wzrostu 
(metopren)

•Konserwanty
•Niechemiczne: owadołówki świetlne 

Czym są pestycydy?

•Wyspecjalizowane pestycydy, 
które nie zabijają: avitrol

 

W9: Pestycydy-mechanizmy toksyczności

Czynniki wpływające na toksyczność pestycydów

Droga ekspozycji:

      

    

Połknięcie > Respiracja > Kontakt            

     

Rodzaj pestycydu:

Insektycyd > Defoliant > Desiccant > 
Herbicyd > Fungicyd 

            

Chemiczna budowa:                
Chloroorganiczne > Fosforoorganiczne> 
Karbaminiany > nieorganiczne                            
                 

Jego postać:   

Roztwór > Emulsja > 

Zawieszony w 

oleju> 

zawieszony w 

wodzie > Wilgotny proszek 

> Pył > 

Granule                                     

 

W9: Pestycydy-mechanizmy toksyczności

Pestycydy atakują system nerwowy 

Synapsa

Agonista – udaje 
działanie nt łącząc się 
bezpośrednio w miejscu 
receptorowym, lub 
ułatwia nt przyłączenie 
się do sąsiedniego 
receptora 

Antagonista – przyłącza 
się do receptora 
zamiast nt, nie wyzwala 
jednak żadnej akcji i 
blokuje miejsce. 

 

W9: Pestycydy-mechanizmy toksyczności

Pestycydy atakują system nerwowy 

Synapsa

Neurotransmiter po 

połączeniu z 

receptorem związanym 

z kanałem Na

+

 

wzmacnia reakcję 

(wzrost napięcia). 
Neurotransmiter po 

połączeniu z 

receptorem związanym 

z kanałem Cl

-

 osłabia 

reakcję (spadek 

napięcia).

 

CA131

Włókno 
cholinergiczne

Receptor 
muskarynowy 

(M) „atropina”

Amanita 
muscaria

Receptor 
nikotynowy 

(N) 
„nikotyna”

Receptory ACh (acetylocholiny)

W9: Pestycydy-mechanizmy toksyczności

 

W9: Pestycydy-mechanizmy toksyczności

Receptory GABA (receptory kwasu gamma amino 

masłowego)

Większość neuronów w centralnym układzie 

nerwowym posiada receptory GABA (A, B, C)

GABA

A 

 - najważniejsza i najlepiej poznana rodzina 

receptorów (działanie leków)

GABA

A

 otwiera chlorkowy kanał jonowy–gwałtowna 

inhibicja

Powszechne w mózgu – specificzne miejsca dla, 

benzodiazepanów, barbituranów,  hormonów 

steroidowych, alkoholu. Kontrol bólu.

Receptory GABA 

 

W9: Pestycydy-mechanizmy toksyczności

GABA

A 

GABA

C

 (kanał jonowy)                                              

       GABA

B 

związane z białkami G

Receptory GABA i kanały sodowe

 

W9: Pestycydy-mechanizmy toksyczności

Pestycydy atakują system nerwowy 

Ogólny wzór fosforoorganicznego inhibitora  AChE 

 

W9: Pestycydy-mechanizmy toksyczności

Pestycydy atakują system nerwowy 

Seryna w miejscu 
aktywnym AChE

     ACh

     Acetylacja 
enzymu

     Cholina

     
Hydroliza

Zregenerowan
a AChE

  Kwas 
octowy

Fosforylacja 
enzymu

     AChE

Dichlorvos

 

W9: Pestycydy-mechanizmy toksyczności

Pestycydy podlegają biotransformacji 

Konwersja parationu do 
paraoksonu

Konwersja malationu do 
malaoksonu

 

W9: Pestycydy-mechanizmy toksyczności

Pestycydy inhibują niektóre systemy enzymatyczne

• Malation jest metabolizowany przez ptaki i ssaki
• W detoksykacji uczestniczą esterazy karboksylowe (B-

esterazy)

• Związki fosforoorganiczne inhibują esterazy 

karboksylowe

 

W9: Pestycydy-mechanizmy toksyczności

Metabolity pestycydów atakują system 
nerwowy 

 

W9: Pestycydy-mechanizmy toksyczności

Mechanizmy oporności wobec insektycydów 

•Obniżanie stopnia penetracji insektycydu

•Podwyższony poziom metabolizmu owadów 

•Obniżona czułość docelowych miejsc reakcji 
  insektycydu 

Acetyl

Acetyl

o

o

cholinestera

cholinestera

za

za

Związki 

Związki 

fosforoorganiczne

fosforoorganiczne

karbaminiany

karbaminiany

Monoo

Monoo

ks

ks

ygena

ygena

zy

zy

p

p

yretroid

yretroid

y

y

karbaminiany

karbaminiany

DDT 

DDT 

Kanały sodowe

Kanały sodowe

 

 

DDT

DDT

p

p

yretroid

yretroid

y

y

Receptory 

Receptory 

GABA

GABA

 

 

Cy

Cy

k

k

lodie

lodie

ny

ny

 

 

Estera

Estera

zy

zy

Związki fosforoorganiczne

Związki fosforoorganiczne

p

p

yretroid

yretroid

y

y

S-transferaza g

S-transferaza g

lutation

lutation

u

u

 

 

DDT

DDT

p

p

yretroid

yretroid

y

y

 

W9: Pestycydy-mechanizmy toksyczności

Nowoczesne insektycydy

C

A

R

I

I

NSECTICIDE

 

R

ESISTANCE

 

A

CTION

 

C

OMMITTEE

System nerwowy

Inhibitory AChE
Agoniści i Antagoniści 
receptorów ACh

Chloronikotinyle działają 
jako agoniści receptora 
nAChR.  Prowadzi to do 
wzmożonej stymulacji 
neuronów. 

Modulatory receptorów 
AChR
Modulatory kanałów Na

+

 

Pyretroidy powodują 
blokady transmisji.

McCaffery 
(2002)

 

W9: Pestycydy-mechanizmy toksyczności

Nowoczesne insektycydy

C

A

R

I

I

NSECTICIDE

 

R

ESISTANCE

 

A

CTION

 

C

OMMITTEE

Centralny System Nerwowy 

Antagoniści receptora GABA 
(kanał chlorkowy)

Cyclodieny i Fiprole łączą się z 
rGABA i inhibują działanie 
GABA, powodując 
nadaktywność neuronów.

Aktywatory kanału 
chlorkowego

 

Avermektyna, Emamektyna 
Benzoate and Milbemycyna.  
Mektyny łączą się z rGABA i 
„udając” GABA powodują 
paraliż.

McCaffery 
(2002)

 

W9: Pestycydy-mechanizmy toksyczności

Nowoczesne insektycydy

C

A

R

I

I

NSECTICIDE

 

R

ESISTANCE

 

A

CTION

 

C

OMMITTEE

Procesy metaboliczne

Inhibitory fosforylacji 
oksydatywnej

- Diafenthiuron i miticydy  
Sn-organiczne

Substancje rozprzęgające 
fosforylację

Chlorfenapyr

Inhibitory transportu 
elektronów

 Hydramethylon 

and Dicofol

McCaffery 
(2002)

 

W9: Pestycydy-mechanizmy toksyczności

Nowoczesne insektycydy

C

A

R

I

I

NSECTICIDE

 

R

ESISTANCE

 

A

CTION

 

C

OMMITTEE

Metamorfoza
Kontrolowana przez 
hormon juwenalny (JH) i 
ekdyson.
Agonista ekdysonu 
Tebufenozyd
JH
Zakłóca lub zapobiega 
metamorfozie

McCaffery 
(2002)

 

W9: Pestycydy-mechanizmy toksyczności

Nowoczesne insektycydy

C

A

R

I

I

NSECTICIDE

 

R

ESISTANCE

 

A

CTION

 

C

OMMITTEE

Przewód pokarmowy

Toksyny mikroorganizmów 
niszczą błony jelita owadów

Bacillus thuringiensis (Bt).  
Toksyny Bt niszczą ściany jelita. 
 Transgeniczne rośliny (Bt-
cotton) produkują duże ilości 
Bt.  

McCaffery 
(2002)

 

W9: Pestycydy-mechanizmy toksyczności

Nowoczesne insektycydy

C

A

R

I

I

NSECTICIDE

 

R

ESISTANCE

 

A

CTION

 

C

OMMITTEE

Synteza kutikuli

Inhibitory  biosyntezy chityny.

Buprofezin, Cyromazine.

McCaffery 
(2002)

 

W9: Pestycydy-mechanizmy toksyczności

Zagrożenie dla środowiska

Ryzyko 
zanieczyszczenia 

Rozpuszczalność 
w wodzie

Toksyczność

Degradacja

Potencjał 
bioakumulacji

b.duże

                  

b.duże

b.mała

                  

mała

wysoka

                

średnia 

 

       

(10

-5

-10

-3

g/l)

    

(10

-4

-

10

-2

g/l)

 

  

długotrwała

            

krótka

wysoki

                  

niski

     Insektycydy                               

         

Cl-organiczne

 i    

P-organiczne

 

W9: Pestycydy-mechanizmy toksyczności

Zagrożenie dla środowiska

 

W9: Pestycydy-mechanizmy toksyczności

Zagrożenie dla środowiska

DDT (mg/kg)

AustraliaKanadaUSA

Ramade 1987

Polska

 

Pytania kontrolne

 2. P/F. Pestycydy oddziałują wyłącznie na obwodowy 

układ nerwowy. Wyjaśnij.   

3. Omów pożądane własności pestycydów, w kontekście 

zanieczyszczenia środowiska.

5. Omów mechanizm toksycznego działania pestycydów 

fosforoorganicznych.

6. Wymień mechanizmy i przykłady oporności owadów 

na pestycydy. 

4. P/F. Cyklodieny i pyretroidy są agonistami receptorów 

cholinergicznych. Wyjaśnij.  

1. Wymień czynniki wpływające na toksyczność 
pestycydów.

7. Wymień procesy komórkowe, na które mają wpływ 

nowoczesne insektycydy?

W9: Pestycydy-mechanizmy toksyczności