Влияние тяжелых металлов на наследственные структуры организма

Тяжелые металлы в последние десятилетия являются одним из самых распространенных факторов загрязнения окружающей среды. В связи с этим назрела настоятельная необходимость на ряд вопросов о степени генотоксической опасности многих веществ, включающих в свои структуры ионы ТМ. Мнения различных исследователей о генетической активности ТМ неоднозначны, поскольку функциональная роль металлов в организме до конца еще не выяснена.

Известно, что физиологическая роль некоторых ТМ обеспечивается их участием в клеточных структурах. Так, наряду с общеизвестными микроэлементами, представляющими атомы Мn, Fе, Ni, Сu, Мо, Zn, и Сr, оказывающих стабилизирующее действие на двойную спираль ДНК, а также играющих важную роль в организации третичной и четвертичной структур хромосом (Уильямс, 1975), возможна и определена роль ТМ в регуляции внутриклеточных процессов, в частности, как было показано Мазиа (Маzia, 1954) (цит. по: Ракин, 1990) кобальт и никель регулируют кроссинговер, препятствуя возникновению структурных нарушений нитей ДHК.

Металлы способны связываться и с белковыми структурами. Так в 1977 году в цитолизосомах кишечного эпителия личинок дрозофилы были обнаружены белковые образования, содержащие ионы меди (Тарр, Носkaday, 1977). Было высказано предложение, что эти протеиды, названные металлотионинами, являются клеточными детоксикантами. Правильность этого предложения была подтверждена в 1987 году, когда было обнаружено резкое снижение концентрации низкомолекулярных комплексов серебра и ртути, вводимых крысам в качестве затравок, под действием медь - и кобальт содержащих металлотионинов (Sugawara, 1987) (цит. по: Ракин, 1990).

По мнению Д. Уильямса (1975), металлы в качестве микроэлементов могут находиться в виде свободных ионов, выполняя регуляторные функции в клетке. Однако Б. Халлиуэл (1987), полагает, что в виде свободных радикалов ТМ появляются в организме крайне редко, причем происходит это в случае разрушения ранее существовавших комплексов и являются в этом виде сильнейшими клеточными ядами.

Действительно, практически все металлы, попадающие в клетку, сразу связываются в органические комплексы, даже находясь в виде нерастворимой соли. Такие ковалентные и координатные комплексы проявляют не только стимулирующую, но и угнетающую активность, которая в основном зависит от атомарной массы и электроположительности катионов металлов (Talukderg, 1987) (цит. по: Ракин, 1990). Резюмируя данные по генотоксической активности различных ТМ можно сделать вывод, что эти вещества, принимая форму органокомплекса, начинают проявлять мутагенные свойства.

Рассматривая механизмы повреждения наследственных структур можно сказать, что под влиянием ТМ происходит повреждения третичной структуры хромосом, что ведет к частичной денатурации ДНК. При связывании двух валентных ТМ с ДНК возможны мутации типа транверсий и транзиций (Лерина, 1972). ТМ могут вызывать хромосомные аберрации, индуцировав точковые мутации, нарушать ферментные взаимодействия, ингибируя отдельные энзимы. При этом соблюдается избирательная блокировка ферментных систем. Каждый из металлов действует в строго определенных структурных точках энзимов, вследствие чего появляется возможность подключить другие ферментные системы, чтобы компенсировать такие взаимодействия. ТМ взаимодействуя с ферментными системами, могут замещать активный центр. ТМ, находясь в цитоплазме, изменяют насыщенность свободными радикалами в сторону их уменьшения.

Ярким примером клеточных изменений является свинец, который обладает гонадотоксическим действием (Харченко, Андреева, 1987). Отмечена способность свинца, обладающего большим сродством к электрону, блокировать поступление в клетку кальция на рубеже внешней клеточной мембраны. Ингибирующее действие свинца на процессе синтеза ДНК и РНК объясняется подавлением им активности, полимераз. Ацетат свинца может индуцировать рецессивные сцепленные с полом летальные мутации (Jacobson - Kram, Montalbano, 1985). Нитрат свинца в малых концентрациях вызывает повышение уровня доминантных и рецессивных летальных мутаций у дрозофилы (Ракин, 1990).