ΣΤΕΦΑΝΟΣ ΝΤΑΙΛΙΑΝΗΣ ΕΠΙΚΟΥΡΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΠΑΤΡΑ 2014

Transcript

1 ΡΥΠΟΓΟΝΕΣ ΟΥΣΙΕΣ ΤΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΚΑΙ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΟΥΣ ΣΤΟΥΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥΣ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΑΠΟΤΟΞΙΚΟΠΟΙΗΣΗΣ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΤΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΤΟΥ ΘΑΛΑΣΣΙΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΣΤΕΦΑΝΟΣ ΝΤΑΙΛΙΑΝΗΣ ΕΠΙΚΟΥΡΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΠΑΤΡΑ 2014

2 ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ ΤΟΥ ΓΝΩΣΤΙΚΟΥ AΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟΥ Α. ΚΥΡΙΑ ΕΙΔΗ ΡΥΠΟΓΟΝΩΝ ΟΥΣΙΩΝ B. ΕΙΣΟΔΟΣ ΡΥΠΟΓΟΝΩΝ ΟΥΣΙΩΝ ΣΤΑ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Γ. ΑΡΧΕΣ ΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΑΣ ΟΙΚΟΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ ΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑΣ. Ε. ΒΙΟΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΠΟΚΡΙΣΕΙΣ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ- ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΥΠΩΝ. ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΡΥΠΩΝ: ΣΤ. ΣΕ ΜΟΡΙΑΚΟ ΚΑΙ ΒΙΟΧΗΜΙΚΟ ΕΠΙΠΕΔΟ. Ζ. ΣΕ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟ ΕΠΙΠΕΔΟ. Η. ΣΕ ΟΛΟΚΛΗΡΟΥΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥΣ. Θ. ΣΤΗ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΠΛΗΘΥΣΜΩΝ - ΑΛΛΑΓΕΣ ΣΕ ΒΙΟΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΚΑΙ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Ι. ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΟΙΚΟΛΟΓΙΚΟΥ ΚΙΝΔΥΝΟΥ (ECOLOGICAL RISK ASSESSMENT). K. ΧΡΗΣΗ ΒΙΟΜΑΡΤΥΡΩΝ ΚΑΙ ΒΙΟΕΝΔΕΙΚΤΩΝ ΓΙΑ ΤΗΝ ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΤΗΝ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΤΩΝ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ.

3 ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ ΤΟΥ ΓΝΩΣΤΙΚΟΥ AΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟΥ Α. ΚΥΡΙΑ ΕΙΔΗ ΡΥΠΟΓΟΝΩΝ ΟΥΣΙΩΝ B. ΕΙΣΟΔΟΣ ΡΥΠΟΓΟΝΩΝ ΟΥΣΙΩΝ ΣΤΑ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Γ. ΑΡΧΕΣ ΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΑΣ ΟΙΚΟΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ ΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑΣ. Ε. ΒΙΟΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΠΟΚΡΙΣΕΙΣ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ- ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΥΠΩΝ. ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΡΥΠΩΝ: ΣΤ. ΣΕ ΜΟΡΙΑΚΟ ΚΑΙ ΒΙΟΧΗΜΙΚΟ ΕΠΙΠΕΔΟ. Ζ. ΣΕ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟ ΕΠΙΠΕΔΟ. Η. ΣΕ ΟΛΟΚΛΗΡΟΥΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥΣ. Θ. ΣΤΗ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΠΛΗΘΥΣΜΩΝ - ΑΛΛΑΓΕΣ ΣΕ ΒΙΟΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΚΑΙ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Ι. ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΟΙΚΟΛΟΓΙΚΟΥ ΚΙΝΔΥΝΟΥ (ECOLOGICAL RISK ASSESSMENT). K. ΧΡΗΣΗ ΒΙΟΜΑΡΤΥΡΩΝ ΚΑΙ ΒΙΟΕΝΔΕΙΚΤΩΝ ΓΙΑ ΤΗΝ ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΤΗΝ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΤΩΝ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ.

4 Η ποσότητα της ξενοβιοτικής ουσίας δεν είναι κάτι δεδομένο και απόλυτο, αλλά εξαρτάται: - από τον οργανισμό. - τη φυσική του κατάσταση. - τον τρόπο εισόδου. - το ποσοστό απορρόφησής της. Στόχος μελέτης: 1. ΒΙΟΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΜΙΑΣ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ. 2. ΕΙΣΟΔΟΣ ΜΙΑΣ ΤΟΞΙΚΗΣ ΕΝΩΣΗΣ ΣΤΟΝ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟ. ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ, ΔΙΑΝΟΜΗ ΚΑΙ ΑΠΕΚΚΡΙΣΗ. 3. EΚΦΡΑΣΗ ΤΟΞΙΚΗΣ ΔΡΑΣΗΣ ΟΥΣΙΩΝ. 4. ΒΙΟΜΕΤΑΜΟΡΦΩΣΗ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΩΝ ΟΥΣΙΩΝ.

5 1. ΒΙΟΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΜΙΑΣ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ. Μια ξενοβιοτική ουσία ή ένωση μπορεί να βρίσκεται: - είτε διαλυμένη στο υδάτινο μέσο. - είτε με τη μορφή σωματιδίων. Στην διαλυτή μορφή της μια ξενοβιοτική ουσία εμφανίζει την τάση να στοιχεία. διαλύεται σε οργανικά Κυριότεροι παράγοντες ελέγχου της βιοδιαθεσιμότητας μιας ξενοβιοτικής ουσίας: - η υδατοδιαλυτότητα της ξενοβιοτική ουσίας. - ο ρυθμός και η έκταση της έκλουσής της από τη στερεά φάση στον υδάτινο όγκο. - η ικανότητα διαλυτοποίησής της από τις διαδικασίες πέψης των οργανισμών.

6 1. ΒΙΟΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΜΙΑΣ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ. 1.1 Πρόσληψη διαλυμένων στο υδάτινο μέσο ξενοβιοτικών ουσιών: Η συγκέντρωση μιας διαλυμένης ουσίας στον οργανισμό είναι συνάρτηση του ρυθμού πρόσληψης και της συγκέντρωσης με την οποία απαντά στο υδάτινο μέσο. Ισχύει: C A = Κ U C W T Ό,που, C A : η συγκέντρωση της ουσίας στον οργανισμό (ng/g) C W : η συγκέντρωση της ουσίας στον υδάτινο όγκο (ng/g) Τ : ο χρόνος K U : η σταθερά του ρυθμού πρόσληψης της ουσίας (1/h) Π.χ. η σταθερά K U του βενζο[α]πυρενίου στη Mercenaria mercenaria είναι 5. Η σταθερά K U επηρεάζεται από: - τη θερμοκρασία του νερού. - το μεταβολικό ρυθμό του οργανισμού. - την ικανότητα μετακίνησής της ουσίας διαμέσου των βραγχίων.

7 1. ΒΙΟΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΜΙΑΣ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ. 1.1 Πρόσληψη διαλυμένων στο υδάτινο μέσο ξενοβιοτικών ουσιών: Η πρόσληψη μιας ουσίας από τα ψάρια και η μεταφορά της στον λιπώδη ιστό δίνεται σύμφωνα με την παρακάτω εξίσωση (Gobas & Mackay 1987): Ό,που, V: ο όγκος (m 3 ) V F Z F df F /dt = V L Z L df L /dt =D F (f w -f L ) Z: η ικανότητα διαφυγής της ουσίας από τη φάση στην οποία βρίσκεται κατά την πρόσληψή της και μετακίνησή της στη λιπιδική μορφή. f: η διαφυγή t: ο χρόνος (sec) D: η παράμετρος μεταφοράς, η οποία περιλαμβάνει το σύνολο των αντιστάσεων μεταξύ λιπιδικής σύστασης και υδάτινου μέσου. W: αναφέρεται στο υδάτινο μέσο F: αναφέρεται στον οργανισμό που προσλαμβάνει την ουσία. L: αναφέρεται στην ποσότητα του λίπους, στην οποία η ξενοβιοτική ένωση «διαφεύγει».

8 1. ΒΙΟΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΜΙΑΣ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ. 1.1 Πρόσληψη διαλυμένων στο υδάτινο μέσο ξενοβιοτικών ουσιών: Η συγκέντρωση των βραγχίων σε λίπος παίζει σημαντικό ρόλο στον έλεγχο της πρόσληψης της ουσίας. Ο προσδιορισμός της ικανότητας μιας ουσίας να προσλαμβάνεται και να μεταπηδά από το υδάτινο μέσο στο εσωτερικό του οργανισμού, μέσω των βραγχίων, δίνεται με την παράμετρο K ow, η οποία είναι ο συντελεστής διάλυσής της στο υδάτινο μέσο.

9 1. ΒΙΟΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΜΙΑΣ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ. 1.1 Πρόσληψη διαλυμένων στο υδάτινο μέσο ξενοβιοτικών ουσιών: Βιοσυσσώρευση ξενοβιοτικής ουσίας. Ρυθμός απομάκρυνσης της ουσίας < ρυθμός πρόσληψής της από τον οργανισμό Βιοσυσσώρευση ξενοβιοτικής ουσίας. Ο παράγοντας βιοσυσσώρευσης περιγράφει το βαθμό συσσώρευσης μιας ξενοβιοτικής ένωσης/ουσίας (ξ.ο.) στους ιστούς ενός οργανισμού, σε σύγκριση με τη συγκέντρωσή της στο υδάτινο μέσο και δίνεται με την παρακάτω εξίσωση: Ό,που, C a = (K U /K D ) C W {1-exp[f(1/K Dt )]} C a : η συγκέντρωση της ξ.ο. στον οργανισμό (ng/g) C w : η συγκέντρωση της ξ.ο. στο νερό (ng/g) Κ U : συντελεστής ρυθμού πρόσληψης (1/h) K D : συντελεστής ρυθμού απομάκρυνσης της ουσίας (1/h) Παράγοντας βιοσυσσώρευσης (BCF) = Ca/Cw = Ku/K D

10 1. ΒΙΟΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΜΙΑΣ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ. 1.2 Πρόσληψη μια ξενοβιοτικής ουσίας από το ίζημα: Παράκτιοι οργανισμοί μπορεί να προσλάβουν μια ξενοβιοτική ουσία, τόσο μέσω των ιζημάτων όσο και μέσω της τροφής τους. Η πρόσληψη ουσιών μέσω της πεπτικής οδού και η εσωτερική πέψη τους εξαρτάται από: - το ρυθμό τροφοληψίας του ζώου. - την αποδοτικότητα αφομοίωσης της τροφής. - τη συγκέντρωση της ουσίας στα σωματίδια της τροφής. Πολύχαιτοι και ασπόνδυλοι οργανισμοί συσσωρεύουν ουσίες από τα ιζήματα και γίνονται «ενδιάμεσοι σύνδεσμοι της τροφικής αλυσίδας» για τη μεταφορά τους σε ανώτερους οργανισμούς. Άλλοι οργανισμοί προσλαμβάνουν οργανική ύλη από το βένθος και μέσω της πεπτική οδού αφομοιώνουν τα απαραίτητα τροφικά σωματίδια.

11 1. ΒΙΟΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΜΙΑΣ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ. 1.2 Πρόσληψη μια ξενοβιοτικής ουσίας από το ίζημα: Η κινητική του βενζο[α]πυρενίου από το ίζημα στην πεπτική οδό του αμφίποδου Diporeia sp. δίνεται από την παρακάτω εξίσωση (Kukkonen & Landrum, 1998): C a = [K s C s (1-e -Ket )/Ke] (Kukkonen & Landrum, 1998)

12 1. ΒΙΟΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΜΙΑΣ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ. 1.2 Πρόσληψη μια ξενοβιοτικής ουσίας από το ίζημα: Η κινητική του βενζο[α]πυρενίου από το ίζημα στην πεπτική οδό του αμφίποδου Diporeia sp. δίνεται από την παρακάτω εξίσωση (Kukkonen & Landrum, 1998): C a = [K s C s (1-e -Ket )/Ke] (Kukkonen & Landrum, 1998) Ό,που, K s : ο συντελεστής πρόσληψης (g ξηρού βάρους ιζήματος/g υγρού ιστού x h) C s : η συγκέντρωση του οργανικού στο ίζημα (mol/g) t: ο χρόνος (h) Κ e : σταθερά του ρυθμού εξουδετέρωσης/απομάκρυνσης της οργανικής ουσίας (1/h) C a : η συγκέντρωση της οργανικής ουσίας στον οργανισμό (mmol/g). Ο συντελεστής K s ισούται με το λόγο K U /K D.

13 1. ΒΙΟΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΜΙΑΣ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ. 1.2 Πρόσληψη μια ξενοβιοτικής ουσίας από το ίζημα: Η κινητική του βενζο[α]πυρενίου από το ίζημα στην πεπτική οδό του αμφίποδου Diporeia sp. δίνεται από την παρακάτω εξίσωση (Kukkonen & Landrum, 1998): C a = [K s C s (1-e -Ket )/Ke] (Kukkonen & Landrum, 1998) Ό,που, K s : ο συντελεστής πρόσληψης (g ξηρού βάρους ιζήματος/g υγρού ιστού x h) C s : η συγκέντρωση του οργανικού στο ίζημα (mol/g) t: ο χρόνος (h) Κ e : σταθερά του ρυθμού εξουδετέρωσης/απομάκρυνσης της οργανικής ουσίας (1/h) C a : η συγκέντρωση της οργανικής ουσίας στον οργανισμό (mmol/g). Ο συντελεστής K s ισούται με το λόγο K U /K D.

14 1. ΒΙΟΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΜΙΑΣ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ. 1.2 Πρόσληψη μια ξενοβιοτικής ουσίας από το ίζημα: Η κινητική του βενζο[α]πυρενίου από το ίζημα στην πεπτική οδό του αμφίποδου Diporeia sp. δίνεται από την παρακάτω εξίσωση (Kukkonen & Landrum, 1998): C a = [K s C s (1-e -Ket )/Ke] (Kukkonen & Landrum, 1998) Ό,που, K s : ο συντελεστής πρόσληψης (g ξηρού βάρους ιζήματος/g υγρού ιστού x h) C s : η συγκέντρωση του οργανικού στο ίζημα (mol/g) t: ο χρόνος (h) Κ e : σταθερά του ρυθμού εξουδετέρωσης/απομάκρυνσης της οργανικής ουσίας (1/h) C a : η συγκέντρωση της οργανικής ουσίας στον οργανισμό (mmol/g). Ο συντελεστής K s ισούται με το λόγο K U /K D.

15 1. ΒΙΟΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΜΙΑΣ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ. 1.2 Πρόσληψη μια ξενοβιοτικής ουσίας από το ίζημα: Η κινητική του βενζο[α]πυρενίου από το ίζημα στην πεπτική οδό του αμφίποδου Diporeia sp. δίνεται από την παρακάτω εξίσωση (Kukkonen & Landrum, 1998): C a = [K s C s (1-e -Ket )/Ke] (Kukkonen & Landrum, 1998) Ό,που, K s : ο συντελεστής πρόσληψης (g ξηρού βάρους ιζήματος/g υγρού ιστού x h) C s : η συγκέντρωση του οργανικού στο ίζημα (mol/g) t: ο χρόνος (h) Κ e : σταθερά του ρυθμού εξουδετέρωσης/απομάκρυνσης της οργανικής ουσίας (1/h) C a : η συγκέντρωση της οργανικής ουσίας στον οργανισμό (mmol/g). Ο συντελεστής K s ισούται με το λόγο K U /K D.

16 1. ΒΙΟΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΜΙΑΣ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ. 1.2 Πρόσληψη μια ξενοβιοτικής ουσίας από το ίζημα: Ο συντελεστής βιοσυσσώρευσης περιλαμβάνει την πρόσληψη και την απομάκρυνση της ξενοβιοτικής ουσίας από τον οργανισμό. Οι χαμηλές τιμές του συντελεστή σχετίζονται με ιζήματα υψηλής συγκέντρωσης οργανικής ύλης, ενώ υψηλές τιμές σχετίζονται με ιζήματα χαμηλής συγκέντρωσης. Η συγκριτική μελέτη των συντελεστών βιοσυσσώρευσης μεταξύ διαφορετικών οργανισμών θα πρέπει να λαμβάνει υπόψη της: - το λιπιδικό περιεχόμενο των ιστών του κάθε οργανισμού. - τη συνολική ποσότητα της οργανικής ύλης των ιζημάτων.

17 1. ΒΙΟΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΜΙΑΣ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ. 1.3 Πρόσληψη μιας ξενοβιοτικής ουσίας μέσω της τροφής: Ο προσδιορισμός της πρόσληψης μιας ξενοβιοτικής ένωσης/ουσίας μέσω της τροφής πραγματοποιείται λαμβάνοντας υπόψη: τη συγκέντρωση της ουσίας στην τροφή που προσλαμβάνεται από τον οργανισμό. τη συγκέντρωση της ουσίας στο υδάτινο μέσο. τη συγκέντρωσή της στο ίζημα.

18 1. ΒΙΟΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΜΙΑΣ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ. 1.3 Πρόσληψη μιας ξενοβιοτικής ουσίας μέσω της τροφής: C i = {k 1 C w + [(p ix CAEI ix )C x ]} / [k 2 + k G + k M + k E ]

19 1. ΒΙΟΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΜΙΑΣ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ. 1.3 Πρόσληψη μιας ξενοβιοτικής ουσίας μέσω της τροφής: C i = {k 1 C w + [(p ix CAEI ix )C x ]} / [k 2 + k G + k M + k E ] Ό,που, C i : η συγκέντρωση της ουσίας στο ζώο (μg/kg λιπώδους ιστού)

20 1. ΒΙΟΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΜΙΑΣ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ. 1.3 Πρόσληψη μιας ξενοβιοτικής ουσίας μέσω της τροφής: C i = {k 1 C w + [(p ix CAEI ix )C x ]} / [k 2 + k G + k M + k E ] Ό,που, C i : η συγκέντρωση της ουσίας στο ζώο (μg/kg λιπώδους ιστού) k 1 : ο συντελεστής ροής/πρόσληψης από το υδάτινο μέσο (l/ημέρα/g λιπώδους ιστού)

21 1. ΒΙΟΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΜΙΑΣ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ. 1.3 Πρόσληψη μιας ξενοβιοτικής ουσίας μέσω της τροφής: C i = {k 1 C w + [(p ix CAEI ix )C x ]} / [k 2 + k G + k M + k E ] Ό,που, C i : η συγκέντρωση της ουσίας στο ζώο (μg/kg λιπώδους ιστού) k 1 : ο συντελεστής ροής/πρόσληψης από το υδάτινο μέσο (l/ημέρα/g λιπώδους ιστού) C w : η συγκέντρωση της ουσίας στο υδάτινο μέσο (μg/l)

22 1. ΒΙΟΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΜΙΑΣ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ. 1.3 Πρόσληψη μιας ξενοβιοτικής ουσίας μέσω της τροφής: C i = {k 1 C w + [(p ix CAEI ix )C x ]} / [k 2 + k G + k M + k E ] Ό,που, C i : η συγκέντρωση της ουσίας στο ζώο (μg/kg λιπώδους ιστού) k 1 : ο συντελεστής ροής/πρόσληψης από το υδάτινο μέσο (l/ημέρα/g λιπώδους ιστού) C w : η συγκέντρωση της ουσίας στο υδάτινο μέσο (μg/l) p ix : η προτίμηση του οργανισμού στην τροφή, έστω x

23 1. ΒΙΟΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΜΙΑΣ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ. 1.3 Πρόσληψη μιας ξενοβιοτικής ουσίας μέσω της τροφής: C i = {k 1 C w + [(p ix CAEI ix )C x ]} / [k 2 + k G + k M + k E ] Ό,που, C i : η συγκέντρωση της ουσίας στο ζώο (μg/kg λιπώδους ιστού) k 1 : ο συντελεστής ροής/πρόσληψης από το υδάτινο μέσο (l/ημέρα/g λιπώδους ιστού) C w : η συγκέντρωση της ουσίας στο υδάτινο μέσο (μg/l) p ix : η προτίμηση του οργανισμού στην τροφή, έστω x CAE: η χημική ικανότητα αφομοίωσης (g αφομοίωσης/g πέψης)

24 1. ΒΙΟΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΜΙΑΣ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ. 1.3 Πρόσληψη μιας ξενοβιοτικής ουσίας μέσω της τροφής: C i = {k 1 C w + [(p ix CAEI ix )C x ]} / [k 2 + k G + k M + k E ] Ό,που, C i : η συγκέντρωση της ουσίας στο ζώο (μg/kg λιπώδους ιστού) k 1 : ο συντελεστής ροής/πρόσληψης από το υδάτινο μέσο (l/ημέρα/g λιπώδους ιστού) C w : η συγκέντρωση της ουσίας στο υδάτινο μέσο (μg/l) p ix : η προτίμηση του οργανισμού στην τροφή, έστω x CAE: η χημική ικανότητα αφομοίωσης (g αφομοίωσης/g πέψης) I ix : ρυθμός πέψης της τροφής x (g του x/g οργανισμού/ημέρα)

25 1. ΒΙΟΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΜΙΑΣ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ. 1.3 Πρόσληψη μιας ξενοβιοτικής ουσίας μέσω της τροφής: C i = {k 1 C w + [(p ix CAEI ix )C x ]} / [k 2 + k G + k M + k E ] Ό,που, C i : η συγκέντρωση της ουσίας στο ζώο (μg/kg λιπώδους ιστού) k 1 : ο συντελεστής ροής/πρόσληψης από το υδάτινο μέσο (l/ημέρα/g λιπώδους ιστού) C w : η συγκέντρωση της ουσίας στο υδάτινο μέσο (μg/l) p ix : η προτίμηση του οργανισμού στην τροφή, έστω x CAE: η χημική ικανότητα αφομοίωσης (g αφομοίωσης/g πέψης) I ix : ρυθμός πέψης της τροφής x (g του x/g οργανισμού/ημέρα) C x : συγκέντρωση ουσίας στην τροφή x (μg/kg λιπώδους ιστού)

26 1. ΒΙΟΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΜΙΑΣ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ. 1.3 Πρόσληψη μιας ξενοβιοτικής ουσίας μέσω της τροφής: C i = {k 1 C w + [(p ix CAEI ix )C x ]} / [k 2 + k G + k M + k E ] Ό,που, C i : η συγκέντρωση της ουσίας στο ζώο (μg/kg λιπώδους ιστού) k 1 : ο συντελεστής ροής/πρόσληψης από το υδάτινο μέσο (l/ημέρα/g λιπώδους ιστού) C w : η συγκέντρωση της ουσίας στο υδάτινο μέσο (μg/l) p ix : η προτίμηση του οργανισμού στην τροφή, έστω x CAE: η χημική ικανότητα αφομοίωσης (g αφομοίωσης/g πέψης) I ix : ρυθμός πέψης της τροφής x (g του x/g οργανισμού/ημέρα) C x : συγκέντρωση ουσίας στην τροφή x (μg/kg λιπώδους ιστού) k 2 : συντελεστής καθαρισμού/αποτοξίνωσης (l/ημέρα)

27 1. ΒΙΟΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΜΙΑΣ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ. 1.3 Πρόσληψη μιας ξενοβιοτικής ουσίας μέσω της τροφής: k G : σταθερά ανάπτυξης (1/ημέρα) C i = {k 1 C w + [(p ix CAEI ix )C x ]} / [k 2 + k G + k M + k E ]

28 1. ΒΙΟΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΜΙΑΣ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ. 1.3 Πρόσληψη μιας ξενοβιοτικής ουσίας μέσω της τροφής: k G : σταθερά ανάπτυξης (1/ημέρα) C i = {k 1 C w + [(p ix CAEI ix )C x ]} / [k 2 + k G + k M + k E ] k Μ : συντελεστής μεταβολικής ικανότητας της ξ.ο. (l/ημέρα)

29 1. ΒΙΟΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΜΙΑΣ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ. 1.3 Πρόσληψη μιας ξενοβιοτικής ουσίας μέσω της τροφής: C i = {k 1 C w + [(p ix CAEI ix )C x ]} / [k 2 + k G + k M + k E ] k G : σταθερά ανάπτυξης (1/ημέρα) k Μ : συντελεστής μεταβολικής ικανότητας της ξ.ο. (l/ημέρα) k Ε : ρυθμός απέκκρισης (l/ημέρα)

30 1. ΒΙΟΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΜΙΑΣ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ. 1.3 Πρόσληψη μιας ξενοβιοτικής ουσίας μέσω της τροφής: C i = {k 1 C w + [(p ix CAEI ix )C x ]} / [k 2 + k G + k M + k E ] k G : σταθερά ανάπτυξης (1/ημέρα) k Μ : συντελεστής μεταβολικής ικανότητας της ξ.ο. (l/ημέρα) k Ε : ρυθμός απέκκρισης (l/ημέρα) k 1 C w : πρόσληψη της ουσίας από το νερό

31 1. ΒΙΟΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΜΙΑΣ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ. 1.3 Πρόσληψη μιας ξενοβιοτικής ουσίας μέσω της τροφής: C i = {k 1 C w + [(p ix CAEI ix )C x ]} / [k 2 + k G + k M + k E ] k G : σταθερά ανάπτυξης (1/ημέρα) k Μ : συντελεστής μεταβολικής ικανότητας της ξ.ο. (l/ημέρα) k Ε : ρυθμός απέκκρισης (l/ημέρα) k 1 C w : πρόσληψη της ουσίας από το νερό p ix CAEI ix : πρόσληψη της ουσίας από την τροφή x. Ο παρανομαστής της εξίσωσης αντιπροσωπεύει της απώλεια της ουσίας μέσω της αποτοξίνωσης του οργανισμού (Κ 2 ), της αναπτυξιακής διαδικασίας (K G ), του μεταβολικού ρυθμού (Κ Μ ) και της απέκκρισης της ουσίας από τον οργανισμό (Κ Ε ).

32 1. ΒΙΟΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΜΙΑΣ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ. 1.3 Πρόσληψη μιας ξενοβιοτικής ουσίας μέσω της τροφής: C i = {k 1 C w + [(p ix CAEI ix )C x ]} / [k 2 + k G + k M + k E ] Συμπερασματικά: Η πρόσληψη μέσω της τροφής εξαρτάται από: - τις διατροφικές συνήθειες (p). - το ρυθμό πρόσληψης/πέψης (Ι). - την αναλογία του συνολικού ποσού της ουσίας που προσλαμβάνεται από την τροφή ή το ίζημα (CAE).

33 2. ΕΙΣΟΔΟΣ ΜΙΑΣ ΤΟΞΙΚΗΣ ΕΝΩΣΗΣ ΣΤΟΝ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟ. ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ, ΔΙΑΝΟΜΗ ΚΑΙ ΑΠΕΚΚΡΙΣΗ. Η είσοδος μιας ξενοβιοτικής ουσίας στον οργανισμό μπορεί να επιτευχθεί μέσω: - της κατάποσης (γαστρεντερική οδός). - της αναπνοής (πνεύμονες και βράγχια). - του δέρματος (ιδρωτοποιοί & σμηγματογόνοι αδένες).

34 2. ΕΙΣΟΔΟΣ ΜΙΑΣ ΤΟΞΙΚΗΣ ΕΝΩΣΗΣ ΣΤΟΝ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟ. ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ, ΔΙΑΝΟΜΗ ΚΑΙ ΑΠΕΚΚΡΙΣΗ. Η είσοδος της τοξικής ουσίας ακολουθείται από: Διαδικασίες μεταβολισμού στο ήπαρ και τους νεφρούς. Τη δέσμευση σε ειδικές πρωτεϊνες, με απώτερο στόχο την απομάκρυνσή τους μέσω των απεκκρίσεων από τον οργανισμό. Αποβολή με τα ούρα και με τα περιττώματα (άπεπτες ουσίες). Πτητικές ενώσεις και αέρια αποβάλλονται μέσω της εκπνοής. Κύρια μέρη αποθήκευσης τοξικών ενώσεων είναι: - το πλάσμα του αίματος. - το ήπαρ. - οι νεφροί. - το λίπος. - τα οστά.

35 2. ΕΙΣΟΔΟΣ ΜΙΑΣ ΤΟΞΙΚΗΣ ΕΝΩΣΗΣ ΣΤΟΝ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟ. ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ, ΔΙΑΝΟΜΗ ΚΑΙ ΑΠΕΚΚΡΙΣΗ. Είσοδος, μεταβολισμός και αποθήκευση τοξικών ουσιών στο σώμα. Πορείες διανομής και απομάκρυνσης της ουσίας από τον οργανισμό (τροποποιημένη από Toxicological Chemistry and Biochemistry, 3 rd Ed.).

36 3. EΚΦΡΑΣΗ ΤΟΞΙΚΗΣ ΔΡΑΣΗΣ ΟΥΣΙΩΝ. Η έκθεση ενός οργανισμού σε ένα τοξικό παράγοντα μπορεί να προκαλέσει: - Αλλαγές της συμπεριφοράς του. - Διαταραχές της φυσιολογικής του ομοιόστασης. Παράγοντες που επηρεάζουν την έκφραση της τοξικής δράσης μιας ουσίας είναι: - Η φύση και η τοξικότητα της ουσίας. - Ο βαθμός ευαισθησίας του οργανισμού. - Η φυσιολογική του απόκριση.

37 3. EΚΦΡΑΣΗ ΤΟΞΙΚΗΣ ΔΡΑΣΗΣ ΟΥΣΙΩΝ. Επαγωγή τοξικών επιδράσεων μετά από έκθεση σε τοξικό παράγοντα και αποκρίσεις του οργανισμού (τροποποιημένη από Toxicological Chemistry and Biochemistry, 3 rd Ed.).

38 3. EΚΦΡΑΣΗ ΤΟΞΙΚΗΣ ΔΡΑΣΗΣ ΟΥΣΙΩΝ. Τοξικές επιδράσεις ουσιών (Δημητριάδης και συν. 2006).

39 Ε. ΒΙΟΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΠΟΚΡΙΣΕΙΣ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ- ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΥΠΩΝ. Προστατευτικές αποκρίσεις έναντι των ρυπογόνων ουσιών. Στόχος του οργανισμού είναι η αποτοξικοποίηση/αποτοξίνωσή του και η απομάκρυνση της τοξικής ουσίας. Οι προστατευτικές αποκρίσεις του οργανισμού σχετίζονται με την επαγωγή ενζυμικών συστημάτων και γενικότερα μηχανισμών που σκοπό έχουν την αντιμετώπιση των τοξικών επιπτώσεων των ρυπογόνων ουσιών. Μη -προστατευτικές αποκρίσεις έναντι των ρυπογόνων ουσιών. Εμφανίζονται βιοσυσσωρευτικά φαινόμενα με αποτέλεσμα την πρόκληση σημαντικών διαταραχών της φυσιολογικής λειτουργίας των οργανισμών.

40 Ε. ΒΙΟΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΠΟΚΡΙΣΕΙΣ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ- ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΥΠΩΝ. Προστατευτικές και μη-προστατευτικές αποκρίσεις σε χημικές ενώσεις (Walker και συν. 2001). Τύπος επίδρασης Παράδειγμα Συνέπειες 1) Επαγωγή μονο-οξυγενασών Αύξηση του μεταβολισμού της Προστατευτική ένωσης προς υδατοδιαλυτή μορφή με αποτέλεσμα την αύξηση της αποβολής της. 2) Επαγωγή μεταλλοθειονινών Αύξηση του ρυθμού δέσμευσης μετάλλων και μείωση της βιοδιαθεσιμότητάς τους. Μη-προστατευτική 1) Παρεμπόδιση της δράσης Τοξικές επιδράσεις, μετά από (πιθανή εμφάνιση της AChE. παρεμπόδιση κατά 50%. τοξικών φαινομένων) 2) Σχηματισμός συμπλόκων Μεταλλάξεις-καρκινογένεση. χημικών ενώσεων-dna.

41 Ε. ΒΙΟΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΠΟΚΡΙΣΕΙΣ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ- ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΥΠΩΝ. Διαγραμματική απεικόνιση των επιπτώσεων σε βιοχημικό επίπεδο των τοξικών παραγόντων (τροποποιημένη από Hinton και συν., 1992, και Manahan, 2003).

42 Ε. ΒΙΟΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΠΟΚΡΙΣΕΙΣ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ- ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΥΠΩΝ. Διαγραμματική απεικόνιση των επιπτώσεων σε γενετικό επίπεδο των τοξικών παραγόντων (τροποποιημένη από Hinton και συν., 1992, και Manahan, 2003).

43 Ε. ΒΙΟΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΠΟΚΡΙΣΕΙΣ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ- ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΥΠΩΝ. 1. ΒΙΟΜΕΤΑΜΟΡΦΩΣΗ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΩΝ ΟΥΣΙΩΝ. Υδατοδιαλυτές ουσίες Αποτελεσματική αποβολή από τον οργανισμό Βιομεταμόρφωση Λιπόφιλες ουσίες Συσσώρευση στον οργανισμό Ο μηχανισμός της βιομεταμόρφωσης αποσκοπεί στην απομάκρυνση των αντιδρώντων ξενοβιοτικών ουσιών από τον οργανισμό με το μικρότερο λειτουργικό κόστος.

44 Ε. ΒΙΟΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΠΟΚΡΙΣΕΙΣ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ- ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΥΠΩΝ. 1. ΒΙΟΜΕΤΑΜΟΡΦΩΣΗ ΞΕΝΟΒΙΟΤΙΚΩΝ ΟΥΣΙΩΝ. Ξενοβιοτικός παράγοντας Βιομεταμόρφωση μιας ξενοβιοτικής ουσίας (τροποποιημένη από Toxicological Chemistry and Biochemistry, 3 rd Ed.). Μεταβολισμός φάσης Ι Μεταβολίτες Μεταβολισμός φάσης ΙΙ Υδατοδιαλυτότητα με προσθήκη πολικών ομάδων

45 Ε. ΒΙΟΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΠΟΚΡΙΣΕΙΣ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ- ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΥΠΩΝ. 2. ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ. Αντίδραση Ένζυμο Υποκυτταρική θέση ΦΑΣΗ Ι Υδρόλυση Αναγωγή Οξείδωση ΦΑΣΗ ΙΙ Καρβολεστεράση Πεπτιδάση Εποξειδική υδρολάση Αζω- και νιτρο- αναγωγή Καρβονυλική αναγωγή Δισουλφιδική αναγωγή Σουλφοξειδική αναγωγή Αναγωγή κινονών Αναγωγική αφαλογόνωση Αλκοολική αφυδρογονάση Αλδεϋδική αφυδρογονάση Αλδεϋδική οξειδάση Ξανθίνη οξειδάση Μονοάμινο οξειδάση Προσταγλανδινο Η συνθάση Κυτόχρωμα Ρ450 Γλουκουρονική σύζεθυη Σουλφονική σύζευξη Σύζευξη γλουταθειόνης Σύζευξη αμινοξέων Ακετυλίωση Μεθυλίωση Μικροσωμάτια, κυτοσολιο Αίμα, λυσοσώματα Μιρκοσώματα, κυτοσόλιο Μικορχλωρία, μικροσώματα, κυτοσόλιο Κυτοσόλιο Κυτοσόλιο Κυτοσόλιο Κυτοσόλιο, μικροσώματα Μικροσώματα Κυτοσόλιο Μιτοχόνδρια, κυτοσόλιο Κυτοσόλιο Κυτοσόλιο Μιτοχόνδρια Μικροσώματα Μικορσώματα Μικροσώματα Κυτοσόλιο Κυτοσόλιο, μικροσώματα Μιτοχόνδρια, μικροσώματα Μιτοχόνδρια, κυτοσόλιο Κυτοσόλιο

46 Ε. ΒΙΟΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΠΟΚΡΙΣΕΙΣ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ- ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΥΠΩΝ. 2. ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ. Ο μεταβολισμός των οργανικών ενώσεων πραγματοποιείται με ένα εύρος ενζυμικών παραγόντων, και διακρίνεται σε 2 φάσεις: α) λειτουργικός μεταβολισμός (φάση Ι) β) μεταβολισμός συζυγίας (φάση ΙΙ).

47 Ε. ΒΙΟΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΠΟΚΡΙΣΕΙΣ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ- ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΥΠΩΝ. 2. ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ. 2.1 Λειτουργικός μεταβολισμός (φάση Ι). Περιλαμβάνει ένζυμα που παίρνουν μέρος στο λειτουργικό μεταβολισμό λιπόφιλων ξενοβιοτικών ουσιών. Κύριος στόχος είναι: - μετατροπή των ξενοβιοτικών ουσιών σε υδατοδιαλυτές μορφές. - αποτελεσματική απομάκρυνση των διαλυτών μορφών από τα κύτταρα και τον οργανισμό.

48 Ε. ΒΙΟΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΠΟΚΡΙΣΕΙΣ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ- ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΥΠΩΝ. 2. ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ. 2.1 Λειτουργικός μεταβολισμός (φάση Ι) Ένζυμα φάσης Ι. Μικροσωμικά ένζυμα κυρίως στο ενδοπλασματικό δίκτυο ή δεσμευμένα πάνω σε μεμβράνες. Παρουσιάζουν μια μεγάλη ποικιλία ως προς τα υποστρώματά τους και επειδή πολλά είναι τοξικές ουσίες καλούνται και ένζυμα αποτοξίνωσης. Καταλύουν ένα μεγάλο αριθμό αντιδράσεων που μπορεί να υποστεί ένα συστατικό, όπως: - Οξείδωση - Αναγωγή - Υδρόλυση Κύριος στόχος των μηχανισμών κατάλυσης είναι η δημιουργία μιας ενεργής ομάδας (-ΟΗ, -ΝΗ 2, - CΟΟΗ κ. λπ.), πάνω στον οργανικό παράγοντα. Τα προϊόντα της φάσης Ι μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως υποστρώματα της φάσης ΙΙ. Ένζυμα της φάσης Ι θεωρούνται: - η μονο-οξυγενάση του κυτοχρώματος Ρ450 (Mixed-Function-Monoxygenase/MFO) - το σύστημα της μονο-οξυγενάσης της φλαβοπρωτεΐνης (FAD) - οξειδάσες, υδρολάσες, ρεδουκτάσες, εστεράσες, φωσφατάσες, υδροξυλάσες κ. λπ.

49 Ε. ΒΙΟΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΠΟΚΡΙΣΕΙΣ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ- ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΥΠΩΝ. 2. ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ. 2.1 Λειτουργικός μεταβολισμός (φάση Ι) Ένζυμα φάσης Ι. Σύστημα της μονο-οξυγενάσης του κυτοχρώματος Ρ450 (Mixed-Function-Monoxygenase/MFO). Αποτελεί το σημαντικότερο ενζυμικό σύστημα αυτής της κατηγορίας. Εντοπίζεται στο ενδοπλασματικό δίκτυο, κυρίως των υπατοκυττάρων των σπονδυλωτών. Το σύστημα Ρ450 αυξάνει το ρυθμό παραγωγής υδατοδιαλυτών μεταβολιτών και σύμπλοκων ενώσεων χαμηλής τοξικότητας για την εύκολη απομάκρυνση/αποβολή από τον οργανισμό.

50 Ε. ΒΙΟΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΠΟΚΡΙΣΕΙΣ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ- ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΥΠΩΝ. 2. ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ. 2.1 Λειτουργικός μεταβολισμός (φάση Ι) Ένζυμα φάσης Ι. Σύστημα της μονο-οξυγενάσης του κυτοχρώματος Ρ450 (Mixed-Function-Monoxygenase/MFO). Αντιδράσεις που πραγματοποιούνται με τη μεσολάβηση του συστήματος P450: RH + NADPH + H + + O 2 R-OH + NADP + + H 2 O Αντίδραση μονο-οξυγόνωσης με τη μεσολάβηση 2e - RH + POOH R-OH + POH Δεν απαιτεί NADPH και μοριακό οξυγόνο Όπου, RH: οργανικός ξενοβιοτικός παράγοντας R-OH: υδροξυλιωμένος οργανικός παράγοντας. ΡΟΟΗ: υπεροξειδική ένωση

51 Ε. ΒΙΟΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΠΟΚΡΙΣΕΙΣ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ- ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΥΠΩΝ. 2. ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ. Σύστημα της μονο-οξυγενάσης του κυτοχρώματος Ρ450 (Mixed-Function-Monoxygenase/MFO) και Βιοενεργοποίηση. Η οικογένεια Ι του κυτοχρώματος Ρ 450 είναι μια ενζυμική ομάδα η οποία αντιδρά με επίπεδα μόρια ξενοβιοτικών ουσίων, όπως οι πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες (ΡΑΗς), PCBs και διοξίνες. Ο μεταβολισμός ορισμένων πολυκυκλικών αρωματικών υδρογονανθράκων οδηγεί στην παραγωγή ενδιάμεσων μεταβολιτών με καρκινογόνο δράση (π.χ., βενζο[α]πυρένιο, διβενζο[ah]ανθρακένιο, αφλατοξίνη, κ. λπ.), (Φαινόμενο Βιοενεργοποίησης).

52 Ε. ΒΙΟΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΠΟΚΡΙΣΕΙΣ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ- ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΥΠΩΝ. 2. ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ. Σύστημα της μονο-οξυγενάσης του κυτοχρώματος Ρ450 (Mixed-Function-Monoxygenase/MFO) και Βιοενεργοποίηση. Βιοενεργοποίηση. Σχηματισμό τοξικών ενδιάμεσων προϊόντων, μέσω της βιομεταμορφωτικής διαδικασίας, τα οποία είναι υπεύθυνα για την πρόκληση μιας σειράς φαινομένων που οδηγούν: - σε θάνατο του κυττάρου. - εμφάνιση καρκίνου. - τερατογένεση. - σε ένα αριθμό άλλων τοξικών φαινομένων. Π.χ. μεταβολίτης του βενζο[α]πυρένιου (διαταραχές της δομής του DNA και καρκινογενέσεις σε θηλαστικά).

53 Ε. ΒΙΟΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΠΟΚΡΙΣΕΙΣ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ- ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΥΠΩΝ. 2. ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ. Ξενοβιοτικός παράγοντας Βιομεταμόρφωση και Βιοενεργοποίηση μιας ξενοβιοτικής ουσίας (τροποποιημένη από Toxicological Chemistry and Biochemistry, 3 rd Ed.). Μεταβολισμός φάσης Ι Μεταβολίτες Τοξικός μεταβολίτης Διαταραχές μεμβρανικών δομών Υπεροξείδωση λιπιδίων Βλάβες γενετικού υλικού Απενεργοποίηση ενζύμων Μεταβολισμός φάσης ΙΙ Επιπτώσεις σε υποκυτταρικό επίπεδο Υδατοδιαλυτότητα με προσθήκη πολικών ομάδων Επιπτώσεις σε κυτταρικό επίπεδο Επιπτώσεις σε επίπεδο οργανισμού

54 Ε. ΒΙΟΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΠΟΚΡΙΣΕΙΣ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ- ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΥΠΩΝ. 2. ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ. 2.1 Λειτουργικός μεταβολισμός (φάση Ι) Ένζυμα φάσης Ι. Σύστημα της μονο-οξυγενάσης του κυτοχρώματος Ρ450 (Mixed-Function-Monoxygenase/MFO) και Βιοενεργοποίηση. Αντιδράσεις που λαμβάνουν μέρος στο μεταβολισμό του βενζο[α]πυρενίου, μέσω του συστήματος της μονοξυγενάσης του κυτοχρώματος Ρ450 (τροποποιημένη από Toxicological Chemistry and Biochemistry, 3 rd Ed.).

55 Ε. ΒΙΟΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΠΟΚΡΙΣΕΙΣ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ- ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΥΠΩΝ. 2. ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ. 2.1 Λειτουργικός μεταβολισμός (φάση Ι) Ένζυμα φάσης Ι. Σύστημα της μονο-οξυγενάσης του κυτοχρώματος Ρ450 (Mixed-Function-Monoxygenase/MFO) και Βιοενεργοποίηση. Μονοπάτι ενεργοποίησης και αποτοξικοποίησης των χημικών ρύπων (Walker και συν. 2001).

56 Ε. ΒΙΟΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΠΟΚΡΙΣΕΙΣ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ- ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΥΠΩΝ. 2. ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ. 2.2 Μεταβολισμός συζυγίας (φάση ΙΙ). Η μεταβολική διαδικασία των οργανικών ουσιών συνεχίζεται με την παρέμβαση των ενζύμων που συμμετέχουν στη φάση ΙΙ Ένζυμα φάσης ΙΙ. Στη φάση ΙΙ συμμετέχουν: - η τρανσφεράση S της γλουταθειόνης. - η διφωσφορική-γλυκοροτρανσφεράση της ουριδίνης. - διάφορες ακετυλάσες, θειοτρανσφεράσες, φορμυλάσες και μεθυλάσες. Σύνδεση μιας ομάδας πολικών μορίων με την ενεργή ομάδα του οργανικού προϊόντος, προσδίδοντάς του υδρόφιλο χαρακτήρα, ενώ ταυτόχρονα το καθιστά κατάλληλο για έκκριση από το κύτταρο.

57 Ε. ΒΙΟΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΠΟΚΡΙΣΕΙΣ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ- ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΥΠΩΝ. 2. ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ. 2.2 Μεταβολισμός συζυγίας (φάση ΙΙ) Ένζυμα φάσης ΙΙ. Διαδικασίες σύζευξης κατά τη φάση ΙΙ (τροποποιημένη από Toxicological Chemistry and Biochemistry, 3 rd Ed.).

58 Ε. ΒΙΟΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΠΟΚΡΙΣΕΙΣ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ- ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΥΠΩΝ. 3. ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΜΕΤΑΛΛΩΝ. Η βιοσυσσώρευση των μετάλλων εξαρτάται: - από τη χημική τους μορφή. - τις πορείες και τους μηχανισμούς εισροής. - την ενδοκυτταρική τους διαμερισματοποίηση και άλλες πτυχές της κυτταρικής ομοιόστασης. Διαλυτές μορφές μετάλλων φαίνεται ότι εισρέουν παθητικά. Μεταλλικά ιόντα μπορεί να εισρέουν ενεργητικά με κατανάλωση ενέργειας (με τη μορφή ΑΤΡ). Μετά την είσοδό τους στο κύτταρο, τα βαρέα μέταλλα: - δημιουργούν σύμπλοκο με μόρια πλούσια σε σουλφυδρυλομάδες, όπως τα αμινοξέα, η γλουταθειόνη και ειδικές μεταλλο-πρωτεϊνες (μεταλλοθειονίνες). - διαμερισματοποιούνται στο λυσοσωμικό δίκτυο. - παγιδεύονται σε διάφορους τύπους ειδικών κυστιδίων ανόργανων ιόντων (Cu 2+ - & Ca 2+ - κυστίδια).

59 Ε. ΒΙΟΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΠΟΚΡΙΣΕΙΣ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ- ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΥΠΩΝ. 3. ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΜΕΤΑΛΛΩΝ. 3.1 ΜΕΤΑΛΛΟΘΕΙΟΝΙΝΕΣ (ΜΤς). Ομάδα κυτταροπλασματικών πρωτεϊνών χαμηλού μοριακού βάρους (6-7 kda), πλούσιες σε κυστεΐνη. Συνδέονται με μεταλλικά ιόντα Ag 2+. Zn 2+ και Cu 2+, αλλά και με μέταλλα, όπως Hg 2+, Cd 2+, Au 2+ και Ο φυσιολογικός τους ρόλος είναι η ομοιόσταση των ιόντων Zn 2+ /Cu 2+ και η αντιοξειδωτική τους δράση, ενώ παίζουν καθοριστικό ρόλο στην αποτοξικοποίηση των κυττάρων από τα βαρέα μηαπαραίτητα μέταλλα (Cd 2+, Hg 2+ κ. λπ.). Δέσμευση ιόντων καδμίου σε ομάδες-sh των μεταλλοθειονινών (τροποποιημένη από Toxicological Chemistry and Biochemistry, 3 rd Ed.).

60 Ε. ΒΙΟΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΠΟΚΡΙΣΕΙΣ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ- ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΥΠΩΝ. 3. ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΜΕΤΑΛΛΩΝ. 3.2 ΛΥΣΟΣΩΜΙΚΗ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΚΑΙ ΕΞΟΥΔΕΤΕΡΩΣΗ Τα μέταλλα δεσμεύονται σε ενδοκυτικά κυστίδια, τα οποία στη συνέχεια μετατρέπονται σε πρωτοταγή λυσοσώματα (primary lysosomes). Τα πρωτοταγή λυσοσώματα αποθηκεύουν άπεπτα τελικά προϊόντα της λιπιδικής υπεροξείδωσης (οξειδωμένα λιπίδια και πολυμερή πρωτεϊνών) και ονομάζονται λιποφουσκίνες, διαδικασία που λαμβάνει χώρα ιδιαίτερα στα Δίθυρα Μαλάκια.

61 Ε. ΒΙΟΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΠΟΚΡΙΣΕΙΣ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ- ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΥΠΩΝ. 3. ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΜΕΤΑΛΛΩΝ. 3.2 ΛΥΣΟΣΩΜΙΚΗ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΚΑΙ ΕΞΟΥΔΕΤΕΡΩΣΗ Οι λιποφουσκίνες μπορεί να δέχονται μέταλλα με 2 τρόπους: α) ασθενώς συνδεδεμένα με ομάδες της εξωτερικής επιφάνειας των κυστιδίων λιποφουσκίνης, ικανά να εισχωρήσουν στο κυτταρόπλασμα μαζί με άλλα κατιόντα που είδη υπάρχουν σε αυτό β) παγιδευμένα σε μη-τοξική μορφή στο κέντρο νέο-αναπτυσσόμενων κυστιδίων.

62 Ε. ΒΙΟΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΠΟΚΡΙΣΕΙΣ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ- ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΥΠΩΝ. 3. ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΜΕΤΑΛΛΩΝ. 3.2 ΛΥΣΟΣΩΜΙΚΗ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΚΑΙ ΕΞΟΥΔΕΤΕΡΩΣΗ Μεταφορά μεταλλικών ιόντων, όπως ο Cu 2+ με ειδικές πρωτεΐνες στο εσωτερικό των λυσοσωμάτων και η απέκκρισή τους με τη μορφή ειδικών κυστιδίων που ονομάζονται υπολειπόμενα σωμάτια (residual bodies). Η ενεργή μεταφορά των υπολειπόμενων σωματίων επιτρέπει την απέκκρισή τους από το κύτταρο. Για το Cd 2+ πιστεύεται ότι δεν χρησιμοποιείται καμία από τις παραπάνω μεθόδους αποτοξικοποίησης στα Δίθυρα Μαλάκια, με αποτέλεσμα ο χρόνος ημιζωής του μετάλλου να φτάνει τους 7 μήνες, σε αντίθεση με τις 9 ημέρες του Cu.

63 Ε. ΒΙΟΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΠΟΚΡΙΣΕΙΣ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ- ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΥΠΩΝ. 3. ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΜΕΤΑΛΛΩΝ. 3.2 ΛΥΣΟΣΩΜΙΚΗ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΚΑΙ ΕΞΟΥΔΕΤΕΡΩΣΗ a) Λυσοσώματα ευμεγέθη και άφθονα στον πεπτικό αδένα μυδιών από περιοχή χωρίς επιβάρυνση από ρυπογόνους παράγοντες. b) Λυσοσώματα μικρότερα και αφθονότερα σε αριθμό, με εντονότερη χρώση (N-acetyl-bhexosaminidase) στον πεπτικό αδένα μυδιών από περιοχή πλούσια σε ρυπογόνες ουσίες, π.χ. βαρέα μέταλλα (από Domouhtsidou et al. 2004).

64 -Κύρια είδη ρυπογόνων ουσιών Τέλος διάλεξης