3.Гидролиз.

Реакции гидролиза обусловлены способностью вещества вступать в реакции с водой.

Способность вещества реагировать в воде с ионами водорода или гидроксила определяется распределением заряда в его молекуле. При способности вещества вступать в реакции гидролиза учитываются влияния рН.

Химические реакции включают отталкивание или при­тяжение электронов, и сильными атакующими группами в молекуле являются те, которые способны принимать электроны от ата­куемой молекулы или отдавать ей их. Водородные ионы и другие груп­пы с дефицитом электронов называются электрофильными («друзья» электронов). Электрофильные группы сильно притягиваются к атому с небольшим отрицательным зарядом, к свободной электрон­ной паре или электронам двойной связи. В катализируемой кислотой реакции разрыва эфирных связей электрофильный ион водорода воз­действует на карбонильный кислород и индуцирует сум­марный положительный заряд на карбонильном атоме углерода, кото­рый затем реагирует со свободной электронной парой молекулы воды.

Вещества с избытком не связывающихся электронов являются нуклеофилами. В том же примере молекулы воды действуют как нуклеофилы, т.к они притягиваются к положительному заряду на кар­бонильном атоме углерода. В противоположность этому ион гидроксила основания при расщеплении эфира является сильным нуклеофилом, чем вода, и способен реагировать непосредственно с карбо­нильным атомом углерода без влияния иона водорода.

Эфиры могут гидролизоваться тремя способами: либо путем катализа кислотой, либо основанием, либо взаимодействием молекулы воды с эфиром в нейтральной среде.

Гидролизу подвержены многие соединения, например эфиры карбоновых кислот (R'COOR + Н₂0 -*• R'COOH + ROH), амиды карбоновых кислот (R-C-NHR' + Н₂0 -> RCOOH + R'NH₂), карбонаты (произ­водные карбаминовой кислоты), фосфорорганические соединения и др. При гидролизе амидов образуются карбоновая кислота и амин.

С другой стороны, замещение гидроксильных групп у фосфорорганических соединений (фосфорной кислоты) азотсодержащими замес­тителями или галогенами, и замещение кислорода серой приво­дят к образованию разнообразных соединений.

галогензамещенные соединения чувствительны к гидролизу, так как различия в электроотрицательности атомов галоге­на и углерода обусловливают необходимость разделения заряда.

4.Конъюгация ксенобиотика

обезврежи­вания чужеродных веществ в многоклеточных организмах - конъюга­ция этих веществ с различными органическими молекулами.

В организме животных биологический смысл конъюгации ксено­биотиков заключается в придание им повышенную водорастворимость и вывести их в виде водорастворимых конъюгатов. Но ксенобиотик (в форме конъюгата) попадает в почву или в воду и продолжает циркулировать в биогеоценозе.

Продукты конденсации некоторых пестицидов (или их метаболи­тов) с веществами растений разлагаются медленнее, чем исходные ве­щества.

Одним из типов конъюгирования ксенобиотиков может считаться их алкилирование. далее судьбы ксенобиотика в организме и биогеоценозе важно, что при алкилировании может изменяться водо- и жирорастворимость (липофильность) данно­го соединения, а последнее свойство вещества определяет его перехо­ды из гидрофильной среды в гидрофобную и обратно.

Эти переходы определяют прохождение ксенобиотика через гид­рофобный слой мембран, окружающий живые клетки, и последующие его воздействия. гидрофобность ряда ксенобиоти­ков (в т. ч. многих хлорорганических соединений) обусловливает их повышенную способность к биоаккумулированию.

Еще один аспект важности перехода ксенобиотиков из гидрофиль­ной среды в гидрофобную (и обратно) состоит в изменянмой доступности молекулы для ферментов. Подавляющее боль­шинство ферментов действует в водной среде. Переход молекулы ксе­нобиотика из водной среды в гидрофобную означает уменьшение их доступности для ферментов, снижается вероятность их биотрансформации и детоксикации.

5. Адсорбция ксенобиотиков на частицах. Доступность ксе­нобиотика для ферментов и, следовательно, возможность его деградации снижаются в результате сорбции его молекул на частицах биологического или абиотичес­кого происхождения. Процессы сорбции-десорбции ксеноби­отиков взаимосвязаны с переносом этих соединений в биосфере на большие рассто­яния.Например, многие образующиеся в почве продукты гидролиза пестицидов адсорбируются на части­цах почвы и связываются с гумусом. В адсорбированном состоянии они не разлагаются фотохимически и не гидролизуются водой, т.е. устойчивость их повышается. По мере разрушения гумуса гри­бами (что является ферментативным процессом) ранее связанные продукты гидролиза пестицида высвобождаются и могут проявлять свое токсическое действие на организмы данной экосистемы. пестициды в чисто химическом эксперименте (в водном растворе без почвы) малоустойчивы.

6.Переходы веществ из одной среды в другую. переходы ксенобиотиков из воды в воздух и обратно, из организмов в воду и обратно, из почвы в воду и т.д. Например, летучесть ряда пестицидов (особенно хлорорганических) — переход в результате испарения из почвы или воды в воздух — обусловливает их дальнейший перенос на большие расстояния.

Ксенобиотики переносятся воздушными массами и в зна­чительных количествах выпадают в виде пыли и с атмосферны­ми осадками. ксенобиотик может переноситься из южного полушария в северное и загрязнять среду даже в тех регионах, где его применение полностью запрещено.

Подсчитано, например, что в некоторых регионах на землю ежемесячно выпадает 45-270 г ДДТ на 1 км². известно, что из Африки в Америку перемещается 100—400 млн т пыли в год, причем пыль достигает Южной Аме­рики всего лишь за 4—5 суток. Высокая способность ксенобиотиков и их метаболи­тов переходить из одного блока экосистемы (почвы или воды) в другие (воздух, биота) порождает серьезные экологические проблемы.

По некоторым данным, ДДТ исчезает из почвы за период до 30 лет.

серьезные проблемы возникают и вслед­ствие затрудненности перехода подобного типа. Например, пе­реход ртути из почвы в воду происходит очень медленно (пери­од полувыведения из почвы в поверхностные воды составляет 850 лет). Попавшая в водоемы ртуть метилируется и накапливается в гидробионтах. В результате возни­кает огромное запаздывание в миграции ртути в биосфере, что затрудняет борьбу с ртутным загрязнением. Даже если бы сегодня удалось полностью прекратить антро­погенное загрязнение биосферы (в частности, почвы) ртутью, то все равно еще сотни лет будет продолжаться ее вы­мывание из почвы в водоемы.