Взаимодействия токсиканта со структурными элементами клеток:

-Белками;

- Нуклеиновыми кислотами;

- Липидными элементами биомембран;

-Селективными рецепторами эндогенных биорегуляторов.

Взаимодействие токсиканта или продуктов его превращения в организме со структурными элементами биосистем, лежащие в основе, развивающегося токсического процесса,    называется       механизмом токсического действия.

Взаимодействие осуществляется за счет физико-химических реакции.

Чаще в основе токсического действия лежат химические реакции токсиканта с определенным структурным элементом живой системы. Структурный компонент биологической системы, с которым вступает в химическое взаимодействие токсикант называется  его «рецептором»       или «мишенью».

       В таком прочтении это понятие ввел в химиобиологию в начале XX века Пауль Эрлих

. Характер взаимодействия и структура сформировавшегося комплекса зависят не только от строения токсиканта, конфигурации рецептора, но и от свойств среды: PH, ионной силы и. т.д., рецепторы могут быть «немыми» и «активными».

Принимаются постулаты:

- Токсическое действие вещества выражено тем сильнее, чем большее количество активных рецепторов (структур-мишеней) вступило во взаимодействие с токсикантом.

- Токсичность вещества тем выше, чем меньшее его количество связывается с немыми рецепторами, чем эффективнее оно действует на активный рецептор (структуру- мишень), чем большее значение имеет рецептор и повреждаемая биологическая система для поддержания гомеостаза целостного организма.

Мишенями (рецепторами), для токсического воздействия могут быть:

- Структурные элементы межклеточного пространства;

- Структурные элементы клеток организма;

- Структурные элементы систем регуляции клеточной активности.

Структурные элементы клеток с которыми взаимодействует токсиканты, как правило, являются:

-Белки;

-Нуклеиновые кислоты;

- Липидные элементы биомембран;

- Селективные рецепторы эндогенных биорегуляторов(гормонов, нейромедиаторов,

и.т.д.).

Взаимодействие токсикантов с белками :

Основные функции белков: транспортная, структурная, энзиматическая (белки- биологические катализаторы). Токсический эффект может развиваться при нарушении каждой из этих функции. Нарушение свойств белков химическим веществом возможно различными способами, зависящими как от структуры токсиканта, так и от строения и функций белка. Возможны: денатурация белка, блокада его активных центров, связывание активаторов и молекул, стабилизирующих протеин, и т.д.

Динамичная модификация белков — неотъемлемый контрольный механизм в живых системах. Различные эндогенные процессы, такие, как фосфорилирование, ацетилирование, гликозилирование и убиквитилирование (конъюгация белка-мишени и белка убиквитина), регулируют многие белковые функции, взаимодействия и превращения белков. Повреждающие факторы могут влиять на модификационный статус белков несколькими путями . Некоторые токсиканты биотрансформируются в активные электрофилы, которые считаются причинами модификаций. Другие токсиканты могут привести к формированию оксидантов и эндогенных электрофилов, которые могут также модифицировать белки. Электрофильные взаимодействия, по-видимому, играют существенную роль в механизмах токсичности.

Модификации эндогенных регуляторных белков весьма чувствительны к изменениям, вызванным факторами окружающей среды.

Рис. Взаимосвязь между действием токсикантов и модификацией белков.

Часто можно проследить зависимость между изменениями протеома и определенным патологическим состоянием. Отношение между геномикой и протеомикой — это сложное взаимодействие генов и белков, которое, в конечном счете, является молекулярной основой заболевания.

К числу веществ, денатурирующих белки, относятся крепкие щелочи, кислоты, окислители, ионы тяжелых металлов. В основе денатурации лежит повреждение внутрибелковых связей, поддерживающих вторичную, третичную структуру протеина. При этом наиболее часто токсиканты взаимодействуют с СООН-, NH-, ОН-, SH-группами аминокислот, образующих белки.

Многочисленные токсиканты, связывающиеся с SH-группами, называются тиоловыми ядами. К числу тиоловых ядов прежде всего следует отнести тяжелые металлы, такие как ртуть, мышьяк, сурьма, таллий, органические соединения этих металлов (метилртуть, люизит и т.д.). Другие металлы более активно взаимодействуют с карбоксильными группами (свинец, кадмий, никель, медь, марганец, кобальт).

Особое значение в токсикологии придают действию ксенобиотиков на энзимы.

Роль энзимов в обеспечении процессов жизнедеятельности огромна. Неудивительно, что вещества, модулирующие их активность, обладают высокой биологической активностью, порой являются высокотоксичными веществами.