Zagadnienia Toksykologia
AChE i insektycydy
1. Detoksykacja ksenobiotyków
2. Esterazy
3. Charakterystyka cholinesteraz
4. Inhibitory cholinesteraz
5. Biocydy, różne katagorie biocydów
6. Pestycydy fosforoorganiczne  oddziaływanie na zwierzęta
7. Ogólnie: inhibicja enzymów
8. Analiza kolorymetryczna aktywności enzymów
ad.1 Detoksykacja ksenobiotyków
Ksenobiotyk- substancja obca dla organizmu,
Biotransformacja  przemiana biochemiczna. Taka zmiana może powodować małe
zmiany w cząsteczce macierzystej, prowadzić do substytucji  podstawienia, modyfikacji
grupy funkcyjnej lub jej całkowitego rozkładu na CO2, H2O i sole nieorganiczne.
Ksenobiotyki zwykle degradują enzymy, których pierwotna funkcja nie jest związana z ich
metabolizmem  kometabolizm i prowadzÄ…ce do niewielkiej modyfikacji substancji.
Szybkość biodegradacji zależy od: stęż. substratu, obecności in. substancji
toksycznych, dostępności O2, temperatury, warunków dla rozwoju organizmów.
Tempo degradacji ksenobiotyku można mierzyć za pomocą biomarkerów:
ekspozycji  pomiar stężenia ksenobiotyku lub jego metabolitu, charakterystycznego
efektu obecności ksenobiotyka na organizm
efektu- zmiany fizjologiczne, biochemiczne i zachowania które można przypisać działaniu
ksenobiotyku
Detoksykacja może być opóz
niona bo ksenobiotyk może hamować działanie enzymów, ich
biosyntezę, naruszać metabolizm produktów pośrednich, naruszyć ciągłość błon
komórkowych.
Detoksykacja jest zwykle po to by powstał związek mniej toksyczny i łatwiej usuwalny,
najczęściej metabolizm dotyczy niepolarnych substancji lipofilowych słabo rozpuszczalne
w wodzie które przekształcają się w substancje łatwiej rozpuszczalne w wodzie, proces
zwykle przebiega w dwóch fazach.
ad. 2. Esterazy
EC 3.1 enzymy ( hydrolazy) rozkładające wiązania estrowe jak i amidowe. W
cząsteczkach tłuszczów przy udziale wody (trawiące tłuszcze) rozrywają wiązanie glicerol
 kwasy tłuszczowe. Są grupa enzymów odznaczającą się na ogół małą swoistoscią
substratową. Enzymy te  rozlokowane są w cytoplazmie, ale także w organellach
komórkowych: mikrosomach i mitochondriach. Aktywność esterazową analizowano w
wielu tkankach i narządach np. wątroba, tkanka mięśniowa.
W zależności od specyficzności substratowej i hamowania przez substrat wyróżnia się
dwa główne typy esteraz: A-oraz B-esterazy. Do typu A nalezą esterazy, które nie są
hamowane przez specyficzny substrat, takie jak paraoksonaza (EC 3.1.8.1), zwane także
aryloesterazami (nie wykazano ich w tkankach owadów). B-esterazy hydrolizują estry
fosforoorganiczne i karbaminiany (np. estry kwasu octowego) i sÄ… hamowane przez
nadmiar własnego substratu. Wszystkie esterazy należące do typu B są hamowane przez
związki fosfoorganiczne Wyróżniono także grupę C-esteraz, która nie oddziałuje z
pestycydami fosfoorganicznymi.
Esterazy uczestniczą w trawieniu tłuszczy w przewodzie pokarmowym, są ważne przy
tworzeniu aktywnych substancji zawierających tłuszczowce
Jest wiele kategorii esteraz zależnie od substratów lub wrażliwości na inhibitory, np:
arylesterazy; karboksyloesterazy; cholinesterazy; acetylesterazy (hydrolizujÄ… estry kwasu
octowego)
Ad. 3. Charakterystyka cholinesteraz
EC 3.1 enzymy ( hydrolazy) rozkładające wiązania estrowe jak i amidowe. W
cząsteczkach tłuszczów przy udziale wody (trawiące tłuszcze) rozrywają wiązanie glicerol
 kwasy tłuszczowe. Są grupą enzymów odznaczającą się na ogół małą swoistością
substratową. Enzymy te  rozlokowane są w cytoplazmie, ale także w organellach
komórkowych: mikrosomach i mitochondriach. Aktywność esterazową analizowano w
wielu tkankach i narządach np. wątroba, tkanka mięśniowa.
W zależności od specyficzności substratowej i hamowania przez substrat wyróżnia się
dwa główne typy esteraz: A-oraz B-esterazy. Do typu A nalezą esterazy, które nie są
hamowane przez specyficzny substrat, takie jak paraoksonaza (EC 3.1.8.1), zwane także
aryloesterazami (nie wykazano ich w tkankach owadów). B-esterazy hydrolizują estry
fosforoorganiczne i karbaminiany (np. estry kwasu octowego) i sÄ… hamowane przez
nadmiar własnego substratu. Wszystkie esterazy należące do typu B są hamowane przez
związki fosfoorganiczne Wyróżniono także grupę C-esteraz, która nie oddziałuje z
pestycydami fosfoorganicznymi.
Esterazy uczestniczą w trawieniu tłuszczy w przewodzie pokarmowym, są ważne przy
tworzeniu aktywnych substancji zawierających tłuszczowce
Jest wiele kategorii esteraz zależnie od substratów lub wrażliwości na inhibitory, np:
arylesterazy; karboksyloesterazy; cholinesterazy; acetylesterazy (hydrolizujÄ… estry kwasu
octowego)
Ad. 4 Inhibitory
leki z grupy benzodiazepin, suksametonium, karbaminiany,&
tioestry fosforoorganiczne
Szybkie obroty AChE ok. 300000 przemian /min,
a gdy zadziała inhibitor obniżenie nawet do 0,0085 przemiany/min  przykład
metylparationu
Produkt reakcji z inhibitorem  ufosforylowany enzym  trwałe połaczenie o braku
zdolności hydrolizowania ACh
Ponowne uczynnienie enzymu wymaga samoistnej hydrolizy- defosforylacji
Obecność insektycydów fosfororganicznych utrudnia taka reakcję, bo łatwo odłączają
grupy alkilowe z kompleksu substrat-enzym tworzÄ…c enzym monoalkilofosforylowany Ä…ð
starzenie kompleksu enzym inhibitor, nieodwracalne blokowanie enzymu
Estry fosforoorganiczne reagujÄ… z grupÄ… hydroksylowa seryny z centrum aktywnego
enzymu
Karbaminiany ukarbamyluja enzym, sÄ… podobne do budowy ACh i siÄ™ podstawiajÄ… zamiast
tego substratu znacznie zwalniajÄ…c tempo reakcji katalizowanej przez AChE
Ad.5. Biocydy różne kategorie biocydów.
Zoocydy (insektycydy, molluskocydy, namatocydy, akarycydy, rodentocydy), herbicydy,
fungicydy, regulatory wzrostu roślin, bakteriocydy
działające na układ nerwowy
blokujące kanały sodowe błon komórek np. DDT, pyretroidy
blokujące kanały chlorkowe związane z receptorami GABA np. lindan, związki
cyklodienowe jak aldryna, mieszaniny antybiotyków jak awermektyna, spinosad
blokujÄ…ce AChE  insektycydy fosforoorganiczne i karbaminiany
współdziałające z nikotynowymi receptorami ACh np. imidachloprid, nikotyna
inhibitory syntezy chityny np. zwiÄ…zki acylomocznikowe
antyhormonalne ograniczające działanie hormonu juwenilnego, ekdyzonu
sterujÄ…ce behawiorem np. feromony, kairomony
antyfidanty jak azadryrachtyna
współdziałające z receptorami błon komórek nabłonka jelita np. białka Bacillus
thuryngensis
pasożyty- bakulowirusy, grzyby i nicienie
Ad. 6 Pestycydy fosforoorganiczne
Organiczne estry kwasów fosforowych (insektycydy i środki bojowe)
zwykle ciecze o charakterze lipofilowym o pewnej lotności, niektóre to ciała stałe
Wykorzystywane do zwalczania pasożytów zewnętrznych i wewnętrznych zwierząt
kręgowych
Są neurotoksynami i wykorzystuje się je m.in. do zwalczania komarów, szkodników upraw
Można wśród nich wyróżnić, np: dichlorofos,diazinon, fenitrotionczy malation, które różnią
się ilością at. S połączonych z centralnym at. P i rodzajem ich wiązań
Mogą wchodzić różnymi drogami do organizmu, pokarmową , oddechowa, powłokami
ciała, łatwo przenikają przez błony komórkowe. wydalane z przewodem pokarmowym i
przez nerki; ale tez Å‚atwo ulegajÄ… biodegradacji, nie kumulujÄ… siÄ™ w organizmach, ich
rozpad jest katalizowany przez oksydazy, hydrolazy i transferazy.
Objawy zatrucia:
muskarynowe- w układach oddechowym, pokarmowym, sercu, nerkach, mięśniach,&
(dominują przy zatruciu lekkim, zewnetrzene przejawy, np. slinienie, osłabienie, bóle,
nudnosci, wymioty, brak Å‚aknienia,& hamowanie ACh ok. 60%)
nikotynowe w płytkach motorycznych mięśni szkieletowych ( występuja przy zatruciu
średnio ciezkim z muskarynowymi, biegunka, drżenie mieśni, ogólne pobudzenie,
oczoplÄ…s,&
generalne ośrodkowe  zatrucia ciezzkie, drgawki, zaburzenia psychiczne, sinica,&
Ad.7. Inhibicja enzymów.
odwracalne lub nieodwracalne hamowanie aktywności enzymów
Inhibitory
kompetycyjne- współzawodniczące z substratem tak łączy się z centrum aktywnym by
ograniczyć wiązanie substratu, inhibitor może być pochodna substratu
niekompetycyjne  wiąże się zwykle z substratem ograniczając jego udział w reakcji
tworzÄ…c kompleks nie aktywny katalitycznie
akompetycyjne  przyłączają się nieodwracalnie do kompleksu substrat-enzym
Pojęcie toksyczności
TOKSYKOLOGIA- szkodliwe oddziaływanie substancji na organizmy
TOKSYCZNOŚĆ JEST MANIFESTOWANA USZKODZENIAMI ORGANIZMU
WAŻNE INFORMACJE:
dawka toksyny,
droga podania (narażenia)  sposób ekspozycji
rodzaj i ciężkość uszkodzeń,
czas potrzebny do wywołania uszkodzeń organizmu
substancje toksyczne  główne grupy
Metale i metaloidy: Cd, Pb, Hg, As, Zn, Cu, Al, Co, Fe, Ni,..
PRZYKA
ADOWE DZIAA
ANIA: interakcje z białkami błon komórkowych, wpływ na
ekspresję genów, uszkodzenia DNA, zaburzenia mitochondriów, stres oksydacyjny,
zaburzenia neurologiczne&
ZwiÄ…zki nieorganiczne: cyjanki, azotany, azotyny
PRZYKA
ADOWE DZIAA
ANIA: utlenianie hemoglobiny, działania mutagenne,
upośledzenie fotosyntezy, zaburzenia procesów oddechowych, &
Trwałe związki organiczne bioakumulujące w tłuszczach, np. DDT, polichlorowane
bifenyle, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), dioksyny,&
PRZYKA
ADOWE DZIAA
ANIA: zaburzenia rozwojowe, neurologiczne, stres oksydacyjny,
&
Gazowe toksyny, np. tlenki azotu, ozon, fluowodorek, ..
PRZYKA
ADOWE DZIAA
ANIA: zaburzenia fotosyntezy, transpiracji, układu oddechowego,
&
szlaki substancji toksycznych
woda (powierzchniowa, gruntowa)
pokarm
gleba
powietrze
Ksenobiotyk- substancja obca dla organizmu.
Ksenobiotyki degradują enzymy, których pierwotna funkcja nie jest związana z ich
metabolizmem  kometabolizm (bez powstania CO2 czy energii) i prowadzÄ…ce do
niewielkiej modyfikacji substancji.
Biotransformacja  która może powodować małe zmiany w cząsteczce macierzystej,
prowadzić do substytucji  podstawienia, modyfikacji grupy funkcyjnej lub do jej
całkowitego rozkładu na CO2, H2O i sole nieorganiczne.
Szybkość biodegradacji zależna od stężenia ksenobiotyku, obecności innych substancji
toksycznych, dostępności tlenu, temperatury, warunków dla rozwoju organizmów.
Degradacja może być opóz
niona przez sam ksenobiotyk, który może hamować działanie
enzymów, ich biosyntezę, naruszać metabolizm produktów pośrednich, naruszyć ciągłość
błon komórkowych.
Degradacja zwykle prowadzi do powstania zwiÄ…zku mniej toksyczny, Å‚atwiej usuwalnego,
Å‚atwiej rozpuszczalnego w wodzie
LC50 (LD50) stężenie (dawka) wywołująca 50% śmiertelność badanej grupy organizmów
w określonym czasie ekspozycji [DOBRA MIARA W TOKSYKOLOGII, DOKA
ADNA]
EC50 [50% effect concentration] stężenie powodujące 50% efekt w mierzonej zwiennej
NOEL [no observed effect level] poziom dawki, przy którym nie stwierdza się istotnego
statystycznie zwiększenia częstości jakichkolwiek efektów w grupie narażonej w
porównaniu z grupa kontrolną
NOAEL [no observed adverse effect level] poziom dawki, przy którym nie stwierdza się
istotnego statystycznie zwiększenia częstości szkodliwych efektów w grupie narażonej w
porównaniu z grupa kontrolną
LOEL [lowest observed effect level] najmniejszy obserwowany poziom działania
LOAEL [lowest observed effect level] najmniejszy obserwowany poziom działania
szkodliwego
pestis=szkodnik, cedeo= niszczyć Ä…ð zwiÄ…zki przeznaczone do zwalczania
organizmów lub ich produktów wywołujących szkody, stanowiących zagrożenie
Zoocydy (insektycydy, moluskocydy, nematocydy, akarycydy, rodentocydy, & ), herbicydy,
fungicydy, regulatory wzrostu roślin, bakteriocydy , defolianty, defloranty, desykanty,&
PESTYCYDY
działające na układ nerwowy
blokujące kanały sodowe błon komórek np. DDT, pyretroidy
blokujące kanały chlorkowe związane z receptorami GABA np. lindan, związki
cyklodienowe jak aldryna, mieszaniny antybiotyków jak awermektyna, spinosad
blokujÄ…ce ChE  insektycydy fosforoorganiczne i karbaminiany
współdziałające z nikotynowymi receptorami acetylocholiny np. imidachloprid, nikotyna
inhibitory syntezy chityny np. zwiÄ…zki acylomocznikowe
antyhormonalne ograniczające działanie hormonu juwenilnego, ekdyzonu
sterujÄ…ce behawiorem np. feromony, kairomony
antyfidanty jak azadryrachtyna
oddziałujące na błony komórek nabłonka jelita np. białka Bacillus thuryngensis
pasożyty- bakulowirusy, grzyby i nicienie
atraktanty  środki zwabiające