Нарушение проницаемости мембраны при тиоловой интоксикации. Мышьяк в виде тиолового яда
Не менее важным элементом токсического действия тиоловых ядов является нарушение ими проницаемости клеточных мембран.
Это, в частности, отчетливо показано на примере мембраны эритроцитов. После преинкубации эритроцитов кролика в течение часа с ионами тяжелых металлов оказалось, что действие ионов Hg, Pb, Cd в концентрации 1*10-3 М вызывает изменение хода кривой осмотической резистентности эритроцитов в соотношении Hg2+>Pb2+>Cd2+, тогда как олово из опытов было исключено ввиду снижения под его влиянием рН вследствие частичного гидролиза соли SnCl2. При этом ионы ртути вызывали полный гемолиз а остальные — частичный. Это объясняется наличием тесной взаимосвязи между структурной детерминированностью эритроцитов, с одной стороны и их SH-группами — с другой. Последнее подтверждается признаками дестабилизации липопротеиновых комплексов, происходящей за счет конфармационной перестройки апопротеиновой части комплексов из-за блокирования SH-групп.
Скрытые повреждения мембраны эритроцитов при действии тяжелых металлов, помимо снижения осмотической резистентности эритроцитов, проявляются в изменении кислотной, щелочной и сапониновой резистентности эритроцитов, определяемой методом эритрограмм. Ионы ртути, свинца и кадмия изменяют ход кривой осмотической резистентности эритроцитов уже в концентрациях 1*103 М. Наиболее интенсивным гемолитическим действием обладают ионы ртути, а наиболее слабым — ионы кадмия. Интересно отметить существование коррелятивной связи между степенью вызываемого разными тяжелыми металлами разрушения липопротеидных комплексов в экстрактах печени и стабильностью мембраны эритроцитов в условиях проникновения в них ионов ртути, свинца, кадмия и олова. Особенно четко прослеживалась связь между щелочной резистентностью эритроцита и модификацией белков мембраны ионами металла.
Монотиолы реагируют с соединениями трехвалентного мышьяка, образуя гидролизующиеся моно- и дитиоарсениты. Дитиолы реагируют с арсеноксидами или арсенитом с образованием циклических дитиоарсенитов, которые значительно стабильнее, чем моно- и дитиоарсениты, возникающие при реакции с монотиолами. Особенно стабильны пятичленные кольца, возникающие при взаимодействии соединений мышьяка с 1,2-дитиолами (смежными дитиолами).
Именно с учетом сказанного показателен механизм токсического действия мышьяка в организме. Появляется промежуточный продукт глюкозо-1-арсенат, который быстро гидролизуется с образованием глюкозы (арсенолиз). Это же замещение происходит и при окислении глицеральдегид-3-фосфата. Вместо фосфата используется арсенат; возникающий ациларсенат гидролизуется с появлением 1-арсено-З-фосфоглицерата, который дает 3-фосфоглицерат, т.е. процесс не прекращается, но не образуется АТФ (арсенат разобщает процессы окисления и фосфорилирования). Он же частично замещает фосфор в стимуляции дыхания митохондрий с разобщением окислительного фосфорилирования. Идет медленная реакция превращения соответствующего нефосфорилированного субстрата.
От описанного патогенетического механизма существенно отличается токсическое действие арсенита. Он способен энергично реагировать с тиоловыми фуппами, особенно дитиолами, например липоевой кислотой. Блокируя окислительные ферменты, зависящие от липоевой кислоты, арсенит способствует накоплению пирувата и других а-кетокислот в тканях. Через 5 и 150 мин после внутривенного введения арсенита натрия новозеландским кооликам в дозе 7 мг/кг активность пируватдегидрогеназного комплекса (ПВДГ) возрастала с 0,088 до 0,288 и 0,33 ммоль/л соответственно. В то же время, по мнению авторов, величина активности комплекса пируватдегидрогеназы не может использоваться при мониторинге отравлений мышьяком, так как повышение ее активности может носить однотипный характер при голодании животных или других стрессовых воздействиях, а не только при интоксикации арсенитом.
Отмечены различия в действии двух типов соединений трехвалентного мышьяка: монозамещенного (R—As=0) и дизамещенного (R-AsCl-R/). Первые эффективно блокируют SH-группы, а вторые — нет. Торможение некоторых ферментов (сукцинатдегидрогеназы, альдегиддегидрогеназы, глутаминсинтетазы, тиолтрансацетилазы, люциферазы, ацетил-КоА-карбоксилазы) арсенитом резко усиливается в присутствии моно- и дитиолов. Вероятно, роль тиола состоит в восстановлении дисульфидной группы белка в сближенных SH-группах, реагирующих с арсенитом. Однако этот механизм не может быть признан единственным. Например, пируватоксидаза эффективно ингибируется без дитиолов (на 50 % при концентрации арсенита 1,7-10-5 М), причем торможение не снимается цистеином.
Применение арсенита и арсеноксидов способствовало выявлению дитиоловых группировок (пространственно сближенных пар SH-rpynn, принадлежащих остаткам цистеина) в активных центрах дигидролипоатдегидрогеназы и некоторых альдегиддегидрогеназ. Это действие было впервые обнаружено на пируватоксидазной системе, которая содержит ковалентно-связанный дитиоловый кофактор — липоевую кислоту. Признаком наличия дитиоловой группировки является высокая чувствительность фермента к торможению низкими концентрациями арсенита или арсеноксидов (порядка 10 —Ю-4). Ферменты, ингибированные препаратами мышьяка, полностью реактивируются при добавлении избытка 2,3-димеркаптопропанола. При этом монотиолы малоэффективны.
SH-группы, входящие в состав активных центров ферментов, при взаимодействии с субстратами подвергаются обратимому превращению в S-S-группы. Однако последние существуют в белках самостоятельно и играют определенную роль в их структуре и функционировании. Связь между двумя Двухвалентными атомами серы прочнее, чем связь между двумя атомами ислорода; энергия разрыва связи составляет 70 и 39 ккал/моль соответственно.' Дисульфидные группы образуются также в процессе окисления (дегидрирования) SH-rpynn низкомолекулярных тиолов и белков в "мягких" условиях, Скорость и характер окисления SH-rpynn зависят от рН, температуры, пространственного расположения сульфгидрильной группы в белке и других условий.