Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Ю.А.Овчинников

ептиды, построенные из остатков лизергиновой кислоты и трех из числа следующих аминокислот: аланина, пролина, фенилаланина, валина, лейцина, а-аминомасляной кислоты или аминопропанола. Они продуцируются спорыньей — нитчатым грибом Claviceps purpurea (см. с. 649), паразитирующим на зерновых культурах (чаще всего на ржи), и выделяются из зрелой формы гриба — так называемых склероций. Заболевания от употребления зараженного зерна в пищу эпилептические конвульсии («злая корча») и гангрена конечностей («антонов огонь») — в средние века носили массовый, эпидемический характер. В настоящее время успехи агротехники очистили поля от спорыньи, но ее стали разводить искусственно, так как эргоалкалоиды оказались ценными лечебными средствами: они вызывают сокращения матки и широко применяются при родах и для прерывания беременности, а также успокаивают нервную систему, уменьшают тахикардию, лечат мигрень и т. д. Эргометрин также применяется в медицине, а его ближайший аналог — диэтиламид лизергиновой кислоты (ЛСД>0 является одним из самых мощных галлюциногенов и поэтому принадлежит к числу опаснейших наркотиков (см. с. 649).

Хотя бурное развитие исследований по микотоксинам началось сравнительно недавно (с 60-х годов), в настоящее время известно уже более 300 таких соединений, принадлежащих к 25 различным типам и продуцируемых примерно 350 видами плесеней. В небольших дозах микотоксины оказывают разнообразные токсические эффекты на людей и животных, приводят к деградации печени, геморрагии и карциноме. Разработка гигиенических критериев состояния окружающей среды в отношении заражения микотоксинами и контроль заражения относятся к важнейшим задачам Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ).

Опаснейшую группу микотоксинов представляют собой трихоте-цены, продуцируемые главным образом токсичными грибами рода Fusarium. Среди них наиболее ядовиты диацетоксисцирпенол и токсин Т-2 (LDin для крыс соответственно 0,75 и 3,8 мг/кг). Как и спорынья, продуценты трихотеценов поражают в основном зерно, а у потребляющих его животных токсины вызывают разрушения кожи, сепсис, некроз слизистых оболочек кишечника, почек, лимфатических узлов и kocthoixj мозга; причиной этих нарушений является, по-видимому, угнетение биосинтеза белка. У людей действие трихотеценов связывают со вспышками алиментарной токсической алейкии, основными симптомами которой являются некроз тканей пищевого тракта и лейкопения. Эти вспышки наблюдались главным образом в 1931—1943 гг., одна из них произошла, например, на Южном Урале в 1943 г.; последние вспышки имели место в Лаосе и Кампучии совсем недавно.

В качестве главных по опасности микотоксинов сейчас рассматривают группу метаболитов Aspergillus flavus — афлатоксинов, из которых наиболее коварны афлатоксин В и продукт его метаболического окисления в организмах коров, проникающий в молоко,— афлатоксин М| Доказано, что они являются причиной рака печени

Яды и токсины

Лмзергимовая q

Эргометрин R-NHCH

,СН3 чСНгОН

Диэтиламид

ЛИЗврГИНОВОИ R- N(CjHi,1;

ки поты (ЛСД25)

770 (Африка) и цирроза печени у детей (Индия). Механизм действия

афлатоксинов состоит в том, что они после 15, 16 эпоксидирова Низко моле кул яр ные ния цитохромом Р-450 связываются с РНК, ингибируя затем синтез

биорегуляторы белка.

Дмацеток и цир пол R Н Токсин T-2 R - (СНз)2СНСН3СО

Афлатоисин Bi R Н Афлатоксин М, R ОН

СНз СНз

СН3

Н,С сн II

Среди эпидемических ми кото кси ко зов надо упомянуть также «сердечную бери-бери» — болезнь, сходную по симптомам с В ави таминозом, которая в 1908 г., например, унесла в Японии 10 тыс. жизней. Причиной заболевания является поражающий рис токсин грибов Penicillium citreoviride и Aspergillus terreus — цитреовиридин. Механизм действия этого токсина состоит в ингибировании мито-хондриального синтеза АТР. Ч. j 1 Ряд других известных микотоксинов поражает сельскохозяйст-

С— N N венных животных, что приводит к значительным экономическим

/ \ потерям. Основная опасность микотоксинов связана с заражением

ими продуктов питания, а поскольку они устойчивы в условиях q хранения и приготовления пищи и очистку зараженных продуктов

организовать невозможно, то ежегодно, по данным ВОЗ, прихо-Гирометрии дится уничтожать до 10% мирового урожая.

Хорошо известно, что некоторые высшие грибы также содержат НО весьма опасные ядовитые вещества. Циклопептидные токсины блед-

.—. ной поганки были уже описаны выше (см. с. 276). Ряд ложных

/ \ сморчков(Не1?е11а under wood п Н. esc u lent а н др.) содержит довольно

^\ _ x^r-u I, к~шл \ простое соединение — гирометрин, симптомы отравления которым

аналогичны действию яда бледной поганки.

Мухоморы Amanita muscaria и некоторые виды Inocybe содержат мускарин — известный имитатор ацетилхолина по отношению к мускарин парасимпатическим постганглионарным синапсам (мускариночувст-

q вительным, или м-холинорецепторам). Применение мускарина, его

/ изомеров и аналогов оказало большое влияние на изучение ацетил-

°=\ х^СНЫНз холиновых рецепторов. У человека мускарин сильно снижает кро-

вяное давление, амплитуду и частоту сердечных сокращений, а в q — о" больших дозах может привести к конвульсиям, коме и смерти через

|| несколько часов.

Другой метаболит A. muscaria — мусказон воздействует на психику человека, вызывая потерю памяти, ориентировки и расстрой

Мусказон СТВО ЗренИЯ

CI

Токсины водорослей и морских беспозвоночных

771

Яды и токсины

Последние два-три десятилетия характеризуются интенсивным поиском и изучением токсинов из этих объектов. Результатом явилось выделение и установление строения многих необычных природных соединений новых типов, и, судя по нараствющему интересу к такого рода исследованиям, водные и морские организмы еще долго будут богатым источником новых веществ с свмыми разнообразными биологическими свойствами.

Первое классическое описание «красных приливов» находится в Библии: «И вся вода в реке превратилась в кровь. И рыбв в реке вымерлв, и река воссмерделв, и Египтяне не могли пить воду из реки; и была кровь по всей Земле Египетской...». Причина этого явления, обычно развивающегося в эстуариях рек, на мелководных участках моря или вблизи побережий, впервые установлена в 1928 г. Г. Соммером. Она заключается в массовом размножении токсичных микроводорослей — динофлагеллатов, глввным образом родов Сопуаи1вх, Glenodinium, Peridinium, Gyrodinium, Noctiluca и Gymnodinium, в результате чего вода оказывается зараженной их токсинами и почти все остальные морские обитатели гибнут или спасвются бегством (рис. 372). Выживают при этом только немногие рыбы и некоторые моллюски -фил ьтраторы, которые, накапливая токсины, становятся причиной отравления или даже гибели прибрежных жителей. Токсин Gonyaulax catenella, или G. tamarensis, нвзванный сакситоксииом, впервые выделен из аляскинского моллюска Saxi-dnmus giganteus Э. Шанцем н 1957 г., а структура его окончательно установлена рентген ©структурным анализом в 1975 г. независимо группами Э. Шанца и Г. Рапопорта (США). Позднее сакситоксин был обнаружен также в пресноводных сине-зеленых водорослях Aphamzomenon flos aquae, а его аналоги неосакситоксин, сульфированные производные гониатоксины I, II и др.— в ряде морских микроводорослей, встречающихся главным образом в Северной Атлантике, северной части Тихого океана и у берегов Японии. Сакситоксин представляет собой дигуанидиновое производное с жестким трициклическим скелетом, уретановой функцией и гидрати-рованной 12-карбонильной группой в пирролидиновом кольце и напоминвет тетродотоксии (см. с. 764). По биологическому действию он полностью ему аналогичен, являясь блокатором натриевых каналов электровозбудимых мембран нервных и мышечных клеток.

Другой динофлагеллат, вызывающий массовую гибель рыбы и интоксикацию людей у берегов Флориды и в Мексиканском зали-

Рис. 372. tamarensis.

Динофлагеллат Gonyaulax

ак и< к ин Н

Гончатокеин I

oso3

OS03

772

Ниэкомолекулярные био ре гу л яторы

ве,— Ptychodiscus (Gymnodinium) breve; ои продуцирует целую группу липофильных бреветоксинов, из которых наиболее активным является бреветоксин А. Основной вклад в исследование этих токсинов внесли группы К. Наканиси и Дж. Кларди (США), а структура бреветоксииа А установлена в 1986 г. группами Ю. Ши-мицу (Канада) и Дж. Кларди (США). Бреветоксины — необычные полиэфирные соединения, состоящие из 10—II насыщенных кислородсодержащих циклов разной величины. Их токсичность обусловлена блокированием нервно-мышечной передачи.

Третий токсичный динофлагеллат, который привлекает сейчас внимание исследователей,—С am bier disc us toxicus; он продуцирует сразу два мощных токсина: липофильный сигуатоксин, являющийся причиной многих пищевых отравлений в тропических регионах со времен эпохи Великих географических открытий, и самый сильный из известных небелковых токсинов — майтотоксин; строение их пока ие известно.

Среди токсичных пресноводных сине-зеленых водорослей печально известна Anabaena flos-aquae, токсичный штамм которой явился, например, причиной гибели скота в Канаде в 1961 г. В 1966 г. из нее был выделен анатоксин А, строение которого установлено

Шемер IScheuer] Паупь (р. 1915), американский ким ик-органик. Образование получил в Северо-восточном университете и Бостоне и Гарвардском университете, с 196t г.— профессор Гавайского университета. Известен работами по изучению токсинов.

ССН, If

О

Рис. 373. Ядовитая пресноводная и < зеленая водоросль Anabaena

в 1972 г. рентгеноструктурным анализом (рис. 373). Анатоксин А является сильным нейротоксииом, вызывающим в летальных дозах смерть в течение 2—7 мин. Он находит широкое применение при изучении процессов нервно мышечной передачи.

Самым сложным по структуре и вторым по вктивности (токсичности) небелковым токсином является палитоксии, впервые выделенный Р. Муром и П. Шойером (США) в 1971 г. из мягких корвл-лов Palythoa toxica, иайдеииых на Гавайских островах. Уствновление его строения и стереохимии, завершенное в 1981 г. объединенными группами Й. Хирата и й. Киши, явилось выдающимся событием в биоорганическои химии. Молекула палитоксииа представляет собой уникальную структуру длиннвя цепь которой построена из ди-, три- и тетрагидрокситетрагидропирановых и фурановых циклов, соединенных насыщенными и ненасыщенными цепями полио-лов, иа его N-конце находится первичнвя аминогруппа, а С-конец ацилирован остатком tt-аминоакриламинопропаиола. Палитоксин обладает мощным действием: при внутривенном введении мышам его LD.O составляет 0,15 мкг/кг, при внутрибрюшинном — 0,4 мкг/кг, а для обезьян он еще токсичнее — LDsn 0,078 мкг/кг. Летвльный исход наступает через 5—30 мии в результате сужения сосудов, аритмии, коронарных спазм и остановки дыхания. Интересно, что в сублетальных дозах палитоксин проявляет высокую противоопухолевую активность. Механизм действия палитоксииа не

вполне ясен, хотя тоже является необычным: он, аналогично 773

уабаииу, но значительно сильнее, связывается с Na 1, К *"-АТФазвми---

чувствительных клеток (нервной ткани, сердца, эритроцитов) и Феромоны и ювенильные

образует в местах связывания поры в цитоплазматических мембра- гормоны насекомых нах, в результате чего клетки теряют ионы К 1 и Са' h и погибают.

Феромоны и ювенильные гормоны насекомых

Феромоны насекомых

Большое значение в жизни и поведении насекомых, их общении друг с другом играют низко молекулярные вещества, выделяемые эндокринными железвми и используемые насекомыми как средство внутривидовой передачи информации. Среди них имеются соединения, вызывающие состояние тревоги или агрессии, регулирующие поведение общественных насекомых (пчел, термитов, муравьев),

774

Низкомолекулярные биорегуляторы

Рис. 374. Бабочка Plaiysamia cecropia; антенны-усиии несут развитую систему рецепторов запаха.

Рис. 375. Бабочка бра ж ни к «мертва я голова» (Acheronlia alropos).

вещества-метчики (для ограничения территории обитания, следовые метки и др.), вызывающие большие скопления насекомых иа ограниченных территориях. Некоторые из таких веществ, выделяемые самками насекомых, привлекают самцов.

Эту группу биорегуляторов обычно объединяют под общим названием «феромоны», образованным от двух греческих слов: i|tpfiv (переносить) и rjof ал (возбуждать). Впервые данное по нятие было предложено Р. Карлсоном (Великобритания) в 1959 г., который дал ему следующее определение: «Феромоны — это вещества, вырабатываемые и выделяемые в окружающую среду живыми организмами (часто с помощью специализированных желез) и вызывающие специфическую ответную реакцию (характерное поведение или характерный процесс развития) у воспринимающих их особей того же биологического вида». Другими словами, эта специфическая ответная реакция возникает на расстоянии за счет распространения феромонов в среде обитания (по воздуху, в воде или почвенном слое). Есть сведения о наличии феромонов у многих видов животных, ио наиболее детально они изучены у насекомых.

О существовании внутри- и межвидовой хеморецепторной связи догадывались давно. Еще в середине прошлого столетия было установлено (Дж. Сиболд, Великобритания, 1837), что самки насекомых испускают запах, который привлекает самцов, причем на этот запах самцы реагируют только в половозрелой стадии и при наличии достаточного количества корма. Столетие спустя проблемой заинтересовался А. Бутенандт, выделивший в конце 50-х годов из пахучих желез самок тутового шелкопряда первый феромон, названный бомбиколом. Для идентификации феромона А. Бутенандту понадобилось около 20 лет и приблизительно 500 тыс. половозрелых самок тутового шелкопряда.

С тех пор в разных странах интенсивно начали развиваться работы по выделению и идентификации феромонов, влияющих на поведение насекомых, и особенно половых феромонов, число которых к 1983 г. достигло 600. По своей химической природе феромоны относятся к самым различным классам органических веществ: углеводородам, алифатическим и ароматическим спиртам, альдегидам, сложным эфирам, соединениям карбоциклической и гетероциклической природы и др.

За миллионы лет своего развития насекомые выработали совершенный механизм восприятия (хеморецепции) запаха, в том числе и феромонов. Антенны усики насекомых содержат многочисленные концевые органы — сенсиллы, высокочувствительные к запахам, переносимым потоками воздуха (рис. 374). Механизм такой хеморецепции еще не вполне ясен, однако установлено, что специфический сигнал химического соединения, воспринимаемый сенсиллами, трансформируется в электрический, воспринимаемый затем уже мозгом. Часто для появления сигнала достаточно попадания лишь одной молекулы феромона на рецепторную систему насекомого. Минимальная концентрация феромона бомбикола вызывающая ответную реакцию у 50% испытуемых самцов тутового шелкопряда, составляет 10 iZ мкг/мл. У тараканов порог восприятия еще выше (10 и мкг/мл, т. е. 25 молекул феромона в I мл воздуха).

Большинство природных феромонов — многокомпонентные смеси соединений с различной активностью. Причем иногда высокоактивные компоненты находятся в минорных количеств

страница 103
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113

Скачать книгу "Биоорганическая химия" (11.1Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(19.10.2017)