Яды в живых организмах

Химические средства защиты живых организмов.

ТЕМА 2

В повседневной и беспрерывной борьбе за сохранение вида у растений и животных выработались многочисленные приспособления и индивидуальные средства защиты и нападения – химическое оружие. Причем, химическое оружие эффективно действует как средство нападения только тогда, когда животное имеет соответствующий специализированный орган для нанесения, разбрызгивания или впрыскивания яда. Мы должны помнить, что беспричинное агрессивное поведение – явление в природе чрезвычайно редкое и у большинства животн ых нападение – это лишь защитная реакция. Имеющееся у живых организмов оружие может активно использоваться ими также и для добывания пищи.

В зависимости от способов вырабатывания и применения химического оружия все ядовитые животные могут быть разделены на три категории:

1) АКТИВНЫЕ – те виды ядовитых животных, которые используют свое оружие для нападения;

2) ПАССИВНЫЕ – те виды животных, у которых яд вырабатывается как средство обороны;

3) ЛАТЕНТНЫЕ ( скрытые ) – те виды ядовитых животных, у которых токсичные вещества находятся в самом организме – продуценте, либо когда вырабатываемые специальным органом яды – не выводятся из организма, а их действие проявляется лишь при нападении агрессора на организм – продуцент. Последнюю группу организмов М. Барбье называет отравленным.

В целом химическое оружие следует рассматривать как средство адаптации живых организмов к условиям внешней среды. Среди них до наших дней сохранялись лишь те, что обеспечивали их владельцам лучшие шансы на выживание.

Среди множества природных ядовитых веществ и способов их использования можно выделить нижеследующие основные их группы.

Микотоксины – яды грибов, токсичные для человека и животных. Отравление человека и домашних животных ядовитыми грибами (микотоксикоз) явление давно известное. Так, эрготизм, вызываемый алкалоидами спорыньи ржи, в былые времена иногда носил характер эпидемии. Употребление в пищу зерна и муки, содержащей эти алкалоиды, приводят к тяжелым поражениям организма: эпилептическим конвульсиям или к гангрене конечностей («антонов огонь»). Ядом в данном случае являются производные некоторые производные лизергиновой кислоты,(например диэтиламид лизергиновой кислоты - ЛСД). Незрелые формы гриба спорыньи - паразита злаковых культур, содержат полицикличные эргоалкалоиды типа эрготамина строения:

Эрготамин

Эрготамин оказывает одновременно и стимулирующее действие на мускулатуру матки и обладает кровоостанавливающим эффектом.

Различные виды сморчков содержат ядовитый гирометрин строения:

Гирометрин

Симптомы отравления гирометрином сходны с симптомами отравления ядом бледной поганки. Отравление ядом поганок тем опаснее, что симптомы его появляются лишь на поздней стадии, когда повреждения почек и печени уже необратимы, а летальный исход – неизбежен.

Отравление продуктов питания на основе зхерновых токсинами низших грибов (афлатоксинами) – явление давно известное и весьма распространенное. Однако, опасность его понята лишь недавно. Сегодня исследование таких продуктов как арахис, орехи, кофе, а также зернопродукты на безопасность обязательно включает в себя исследование на содержание афлатоксинов среди которых главные токсиканты – афлатоксины В₁ и G₁ строения:

Афлатоксин В₁ Афлатоксин G₁

Токсическое действие афлатоксинов на теплокровных животных и человека обусловлено их способностью взаимодействовать с нуклеотидными участками нуклеиновых кислот, блокировать их и вызывать изменения в генетическом коде. Употребление в пищу продуктов, содержащих афлатоксины вызывает также рак печени. Обработка пищевых продуктов аммиаком или Н₂О₂ снижает содержание афлатоксинов до относительно безопасного уровня.

Галлюциногенные свойства маленького мексиканского гриба «теонакатль» (божья плоть) были известны еще в древнее время жрецам ацтеков и майя. Оказалось, что веществами, вызывающими галлюцинации являются такие, как псилоцибин, псилоцин, буфотенин. Все они – производные гетероциклического амина - триптамина, общей формулы:

Триптамин

Например, у буфотенина значения R = OH, R₁ = H; Все буфотенины обладают выраженным галлюциногенным и парализующим нервную систему

действием. Особенно же сильный галлюциноген – ароматический амин - диэтиламид лизергиновой кислоты строения:

Это и есть печально знаменитый ЛСД. Его легко выделяют из тех же видов грибов-галлюциногенов и используют в качестве чрезвычайно мощного наркотика-галлюциногена, отличающегося высокой токсичностью и быстрым привыканием.

Фитотоксины – ядовитые вещества, обычно вырабатываемые фитопатогенными грибами или некоторыми бактериями; фактически это продукты их жизнедеятельности.

Поскольку фитопатогенные организмы весьма часто поражают пищевые и кормовые сельскохозяйственные культуры, превращая их в совершенно непригодные для употребления продукты, то и установление природы фитотоксинов, а также определение их концентрации в продуктах и изыскание доступных и эффективных средств борьбы с ними (дезактивации) – это задачи жизненной важности.

Есть среди токсинов и вещества - полезные с точки зрения хозяйственной деятельности. Так грибы А. muscaria содержит токсин мусципол, строения:

Мусципол

который одновременно является и активным инсектицидом, весьма эффективным против мух:

Ликомаразмин и аспергиломаразмины А и В недавно были обнаружены у представителей разных видов грибов рода Fusarium. Эти токсины вызывают нарушение процессов водного обмена у различных растений и весьма ядовиты для большинства животных. Они представляют собой структуры из непептидной комбинации двух-трех аминокислот, например, такого строения:

СООН H Н

—————N ———————-COOH

CH₂ COOH NH

H₂ C—С—-NH₂

O

Грибы рода Рhoma синтезируют множество, иногда весьма своеобразных метаболитов – цитохалазинов, среди которых находится и фоменон, эффективно ингибирующий прорастание семян у многих растений. Его строение можно представить так:

Фоменон

Фитопатогенное действие бактерий может иметь и физико-химическую природу. Известно, что накопления полисахаридов затрудняет нормальную циркуляцию соков в растении и приводит к высыханию и гибели растений. Цитохалазины, представляют собой ненасыщенные макроциклические лактоны, например фомин (цитохалазин В), воздействующие на процесс цитокинеза и вызывающие разрушения (экструзию) клеточных ядер.

Вышеприведенные примеры показывают, сколь широк спектр биологического воздействия токсинов. Их изучение только начинается, поэтому биологическая активность пока еще малоисследованна. Не выяснено и не до конца осмысленно еще и биологическое действие мико- и фитоксинов для продуцирующих их организмов. Только для некоторых высших грибов установлено, что их ядовитость служит защитой от животных и человека. Для большинства же грибов и микроорганизмов никаких видимых преимуществ их токсичности, с точки зрения приспособленности к среде обитания, пока еще не установлено.

Согласно установившемуся мнению, фито- и микотоксины классифицируют как отбросы (продукты выделения) продуцирующих их организмов, отравляющие реципиента. Поскольку свое вредное действие токсины оказывают уже в мизерных концентрациях, то это представляет опасность не только для животных, но и для людей. Вот почему иметь надежные методы обнаружения их в растениеводческой продукции – задача первостепенной важности.

Следует отметить, что изначально греческое слово «токсин» означало экстракты для смазывания наконечников отравленных стрел.

Затем, к токсичным стали относить и некоторые бактериальные белки, а также мико- и фитотоксины. Токсические же вещества, выра-батываемые животными, обычно называют ядами и, в первую очередь, к ним относятся змеиные яды. В настоящее время слово «яд» понимается в более широком смысле применительно к токсическим веществам, вырабатываемым всеми позвоночными.

По общей классификации яды позвоночных относятся к алломонам. Последние обеспечивают передачу информации (химическое взаимодействие между животными разных видов. Токсичные алломоны могут служить и средством агрессии (например у ядовитых змей), и средством защиты от нападения хищных или потенциально хищных видов.

В состав ядов околощитовидных и кожных желез многих животных, рептилий и насекомых, чаще всего входят сложного строения алкалоиды, буфотоксины, сложные амины (адреналин, норадреналин и др.), а также некоторые стероиды, низкомолекулярные белки и другие соединения. Высушенная кожа жаб успешно использовалась для лечения некоторых болезней, еще в древней китайской медицине. Но, чаще всего, яд жаб использовали аборигены Южной Америки и Африки для отравления наконечников стрел. Так, лягушки Atelopidea в качестве средства защиты продуцируют и выделяют неогидрохинолиновый алкалоид строения:

Этот токсин воздействует на передачу нервного импульса и на активный транспорт ионов К⁺ и Na⁺ через клеточную мембрану. Он вызывает нарушение координации движения, судороги и паралич конечностей. В лечебных же дозах - это мощные кардиостимуляторы активизирующие деятельность сердечной мышцы,.

Ядовитые железы и кожа саламандр выделяют целый набор биологически активных соединений: биогенные амины, белки, стероиды и алкалоиды. Например, саламандры некоторых видов вырабатывают стероидный алкалоид самандарин:

Самандарин

Действие самандарина на животных и человека подобно таковому у микотоксинов. Одновременно, это и мощные анальгетики (обезболивающие средства).

В то же время, вырабатываемые же специализированными железами токсины рыб имеют, как правило, белковую природу. Среди токсичных рыб встречаются такие группы, у которых ядовитость имеет сезонный характер: они опасны только в определенное время года. Это, вероятно, связано с тем, что токсины таких временно ядовитых рыб вырабатываются не в них самих, а в поедаемом ими фитопланктоне. В организме же рыб чаще всего лишь накапливаются съеденные яды, обычно это сложного строения циклические соединения. Наиболее простое строение у пахутоксина, выделяемого из слизи рыб lantegenosus. Он, представляет собой сложный аминоэфир холина и 3-окси-гексадекановой кислоты строения:

:

Пахутотоксин

Яды пресмыкающихся – это мутноватые жидкости, содержащие обычно три типа компонентов: смеси полипептидов, белков и ферментов. Иногда встречаются такие виды змей, у которых в яде ферментов мало, зато много нейротоксинов. По характеру действия их разделяют на две группы: нейротоксичные, обычно это яды аспидов и морских змей и гемотоксичные. Все они блокируют нервно-мышечную импульсацию (передачу) и могут вызвать остановку сердца, либо действуют на кровь, например яды гадюк и гремучих змей. Полагают, что ежегодно около 1 млн. человек подвергаются укусам ядовитых змей из которых до 24% получают тяжелые поражения, а 4% - со смертельным исходом. Ниже, в таблице 1 приведены данные о токсичности ядов некоторых наземных змей.

Как уже отмечалось, нейротоксины блокируют процессы нервно-мышечной передачи и могут вызвать остановку сердца. С химической точки зрения это полипептиды основного характера, в состав которых входит от 60 до 74 остатка аминокислот. Яды морских змей, гадюк и

кобр содержат множество ферментов-эстераз (холинэстеразу, гиалуронидазу, фосфолипазу), а также ферменты – коагулянты крови.

Таблица 1.

Токсичность ядов некоторых змей

Вид змеи	Вводимое количество яда	LD 100 мг/кг для человека	% смертельных случаев
Черная мамба	~ 10000	~ 1,6	100,0
Кобра	~ 200	~ 0,2
Тигровая змея	~ 60 – 80	~ 0,08 – 0,09
Песчаная эфа	10 –12	0,06
Морская змея	10 – 50	0,04 – 0,1	~ 17

Вообще, нужно отметить, что яды змей – одни из наиболее концентрированных источников ферментов, представляющие огромный интерес для ученых биохимиков и медиков. Кроме того, змеиные яды широко используются в медицине, как терапевтические и кровоостанавливающие средства. Если, например, яды морских змей вызывают коагуляцию крови, то яды кобры наоборот - разжижают ее. Последнее свойство таких ядов используют в медицине для получения гемолитических средств.

Дата добавления: 2014-01-07