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